[其他]分段直形水平轴高速风力机桨叶

说明书

本实用新型涉及一种改进的水平轴高速风力机桨叶，特别是一种既适合于大中型风力机又便于大批量低成本制造的桨叶。

现在的水平轴高速风力机桨叶，其叶形是按照计算结果给出的，它要求在长度方向上，其锥度和安装角是非线性连续变化的。靠近桨叶的根部，单位长度的锥度和安装角变化较大，靠近叶片的梢部，单位长度的锥度和安装角变化较小。这种桨叶在气动力学上是合理的。也有的桨叶采用线性连续变化的锥度和安装角，或其中之一采用线性连续变化的，这样虽然会牺牲一些风能转换效率，但可以减少一些制造上的麻烦。但是，总的来说，由于上述桨叶都要求有连续变化的锥度和安装角，特别是要求有连续变化的安装角，它的制造就不得不大量采用手工操作，不但费时费工，而且桨叶的翼型精度和强度难以提高。这使得这种桨叶，特别是大中型的这种桨叶不便于实现大批量低成本的制造。也有的桨叶采用直形（既无锥度又无安装角的变化），这种桨叶虽然容易制造，但是它的风能转换效率较低，因而不被人们广泛采用。

本实用新型的任务是：和计算结果给出的桨叶相比，基本不损失风能转换效率的前提下，提供一种改进的便于大批量低成本制造的桨叶。它不仅适用于小型高速风力机，而且特别适于大中型高速风力机。

本实用新型的任务是以如下方式完成的：桨叶分两段或三段采用直形（即：无扭转角、在长度方向上各截面相同）翼型截面的形状。各段的翼型截面参数和安装角不一样，但在同一段内翼型参数和安装角是相同的。各段用联接头通过焊接或其它方式连接起来。这样每一段都可以采用轧制的金属翼型材（可以是空心的，也可以是实心的），或其它方法制成的非金属翼型材。不但翼型精度和强度容易保证，而且特别便于大批量低成本的制造。各段材料不要求一致，这给具体设计人员提供了选择余地。可以根据受力情况和经济性的要求搭配。如：可以根部段采用空心金属翼型材，梢部段采用实心玻璃钢翼型材。

各段可采用计算等分点处叶素参数的方法，确定各段宽度和安装角。每段找一个等分点，由等分点划分本段的两个部分所掠扫的面积是相等的。计算出等分点处的叶素宽度和安装角，以这样的宽度和安装角，检验本段两个端部的失速情况，如无必要修改，就可确定以此为本段的宽度和安装角。如果某一端部出现失速，可以重新调整等分点处叶素的迎角，重新计算和检验。

全桨叶共分几段，从什么地方分段，以及各段桨叶的相对厚度由设计者自行选定。其风能转换效率，由于设计者选择的参数不同而有所不同。本实用新型通过一个具体的实施例，计算出它的风能转换效率。其效率为49.9％。计算过程如下：

本实施例选定：风轮桨叶数i＝4，每一桨叶共分两段，并在相对半径为0.5处分段。叶尖速比Z_R＝6，风轮半径R＝8米，叶根相对半径r₀＝0.2，叶根段桨叶相对厚度为c₁＝0.2，相对宽度b₁＝0.103，安装角φ₁＝15.9°，梢部段桨叶相对厚度c₂＝0.15，相对宽度b₂＝0.0593，安装角φ₂＝5.2°。两段均采用苏式есдEPO翼型，其气动曲线和本实用新型实施例所用公式均可从《风力发动机及其在农业中的应用》一书附录（乙）中查到。

将桨叶分为8个截面，这些截面分别在0.25R，0.35R，0.45R，0.55R，0.65R，0.75R，0.85R，0.95R处，计算每个截面的叶素迎角α及干扰因子e和阻升比μ。采用公式如下：