CN111102128A - 一种风力发电机叶片叶尖小翼及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力发电机叶片叶尖小翼及其安装方法。所述叶尖小翼由叶尖延伸段、内腔粘接壳体、端面尾翼、销钉组成。其中，所述端面尾翼与叶尖延伸段垂直，呈T字型；所述内腔粘接壳体位于叶尖延伸段内部，其内表面与叶尖外表面形状一致；所述叶尖延伸段、内腔粘接壳体预留通孔，通过所述销轴与叶片叶尖接闪器进行定位连接。叶尖小翼可以有效阻隔叶尖处气流由下表面扰流到上表面，消除叶尖处的涡流，使气流平稳的流经叶尖区域，减小叶尖损失，增加发电效率。

Description

一种风力发电机叶片叶尖小翼及安装方法

技术领域

本发明涉及风电领域，尤其涉及一种风力发电机叶片叶尖小翼及其安装方法。

背景技术

风力发电机可以将风能转化为机械能，然后将机械能转化为电能并进行远距离传输，其中叶片是进行风能转化的最主要部件，其气动性能直接影响发电效率，叶片的外形一般为翼型，风流经翼型时产生升力，进而推动风轮旋转，产生机械能。

叶片各个截面为翼型，当气流从翼型的表面流过时，由于翼型上下外形的差异，导致下表面压强大、上表面压强小，因此提供了向上的升力。但由于上下表面的压力不一致，导致空气流经叶片表面时会发生偏斜，尤其是在叶尖位置，下表面气流会绕过叶尖流向上表面，产生很大的涡流。因此在进行叶片设计时，需考虑叶尖损失，严重影响风机的发电效率。

目前已经安装的风机绝大部分没有进行叶尖气动性能优化，需要一种提升现役风力发电机叶片气动效率的叶尖小翼。。

发明内容

为了解决现役风力发电机叶片叶尖损失带来的发电量损失，本发明提供一种风力发电机叶片叶尖小翼以及叶尖小翼的安装方法。叶尖小翼作为附加部件可以便捷的安装在现有风力发电机叶片上或新制造叶片上，达到减少叶片叶尖损失的目的。

本发明提供的一种叶尖小翼由叶尖延伸段、内腔粘接壳体、端面尾翼、销钉组成，其中，所述端面尾翼与叶尖延伸段垂直，呈T字型；所述内腔粘接壳体位于叶尖延伸段内部，其内表面与叶尖外表面形状一致；所述叶尖延伸段、内腔粘接壳体预留通孔，通过所述销轴与叶片叶尖接闪器进行定位连接。

叶尖延伸段的长度根据风力发电机组以及叶片的强度进行设计，包括压力面壳体和吸力面壳体，其外形与叶片外形平滑过渡。

端面尾翼的主要作用是阻隔叶尖处气流由下表面绕流到上表面，消除叶尖处的涡流，使气流平稳的流经叶尖区域，减小叶尖损失。同时，将端面尾翼的截面形状设计成翼型，使叶尖处的平稳气流产生额外的升力。其中位于叶尖延伸段压力面一侧端面尾翼的翼型相对厚度为10%~12%，位于叶尖延伸段吸力面一侧端面尾翼的翼型相对厚度为6%~8%。端面尾翼两侧设计成不同相对厚度的翼型，使端面尾翼提供升力的同时，尽量减小阻力，提升叶片气动效率。

叶片尖部离心力非常大，为了实现叶尖小翼与叶片连接以及接闪功能的可靠性，设计铝合金材质销钉， 一方面销钉贯穿叶片叶尖接闪器和叶尖延伸段，实现机械连接的作用；另一方面，将叶片叶尖接闪器的功能外延，铝合金销钉外露在叶尖延伸段表面，保障接闪功能。同时，端面尾翼设置有可拆卸的平板接闪器，通过导线与叶尖接闪器连接，完善叶尖小翼的接闪功能。

内腔粘接壳体的主要作用是定位和粘接叶尖小翼，为了保证粘接过程中结构胶的粘接厚度，在内腔粘接壳体内表面设置有等间距凸起，而凹陷位置作为结构胶填充部分。

本发明中叶尖小翼的安装方法包括以下步骤：

（1）将所述叶尖小翼套进叶尖，检查所述内腔粘接壳体与叶尖表面外形是否一致；

（2）通过所述叶尖延伸段、内腔粘接壳体预留通孔，在叶尖接闪器上钻孔；

（3）在叶尖接闪器上使用螺栓连接铜导线；

（4）打磨叶片尖部粘接区域，涂抹结构胶；

（5）将所述叶尖小翼套进叶尖，铜导线穿过所述叶尖延伸段，与端面尾翼的平板接闪器连接；

（6）安装所述销钉，将叶尖小翼与叶尖进行机械连接；

（7）高温固化结构胶。

附图说明

通过下文中的参照附图所进行的描述部分，能够更好的理解所有上述特征，所述附图为：

图1为本发明中叶尖小翼2在风力发电机叶片1上的安装位置示意；

图2为本发明中叶尖小翼2的立体示意图，其中11为风力发电机叶片1的叶尖接闪器,21为叶尖延伸段，22为端面尾翼，23为内腔粘接壳体，24为销钉，25为平板接闪器，26为铜导线；

图3为本发明中叶尖小翼2的侧视图；

图4为本发明中叶尖小翼2的前视图，其中，31为叶尖延伸段21的吸力面，32为叶尖延伸段的压力面；

图5为本发明中叶尖小翼2安装后的剖面图，其中231为内腔粘接壳体23内表面的凸起。

具体实施方式

叶片1是风力发电机中将风能转换为动能的最主要部件，当气流从叶片1的上下表面流过时，会在叶片1上下表面产生压力差，而这种压力差在叶片1的尖部产生涡流，从而造成叶尖损失。叶尖损失主要是由于叶片1尖部的外形造成的，因此可以通过增加附件的方式改变叶尖处的外形，从而解决叶尖损失。

本发明所涉及的叶尖小翼2，其功能主要是减小叶尖损失，增加风力发电机叶片1的发电效率，同时考虑叶尖小翼2的便捷安装、结构安全性能，以及风力发电机叶片1的接闪功能完善。

叶尖小翼2由叶尖延伸段21、内腔粘接壳体23、端面尾翼22、销钉24组成。叶尖延伸段21作为叶片1长度的延伸，截面形状为气动翼型，包括吸力面31和压力面32，分别与叶片1的尖部吸力面和压力面平顺过渡。

端面尾翼22是叶尖小翼2的关键气动部分，端面尾翼22与叶尖延伸段21垂直，呈T型结构。端面尾翼22的主要作用是阻隔叶尖处气流由压力面（下表面）绕流到吸力面（上表面），消除叶尖处的涡流，使气流平稳的流经叶尖区域，减小叶尖损失。同时，将端面尾翼22的截面形状设计成翼型，使叶尖处的平稳气流产生额外的升力。其中位于叶尖延伸段21压力面一侧端面尾翼22的翼型相对厚度为10%~12%，位于叶尖延伸段21吸力面一侧端面尾翼的翼型相对厚度为6%~8%。端面尾翼22两侧设计成不同相对厚度的翼型，使端面尾翼22提供升力的同时，尽量减小阻力，提升叶片1的气动效率。

风力发电机在运行过程中，叶片1的尖部离心力非常大，叶尖小翼2与叶片1的连接设计非常重要。叶片1与叶尖小翼2的主要结构材料为复合材料，通常为玻璃纤维复合材料或碳纤维复合材料，常用的连接工艺是粘接，因此工艺要求非常高，不能保证连接的可靠性。在本发明中，叶尖小翼2的连接设计，考虑粘接和机械连接相结合的方式，分别设计内腔粘接壳体23和销钉24。内腔粘接壳体23位于叶尖延伸段21内部，其内表面与叶片1尖部外表面形状一致，由于结构胶4需保证一定厚度，才能保证最大粘接强度，所以在内腔粘接壳体23的内表面设置等间距的凸起，凸起高度2~4mm，使得粘接工艺简单便捷，同时避免粘接过程中缺胶或结构胶4过厚或过薄的现象。销钉24横穿叶尖接闪器11、内腔粘接壳体23和叶尖延伸段21，将风力发电机叶片1和叶尖小翼2进行机械连接。

风力发电机在运行过程中，在叶片1的尖部设置有叶尖接闪器11，安装叶尖小翼2后，叶尖接闪器11被叶尖小翼2覆盖，丧失了接闪功能。为了完善叶片1的接闪功能，在端面尾翼22设置有可拆卸的平板接闪器25，通过导线26与叶尖接闪器11连接，同时将销钉24外露于叶尖延长段21的表面，材质设计为铝合金材质。

以某1.5MW风力发电机叶片为例，经过风力发电机叶片1的强度校核，在满足强度要求的基础上，叶尖延伸段21长度设计为0.5m，内腔粘接壳体23长度0.3m，使得叶片1长度延长0.2m；安装叶尖小翼2后，该风力发电机年发电量增幅大于5%。

叶尖小翼2的安装方法包括以下步骤：

（1）将叶尖小翼2套进叶尖，检查所述内腔粘接壳体23与叶尖表面外形是否一致,；

（2）通过所述叶尖延伸段21、内腔粘接壳体23的预留通孔，在叶尖接闪器11上钻孔；

（3） 在叶尖接闪器11上使用螺栓连接铜导线26；

（4） 打磨叶片尖部粘接区域，涂抹结构胶4；

（5）将叶尖小翼2套进叶片1的尖部，铜导线26穿过所述叶尖延伸段21，与端面尾翼22的平板接闪器25连接；

（6）安装销钉24，将叶尖小翼2与叶片1进行机械连接；

（7）高温固化结构胶4。

Claims (6)

1.一种风力发电机叶片叶尖小翼，其特征在于，所述叶尖小翼由叶尖延伸段、内腔粘接壳体、端面尾翼、销钉组成；

其中，所述端面尾翼与所述叶尖延伸段垂直，呈T字型；所述内腔粘接壳体位于所述叶尖延伸段内部，其内表面与叶尖外表面形状一致；所述叶尖延伸段、所述内腔粘接壳体预留通孔，通过所述销轴与叶片叶尖接闪器进行定位连接。

2.如权利要求1所述的叶尖小翼，其特征在于，所述端面尾翼的截面形状是翼型，其中位于所述叶尖延伸段压力面一侧端面尾翼的翼型相对厚度为10%~12%，位于所述叶尖延伸段吸力面一侧端面尾翼的翼型相对厚度为6%~8%。

3.如权利要求1所述的叶尖小翼，其特征在于，所述端面尾翼设置有可拆卸的平板接闪器，通过导线与所述叶尖接闪器连接。

4.如权利要求1所述的叶尖小翼，其特征在于，所述内腔粘接壳体内表面设置有等间距凸起。

5.如权利要求1所述的叶尖小翼，其特征在于，所述销钉为铝合金材料。

6.一种风力发电机叶片叶尖小翼的安装方法，其安装方法包括：

（1）将所述叶尖小翼套进叶尖，检查所述内腔粘接壳体与叶尖表面外形是否一致；

（2）通过所述叶尖延伸段、内腔粘接壳体预留通孔，在叶尖接闪器上钻孔；

（3）在叶尖接闪器上使用螺栓连接铜导线；

（4）打磨叶片尖部粘接区域，涂抹结构胶；

（5）将所述叶尖小翼套进叶尖，铜导线穿过所述叶尖延伸段，与端面尾翼的平板接闪器连接；

（6）安装所述销钉，将叶尖小翼与叶尖进行机械连接；

（7）高温固化结构胶。

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