CN215057878U

CN215057878U - 一种低雷诺数叶片翼型及应用其的水平轴风力机

Info

Publication number: CN215057878U
Application number: CN202121105327.7U
Authority: CN
Inventors: 辛大波; 张洪福
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2031-05-20

Abstract

一种低雷诺数叶片翼型及应用其的水平轴风力机，涉及一种叶片翼型及风力机。翼型由前缘、尾缘、压力面和吸力面组成，最大相对厚度为3.9％～6.0％,距前缘为弦长的10.3％，最大相对弯曲为6.34％～8.69％，距前缘为弦长的39.5％。为低风速地区的小型水平轴风力机提供一种叶片翼型，在低雷诺数的环境下具有较高的最大升阻比，使水平轴风力机具有较高的风能利用率。

Description

一种低雷诺数叶片翼型及应用其的水平轴风力机

技术领域

本实用新型涉及一种叶片翼型及风力机，尤其是一种低雷诺数叶片翼型及应用其的水平轴风力机，属于风力发电叶片设计技术领域。

背景技术

随着全球社会经济的发展，对能源需求不断的增大，风能作为一种丰富便捷的可再生能源被各国青睐。风力机作为一种收集风能的手段广泛应用于全球各地，包括低风速地区的风能也在逐渐被开发利用。其中风力机叶片是整个装置的核心部件，其气动性能直接决定了风力机的风能利用率。

最初的风力机叶片翼型大多沿用成熟的航空翼型，比如美国的NACA44XX系列翼型，后来国内外才针对性的开发了一些风力机的专用翼型，比如国外的NREL系列翼型，还有我国的中国科学院工程热物理研究所开发的风力机叶片翼型族(发明专利授权公告号CN102003332B)等。

然而，传统的风力机叶片翼型大多为大型风力机设计，为小型风力机设计的低雷诺数翼型很少，比如我国湘潭大学设计的一种适用于低雷诺数流动的小型风力机叶片翼型(发明专利公开号：CN106089569A)等。但是目前我国针对低雷诺数翼型还是比较缺乏的，部分翼型在低雷诺数条件下的升阻比相比较于传统航空翼型提高并不明显。而随着低风速地区能源的逐渐开发，越来越多的小型水平轴风力机被利用，亟需对适用于小型水平轴风力机的低雷诺数叶片翼型进行优化设计。

实用新型内容

针对背景技术存在的问题，本实用新型提供一种低雷诺数叶片翼型及应用其的水平轴风力机，为低风速地区的小型水平轴风力机提供一种叶片翼型，在低雷诺数的环境下具有较高的最大升阻比，使水平轴风力机具有较高的风能利用率。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：

一种低雷诺数叶片翼型，所述翼型由前缘、尾缘、压力面和吸力面组成，翼型的最大相对厚度为3.9％～6.0％,距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为6.34％～8.69％，距前缘为弦长的39.5％。

一种水平轴风力机，包括叶片、偏航装置、发电机、轮毂、整流罩及塔架立杆，所述发电机水平固定在塔架立杆顶部，发电机尾部设置偏航装置，发电机的旋转轴前端固定轮毂，所述轮毂前端设置整流罩，轮毂边缘等角度固定多个叶片，所述叶片采用所述的低雷诺数叶片翼型，所述塔架立杆包括风力机安装立杆和塔架基础立杆，所述风力机安装立杆固定在发电机下方，风力机安装立杆邻近下端一体设置圆盘，风力机安装立杆在位于所述圆盘上方处设有上防滑纹，所述塔架基础立杆上端面同轴凹设插孔且所述插孔边缘一体设置环形板，塔架基础立杆在位于所述环形板下方处设有下防滑纹，风力机安装立杆下端插入塔架基础立杆上端的插孔内，所述圆盘与所述环形板通过连接件连接定位，所述连接件由两个空心半圆形罩对接而成并配合套设在圆盘与环形板上，每个所述空心半圆形罩上下两端分别同轴贯通设置半圆形护壁，位于上端的半圆形护壁内侧设置上摩擦面，位于下端的半圆形护壁内侧设置下摩擦面，两个所述上摩擦面对接后与所述上防滑纹紧密配合，两个所述下摩擦面对接后与所述下防滑纹紧密配合，每个空心半圆形罩对接端面两侧对应设置螺栓穿孔并通过两个螺栓螺母连接固定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供了一种适用于叶片直径在4米以下，雷诺数小于3×10⁵的水平轴风力机叶片翼型，相对弯度较大，在低雷诺数的环境下具有较高的最大升阻比，满足低风速地区风力机启动力矩的需求，能够使水平轴风力机具有较高的风能利用率，提高其发电量，带来较好的经济效益，并且针对水平轴风力机的安装结构进行了优化，便于进行叶片朝向调整，安装定位简单方便。

附图说明

图1是本实用新型的水平轴风力机的整体结构轴测图；

图2是本实用新型的水平轴风力机的拆分结构轴测图；

图3是本实用新型的低雷诺数叶片翼型的三种优选翼型几何示意图；

图4是本实用新型的三种优选翼型和NACA4412翼型在雷诺数为20000时的升阻比随攻角变化图；

图5是本实用新型的三种优选翼型和NACA4412翼型在雷诺数为80000时的升阻比随攻角变化图；

图6是本实用新型的三种优选翼型和NACA4412翼型在雷诺数为200000时的升阻比随攻角变化图；

图7是采用本实用新型的第一优选翼型的水平轴风力机叶片各叶素的弦长和扭角分布图；

图8是分别采用本实用新型的第一优选翼型和NACA4412翼型的水平轴风力机的风能利用率对照图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是实用新型的一部分实施例，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。

参照图3所示，一种低雷诺数叶片翼型，翼型由前缘、尾缘、压力面和吸力面组成，翼型的最大相对厚度为3.9％～6.0％,距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为6.34％～8.69％，距前缘为弦长的39.5％。其中，相对厚度指的是翼型厚度与弦长的比值，相对弯曲指的是翼型的弯度与弦长的比值，并且图3中示出了三种优选翼型，每个翼型的轮廓由99个参数点组成，参数点为翼型的相应内切圆的切点，坐标为参数点的横坐标(x)和纵坐标(y)分别除以弦长(c)得到的无量纲二维坐标。

第一优选翼型的最大相对厚度为4.8％，距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为6.66％，距前缘为弦长的39.5％。

第一优选翼型的无量纲二维坐标如下：

第二优选翼型的最大相对厚度为4.8％，距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为7.31％，距前缘为弦长的39.5％。

第二优选翼型的无量纲二维坐标如下：

第三优选翼型的最大相对厚度为3.9％，距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为6.58％，距前缘为弦长的39.5％。

第三优选翼型的无量纲二维坐标如下：

参照图1所示，一种水平轴风力机，包括叶片1、偏航装置2、发电机3、轮毂4、整流罩5及塔架立杆，所述发电机3水平固定在塔架立杆顶部，所述塔架立杆包括风力机安装立杆6和塔架基础立杆7，所述风力机安装立杆6固定在发电机3下方，发电机3尾部设置偏航装置2，发电机3的旋转轴前端固定轮毂4，所述轮毂4前端设置整流罩5，轮毂4边缘等角度固定多个叶片1，所述叶片1采用所述的低雷诺数叶片翼型。

参照图2所示，风力机安装立杆6邻近下端一体设置圆盘6-1，风力机安装立杆6在位于所述圆盘6-1上方处设有上防滑纹6-2，所述塔架基础立杆7上端面同轴凹设插孔且所述插孔边缘一体设置环形板7-1，塔架基础立杆7在位于所述环形板7-1下方处设有下防滑纹7-2，风力机安装立杆6下端插入塔架基础立杆7上端的插孔内。

进一步的，在风力机安装立杆6下端设置锥形导引部6-3，在塔架基础立杆7上端的插孔设置导引坡口7-3，便于风力机安装立杆6与塔架基础立杆7的插装连接。

参照图1～图2所示，所述圆盘6-1与所述环形板7-1通过连接件8连接定位，所述连接件8由两个空心半圆形罩8-1对接而成并配合套设在圆盘6-1与环形板7-1上，每个所述空心半圆形罩8-1上下两端分别同轴贯通设置半圆形护壁，位于上端的半圆形护壁内侧设置上摩擦面8-2，位于下端的半圆形护壁内侧设置下摩擦面8-3，两个所述上摩擦面8-2对接后与所述上防滑纹6-2紧密配合，两个所述下摩擦面8-3对接后与所述下防滑纹7-2紧密配合，每个空心半圆形罩8-1对接端面两侧对应设置螺栓穿孔8-4并通过两个螺栓螺母9连接固定。

在进行水平轴风力机的安装时，风力机安装立杆6下端插入塔架基础立杆7上端的插孔内，通过圆盘6-1与环形板7-1起到支撑作用，此时能够进行转动方便对叶片1的朝向进行调整，之后安装好连接件8，两个空心半圆形罩8-1套设在圆盘6-1与环形板7-1上，限制风力机安装立杆6与塔架基础立杆7的脱离，两个上摩擦面8-2夹紧上防滑纹6-2，两个下摩擦面8-3夹紧下防滑纹7-2，限制风力机安装立杆6与塔架基础立杆7的相对转动，安装定位简单方便。

参照图4所示，在雷诺数为20000时，水平轴风力机的叶片1采用三种优选翼型的最大升阻比相对于传统的NACA4412翼型提高了114.1％～168.4％。

参照图5所示，在雷诺数为80000时，水平轴风力机的叶片1采用三种优选翼型的最大升阻比相对于传统的NACA4412翼型提高了38.2％～41.1％。

参照图6所示，在雷诺数为200000时，水平轴风力机的叶片1采用三种优选翼型的最大升阻比相对于传统的NACA4412翼型提高了23.2％～27.7％。

参照图7所示，为叶片1采用第一优选翼型的水平轴风力机各叶素的弦长和扭角分布，参照图8所示，风能利用率与传统的NACA4412翼型相比具有明显提高。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种低雷诺数叶片翼型，所述翼型由前缘、尾缘、压力面和吸力面组成，其特征在于：翼型的最大相对厚度为3.9％～6.0％,距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为6.34％～8.69％，距前缘为弦长的39.5％。

2.根据权利要求1所述的一种低雷诺数叶片翼型，其特征在于：所述翼型的最大相对厚度为4.8％，距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为6.66％，距前缘为弦长的39.5％，翼型的轮廓由99个参数点组成，所述参数点为翼型的相应内切圆的切点，通过参数点的横坐标和纵坐标分别除以弦长得到无量纲二维坐标进行表示，所述无量纲二维坐标如下：

其中c表示弦长。

3.根据权利要求1所述的一种低雷诺数叶片翼型，其特征在于：所述翼型的最大相对厚度为4.8％，距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为7.31％，距前缘为弦长的39.5％，翼型的轮廓由99个参数点组成，所述参数点为翼型的相应内切圆的切点，通过参数点的横坐标和纵坐标分别除以弦长得到无量纲二维坐标进行表示，所述无量纲二维坐标如下：

其中c表示弦长。

4.根据权利要求1所述的一种低雷诺数叶片翼型，其特征在于：所述翼型的最大相对厚度为3.9％，距前缘为弦长的10.3％，翼型的最大相对弯曲为6.58％，距前缘为弦长的39.5％，翼型的轮廓由99个参数点组成，所述参数点为翼型的相应内切圆的切点，通过参数点的横坐标和纵坐标分别除以弦长得到无量纲二维坐标进行表示，所述无量纲二维坐标如下：

其中c表示弦长。

5.一种水平轴风力机，包括叶片(1)、偏航装置(2)、发电机(3)、轮毂(4)、整流罩(5)及塔架立杆，所述发电机(3)水平固定在塔架立杆顶部，发电机(3)尾部设置偏航装置(2)，发电机(3)的旋转轴前端固定轮毂(4)，所述轮毂(4)前端设置整流罩(5)，轮毂(4)边缘等角度固定多个叶片(1)，其特征在于：所述叶片(1)采用权利要求1-4中任一项所述的低雷诺数叶片翼型，所述塔架立杆包括风力机安装立杆(6)和塔架基础立杆(7)，所述风力机安装立杆(6)固定在发电机(3)下方，风力机安装立杆(6)邻近下端一体设置圆盘(6-1)，风力机安装立杆(6)在位于所述圆盘(6-1)上方处设有上防滑纹(6-2)，所述塔架基础立杆(7)上端面同轴凹设插孔且所述插孔边缘一体设置环形板(7-1)，塔架基础立杆(7)在位于所述环形板(7-1)下方处设有下防滑纹(7-2)，风力机安装立杆(6)下端插入塔架基础立杆(7)上端的插孔内，所述圆盘(6-1)与所述环形板(7-1)通过连接件(8)连接定位，所述连接件(8)由两个空心半圆形罩(8-1)对接而成并配合套设在圆盘(6-1)与环形板(7-1)上，每个所述空心半圆形罩(8-1)上下两端分别同轴贯通设置半圆形护壁，位于上端的半圆形护壁内侧设置上摩擦面(8-2)，位于下端的半圆形护壁内侧设置下摩擦面(8-3)，两个所述上摩擦面(8-2)对接后与所述上防滑纹(6-2)紧密配合，两个所述下摩擦面(8-3)对接后与所述下防滑纹(7-2)紧密配合，每个空心半圆形罩(8-1)对接端面两侧对应设置螺栓穿孔(8-4)并通过两个螺栓螺母(9)连接固定。

6.根据权利要求5所述的一种水平轴风力机，其特征在于：所述风力机安装立杆(6)下端设置锥形导引部(6-3)，所述塔架基础立杆(7)上端的插孔设置导引坡口(7-3)。