[发明专利]新型风力机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力机叶片，具体地，涉及一种具有对称小翼的新型风力机叶片。

背景技术

风力机是将风能转换为电能的机械装置，叶片的气动设计水平会影响风力机转子的捕风能力、除叶片之外的其他部件选型、控制策略的实现水平以及整机的可靠性，直接影响风力机的发电成本。

风力机在运行时，由于叶片上、下表面(吸力面和压力面)压力差的作用，通过叶片上下表面的气流不仅会在叶片叶顶卷起一个逆时针方向旋转的叶尖涡(从叶片前缘向尾缘方向看)，而且会在叶片尾缘汇合成一个旋涡面，并从整个尾缘顺着气流拖出，这个涡正好在叶片叶顶内侧卷成集中涡束，这个集中涡束是叶片产生升力的副产物，其中含有大量动能，其产生的能量附加到叶片的阻力上形成诱导阻力，成为风力机运行时的主要能量损失。

为降低诱导阻力，可在叶片叶顶加装叶顶小翼，从降低叶片诱导阻力的机理来说，叶顶小翼具有端板的作用，能够阻挡叶片上下表面的绕流，也就是削弱了叶尖涡的强度，从而增大了叶片的展弦比，起到减小诱导阻力和增加升力的作用；同时，叶尖小翼具有分散叶尖涡的作用，能削弱叶片的叶尖涡，将叶尖集中涡破碎成许多小涡线，由于空气黏性耗散的作用，在一定程度上可降低涡线涡强，减小对下游风力机的入流环境的影响。

但是，另一方面，加装叶顶小翼后，从结构考虑，风力机叶片在旋转过程中在叶顶加装的单向弯曲小翼所产生的离心力会导致风力机叶片叶根处挥舞力矩的增加；从气动角度考虑，在叶顶加装的单向弯曲小翼在工作过程中也会导致叶片叶根挥舞力矩的增加。随着风力机巨型化的发展，水平轴风力机运行时设备的可靠性成为衡量风力机性能的重要标准。叶片叶根处挥舞力矩是风力机叶片、主轴、机舱及其他设备疲劳载荷的主要来源，影响风力机叶片及其他设备的结构强度。因此在提高风力机气动效率的同时控制叶片叶根处载荷水平是进一步降低风力机发电成本的重要手段。

就风力机小翼装置，专利CN1563707A、JP2004084590、US7931444B2、US7997875B2以不同的小翼形状定义方法采用与风力机叶片相同翼型提出风力机叶片叶顶单向弯曲小翼装置。中国专利CN201155424Y、CN1563707A采用类似机翼帆片的装置用于风力机叶片叶顶小翼。该些专利文献中，小翼均采用单向弯曲方式，改变风力机叶片上环量分布以及叶尖涡涡强和结构，减小了叶片上诱导阻力，提高风力机气动效率，但均未考虑由叶尖小翼离心力及气动载荷对风力机叶片叶根处挥舞力矩的影响。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型风力机叶片。该新型风力机叶片叶尖部具有对称小翼，在有效提高风力机气动效率的同时具有更低的叶片叶根挥舞力矩，具有降低对风力机各部件强度水平要求，提高风力机部件可靠性程度，减小风力机发电成本的优点。

根据本发明的一个方面，提供一种新型风力机叶片，包括：主叶片、叶片尖部延伸段和对称小翼，叶片尖部延伸段分别与主叶片和对称小翼连接，且叶片尖部延伸段的弦长由主叶片尖部弦长向小翼根部弦长平滑过渡；其中，对称小翼包括第一小翼和第二小翼，第一小翼和第二小翼对称设置，且第一小翼和第二小翼均具有升力翼型，第一小翼和第二小翼的吸力面均面朝风力机。

优选地，第一小翼和第二小翼根部的弦长为叶片尖部弦长的60％～90％。

优选地，第一小翼和第二小翼根部的厚度为叶片尖部的厚度的20％～50％。

优选地，第一小翼和第二小翼的高度为小翼根部弦长的100％～200％。

优选地，第一小翼和第二小翼的后掠角为0°～60°，反角为20°～90°。

本发明在风机叶片的尖部添加了一对对称的第一小翼和第二小翼，第一小翼和第二小翼分别安装在叶片尖部的迎风面和背风面。其有利于改善叶片的气动布局。在工作状况下的叶片尖部会受到压力面与升力面压差的作用而产生很大的叶尖涡流，对称小翼的设计能够大大的降低涡流的强度，削弱诱导阻力。气体流动会对叶片产生一定的扭矩，在叶片尖部的地方会受到很大的影响，由于对称小翼采用升力翼型，能够削弱和平衡叶尖的扭应力，使叶片更好地达到机械强度的要求。