[发明专利]风力发电叶片及背风面出流切线倾角的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，尤其是涉及一种风力发电叶片及背风面出流切线倾角的确定方法。

背景技术

风电机组的工作原理是通过叶片将风能转化为机械能，再通过轮毂、轴和齿轮箱等连接装置把机械能传递给风力发电机，最后由发电机将机械能转化成电能输向电网供用户使用，因此叶片是风电机组的核心部件之一。

目前，风力发电叶片多是沿用飞机翼型发展起来的，机组叶片的设计过程是将翼型按照一定的扭角、弦长和厚度分布沿叶片展向积叠而成，所以翼型的气动性能好坏对风电机组的捕风能力有着重要的影响，直接决定了风电机组的风能利用效率。在过去的几十年里，风力发电机组容量小、风能利用效率低，再由于制造误差、沙石和灰尘摩擦、昆虫残骸的附着、空气和雨水的腐蚀等因素导致叶片前缘表面粗糙度的增加，传统翼型在大攻角下随着前缘粗糙度的增加翼型前缘处边界层提前由层流转捩成湍流，翼型上边面边界层过早发生分离，导致叶片最大升力系数严重下降。

随着风电机组容量的不断增大，传统翼型已经很难满足现代风力机的设计要求，为了减少能量损失，美国、荷兰、丹麦、瑞典等国家早在20世纪八十年代就开始进行风电机组的翼型开发。目前国外的叶片普遍采用了风力机专用翼型，不仅提高了风电机组的效率，而且降低了叶片加工成本、减小了噪音，翼型良好的失速特性更加有利于风电机组的控制。国内的新翼型设计研究起步较晚，缺乏新翼型的设计数据和气动数据，严重的影响了国内叶片的设计水平。

中国是风能资源丰富的国家，根据中国气象科学研究院估算的数据，我国在10m低空范围的可开发利用的风力资源约为10亿kW，其中陆上约为2.53亿kW，如果扩展到50-60m以上的高度，风力资源将至少再扩大一倍。而且国内风力资源主要集中在三北地区和东部沿海地带，给大规模的开发和利用提供了良好的条件。中国近几十年风电产业发展迅速，2006～2008年连续3年内总装机容量增长率都保持在100％以上，如此迅速的发展也带来了一些技术上亟待解决的问题。

目前对空气流(风)主动作用于叶片而使风轮转动的研究尚处于探索阶段，中国的风资源相对欧洲和美国地区质量相对较差，大部分地区年平均风速较低，而国内的风电场中广泛安装着国外进口的机组，存在风力发电机风轮启动风速大、额定运行风速高、风能利用率低等问题，使这些进口的风力机在中国都出现了风能利用系数低于设计值、年发电量低于国外测试水平的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风力发电叶片及背风面出流切线倾角的确定方法，充分发挥空气动力，以提高风力发电机叶片将流动空气的能量转化为叶片转动能量的能力，提高了风能利用率。

本发明提供的风力发电叶片，包括迎风面与背风面，设背风面出流切线倾角为且其中，V_a1为入流风速，V_e2为背风面出风点的旋转线速度(即牵连速度)，N为风力发电叶片的数量，l为背风面出风点处的风力发电叶片宽度，r为背风面出风点所在圆的半径。

进一步的，所述背风面出流切线倾角为所述风力发电叶片的某一横截面末端的背风面出风点切线方向与该背风面出风点的旋转线速度反方向之间的夹角。

进一步的，所述入流风速V_a1的方向垂直于所述风力发电叶片的旋转平面。

进一步的，所述背风面出风点的旋转线速度(牵连速度)V_e2由风力发电机的额定功率计算得出。

本发明提供的所述风力发电叶片的背风面出流切线倾角的确定方法，包括以下步骤：

建立背风面出流切线倾角背风面出风点的绝对出流速度V_a2、背风面出风点的旋转线速度(牵连速度)V_e2以及背风面出风点的相对出流速度V_r2之间的关系；其中，所述背风面出风点的绝对出流速度V_a2的方向垂直于所述风力发电叶片的旋转平面，以消除风力发电叶片背风面的空气对风力发电叶片转动所产生的阻碍作用；

建立背风面出风点的绝对出流速度V_a2与入流风速V_a1之间的关系；

建立所述背风面出流切线倾角关于所述背风面出风点的旋转线速度V_e2及所述入流风速V_a1的方程；由于所述背风面出风点的旋转线速度V_e2能够由风力发电机的额定功率计算得出，所述入流风速V_a1为额定值，即可求得背风面出流切线倾角