CN107120228A - 一种带有对称辅助翼的三叉式叶片 - Google Patents

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王永
徐宁
耿长昕
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    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/065Rotors characterised by their construction elements
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    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

本发明公开了一种带有对称辅助翼的三叉式叶片,包含主叶片、辅助翼和连接件;主叶片由叶片根部和叶片本体构成,叶片根部呈圆柱体形状;叶片本体由叶片内部设置对应的腹板和覆盖在腹板上的蒙皮胶结形成,叶片根部和叶片采用玻璃纤维和树脂等;叶片本体具有良好的空气动力外形,用于吸收风能;辅助翼形状与安装位置对应的主叶片形状相同,且辅助翼的宽度尺寸小于相同位置的主叶片的宽度;连接件呈圆柱体,设置在辅助翼的两端,用于连接主叶片和辅助翼。本发明通过安装对称的辅助翼来降低运行时的风速,相同风速下提高风力发电机组启动和运行转矩,起到降低叶片噪音,提高风力发电机组低风速下提高启动特性、风能利用系数和发电量的作用。

Description

一种带有对称辅助翼的三叉式叶片
技术领域
本发明涉及风力发电设备技术领域,特别是涉及一种带有对称辅助翼的三叉式叶片。
背景技术
随着世界范围内能源危机的爆发,风能、水能、潮汐等可再生能源得到越来越广泛的重视。与其他的可再生能源相比,风能具有储量大、分布广、能量密度低,不同地区差异大,稳定性差等特点,但由于其巨大的储存量不断的被人类开发利用,进而带动了风力发电系统的发展。
在风力发电机组中风轮的作用是吸收风能,并将自然风中的风能转化为风轮旋转过程中的机械能。其中叶片是风轮中吸收风能的主要部分,叶片的气动设计和结构设计的好坏,决定了风轮捕获风能的能力和风力发电机组的发电量。
目前主流的风力发电机组主要是水平轴三叶片风力发电机组,原因是现代水平轴风电机组风轮的功率系数比垂直轴风轮高,其中三叶片风轮的功率系数较高,其最大功率系数约为0.47,对应的叶尖速比约为7;双叶片和单叶片风轮的风能转换效率也高,其最大功率系数对应的叶尖速比也高于三叶片风轮,即在相同风速条件下,叶片数越少,风轮最佳转速越高。相比之下,多叶片风车的最佳叶尖速比较低,风轮转速可以很慢,但是由于多叶片风轮的功率系数过低,因而很少用于现代风力发电机组。就叶片设计而言,叶片数目越多,最大转矩系数值也就越大,对应的叶尖速比也越小,其启动转矩越大,启动性能越好。但是随着叶片数目的增多也会造成最大风能利用系数降低。
随着风力发电机技术的不断发展,风电机组单机容量不断增加。从初期的千瓦级到今天的多兆瓦级,叶片长度也从几米达到目前的上百米,所以造成了风力发电机组的启动转矩要求越来越大。但由于风能的不稳定性,导致风力发电机组经常会在较低的风速下运行,在低风速运行下风电机组启动性能差,风能利用系数低这些问题越发明显。同时因为叶尖处叶片比较薄,强度较弱,产生较强的叶尖涡,造成叶片效率降低、疲劳载荷增加和叶尖噪声增大,影响叶片的气动性能。为了解决这些问题,需要找到一种既可以增加风力发电机组启动性能,降低风力发电机组运行时的噪音,又不至于由于增加叶片数目而造成风力发电机组成本的上升以及风能利用系数下降的新型叶片设计方法。
因此,如何提高叶片在不同风场中的适应能力,扩大叶片的适应范围,从而保证不同风况下的风电机组效率,就成为本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带有对称辅助翼的三叉式叶片,以克服现有技术中存在的上述缺陷。利用安装对称辅助翼来降低运行时的转速,提高风力发电机组启动时和运行转矩,起到降低叶片噪音,提高风力发电机组低风速下风能利用系数,提高启动特性和相同风速下发电量的作用。
为实现上述目的,本发明提供一种带有对称辅助翼的三叉式叶片,包含主叶片、辅助翼和连接件;所述主叶片由叶片根部和叶片本体形成,所述叶片根部呈圆柱体形状,所述叶片本体由叶片内部设置多片位置相对应的腹板和覆盖在所述腹板上的蒙皮胶结形成,所述叶片本体呈桨状(具有优良的空气动力性能);所述辅助翼与安装位置对应的主叶片形状相同,且所述辅助翼的宽度小于所述叶片本体的宽度;所述连接件呈圆柱体,设置在所述辅助翼的两端,用于连接所述叶片本体和所述辅助翼。
优选地,所述辅助翼设置有2个。
优选地,所述辅助翼的宽度为同位置叶片本体宽度的15%。
优选地,在所述主叶片的正面设置有1个所述辅助翼,长度方向沿所述主叶片从叶片尖端到叶片根部方向设置。
优选地,在所述主叶片的背面设置有1个所述辅助翼,长度方向沿所述主叶片从叶片尖端到叶片根部方向设置。
优选地,所述正面的辅助翼与背面的辅助翼设置成相对于主叶片相对称。
优选地,每个所述辅助翼上设置2个所述连接件。
在风力发电机组主叶片部分对称安装两个辅助翼。由于特殊的叶片结构设计,在风力发电机组运行进行时,由于增加了辅助翼,自然风流过带有对称辅助翼的三叉式叶片时每个小的辅助翼都会产生升力,辅助翼提高了整个风力发电机组的启动转矩和运行转矩,增强了风力发电机组启动性能和在较低风速下吸收风能的能力。保证了在较低的风速下运行时,也可以保证拥有较大的转矩,提高了低风速下叶片的风能捕获率、增加了发电量。由于添置了辅助翼,降低了风轮转速,并且伴随着风轮转速的降低,风轮在运行过程中的旋转噪声也会降低。
本发明的有益效果:
本发明提供了一种带有对称辅助翼的三叉式叶片,此结构的风力发电机组叶片与现有技术中的叶片相比具有以下优点:
(1)风力发电机组启动时,自然风流过叶片的辅助翼时,会产生升力,增加了整个叶片部分的升力,导致风力发电机组的启动性能得以增强。大型的风力发电机组比较适合采用此种设计。
(2)提高了风力发电机组在整个运行过程的转矩,保证了风力发电机组在较低风速下也能拥有较大的风能捕获率,提高了风力发电机组发电量。
(3)降低了风力发电机组正常运行中的转速,从而起到降低叶片噪声的作用。
附图说明
图1为本发明的带有对称辅助翼的三叉式叶片的主视图;
图2为本发明的带有对称辅助翼的三叉式叶片的侧视图。
图3为本发明的带有对称辅助翼的三叉式叶片的仰视图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明一宽泛实施例中:一种带有对称辅助翼的三叉式叶片,包含主叶片、辅助翼和连接件;所述主叶片由叶片根部和叶片本体形成,所述叶片根部呈圆柱体形状,可以和轮毂连接,所述叶片本体由叶片内部设置多片位置相对应的腹板和覆盖在所述腹板上的蒙皮胶结形成,所述叶片本体呈桨状(具备良好的空气动力性能);所述辅助翼形状与安装位置对应的主叶片形状相同,且所述辅助翼的宽度小于所述叶片本体的宽度;所述连接件呈圆柱体,设置在所述辅助翼的两端,用于连接所述叶片本体和所述辅助翼。
本发明提供的带有对称辅助翼的三叉式叶片,与现有叶片相比具有以下优点:
(1)风力发电机组启动时,自然风流过叶片的辅助翼时,会产生升力,增加了整个叶片部分的升力,增强了风力发电机组的启动性能。大型的风力发电机组比较适合采用此种设计。
(2)提高了风力发电机组在整个运行过程的转矩,保证了风力发电机组在较低风速运行下也能拥有较大的风能捕获率,提高了相同低风速下风力发电机组发电功率/量。
(3)降低了风力发电机组正常运行中的转速,从而起到降低叶片噪声的作用。
根据附图1-3对本发明进行详细描述。
一种带有对称辅助翼的三叉式叶片,包含主叶片1、辅助翼2和连接件3;所述主叶片1由叶片根部和叶片本体形成,所述叶片根部呈圆柱体形状,与轮毂连接,所述叶片本体由叶片内部设置多片位置相对应的腹板和覆盖在所述腹板上的蒙皮胶结形成,所述叶片本体呈桨状(具有优良的空气动力性能);所述辅助翼2与安装位置对应的主叶片形状相同,且所述辅助翼2的宽度小于所述叶片本体的宽度,优选地可以为叶片本体宽度的15%;所述连接件3呈圆柱体,设置在所述辅助翼2的两端,用于连接所述叶片本体和所述辅助翼2。
所述辅助翼2设置有2个。
在所述主叶片1的正面设置有1个所述辅助翼2,长度方向沿所述主叶片1从叶片尖端到叶片根部方向设置。
在所述主叶片1的背面设置有1个所述辅助翼2,长度方向沿所述主叶片1从叶片尖端到叶片根部方向设置。
所述正面的辅助翼2与背面的辅助翼2设置成相对于主叶片1相对称。
每个所述辅助翼2上设置2个所述连接件3。
最后需要指出的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种带有对称辅助翼的三叉式叶片,特征在于:包含主叶片、辅助翼和连接件;所述主叶片由叶片根部和叶片本体形成,所述叶片根部呈圆柱体形状,所述叶片本体由叶片内部设置多片位置相对应的腹板和覆盖在所述腹板上的蒙皮胶结形成,所述叶片本体呈桨状;所述辅助翼形状与安装位置对应的主叶片形状相同,且所述辅助翼的宽度小于所述叶片本体的宽度;所述连接件呈圆柱体,设置在所述辅助翼的两端,用于连接所述叶片本体和所述辅助翼。
2.根据权利要求1所述的带有对称辅助翼的三叉式叶片,其特征在于:所述辅助翼设置有2个。
3.根据权利要求1所述的带有对称辅助翼的三叉式叶片,其特征在于:所述辅助翼的宽度为叶片本体宽度的15%。
4.根据权利要求2所述的带有对称辅助翼的三叉式叶片,其特征在于:在所述主叶片的正面设置有1个所述辅助翼,长度方向沿所述主叶片从叶片尖端到叶片根部方向设置。
5.根据权利要求4所述的带有对称辅助翼的三叉式叶片,其特征在于:在所述主叶片的背面设置有1个所述辅助翼,长度方向沿所述主叶片从叶片尖端到叶片根部方向设置。
6.根据权利要求5所述的带有对称辅助翼的三叉式叶片,其特征在于:所述正面的辅助翼与背面的辅助翼设置成相对于主叶片相对称。
7.根据权利要求1-6之一的所述的带有对称辅助翼的三叉式叶片,其特征在于:每个所述辅助翼上设置2个所述连接件。
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