CN207920770U - 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 - Google Patents
一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207920770U CN207920770U CN201721776615.9U CN201721776615U CN207920770U CN 207920770 U CN207920770 U CN 207920770U CN 201721776615 U CN201721776615 U CN 201721776615U CN 207920770 U CN207920770 U CN 207920770U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- blade
- blade tip
- energy conversion
- conversion system
- wind energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000007634 remodeling Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 230000018199 S phase Effects 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
- Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本实用新型涉及风能发电领域，尤其是涉及一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片，包括叶片本体，叶片本体的叶尖呈双叉式结构，还提供一种风力机，包括叶片叶尖呈双叉式结构的叶片、导流罩、发电机、控制器、蓄电池、逆变器和电流负载。本实用新型提供了一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片，在水平轴风力机叶片叶尖改型，使叶片叶尖呈双叉式结构，在不增加成本的前提下对叶片叶尖结构进行细微改造，工艺简单，费用低，便于一体化设计，可规模生产，同时在保证输出功率略有提高的情况下，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。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机。
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、设计降噪高效的翼型，在风轮外围增加扩散器(Diffuser)在后翼添加襟翼，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元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，但是添加气动元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，使影响因素增加，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、多因素，都直接影响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研究方法，如采用气动性能优化的叶片、设计降噪高效的翼型，在风轮外围增加扩散器(Diffuser)在后翼添加襟翼，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，增加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的方法的缺点是：制造小翼成本高，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片叶尖改型，使叶尖结构变化，呈双叉式结构，在不增加叶片成本的前提下对叶片叶尖进行设计，降低风力机噪声，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
本实用新型在水平轴风力机叶片叶尖改型，使叶尖结构变化，呈双叉式结构，在不增加成本的前提下，对叶片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，延长风力机的使用寿命。
本实用新型提供的一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片，包括叶片本体，叶片本体的叶尖部分具有双叉式结构。
本实用新型还提供了一种风力机，包括叶片叶尖呈双叉式结构的叶片、导流罩、发电机、控制器、蓄电池、逆变器和电流负载；导流罩位于叶片的前端，发电机位于叶片的后部，发电机、蓄电池均与控制器电连接，蓄电池、电流负载均与逆变器连接。
本实用新型提供的一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片，对水平轴风力机叶片叶尖改型，使叶尖结构变化，呈现双叉式结构，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，便于一体化设汁，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。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为本实用新型实施提供的叶尖呈双叉式结构的风力机叶片叶尖部位的示意图；
图2为本实用新型实施例提供的风力机近尾迹区域旋转角度为90°时测试界面测点布置示意图；
图3为本实用新型叶片叶尖改型前后风力机在来流风速10m/s，x＝20cm，测试旋转角为90°的7个测点旋转基频噪声变化图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以足可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1所示，本实用新型提供的一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片，包括叶片本体，叶片本体的叶尖呈双叉式结构，叶尖双叉式结构参数为叶尖上翘角度为α＝110°，下翘角度为β＝160°，上翘圆角直径为R1＝4cm，下翘圆角直径R2＝6cm，双叉式叶尖高度H＝6cm。
本实用新型还提供了一种风力机，包括叶尖呈双叉式结构的叶片、导流罩、发电机、控制器、蓄电池、逆变器和电流负载；导流罩位于叶片的前端，发电机位于叶片的后部，发电机、蓄电池均与控制器电连接，蓄电池、电流负载均.均与逆变器相连接。
为了准确全面测试叶片叶尖未改型和叶片叶尖呈双叉式结构的叶片的风力机的噪音特性，利用声阵列法对距离风轮旋转平面20cm截面旋转角度为90°时的测试线上7个测点进行测试。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后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设置为坐标原点0。测试线上的每个测点间隔10cm，具体测试布置示意图2所示。
在本实施例中，设计出的叶片叶尖呈双叉式结构参数为叶尖上翘角度为α＝110°，下翘角度为β＝160°，上翘圆角直径为R1＝4cm，下翘圆角直径R2＝6cm，双叉式叶尖高度H＝6cm的风力机，与未改型风力机进行对比。具体测试方法为利用负载不变，改变来流风速的试验法测量风力机的输出功率和风能利用系数Cp 的变化。对测试结果进行分析可以得出在所测量的风速范围内6-10m/s之间，叶尖呈双叉式结构的输出功率和叶尖未改型风力机的输出功率在6m/s时相差不大，在10m/s时叶尖呈双叉式结构风力机的输出功率有所升高，总的平均升高为22.6％；在6m/s-10m/s的风速范围内，叶尖呈双叉式结构的风力机风能利用系数都高于未改型风力机的风能利用系数。额定风速10m/s所对应功率分别为叶尖未改型风力机68.4W，叶尖呈双叉式结构风力机83.7W。通过计算，叶尖呈双叉式结构风力机改型后功率上升22.3％。由此可知，改型后的叶尖呈双叉式结构风力机对风能利用率有一定的影响并且使得风力机功率有所提升。
在本实施例中，通过对额定风速10m/s下叶尖改型前后水平轴风力机风轮叶尖下游三维区域噪声频谱图的分析，风力机叶尖区域噪声的频谱图主要是由风轮叶片的旋转基频及谐波、叶片旋转产生的叶尖涡脱落频率、风洞动力风扇旋转产生的频率构成。采用的双叉式叶尖结构参数为叶尖上翘角度为α＝110°，下翘角度为β＝160°，上翘圆角直径为R1＝4cm，下翘圆角直径R2＝6cm，双叉式叶尖高度H＝6cm。然后测试未改型和改型后风力机在来流风速10m/s时，x＝20cm测试旋转角为90°的7个测点所对应的旋转噪声变化见图3。
由图3可见，叶尖呈双叉式结构的叶片对风轮的旋转噪声产生的影响，使旋转基频及其谐波关系的频率所对应的频谱图峰值(也就是旋转噪声)在测试区域内有了明显下降的趋势，其旋转基频噪声变化值平均降低了1.85％。由此可知，叶片叶尖改型后降低旋转基频噪声。
在本实施例中，基于Fluent，在设计工况下，利用大涡模拟方法(LES)对双叉式叶片与原始叶片进行三维流场的非定常仿真计算。
在x＝0mm截面处的流场分布情况，双叉式叶片的截面平均速度为9.80m/s，叶尖区域平均速度为13.01m/s；未改型叶片的截面平均速度为9.74m/s，叶尖区域平均速度为11.18m/s，双叉式叶片叶尖区域平均速度增大了16.4％，即双叉式叶片的叶轮能捕获更多的风能。
在x＝0截面的涡量分布情况，涡量值最大的地方出现在叶尖涡区域，经过叶涡区域后，沿半径方向涡量值逐渐减小，双叉式叶尖结构使得大涡破碎成小涡，旋转强度减弱，涡量值减小。双叉式叶片截面的涡量的平均值为96.5s-1，叶尖区域的涡量平均值为178s-1；未改型叶片截面的涡量平均值为110.3s-1，叶尖区域的涡量平均值为215s-1，双叉式叶片叶尖区域涡量平均值减小了17.2％，损失的能量减少，被风轮汲取的风能增加，风能利用系数提高，气动性能有较明显的改善。
通过叶尖结构的改型，本实用新型提供的一种叶尖呈双叉式结构的风力机叶片和风力机，在保证输出功率基本不变的情况下，降低风力机的噪声，减少叶片的疲劳程度，延长风力机使用寿命。
最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片，其特征在于，包括叶片本体，所述叶片本体的叶片叶尖呈双叉式结构；
2.一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片，其特征在于，叶尖双叉式结构参数为叶尖上翘角度为α＝110°，下翘角度为β＝160°，上翘圆角直径为R1＝4cm，下翘圆角直径R2＝6cm，双叉式叶尖高度H＝6cm；
3.一种风力机其特征在于，包括如权利要求1所述的叶尖呈双叉式结构的叶片、导流罩、发电机、控制器、蓄电池、逆变器和电流负载；
所述的导流罩位于所属叶片的前端，所属发电机位于所属叶片的后部，所述发电机、所述蓄电池与所述控制器电连接，所述蓄电池、所述电流负载均与所述逆变器连接；
为了准确全面测试叶片叶尖未改型和叶尖呈双叉式结构的叶片的风力机的气动特性和噪声特性，利用风洞测试得到风力机的输出功率在额定风速10m/s所对应功率分别为叶尖未改型风力机68.4W，叶尖呈融合式结构风力机83.7W，叶尖呈融合式结构风力机功率上升22.6％；叶尖呈双叉式结构的叶片对风轮的旋转噪声产生的影响，使旋转基频所对应的噪声值平均降低了1.85％；
基于Fluent，在设计工况下，利用大涡模拟方法对叶尖呈双叉式结构叶片与未改型叶片进行三维流场的非定常仿真计算，双叉式叶轮叶尖速度平均值增大了16.4％，涡量平均值减小了17.2％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721776615.9U CN207920770U (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721776615.9U CN207920770U (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207920770U true CN207920770U (zh) | 2018-09-28 |
Family
ID=63606674
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201721776615.9U Expired - Fee Related CN207920770U (zh) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207920770U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109899228A (zh) * | 2017-12-07 | 2019-06-18 | 代元军 | 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 |
| CN113982840A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-28 | 西安交通大学 | 一种适用于山谷风的增功风力机及发电方法 |
-
2017
- 2017-12-07 CN CN201721776615.9U patent/CN207920770U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109899228A (zh) * | 2017-12-07 | 2019-06-18 | 代元军 | 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 |
| CN113982840A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-28 | 西安交通大学 | 一种适用于山谷风的增功风力机及发电方法 |
| CN113982840B (zh) * | 2021-10-29 | 2023-01-20 | 西安交通大学 | 一种适用于山谷风的增功风力机及发电方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Leading-edge serrations for performance improvement on a vertical-axis wind turbine at low tip-speed-ratios | |
| Al-Ghriybah et al. | The effect of spacing between inner blades on the performance of the Savonius wind turbine | |
| Yuan et al. | An experimental study on the effects of relative rotation direction on the wake interferences among tandem wind turbines | |
| Xu et al. | High-resolution numerical simulation of the performance of vertical axis wind turbines in urban area: Part II, array of vertical axis wind turbines between buildings | |
| CN207920770U (zh) | 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN104963808B (zh) | 叶尖呈w型结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN106777499B (zh) | 一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法 | |
| Hu et al. | An experimental investigation on the effects of turbine rotation directions on the wake interference of wind turbines | |
| CN104948396B (zh) | 叶尖尾缘呈锯齿状结构的风力机叶片及风力机 | |
| Zheng et al. | Uniform test method optimum design for drag-type modified Savonius VAWTs by CFD numerical simulation | |
| Wang et al. | Evolution mechanism of wind turbine wake structure in yawed condition by actuator line method and theoretical analysis | |
| CN207795455U (zh) | 一种叶片叶尖呈融合式结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN109386426A (zh) | 一种叶片后缘呈线性微孔状结构的风力机叶片及风力机 | |
| Wang et al. | Prediction of the unsteady aerodynamic characteristics of horizontal axis wind turbines including three-dimensional effects | |
| CN203515965U (zh) | 一种叶片叶尖带v型开槽结构的风力机 | |
| Abdelrahman et al. | The CFD performance analysis for horizontal axis wind turbine with different blade shapes and tower effect | |
| CN103452766B (zh) | 一种叶片叶尖带v型开槽结构的风力机 | |
| Pan et al. | Research on aerodynamic performance of J-Type blade vertical axis wind turbine | |
| CN109899228A (zh) | 一种叶片叶尖呈双叉式结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN204851544U (zh) | 叶尖尾缘呈锯齿状结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN207261165U (zh) | 一种叶片后缘呈线性微孔状结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN207261166U (zh) | 一种叶片前缘呈线性微孔状结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN109899230A (zh) | 一种叶片叶尖呈融合式结构的风力机叶片及风力机 | |
| CN208534691U (zh) | 双叉式叶尖结构风力机叶片及风力机 | |
| Micallef et al. | An aerodynamic study on flexed blades for VAWT applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20180928 |