[发明专利]一种风力机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力机叶片，属风力发电领域。 

背景技术

可再生能源是解决能源危机的最佳途径，而风力发电又是可再生能源行业中发展最迅速、技术最成熟、前景最广阔的行业。我国幅员辽阔，风能资源十分丰富，随着科学技术的不断进步，风力发电的经济性不断改善，加之我国已把可再生能源作为我国能源战略的重要组成部分，风力发电拥有巨大的潜在市场。

风力机叶片气动效率的高低决定了一款风力机在市场上的优劣，所以风力机叶片气动外形的设计是风力机设计的关键。现在市场主流的大型风力机叶片根部基本都是圆柱体，叶片根部至径向1/5左右处都是近似圆柱体，这样在风轮内部的风能都没有被利用，而且圆柱体对整个尾流流场也会产生影响。目前行业内都没有重视该问题，认为叶片根部线速度比较小，而且力臂也比较小，出不出力不会有太大影响。因此许多人对叶片的优化都局限于叶片的中部和尖部，不去考虑叶片的根部。利用风力机叶片气动外形优化经典理论即Glauert理论优化的结果在叶根有比较大弦长，但是处于结构和与轮毂连接上的考虑，实际叶片叶根采用圆柱体结构，弦长远小于优化结果。

有不少专利是通过流动控制手段来提高叶片气动性能，如加襟翼、前缘带旋转圆柱体、射流控制等。对于现在已有的风力机叶片来讲，叶根的气动外形还有可优化可改造的余地，而且能够对提高风轮气动性能有很大作用，但目前国内还未见专门针对叶根设计的提高叶片气动性能的相关技术报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以充分利用风轮内部的风能，提高风能利用效率，增加风力机发电量风力机叶片。

一种风力机叶片，由叶片前部和叶片后部构成，叶片前部即为叶尖部分到叶片最大弦长截面，叶片后部即为叶片最大弦长截面到叶根部分；其特征在于：上述叶片后部由内往外依次包括用于叶根安装并承受叶片载荷的结构部件和用于捕获风能的气动部件组成；上述结构部件与气动部件之间为空腔；上述气动部件的外形由叶片最大弦长处开始过渡至叶根气动翼型处，具体过渡形式通过叶片前部各截面翼型与叶根气动翼型放样得到。

上述叶片前部的外形根据风力机叶片气动外形优化经典理论即Glauert理论得到，能够最大化地捕捉风能。叶片后部的结构部件设计准则是以叶片结构设计为主，气动部件设计准则是以叶片气动设计为主。这样的设计既能发挥叶根的风能捕捉能力，又能兼顾叶根强大的承载能力。

一种风力机叶片，其特征在于：上述气动部件的叶根气动翼型弦长大于结构部件的叶根结构弦长，同时小于叶片最大弦长；叶根气动翼型的外形由以下方式决定： 气动翼型外形由与结构翼型外形相切的５个相切圆弧组成，该5个圆弧依次定义为前缘上圆弧、前缘圆弧、前缘下圆弧、后缘下圆弧、后缘上圆弧；其中前缘上圆弧与结构型外圆内切，前缘下圆弧与结构型外圆内切，前缘圆弧与前缘上圆弧和前缘下圆弧都内切，后缘上圆弧的圆心在过结构型圆心且与中性线成60°的直线上，与结构型外圆内切，后缘下圆弧的圆心在过结构型圆心且与中性线成-45°的直线上，与结构型外圆外切；上述中性线指过结构型圆形，且垂直于前缘上圆弧和前缘下圆弧的圆心连线；上述后缘下圆弧和后缘上圆弧衔接处形成尾缘厚度，尾缘厚度为结构型直径的0.5%～1%；上述叶根气动翼型的相对厚度小于100%。

叶根气动翼型的形状与一般的厚翼型类似，上下表面形状的不对称性产生弯度，提高气动性能。5个弧形表面的相切连接保证了表面形状曲率半径的连续性，后缘上下圆弧的圆心位置可以有变化，上述位置作为参考值，要保证翼型具有弯度。相对厚度根据实际风场情况而定，年平均风速较大的风场叶根气动翼型相对厚度大，反之则相对厚度小。尾缘厚度是由实际生产的工艺决定的，叶片上下面尾缘粘接时必然会产生厚度，而且厚尾缘的翼型比尖尾缘的翼型性能会好。一般的叶片叶根都为圆形，叶片后部大部分为圆柱，风轮旋转时，叶片后部既不能捕捉风能，而且在叶片尾流区产出涡街，破坏流场。采用叶根气动翼型的气动部件既能捕捉风能，提供风能利用系数，又能改善流场。

上述结构部件和叶片前部可以为一整体；然后气动部件在叶片最大弦长处与结构部件及叶片前部固定连接。这样的结构简单，且很容易实现。结构部件与叶片前部的整体性，保证了叶片传力的连续，满足结构设计准则。气动部件在外形确定单独制造后粘贴至结构部件上及叶片前部与后部交接处（即最大弦长处）。

上述结构部件的叶根结构翼型可以是半径与叶根法兰半径一致的圆形。该结合便于安装。