CN113090447A - 一种尾缘增厚的叶片增功系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开本一种尾缘增厚的叶片增功系统，包括叶片翼型主体和增功装置；所述叶片翼型主体设有钝尾缘；所述增功装置安装于所述钝尾缘处。叶片兼顾气动性能和结构安全性叶片，钝尾缘有利于改善尾缘脱落涡和升阻力系数；通过在叶片翼型主体的钝尾缘吸力面或压力面至少一个面上设置增功装置，增加了叶片的升力系数，减少了阻力系数，有效的提升了最佳升阻比；解决尾缘厚度增加后阻力系数增加的问题，以及如何优化已运行机组叶片尾缘的问题，达到了提质增效的目的。

Description

一种尾缘增厚的叶片增功系统
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种尾缘增厚的叶片增功系统。
背景技术
风力机叶片作为风电机组捕获风能的主要部件，而决定叶片气动性能的因素有很多，如气动外形、翼型、结构等。对叶片的增功方式有很多，常见的有延迟或抑制失速发生的涡流发生器、改善尾缘脱落涡并提高升阻比的格尼襟翼、尾缘粗糙度优化以及扰流板等，大都是通过在叶片表面粘贴或安装对应的增功附件来改善翼型和叶片的气动性能，提高叶片捕获风能的能力。因此对翼型和叶片的气动优化设计和增功装置一直都是风电机组空气动力学范畴的研究热点之一。
风力机叶片专用翼型是基于风力机的功率特性和载荷特点专门开发的针对风电领域的翼型，其关键参数为升力系数Cl和阻力系数Cd，不同厚度的翼型其关键参数差异较大。通过对叶片尾缘进行钝化处理或者采用钝尾缘，可改善翼型的升力系数，但阻力系数有一定的程度增加。
如何改善叶片专用翼型尾缘气动特性，特别是尾缘厚度增加后阻力系数增加的问题，以及对于已运行机组如何优化叶片尾缘，来达到提质增效的效果，并未有详细的说明和分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尾缘增厚的叶片增功系统，以解决尾缘厚度增加后阻力系数增加的问题，以及如何优化已运行机组叶片尾缘的问题，来达到提质增效的目的。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种尾缘增厚的叶片增功系统，包括叶片翼型主体和增功装置；
所述叶片翼型主体设有钝尾缘；
所述增功装置安装于所述钝尾缘处。
本发明进一步的改进在于：所述增功装置安装于所述钝尾缘的吸力面、压力面中的一个面或者两个面。
本发明进一步的改进在于：增功装置的横截面为楔形；
增功装置的表面设有若干凹槽。
本发明进一步的改进在于：增功装置与叶片翼型主体的接触面为随型面。
本发明进一步的改进在于：所述叶片翼型主体的弦长为c，所述增功装置沿叶片翼型主体弦长方向的长度为X；
其中：X＝3％～10％c。
本发明进一步的改进在于：所述增功装置厚度为d，所述叶片翼型主体的弦长为c，所述钝尾缘的厚度为y；
其中：y＝0.15～0.5％c；
d＝(0.15％～0.4％c)-y。
本发明进一步的改进在于：增功装置厚度为d，所述凹槽的宽度为G；其中，G＝0.5～3d；凹槽的深度＝0.5～0.8d；相邻凹槽之间的距离D＝3～7G。
本发明进一步的改进在于：所述增功装置远离尾缘的一端为楔形状，楔形角β＝5°～45°；增功装置中与气流接触的表面长度为L0：L0＝0.3～0.8X；所述X为增功装置沿叶片翼型主体弦长方向的长度。
本发明进一步的改进在于：增功装置中凹槽的开槽方向与钝尾缘边缘的夹角为θ，θ＝30°～150°。
本发明进一步的改进在于：叶片翼型主体选用18％～60％相对厚度的DU00-W401翼型。
所述增功装置沿叶片半径方向的粘接时，应分多段安装，对于不同叶片半径位置，增功装置可以是同一外形设计，也可以是根据所粘接位置叶片截面翼型对应的外形设计，对于不同增功装置的外形设计，同时设计过渡段的增功装置。
相对于现有技术，本发明的有益效果是：
1、叶片兼顾气动性能和结构安全性叶片，钝尾缘有利于改善尾缘脱落涡和升阻力系数；通过在叶片翼型主体的钝尾缘吸力面或压力面至少一个面上设置增功装置，增加了叶片的升力系数，减少了阻力系数，有效的提升了最佳升阻比；解决尾缘厚度增加后阻力系数增加的问题，以及如何优化已运行机组叶片尾缘的问题，达到了提质增效的目的。
2、对于已运行的风电机组叶片，可以通过本发明对叶片进行提质增效改善。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为吸力面与压力面同时安装增功装置的尾缘增厚的叶片增功系统的结构示意图；
图2为吸力面安装增功装置的尾缘增厚的叶片增功系统的结构示意图；
图3为压力面安装增功装置的尾缘增厚的叶片增功系统的结构示意图；
图4为增功装置的横截面示意图；
图5为增功装置的主视图；
图6为增功装置的俯视图；
图7为实施例1的一种尾缘增厚的叶片增功系统的立体示意图；
图8为实施例1所示的尾缘增厚的叶片增功系统的右视图；
图9为实施例1所示的尾缘增厚的叶片增功系统的升力系数曲线图；
图10为实施例1所示的尾缘增厚的叶片增功系统的阻力系数曲线图。
其中1、叶片翼型主体；2、增功装置。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效明白了解，下面结合附图，进一步阐述本发明。
请参阅图1至图3所示，本发明公开了一种尾缘增厚的叶片增功系统，包括叶片翼型主体1和增功装置2，叶片翼型主体1的尾缘部分为具有厚度的钝尾缘10，并在叶片翼型主体1的钝尾缘10吸力面101或压力面102至少一个面上设置增功装置2，增功装置2横截面为楔形且包括多个凹槽20。
实施例1
如图4-8所示，作为一个优选的实施例，本发实施例一种尾缘增厚的叶片增功系统中，叶片翼型主体1选用DU00-W401翼型，弦长c＝1000mm，宽度为100mm，钝尾缘10的厚度为10mm，增功装置2安装在叶片翼型主体1的压力面102，增功装置2与叶片翼型主体1的接触面为随型面，长度X＝45mm，厚度d＝3mm，增功装置2中与气流接触的表面21长度L0＝25mm，远离叶片翼型主体1尾缘的楔形角β＝10°，增功装置2与气流接触面带有6个凹槽20，凹槽20间隔D＝16mm，凹槽20深度＝2mm，凹槽开口方向θ＝90°。
使用CFD分别对叶片翼型主体1(DU00-W401翼型)和安装增功装置2的叶片翼型主体1进行计算，空气密度1.225kg/m3，温度15℃，雷诺数Re＝3E6条件下的升力系数C1、阻力系数Cd和升阻比见表1。
表1
Figure BDA0003085484410000051
请参阅图9及图10所示，按本实施例计算的结果来看，在叶片翼型主体1上增加增功装置2后，在攻角0～14°范围内，升力系数C1增加，阻力系数Cd减少，最佳升阻比有明显增长，具有较好的增功效果。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，包括叶片翼型主体(1)和增功装置(2)；
所述叶片翼型主体(1)设有钝尾缘(10)；
所述增功装置(2)安装于所述钝尾缘(10)处。
2.根据权利要求1所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，所述增功装置(2)安装于所述钝尾缘(10)的吸力面(101)、压力面(102)中的一个面或者两个面。
3.根据权利要求1所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，增功装置(2)的横截面为楔形；
增功装置(2)的表面设有若干凹槽(20)。
4.根据权利要求1所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，增功装置(2)与叶片翼型主体(1)的接触面为随型面。
5.根据权利要求1所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，所述叶片翼型主体(1)的弦长为c，所述增功装置(2)沿叶片翼型主体(1)弦长方向的长度为X；
其中：X＝3％～10％c。
6.根据权利要求1所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，所述增功装置(2)厚度为d，所述叶片翼型主体(1)的弦长为c，所述钝尾缘(10)的厚度为y；
其中：y＝0.15～0.5％c；
d＝(0.15％～0.4％c)-y。
7.根据权利要求3所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，增功装置(2)厚度为d，所述凹槽(20)的宽度为G；其中，G＝0.5～3d；凹槽(20)的深度＝0.5～0.8d；相邻凹槽(20)之间的距离D＝3～7G。
8.根据权利要求3所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，所述增功装置(2)远离尾缘的一端为楔形状，楔形角β＝5°～45°；增功装置(2)中与气流接触的表面长度为L0：L0＝0.3～0.8X；所述X为增功装置(2)沿叶片翼型主体(1)弦长方向的长度。
9.根据权利要求3所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，增功装置(2)中凹槽(20)的开槽方向与钝尾缘(10)边缘的夹角为θ，θ＝30°～150°。
10.根据权利要求1所述的一种尾缘增厚的叶片增功系统，其特征在于，叶片翼型主体(1)选用18％～60％相对厚度的DU00-W401翼型。
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