CN211900866U - 风电叶片及水平轴风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风电叶片及水平轴风力发电机，风电叶片包括具有叶根部和叶尖部的叶片主体，叶尖部向叶片主体的压力面一侧延伸形成有压力面小翼，并向叶片主体的吸力面一侧延伸形成有吸力面小翼，压力面小翼与叶尖部之间的夹角α为60°～120°，吸力面小翼与叶尖部之间的夹角β为60°～105°，且压力面小翼的翼型剖面和吸力面小翼的翼型剖面均为流线型。本实用新型的风电叶片，通过由叶尖部自身同时延伸形成压力面小翼和吸力面小翼，可减小叶尖部的压差，从而削弱本风电叶片的展向流动；流线型的压力面小翼和吸力面小翼可减小叶尖表面的气流分离，而有效削弱叶尖涡流，使得风电叶片具有较好的气动性能。

Description

风电叶片及水平轴风力发电机

技术领域

本实用新型涉及风电设备技术领域，特别涉及一种风电叶片。同时，本实用新型还涉及一种具有该风电叶片的水平轴风力发电机。

背景技术

风力发电机组工作时是通过风电叶片捕获风能并驱动电机，从而将机械能转换为电能。为提高能源输出，现有技术中，有的厂家在叶片的叶尖处添加叶尖小翼，此结构在原理上来说虽能降低叶片叶尖处产生的展向气流，从而减小叶片的诱导阻力，而提升风力发电机组的整体效率和性能。但是由于结构设计不合理，现有的叶尖小翼气动性能较低且对主机附加的载荷较大，对风力发电机组发电量方面的提升效果不明显，不利于实际应用。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种风电叶片，其可具有较好的气动性能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种风电叶片，包括具有叶根部和叶尖部的叶片主体，所述叶尖部向所述叶片主体的压力面一侧延伸形成有压力面小翼，并向所述叶片主体的吸力面一侧延伸形成有吸力面小翼，且所述压力面小翼与所述叶尖部之间的夹角α为 60°～120°，所述吸力面小翼与所述叶尖部之间的夹角β为60°～105°。

进一步的，所述压力面小翼的翼型剖面和所述吸力面小翼的翼型剖面均为流线型。

进一步的，所述压力面小翼的根弦和所述吸力面小翼的根弦均不小于所述叶尖部的尖弦。

进一步的，所述压力面小翼的长度L1与所述吸力面小翼的长度L2两者之和为所述叶尖部尖弦的1～2倍，且所述压力面小翼的长度L1小于所述吸力面小翼的长度L2。

进一步的，所述吸力面小翼的长度L2为所述压力面小翼的长度L1的1～1.8 倍。

进一步的，所述压力面小翼的前缘和所述吸力面小翼的前缘与所述叶片主体的前缘位于所述叶片主体的同一侧。

进一步的，于所述压力面小翼和/或所述吸力面小翼上设有防雷接闪结构。

进一步的，所述压力面小翼各翼型剖面的弦长之间的连线及所述吸力面小翼各翼型剖面的弦长之间的连线均为圆滑的曲线，且沿远离所述叶尖部的方向，所述压力面小翼各翼型剖面的弦长及所述吸力面小翼各翼型剖面的弦长均渐小设置。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优势：

(1)本实用新型所述的风电叶片，通过由叶尖部自身同时延伸形成压力面小翼和吸力面小翼，可减小叶尖部的压差，从而削弱本风电叶片的展向流动；另外，通过将压力面小翼与叶尖部之间的夹角α设为60°～120°，并将吸力面小翼与叶尖部之间的夹角β为设60°～105°，能够有效阻隔压力面风流向吸力面的流动，从而能够削弱本风电叶片的展向流动；此外，流线型的压力面小翼和吸力面小翼能够减小叶尖表面的气流分离，而有效削弱叶尖涡流，从而使得该风电叶片具有较好的气动性能，进而可提高风电叶片的风能利用率并降低叶尖噪声。

(2)通过使得压力面小翼的根弦和吸力面小翼的根弦均不小于叶尖部的尖弦，能够减少叶尖部后缘处的压差，从而减少流动损失。

(3)压力面小翼的长度L1与吸力面小翼的长度L2两者之和为叶尖部尖弦的1～2倍，可提高叶尖部位置的流场性能。

(4)压力面小翼和/或吸力面小翼上设有防雷接闪结构，可使得本风电叶片具有较好的防雷击性能。

(5)压力面小翼各翼型剖面的弦长之间的连线及吸力面小翼各翼型剖面的弦长之间的连线均设为圆滑的曲线，有利于降低压力面小翼和吸力面小翼的风阻。

此外，本实用新型还提出了一种水平轴风力发电机，包括水平布置的轮毂，于所述轮毂上沿其周向间隔设有多个如上所述的风电叶片，各所述风电叶片的所述压力面小翼和所述吸力面小翼均大致正交于所述叶尖部的旋转轴线与叶片变桨轴线形成的投影平面。

进一步的，所述压力面小与所述投影平面之间的夹角为90°～95°，所述吸力面小翼与所述投影平面之间的夹角为为85°～90°。

本实用新型的水平轴风力发电机，通过采用如上所述的风电叶片，可具有较高的发电效率，从而可在较低的附加载荷和噪声的基础上增大发电量。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例一所述的风电叶片的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二所述的风电叶片叶尖部及压力面小翼和吸力面小翼的结构示意图；

图3为图2的正视图；

图4为图2的左视图；

图5为本实用新型实施例二所述的水平轴风力发电机的结构示意图；

附图标记说明：

1-叶片主体，101-叶尖部，102-压力面，103-吸力面；

2-压力面小翼，3-吸力面小翼，4-轮毂，5-塔筒；

M-尖弦，N-旋转轴线，P-叶片变桨轴线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

实施例一

本实施例涉及一种风电叶片，结合图1至图4中所示，其包括具有叶根部和叶尖部101的叶片主体1，叶尖部101向叶片主体1的压力面102一侧延伸形成有压力面小翼2，并向叶片主体1的吸力面103一侧延伸形成有吸力面小翼3。其中，本实施例的叶根部具体指叶片主体1靠近其旋转轴线N的一段结构，而叶尖部101则指叶片主体1靠近其自由端也即叶尖位置的一段结构。

由图4中所示，压力面小翼2与叶尖部101之间的夹角α为60°～120°，吸力面小翼3与叶尖部101之间的夹角β为60°～105°。值得注意地是，如本领域技术人员公知的，虽然风电叶片的翼型通常为三维扭曲的复杂立体形状，但其叶尖部101一般为可近似视为薄板状结构，因此夹角α可以理解为指压力面小翼2的中部层面与叶尖部101的中部层面两个面之间的夹角，而夹角β则可理解为指吸力面小翼3的中部层面与叶尖部101的中部层面两个面之间的夹角。

通过由叶尖部101自身延伸形成压力面小翼2和吸力面小翼3，可有效削弱叶尖涡流；另外，通过将压力面小翼2与叶尖部101之间的夹角α设为 60°～120°，并将吸力面小翼3与叶尖部101之间的夹角β为设60°～105°，能够有效阻隔压力面102风流向吸力面103的流动，并能够减小叶尖位置的压差，从而能够削弱本风电叶片的展向流动，并降低风阻系数，进而可提高风电叶片的风能利用率。

仍由图2中所示，为提高气动性能，本实施例的压力面小翼2的翼型剖面和吸力面小翼3的翼型剖面均为流线型，如此设置，既能减少叶尖高速(叶尖处风速一般＞70m/s)旋转时的风阻，也能减少气体分离形成的叶尖涡流并降低叶尖噪声。且压力面小翼2的前缘和吸力面小翼3的前缘与叶片主体1的前缘位于叶片主体1的同一侧。另外，为减少叶尖部101后缘处的压差，以减少流动损失，压力面小翼2的根弦和吸力面小翼3的根弦均不小于叶尖部101的尖弦M。且优选地，如图3中所示，本实施例的压力面小翼2的根弦和吸力面小翼3的根弦等于叶尖部101的尖弦M。

由图3中所示，为降低风阻，本实施例的压力面小翼2各翼型剖面的弦长之间的连线及吸力面小翼3各翼型剖面的弦长之间的连线均为圆滑的曲线。进一步地，沿远离叶尖部101的方向，压力面小翼2各翼型剖面的弦长及吸力面小翼3各翼型剖面的弦长均渐小设置。如此设置，使动载荷、刚度等关键结构参数均匀变化，避免了局部应力集中，提高了整体结构的强度，增大了材料的疲劳极限，同时也具有降低涡流噪声的作用。

此外，为提高叶尖部101位置的流场性能，如图4中所示，本实施例的压力面小翼2的长度L1与吸力面小翼3的长度L2两者之和为叶尖部101尖弦M 的1～2倍，其中，压力面小翼2的长度L1小于吸力面小翼3的长度L2。且优选地，吸力面小翼3的长度L2为压力面小翼2的长度L1的1～1.8倍，以此可在附加载荷和气动性能这两个关键指标上实现最优性价比的组合。

除了以上技术手段，本实施例中，至少于压力面小翼2和吸力面小翼3两者其一上设有防雷接闪结构。其中，该防雷接闪结构采用现有技术即可，而需要注意地是，防雷接闪结构的导电结构应与叶片主体1自身的导电结构相连接。

基于以上整体描述，本实施例的风电叶片，通过设置上述的压力面小翼2 和吸力面小翼3，其在叶片主体1延伸方向的投影长度较小，重量较轻，因此对主机额外附加的载荷也较小，有利于风电机组部件的使用寿命的延长；另外，能够有效降低叶尖部101的展向流动，并降低涡流的产生及风阻，从而能够有效提高对风能的利用率、并降低叶尖噪声，而可具有较好的使用效果。

实施例二

本实施例涉及一种水平轴风力发电机，如图5中所示，其包括塔筒5和水平布置于塔筒5顶部的轮毂4，于该轮毂4上沿其周向间隔设有多个如实施例一所述的风电叶片。其中，各所述风电叶片的压力面小翼2和吸力面小翼3均大致正交于叶尖部101的旋转轴线N与叶片变桨轴线P形成的投影平面。需要说明的是，本实施例的“正交于”既包括两者间垂直设置，亦包括近似垂直设置两种情况。

其中，为提高使用效果，本实施例的压力面小翼2与上述投影平面之间的夹角具体为90°～95°，而吸力面小翼3与投影平面之间的夹角则为85°～90°。且压力面小翼2向远离塔筒5的一侧延伸，而吸力面小翼3向靠近塔筒5的一侧延伸，如此设置，根据三维流场分析可以在前述设计外形的基础上进一步提高升阻比、减少气流分离，达到最佳气动性能。

本实施例的水平轴风力发电机，通过采用如实施例一所述的风电叶片，并采用上述布置方式，可具有较高的发电效率，从而可在较低的附加载荷和噪声的基础上增大发电量。

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

Claims (9)

1.一种风电叶片，包括具有叶根部和叶尖部(101)的叶片主体(1)，其特征在于：所述叶尖部(101)向所述叶片主体(1)的压力面(102)一侧延伸形成有压力面小翼(2)，并向所述叶片主体(1)的吸力面(103)一侧延伸形成有吸力面小翼(3)，所述压力面小翼(2)与所述叶尖部(101)之间的夹角α为60°～120°，所述吸力面小翼(3)与所述叶尖部(101)之间的夹角β为60°～105°；且所述压力面小翼(2)的翼型剖面和所述吸力面小翼(3)的翼型剖面均为流线型。

2.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于：所述压力面小翼(2)的根弦和所述吸力面小翼(3)的根弦均不小于所述叶尖部(101)的尖弦(M)。

3.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于：所述压力面小翼(2)的长度L1与所述吸力面小翼(3)的长度L2两者之和为所述叶尖部(101)尖弦(M)的1～2倍，且所述压力面小翼(2)的长度L1小于所述吸力面小翼(3)的长度L2。

4.根据权利要求3所述的风电叶片，其特征在于：所述吸力面小翼(3)的长度L2为所述压力面小翼(2)的长度L1的1～1.8倍。

5.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于：所述压力面小翼(2)的前缘和所述吸力面小翼(3)的前缘与所述叶片主体(1)的前缘位于所述叶片主体(1)的同一侧。

6.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于：于所述压力面小翼(2)和/或所述吸力面小翼(3)上设有防雷接闪结构。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的风电叶片，其特征在于：所述压力面小翼(2)各翼型剖面的弦长之间的连线及所述吸力面小翼(3)各翼型剖面的弦长之间的连线均为圆滑的曲线，且沿远离所述叶尖部(101)的方向，所述压力面小翼(2)各翼型剖面的弦长及所述吸力面小翼(3)各翼型剖面的弦长均渐小设置。

8.一种水平轴风力发电机，包括水平布置的轮毂(4)，其特征在于：于所述轮毂(4)上沿其周向间隔设有多个如权利要求1至7中任一项所述的风电叶片，且各所述风电叶片的所述压力面小翼(2)和所述吸力面小翼(3)均大致正交于所述叶尖部(101)的旋转轴线(N)与叶片变桨轴线(P)形成的投影平面。

9.根据权利要求8所述的水平轴风力发电机，其特征在于：所述压力面小翼(2)与所述投影平面之间的夹角为90°～95°，所述吸力面小翼(3)与所述投影平面之间的夹角为为85°～90°。

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