CN203515965U - 一种叶片叶尖带v型开槽结构的风力机 - Google Patents

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刘锡林
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Abstract

本实用新型涉及一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机,包括导流罩(1)、叶尖带V型槽的叶片(2)、发电机(3)、控制器(6)、蓄电池(7)、逆变器(8)、交流负载(9)和直流负载(10)。该风力机叶尖开槽,使叶尖结构变化,呈现V型结构,在不增加成本的前提下对叶尖结构进行改进设计,工艺简单,费用低,便于一体化设计,可规模化生产。

Description

一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机
技术领域
本实用新型涉及一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机。 
背景技术
为了提高风力机的风能利用系数和降低风力机噪声,世界各国的研究者提出了各种各样的方法,如采用气动性能优化的叶片、设计低噪高效的翼型,在风轮外围增加扩散器(Diffuser)、在后缘添加襟翼,在叶尖添加小翼(Tip Vane)等。以上方法都是通过在叶片上添加气动原件和设计新叶片来改变风力机气动特性,用以降低风力机气动噪声,但是添加气动原件和设计新叶片都会改变风力机结构动力力学特性、使问题变得复杂化,使影响因素增多,加大了研究困难。 
根据风力机空气动力学理论,水平轴风力机风能利用系数是贝兹极限约为0.593,可目前风力机的风能利用系数远未达到这一极限。因为风力机的型式、结构,叶片的翼型、叶形,加工制造工艺、安装技术水平以及风力机安装地点风资源的复杂多变、不稳定性等诸多因素,都直接影响着风能利用系数和风力机噪声的产生。为了提高风力机的风能利用系数和降低风力机噪声,世界各国的研究者提出了各种各样的方法,如采用气动性能优化的叶片、设计低噪高效的翼型,在风轮外围增加扩散器(Diffuser)、在后缘添加襟翼,在叶尖添加小翼(Tip Vane)等。 
在水平轴风力机叶尖添加结构合适的小翼,可以有效改善风轮表面的压力分布,增大风力机的风能利用系数,提高风力机的功率输出,增强其结构动态特性,降低风力机噪声。 
在水平轴风力机叶尖添加小翼用以降噪方法的缺点是,制造小翼成本较高,工艺较复杂,小翼安装困难,增加安装费用,小翼和叶片不能一体化设计,不便于规模化生产。 
本实用新型在水平轴风力机叶尖开槽,使叶尖结构变化,呈现V型结构,在不增加成本的前提下对叶尖结构进行改进设计,降低风力机叶尖噪声,减少叶片的疲劳程度,延长风力机使用寿命,为风轮降噪途径的探索积累实验和设计经验。实用新型内容 
为了克服现有技术中的缺陷,本实用新型提供一种叶片叶尖带V型开槽结构 的风力机,包括导流罩(1)、叶尖带V型槽的叶片(2)、发电机(3)、控制器(6)、蓄电池(7)、逆变器(8)、交流负载(9)和直流负载(10)。其特征在于 
所述导流罩(1)位于叶片(2)的前端,发电机(3)位于叶片(2)的后部,所述发电机(3)通过导线和控制器(6)相连,该控制器(6)与蓄电池(7)相连,所述逆变器(8)和直流负载(10)并联后与蓄电池(7)相连,所述逆变器(8)的另一端与交流负载(9)相连。 
所述叶片(2)驱动发电机(3)发出交流电。交流电经控制器(6)整流后,对蓄电池(7)进行充电。蓄电池(7)提供的直流电一部分直接供给直流负载(10)使用,另一部分经过逆变器(8),把直流电变成交流电供给交流负载(9)使用。 
所述叶尖带V型槽的叶片(2)的端部具有V型槽,该V型槽具有张角θ,该θ的值为30-60°。 
风力机在保证输出功率基本不变的情况下,叶尖带V型槽的叶片比叶尖不带V型开槽的叶片噪声平均下降4-8dB。 
所述发电机(3)的后部与尾舵(4)相连。 
所述发电机(3)下方具有塔架(5),用于支撑叶片。 
有益效果: 
本实用新型结构简单,设计合理,操作方便,在水平轴风力机叶尖开槽,使叶尖结构变化,呈现V型结构,在不增加成本的前提下对叶尖结构进行改进设计,工艺简单,费用低,便于一体化设计,可规模化生产。同时,在保证输出功率基本不变的情况下,降低风力机叶尖噪声,减少叶片的疲劳程度,延长风力机使用寿命,为风轮降噪途径的探索积累实验和设计经验。 
附图说明
下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明: 
图1是本实用新型的结构示意图; 
图2是本实用新型带V型槽的叶片叶尖示意图; 
图3是本实用新型的风力机近尾迹区域截面噪声的声阵列10个测试截面布置示意图; 
图4是本实用新型的风力机近尾迹区域单一截面噪声的声阵列实验测试; 
图5是本实用新型风力机近尾迹区域旋转角度为90°时10个测试截面测点 布置示意图; 
图6(a)-(f)是本实用新型在λ=5.5时测试旋转角在120°下6个截面有无叶尖V型开槽的测点声压级图。 
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本实用新型。 
一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机,包括导流罩(1)、叶尖带V型槽的叶片(2)、发电机(3)、控制器(6)、蓄电池(7)、逆变器(8)、交流负载(9)和直流负载(10)。其特征在于 
所述导流罩(1)位于叶片(2)的前端,发电机(3)位于叶片(2)的后部,所述发电机(3)通过导线和控制器(6)相连,该控制器(6)与蓄电池(7)相连,所述逆变器(8)和直流负载(10)并联后与蓄电池(7)相连,所述逆变器(8)的另一端与交流负载(9)相连。 
所述叶片(2)驱动发电机(3)发出交流电。交流电经控制器(6)整流后,对蓄电池(7)进行充电。蓄电池(7)提供的直流电一部分直接供给直流负载(10)使用,另一部分经过逆变器(8),把直流电变成交流电供给交流负载(9)使用。 
所述叶尖带V型槽的叶片(2)的端部具有V型槽,该V型槽具有张角θ,该θ的值为30-60°。 
所述风力机在保证输出功率基本不变的情况下,叶尖带V型槽的叶片比叶尖不带V型开槽的叶片噪声平均下降4-8dB。 
所述发电机(3)的后部与尾舵(4)相连。 
所述发电机(3)下方具有塔架(5),用于支撑叶片。 
实验按照GB/T19068.3-2003《离网型风力发电机组第3部分:风洞实验方法》标准和GB/T19068.2-2003《离网型风力发电机组第2部分:实验方法》以及GB/T6882-2008《声学声压法测定噪声源声功率级》标准。风洞实验在B1/K2低速风洞出口段进行。本实验采用声阵列法对在保证额定来流风速10m/s不变时,测试额定尖速比(λ)在5.5下叶尖三维区域,为了避免风轮尾舵偏航造成的对于流场和声场的扰动,将风轮正对风洞中心定位,同时固定尾舵。 
为了准确全面测试300W叶尖不带V型开槽和叶尖带V型开槽的风力机的噪声特性,利用声阵列法对风轮下游10个截面1530个点进行测试。其测试区域三 维坐标轴定义为,与风轮旋转轴垂直且通过风力机叶片叶尖翼型前缘点的平面定义为风轮旋转平面,风轮旋转轴与该平面的交点为风轮旋转中心。沿风轮旋转中心向风轮旋转平面径向方向向外水平移动30cm,与地面距离175cm设置为坐标原点o。通过原点与来流平行的轴为x轴并且取来流方向为x轴的正向。通过原点平行地面并且垂直来流为y轴,取平行地面远离原点为y轴的正向。通过原点垂直地面的轴为z轴,取垂直地面向上为z轴的正向。从原点o开始沿x轴正向每隔10cm布置一个截面,共布置10个,第一个截面为x=10cm的yoz平面。在每个yoz截面上从0°(垂直地面)到180°的半圆,每隔10°共18个测试旋转角进行测试,每个测试旋转角布置8个测点,每个测点间隔10cm,每个截面、每个角度的第一个测点距离x轴10cm。其具体测试布置示意图见图3至5。 
通过对叶尖不带V型开槽和本实用新型叶尖带V型开槽的水平轴风力机风轮叶尖下游三维区域旋转基频37.5Hz所对应的噪声进行分析和对比。 
以λ=5.5,测试旋转角为120°,6个截面测点声压级为例进行分析,见图6(a)截面1,叶尖带V型开槽后旋转噪声测点声压级下降的最大值为7dB,最小值为1dB,平均下降为4dB;图6(b)截面2,叶尖带V型开槽后旋转噪声测点声压级下降的最大值为13dB,最小值为1dB,平均下降为6dB;图6(c)截面3,叶尖带V型开槽后旋转噪声测点声压级下降的最大值为10dB,最小值为5dB,平均下降为8.0dB;图6(d)截面4,叶尖带V型开槽后旋转噪声测点声压级下降的最大值为10dB,最小值为1dB,平均下降为4dB;图6(e)截面5,叶尖带V型开槽后旋转噪声测点声压级下降的最大值为10dB,最小值为1dB,平均下降为4dB;图6(f)截面6,叶尖带V型开槽后旋转噪声测点声压级下降的最大值为12dB,最小值为2dB,平均下降为5dB。 
如图6所示,在6个截面中,截面3也就是x=30cm处是叶尖带V型开槽后旋转噪声测点声压级平均下降最大的截面。叶尖带V型开槽后旋转噪声对应的最大声压级还是主要集中在第1至4测点上,测点1到测点4声压级逐渐减小,在x方向(轴向方向)上随着测试面的后移,旋转噪声的声压级成衰减的趋势,在距离风轮x=10-40cm之间噪声衰减幅度较大,其衰减噪声值为23dB,接近于背景噪声;在距离风轮x=40-60cm之间噪声衰减幅度减小,其衰减噪声值为10dB,低于背景噪声。 
应理解,这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解,在阅读了本实用新型讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。 

Claims (4)

1.一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机,包括导流罩(1)、叶尖带V型槽的叶片(2)、发电机(3)、控制器(6)、蓄电池(7)、逆变器(8)、交流负载(9)和直流负载(10),其特征在于 
所述导流罩(1)位于叶片(2)的前端,发电机(3)位于叶片(2)的后部,所述发电机(3)通过导线和控制器(6)相连,该控制器(6)与蓄电池(7)相连,所述逆变器(8)和直流负载(10)并联后与蓄电池(7)相连,所述逆变器(8)的另一端与交流负载(9)相连。 
2.如权利要求1所述一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机,其特征在于所述叶尖带V型槽的叶片(2)的端部具有V型槽,该V型槽具有张角θ,该θ的值为30-60°。 
3.如权利要求1所述一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机,其特征在于所述发电机(3)的后部与尾舵(4)相连。 
4.如权利要求1所述一种叶片叶尖带V型开槽结构的风力机,其特征在于所述发电机(3)下方具有塔架(5),用于支撑叶片。 
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