CN85202949U

CN85202949U - 分段直形水平轴高速风力机桨叶

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Publication number: CN85202949U
Application number: CN198585202949U
Authority: CN
Inventors: 张志明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1986-05-07

Abstract

本实用新型公开了一种分段直形水平轴高速风力机桨叶，它既适合于大中型风力机，又便于大批量低成本的制造。桨叶分两段或三段采用直形翼型截面的形状，各段的翼型截面参数和安装角不一样，但在同一段内翼型参数和安装角是相同的，通过联接头组合而成。本实用新型实施例计算风能转换效率为49.9％。

Description

本实用新型涉及一种改进的水平轴高速风力机桨叶，特别是一种既适合于大中型风力机又便于大批量低成本制造的桨叶。

现在的水平轴高速风力机桨叶，其叶形是按照计算结果给出的，它要求在长度方向上，其锥度和安装角是非线性连续变化的。靠近桨叶的根部，单位长度的锥度和安装角变化较大，靠近叶片的梢部，单位长度的锥度和安装角变化较小。这种桨叶在气动力学上是合理的。也有的桨叶采用线性连续变化的锥度和安装角，或其中之一采用线性连续变化的，这样虽然会牺牲一些风能转换效率，但可以减少一些制造上的麻烦。但是，总的来说，由于上述桨叶都要求有连续变化的锥度和安装角，特别是要求有连续变化的安装角，它的制造就不得不大量采用手工操作，不但费时费工，而且桨叶的翼型精度和强度难以提高。这使得这种桨叶，特别是大中型的这种桨叶不便于实现大批量低成本的制造。也有的桨叶采用直形（既无锥度又无安装角的变化），这种桨叶虽然容易制造，但是它的风能转换效率较低，因而不被人们广泛采用。

本实用新型的任务是：和计算结果给出的桨叶相比，基本不损失风能转换效率的前提下，提供一种改进的便于大批量低成本制造的桨叶。它不仅适用于小型高速风力机，而且特别适于大中型高速风力机。

本实用新型的任务是以如下方式完成的：桨叶分两段或三段采用直形（即：无扭转角、在长度方向上各截面相同）翼型截面的形状。各段的翼型截面参数和安装角不一样，但在同一段内翼型参数和安装角是相同的。各段用联接头通过焊接或其它方式连接起来。这样每一段都可以采用轧制的金属翼型材（可以是空心的，也可以是实心的），或其它方法制成的非金属翼型材。不但翼型精度和强度容易保证，而且特别便于大批量低成本的制造。各段材料不要求一致，这给具体设计人员提供了选择余地。可以根据受力情况和经济性的要求搭配。如：可以根部段采用空心金属翼型材，梢部段采用实心玻璃钢翼型材。

各段可采用计算等分点处叶素参数的方法，确定各段宽度和安装角。每段找一个等分点，由等分点划分本段的两个部分所掠扫的面积是相等的。计算出等分点处的叶素宽度和安装角，以这样的宽度和安装角，检验本段两个端部的失速情况，如无必要修改，就可确定以此为本段的宽度和安装角。如果某一端部出现失速，可以重新调整等分点处叶素的迎角，重新计算和检验。

全桨叶共分几段，从什么地方分段，以及各段桨叶的相对厚度由设计者自行选定。其风能转换效率，由于设计者选择的参数不同而有所不同。本实用新型通过一个具体的实施例，计算出它的风能转换效率。其效率为49.9％。计算过程如下：

本实施例选定：风轮桨叶数i＝4，每一桨叶共分两段，并在相对半径为0.5处分段。叶尖速比Z_R＝6，风轮半径R＝8米，叶根相对半径 r₀＝0.2，叶根段桨叶相对厚度为 c₁＝0.2，相对宽度 b₁＝0.103，安装角φ₁＝15.9°，梢部段桨叶相对厚度 c₂＝0.15，相对宽度 b₂＝0.0593，安装角φ₂＝5.2°。两段均采用苏式есдEPO翼型，其气动曲线和本实用新型实施例所用公式均可从《风力发动机及其在农业中的应用》一书附录（乙）中查到。

将桨叶分为8个截面，这些截面分别在0.25R，0.35R，0.45R，0.55R，0.65R，0.75R，0.85R，0.95R处，计算每个截面的叶素迎角α及干扰因子e和阻升比μ。采用公式如下：

Z_{u} = \frac{1}{2} [\frac{z}{1 - e} \cdot μ (1 + \frac{e}{1 - e^{2}})] +

+ \sqrt{\frac{1}{4} [\frac{z}{1 - e} \cdot μ (1 + \frac{e}{1 + e^{2}})]^{2} + \frac{e}{1 - e^{2}} + \frac{μz}{1 - e}}

ib = \frac{8 πr}{c_{y}} \frac{e}{(1 + e) {(1 - e)}^{2}} \frac{1}{(Z_{u} + μ) \sqrt{1 + {z_{u}}^{2}}}

α＝arc ctgZ_u－φ

φ——为叶素安装角

Z_u——叶素实际速比

C_y——叶素升力系数

e——气流轴向速度干扰因子

r——叶素相对半径

b——叶素宽度

可以验证从0.25至0.95R的八个截面叶素迎角α为：7.86°，2.0°，－1.45°，7.0°，4.76°，3.35°，2.37°，1.5°。

同样顺序的Z_u为：2.27，3.10，3.88，4.71，5.71，6.66，7.54，8.54。

同样顺序的e为：0.30，0.30，0.29，0.29，0.31，0.32，0.32，0.33。

同样顺序的μ为：0.04，0.01，0.015，0.02，0.01，0.01，0.01，0.015。

从迎角α可以看出，各截面均无失速。

可以取平均值 e＝0.31，取平均值 μ＝0.02，取 z_u＝5.21代入下述公式中的e、μ及Z_u。

叶尖损失：

翼型损失：

T_p＝2μ〔 (1 - e)/(Z_R) + (Z_R)/(3 (1 - e)) 〕＝0.1180

环流损失：

T_m＝4e (1－e)/(1＋e) · (η²)/(2 Z² _R) ln (R)/(r_o) ＝0.01163

η = \frac{{1 - μ Z}_{u}}{1 + \frac{μ}{Z_{u}}} = 0.8924

风能转换效率为：

E＝4e (1－e)/(1＋e) 〔1－ T_j－ T_p－ T_m－( (r_o)/(R) )²〕＝0.499＝49.9％

以下给出本实用新型实施例附图及说明。

参照附图：桨叶由空心翼型钢材叶根段〔1〕、空心翼型钢材叶梢段〔2〕、段联接头〔3〕、桨叶安装头〔4〕组成。它们通过焊接组成。从风轮中心到叶根部为0.2R，从风轮中心到两段交接处为0.5R，从风轮中心到叶尖端点为1R。

Claims

1、一个具有适当安装角(它使得桨叶叶素在额定风速时有适当迎角)、有适当翼型截面的高速风力机桨叶，其特征是采用了二段或三段直形(即：无扭转角、在长度方向上各截面相同)翼型截面的形状。

2、按照权利要求1规定的桨叶，其特征是各段的安装角不同，而每一段内的安装角是相同的。

3、按照权利要求1规定的桨叶，其特征是各段的翼形截面不同，而每段内的翼形截面是相同的。