CN118188293A - 一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，包括延长节，延长节包括套接段、延长段；套接段的一端与原叶片连接，套接段的另一端与延长段连接；其特征在于，还包括过渡段、翼梢小翼单元；翼梢小翼单元包括至少两个间隔设置的翼梢小翼，每个翼梢小翼的弦线平面平行；翼梢小翼单元的根部通过过渡段与延长段的端部连接。其优点在于：将传统的叶片延长节与翼梢小翼结合，在延长节的端部设置至少两个翼梢小翼，在提高叶片的捕风能力的同时，可有效降低翼尖涡的不利影响，有效提高了风机的发电效率；延长节及翼梢小翼内贯穿有腹板，不易变形，耐久性好；翼梢小翼的弦长通过椭圆方程设计，使得弦长在小范围内由延长段快速平滑到翼梢小翼段。

Description

一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构

技术领域：

本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构。

背景技术：

风资源是一种优质的清洁能源，近年来我国的风电产业发展迅速，但早期的风场机型设计较为保守，发电效率低。为了提高机组的发电效率，通常在原叶片上粘接延长节对叶片进行延长，通过叶片延长提高风机捕获风能能力进而提升其发电效率。

但传统粘接延长节的方法对发电效率的提升作用有限，在风力发电机在运行过程中，由于叶片翼尖区气流的强烈翻卷作用，使得叶尖位置处的旋涡强度最大，涡系的存在改变了叶尖位置处有效速度方向，从而形成了诱导阻力。诱导阻力的产生使得风力机叶片空气动力效率降低，影响风能捕获，导致机组的发电量降低。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种既可对风机叶片进行有效延长，又可降低风机诱导阻力的叶片延长结构。

本发明由如下技术方案实施：一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，包括延长节，所述延长节包括套接段、延长段；所述套接段的一端与原叶片连接，所述套接段的另一端与所述延长段连接；还包括过渡段、翼梢小翼单元；

所述翼梢小翼单元包括至少两个间隔设置的翼梢小翼，每个所述翼梢小翼的弦线平面平行；

所述翼梢小翼单元的根部通过所述过渡段与所述延长段的端部连接。

优选的，所述翼梢小翼、所述延长节均包括压力面、吸力面，且所述翼梢小翼由吸力面折向压力面。

优选的，所述翼梢小翼的弦线平面与垂直风机旋转平面之间的夹角范围为60°～90°。

优选的，还包括腹板，所述腹板的一端贯穿通过所述延长节后呈分叉结构置于所述翼梢小翼单元内，每个所述翼梢小翼内均设有所述腹板的一个分叉。

优选的，所述翼梢小翼的弦长通过下式计算得到：

其中，r为翼梢小翼的截面距离翼梢小翼根部的长度，C(r)为r处翼梢小翼的弦长，K为弦长比，且K∈(1,1.2)，C₀为翼梢小翼的根部弦长，R_tip为翼梢小翼的拓展长度，R₀为过渡段的长度，α为椭圆形状系数，α∈(1,2)。

本发明的优点：将传统的叶片延长节与翼梢小翼结合，在延长节的端部设置至少两个翼梢小翼，在提高叶片的捕风能力的同时，可有效降低翼尖涡的不利影响，有效提高了风机的发电效率；延长节及翼梢小翼内贯穿有腹板，不易变形，耐久性好；翼梢小翼的弦长通过椭圆方程设计，使得弦长在小范围内由延长段快速平滑到翼梢小翼段。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的延长结构示意图。

图2为本发明的延长结构内部腹板图。

图3为图1的侧视图。

图4为本发明的r定义示意图。

图5为本发明的弦长示意图。

图6为本发明的翼梢小翼弦长求解示意图。

图7为本发明实施例1求解得到的翼梢小翼弦长曲线。

延长节1、套接段1.1、延长段1.2、过渡段2、翼梢小翼单元3、翼梢小翼3.1、原叶片4、腹板5。

具体实施方式：

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本发明提出了一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，将传统的叶片延长节与翼梢小翼结合，在提高叶片捕风能力的同时减小翼尖涡对发电效率的影响。

具体地，如图1-3所示，该叶片延长结构包括延长节1、过渡段2、翼梢小翼单元3。延长节1包括套接段1.1、延长段1.2；套接段1.1的一端与原叶片4连接，套接段1.1的另一端与延长段1.2连接。翼梢小翼单元3包括至少两个间隔设置的翼梢小翼3.1，每个翼梢小翼3.1的弦线平面平行，翼梢小翼单元3的根部通过过渡段2与延长段1.2的端部连接。

其中，过渡段2为延长节1与翼梢小翼3.1的重叠区，在该重叠区内，延长节1的弦长分布与翼梢小翼3.1的弦长分布一致，使得延长节1可以与翼梢小翼3.1光滑过渡。

进一步地，翼梢小翼3.1、延长节1均包括压力面、吸力面，且翼梢小翼3.1由吸力面折向压力面。翼梢小翼3.1的弦线平面与垂直风机旋转平面之间的夹角β范围为60°～90°。需要说明的是，吸力面、压力面均采用本领域成熟的现有技术制成，如由蒙皮、主梁和壳体芯材通过真空灌注而成。

在使用时，在套接段1.1涂抹结构胶，使得原叶片4与延长结构粘接；通过延长段1.2可提升叶片捕风能力，从而提高风机发电效率；通过翼梢小翼单元3减弱翼梢的翼尖涡效应，从而减小诱导阻力、提升发电效率。

为了增加该延长结构的刚性，其还包括腹板5，腹板5的一端贯穿通过延长节1后呈分叉结构置于翼梢小翼单元3内，每个翼梢小翼3.1内均设有腹板5的一个分叉，通过腹板5为延长段1.2、过渡段2、翼梢小翼单元3提供内部支撑。

为了优化延长结构的翼梢小翼3.1弦长设计，翼梢小翼的弦长通过下式(1)的变参数椭圆方程计算得到：

其中，r为翼梢小翼的截面距离翼梢小翼根部的长度；

R₀为过渡段2的长度，根据经验值，R₀取值一般为100mm～200mm；

记翼梢根部位置处为r＝0，如图4所示；则C₀为翼梢小翼的根部弦长，C(r)为r处的翼梢小翼的弦长，其中，如图5所示，对于叶片、延长节、过渡段、翼梢小翼，弦长均为其后缘中点到前缘点的连线长度。

K为弦长比，即r＝-R₀与r＝0时对应的弦长比值，可用公式(2)计算得到：

根据经验值，K∈(1,1.2)；

如图6所示，r∈(-R₀,0)为延长节1与翼梢小翼的过渡区，即椭圆方程(1)与延长节1弦长函数的重叠区，根据延长节1弦长函数即可计算得到C(-R₀)、C(0)，进而求解得到K；其中，延长节1弦长函数可选取该领域常用的拟合函数进行拟合，本申请不对其进行限制。R_tip为翼梢小翼的拓展长度，如图6所示，拓展长度为椭圆方程(1)与横坐标轴的交点，拓展长度R_tip所对应弦长C(R_tip)＝0，在实际生产过程中无法制作出弦长为零的翼梢小翼，因此结合实际情况选取翼梢小翼的尖部截面弦长C(r_tip)＞0，该处r_tip即为翼梢小翼的设计长度。

α为椭圆形状系数，且α∈(1,2)。对于方程(1)，当α＝1时，该方程为斜直线；当α＝2时，该方程为正圆；当α∈(1,2)时，该方程为椭圆。

相比较传统的翼尖线性弦长分布，采用本申请的变参数椭圆方程得到的翼尖区域弦长更大，可以有效提升功率系数，进而有效提高翼梢小翼的捕风能力。

实施例1：

本实施例结合实际风机叶片参数，对翼梢小翼的弦长进行求解。在该实施例中，假定：延长节1弦长函数已知，且-R₀≤r≤0区域为椭圆方程与延长节1弦长函数的重叠区，即对应在图6中，点A(-R₀,C₁)、点B(0，C₀)为已知点，其中C₁＝K·C₀。

假定某重叠区R₀＝175mm，该重叠区范围内，延长段1.2对应的弦长C₁＝708.3mm，延长段1.2结束位置弦长C₀＝695mm，则有K＝1.01914。

翼梢小翼段设计长度为r_tip＝1750mm，翼梢小翼段设计弦长为C_tip＝50mm。

将点B(0，695)及点C(1750,50)带入下式得：

解方程组可得，形状系数α＝1.486168，翼梢拓展长度R_tip＝1775.618mm。带入式(1)可得翼梢弦长曲线：

图7即为求解得到的翼梢小翼的弦长曲线，对应地，表1为得到的多个翼梢小翼弦长/翼梢小翼设计长度参数，表中各数值单位为mm。

表1翼梢小翼弦长/翼梢小翼设计长度关系表

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，包括延长节，所述延长节包括套接段、延长段；所述套接段的一端与原叶片连接，所述套接段的另一端与所述延长段连接；其特征在于，还包括过渡段、翼梢小翼单元；

所述翼梢小翼单元包括至少两个间隔设置的翼梢小翼，每个所述翼梢小翼的弦线平面平行；

所述翼梢小翼单元的根部通过所述过渡段与所述延长段的端部连接。

2.根据权利要求1所述的一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，其特征在于，所述翼梢小翼、所述延长节均包括压力面、吸力面，且所述翼梢小翼由吸力面折向压力面。

3.根据权利要求2所述的一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，其特征在于，所述翼梢小翼的弦线平面与垂直风机旋转平面之间的夹角范围为60°～90°。

4.根据权利要求2所述的一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，其特征在于，还包括腹板，

所述腹板的一端贯穿通过所述延长节后呈分叉结构置于所述翼梢小翼单元内，每个所述翼梢小翼内均设有所述腹板的一个分叉。

5.根据权利要求2-4任一所述的一种设有翼梢小翼的风机叶片延长结构，其特征在于，所述翼梢小翼的弦长通过下式计算得到：

其中，r为翼梢小翼的截面距离翼梢小翼根部的长度，C(r)为r处翼梢小翼的弦长，K为弦长比，且K∈(1,1.2)，C₀为翼梢小翼的根部弦长，R_tip为翼梢小翼的拓展长度，R₀为过渡段的长度，α为椭圆形状系数，α∈(1,2)。