葉尖尾緣呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片及風(fēng)力機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種葉尖尾緣呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片和具有鋸齒狀葉尖結(jié)構(gòu)葉片的風(fēng)力機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著風(fēng)能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，風(fēng)電場距離居民區(qū)越來越近，風(fēng)力機(jī)氣動噪聲問題日益凸顯，在國外已經(jīng)引起了一些環(huán)保組織的關(guān)注，并陸續(xù)收到來自風(fēng)電場附近居民的投訴。為此，各國都相繼制定了對風(fēng)力機(jī)氣動噪聲進(jìn)行嚴(yán)格限制的條例。風(fēng)力機(jī)氣動噪聲問題已成為目前限制風(fēng)力機(jī)發(fā)展的主要因素之一，因此亟待發(fā)展有效的風(fēng)力機(jī)氣動噪聲抑制技術(shù)。
[0003]風(fēng)力機(jī)葉尖是氣動力產(chǎn)生的主要區(qū)域，有限長度的葉片旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，由于葉尖壓力面和吸力面的壓力差，導(dǎo)致壓力面氣流繞過葉尖端面流入吸力面，既破壞了葉尖二維流動情況，同時會產(chǎn)生葉尖渦。葉尖渦是造成葉片效率減小、疲勞載荷增加的主要原因之一。為了提高風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)和降低風(fēng)力機(jī)噪聲，世界各國的研宄者提出了各種各樣的方法，如采用氣動性能優(yōu)化的葉片、設(shè)計(jì)低噪高效的翼型，在風(fēng)輪外圍增加擴(kuò)散器(Diffuser)、在后緣添加襟翼，在葉尖添加小翼(Tip Vane)等。以上研宄方法都是在葉片設(shè)計(jì)完成后通過在葉片上添加氣動原件和設(shè)計(jì)新葉片來改變風(fēng)力機(jī)氣動特性以降低風(fēng)力機(jī)氣動噪聲，而沒有從葉片設(shè)計(jì)根源入手解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明在水平軸風(fēng)力機(jī)葉尖開槽，使葉尖結(jié)構(gòu)變化，葉尖尾緣呈鋸齒狀，在不增加成本的前提下對葉尖結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，降低風(fēng)力機(jī)葉尖噪聲，減少葉片的疲勞程度，延長風(fēng)力機(jī)使用壽命。
[0005]本發(fā)明提供的一種葉尖尾緣呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，包括葉片本體，葉片本體的葉尖尾緣呈鋸齒狀。
[0006]進(jìn)一步地，葉尖尾緣鋸齒的長度為葉片本體長度的10%。
[0007]本發(fā)明還提供了一種風(fēng)力機(jī)，包括葉尖尾緣呈鋸齒狀的葉片、導(dǎo)流罩、發(fā)電機(jī)、控制器、蓄電池、逆變器和電流負(fù)載；導(dǎo)流罩位于葉片的前端，發(fā)電機(jī)位于葉片的后部，發(fā)電機(jī)、蓄電池均與控制器電連接，蓄電池、電流負(fù)載均與逆變器電連接。
[0008]本發(fā)明提供的一種葉尖尾緣呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片，在水平軸風(fēng)力機(jī)葉尖尾緣部位開槽，使葉尖尾緣呈鋸齒狀，在不增加成本的前提下對葉尖結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，工藝簡單，費(fèi)用低，便于一體化設(shè)計(jì)，可規(guī)?；a(chǎn)。同時，在保證輸出功率基本不變的情況下，降低風(fēng)力機(jī)葉尖噪聲，減少葉片的疲勞程度，延長風(fēng)力機(jī)使用壽命。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0010]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的葉尖尾緣呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片葉尖部位的示意圖；
[0011]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的風(fēng)力機(jī)近尾跡區(qū)域旋轉(zhuǎn)角度為90°時測試截面測點(diǎn)布置示意圖；
[0012]圖3為本發(fā)明葉尖改型前后風(fēng)力機(jī)的風(fēng)速和功率的關(guān)系變化曲線圖；
[0013]圖4為本發(fā)明葉尖改型前后風(fēng)力機(jī)的風(fēng)速和風(fēng)能利用系數(shù)變化曲線圖；
[0014]圖5為本發(fā)明葉尖改型前后風(fēng)力機(jī)在尖速比λ = 7.5，X = 30cm，測試旋轉(zhuǎn)角為90°的7個測點(diǎn)旋轉(zhuǎn)基頻噪聲變化圖；
[0015]圖6為本發(fā)明葉尖改型前后風(fēng)力機(jī)在尖速比λ = 7.5，X = 30cm，測試旋轉(zhuǎn)角為90°的7個測點(diǎn)的葉尖渦脫落頻率噪聲變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0017]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種葉尖尾緣呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，包括葉片本體，葉片本體的葉尖尾緣呈鋸齒狀。鋸齒葉尖尾緣的幾何參數(shù)包括鋸齒高度H和葉尖尾緣鋸齒長度L，長度L為葉片本體長度的10%。
[0019]本發(fā)明還提供了一種風(fēng)力機(jī)，包括葉尖尾緣呈鋸齒狀的葉片、導(dǎo)流罩、發(fā)電機(jī)、控制器、蓄電池、逆變器和電流負(fù)載；導(dǎo)流罩位于葉片的前端，發(fā)電機(jī)位于葉片的后部，發(fā)電機(jī)、蓄電池均與控制器電連接，蓄電池、電流負(fù)載均與逆變器電連接。
[0020]基于風(fēng)力機(jī)空氣空力學(xué)理論，詳細(xì)分析研宄葉片關(guān)鍵參數(shù)(如葉尖速比、風(fēng)輪直徑、雷諾數(shù)、翼型氣動性能及葉片載荷等)對風(fēng)力機(jī)性能的影響；進(jìn)而在整個葉片設(shè)計(jì)上采用全新設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)翼型系列，提出以最大功率系數(shù)及單位面積發(fā)電量最大為多目標(biāo)優(yōu)化模型，以弦長、扭角為設(shè)計(jì)變量，有效控制葉片載荷以提高葉片疲勞壽命，建立新型風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)及優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。應(yīng)用該設(shè)計(jì)模型，在計(jì)算功率系數(shù)、推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)時，將各微元葉素面的局部功率系數(shù)、推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)進(jìn)行多段累加求和，得到整個葉片的氣動性能系數(shù)。采用該方法對風(fēng)力機(jī)葉片外形和葉尖外形進(jìn)行設(shè)計(jì)和改型，得到葉尖尾緣呈鋸齒狀的風(fēng)力機(jī)葉片。
[0021]設(shè)計(jì)具體步驟:
[0022]第一步考慮風(fēng)力機(jī)葉片實(shí)際風(fēng)場的概率分布，對風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)特征風(fēng)速進(jìn)行計(jì)算和分析；
[0023]第二步通過比較分析，選取氣動性能良好風(fēng)力機(jī)翼型；以風(fēng)力機(jī)的單位面積發(fā)電量為目標(biāo)函數(shù)，采用動因子連續(xù)多段疊加法結(jié)合已開發(fā)的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，確定葉片關(guān)鍵參數(shù)，設(shè)計(jì)模型風(fēng)力機(jī)葉片；
[0024]第三步對風(fēng)力機(jī)翼型所構(gòu)造的葉片外形參數(shù)進(jìn)行局部改良和修型，主要針對葉尖