[发明专利]一种水平轴风力机叶片的叶根结构

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种水平轴风力机叶片叶根结构，尤其是一种水平轴风力机叶片的钝尾缘叶根结构设计。具体涉及到风力机叶片的设计领域。

背景技术

随着风力机的大型化，叶片越来越长。为了尽可能增大叶片结构性能，减少叶片重量，改进叶片的空气动力学性能。一些研究和设计人员提出了新的叶片结构形式。一方面，将叶片的标准尖尾缘翼型一直延伸到叶根，其气动外形没有过渡段和圆柱段。如ENERCON公司的机舱和叶片一体化设计技术，采用此结构的风力机其最大风能利用效率得到一定提高，风能利用系数达到0.49以上。目前已得到商业化应用。但该结构是在一个基础叶片上铆接上一定气动外形的尾缘，安装比较复杂费时，同时该基础叶片在叶片上开孔且不具有普遍性，不利于叶片结构的可靠性，也不利于运用到已有的其它商业叶片上。此外，叶片的外形采用大厚度、尖尾缘翼型，与相同相对厚度的大厚度、钝尾缘翼型其失速攻角和大攻角下的升力系数较低，这主要是由于其尾缘变钝后，尾流处产生较大负压而使翼型吸力面的附面层分离延迟，提高了失速攻角。同时，尾缘变钝后，相同攻角下绕翼型的环量增加，升力系数提高。而叶根附近的翼型主要运行在大攻角条件下，所以其气动性能还有待进一步改善。

另一方面，将叶片的尖尾缘变成钝尾缘，并在此基础上提出了大厚度、钝尾缘翼型。通过在叶片相对厚度较大（翼型相对厚度在30%以上）的展向位置采用大厚度、钝尾缘翼型，提高了叶片在大攻角下的升力系数和升阻比，改善了叶片的气动性能。但此类叶片的截面弦长在过渡段到圆柱段展向范围内依然是越靠近叶根弦长越短。根据BEM理论，当叶片效率最优时，叶片的弦长与展向位置成反比，此时得到的叶片弦长在越靠近叶根位置越大，因此以上设计并不满足叶片的最优化设计。这也是目前叶片商用市场上普遍存在的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种水平轴风力机叶片的叶根结构，其目的是改善叶片圆柱段和过渡段的空气动力学性能，提高基础基础叶片的风能利用效率，且结构简单、便于安装。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：

一种水平轴风力机叶片的叶根结构，包括基础叶片，所述基础叶片从叶根到叶尖的展向方向依次包括叶根圆柱段、过渡段和主体段，其特征在于，所述叶根结构还包括中空结构部件，所述中空结构部件套设在所述基础叶片的叶根圆柱段和/或过渡段的外表面，所述中空结构部件的内表面与所述基础叶片的叶根圆柱段和/或过渡段的外表面贴合在一起，所述中空结构部件的内表面的形状与所述基础叶片的叶根圆柱段和/或过渡段的外表面的气动外形相同，所述中空结构部件的外表面的气动外形采用钝尾缘翼型。

优选地，所述中空结构部件从所述基础叶片的叶根圆柱段的某个位置开始套在所述基础叶片的叶根圆柱段以及过渡段的部分或全部展向范围。

优选地，所述中空结构部件覆盖所述基础叶片的整个过渡段。进一步地，所述中空结构部件的靠近叶尖的一端延伸至所述基础叶片的过渡段和主体段之间的结合面位置，且在所述结合面位置处，所述中空结构部件的外表面的横截面的形状和大小与所述结合面位置处基础叶片的外表面的横截面的形状和大小完全相同，在所述结合面位置处所述中空结构部件的外表面的气动外形与所述基础叶片的主体段的气动外形光滑过渡。优选地，所述结合面位置处基础叶片的外表面的横截面为钝尾缘翼型，所述中空结构部件的外表面的气动外形从其靠近叶根的一端到其靠近叶尖的一端采用一个或多个钝尾缘翼型进行过渡。优选地，所述结合面位置处基础叶片的外表面的横截面为尖尾缘翼型，所述中空结构部件的外表面的气动外形从其靠近叶根的一端的钝尾缘翼型，逐步过渡到其靠近叶尖的一端的尖尾缘翼型。

优选地，所述中空结构部件覆盖所述基础叶片的部分过渡段，所述中空结构部件的靠近叶尖的一端的端面处的横截面形状和大小与所述过渡段的在该端面处的横截面形状和大小完全相同，在该端面处，所述中空结构部件的外表面的气动外形与所述过渡段的气动外形光滑过渡。

优选地，所述中空结构部件的钝尾缘翼型的弦长从叶根端到叶尖端保持不变或越靠近叶根位置越大。进一步地，所述中空结构部件的截面扭角沿展向保持不变或是越靠近叶根位置越大。

优选地，所述中空结构部件覆盖所述基础叶片的整个叶根圆柱段，其靠近叶根的一端与所述基础叶片的叶根端平齐，所述叶根结构还包括一固定在基础叶片叶根处的法兰和弹性垫圈，所述软皮垫圈设置在所述法兰与所述中空结构之间，所述软皮垫圈和所述法兰一起限制所述中空结构的展向运动