CN101059119A

CN101059119A - 兆瓦级风力发电设备的风轮叶片

Info

Publication number: CN101059119A
Application number: CNA200710023456XA
Authority: CN
Inventors: 周立成; 郑悦红
Original assignee: CHANGZHOU TRACK-VEHICLE TRACTION DRIVE ENGINEERING TECHNOLOGY RESEARCH CENTER; JIANGSU XINYU WIND POWER GENERATION EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: Jiangsu New United Heavy Industry Technology Co Ltd; New United Group Co Ltd
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2027-06-05
Also published as: CN101059119B

Abstract

本发明涉及兆瓦级风力发电的设备，尤其是一种兆瓦级风力发电设备的风轮叶片。叶根部分的靠近法兰的区域采用过渡翼型，其相对厚度介于90.6％和44.3％之间，介于叶片的轴向5.33％和16％之间；叶根部分的位于叶片轴向17.65％和24.88％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度介于40％和30％之间；叶片中间部分的轴向36.75％和55.33％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度为25％和21％；叶片的叶尖部分采用美国航空NACA6系列层流翼型，其相对厚度为18％。本发明的叶片与至今为止所知的风轮叶片相比具有使用范围广，适用于II类和III类风区，风轮效率高，同等风速下风轮功率大等优点。

Description

兆瓦级风力发电设备的风轮叶片

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其是一种兆瓦级风力发电设备的风轮叶片。

背景技术

风力机为人们提供了一种丰富、清洁和可再生的理想替代能源。风电厂不仅能降低其他传统能源对空气和水的污染，同时能减少我们对不可再生能源的依赖。风轮叶片作为风力发电系统的关键部件，它的尺寸从70年代的5米到2000年的34米一直发展到2005年的50多米。风轮叶片由下列参数描述：对应于叶片横截面的翼型弦长、中弧线弯度及位置、翼型最大厚度、最大厚度位置、翼型扭转角和参考点(四分之一弦点)位置。另外，前缘半径和上、下翼剖面的坐标也可用来描述叶片的横截面。

在任何情况下，一个风力发电系统的风轮叶片型面的气动特性都是最重要的。风轮叶片的优化可以从以下几个方面考虑。风轮叶片不仅应该安静地工作运转，还应具有最大的动力性能，能在较低风速时启动风力发电系统的旋转，并在尽可能最小的风力强度下达到额定转速，即第一次达到风力发电系统额定功率的转速。当风速继续增大时，一般的做法是通过变浆调节风力发电系统的风轮叶片，使其在保持额定功率的同时，减小风轮叶片的迎风面积以保护整个风力发电系统以及其部件不受机械损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种风轮叶片，其与至今为止所知的风轮叶片相比具有更好的动力性能和效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种兆瓦级风力发电设备的风轮叶片，叶片的轴向以叶根为起点向叶尖依次为叶片的叶根部分、中间部分和叶尖部分；叶根部分，介于叶根最根部至轴向的36.75％处；中间部分，介于轴向的36.75％至77.33％处；叶尖部分，介于轴向的77.33％至叶尖最尖部；位于叶根最根部至轴向的2.67％处为叶片与风轮轮毂的连接法兰、截面为圆环形；叶根部分的靠近法兰的区域采用过渡翼型，其相对厚度介于90.6％和44.3％之间，介于叶片的轴向5.33％和16％之间；叶根部分的位于叶片轴向17.65％和24.88％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度介于40％和30％之间；叶片中间部分的轴向36.75％和55.33％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度为25％和21％；叶片的叶尖部分采用空气动力特性较好的美国航空NACA6系列层流翼型，其相对厚度为18％。

进一步具体的说：所述的叶根部分的轴向5.33％处为相对厚度90.6％的EU70_906翼型、轴向8％处为相对厚度77％的EU70_770翼型、轴向10.67％处为相对厚度63.7％的EU70_637翼型、轴向13.33％处为相对厚度52.7％的EU70_527翼型、轴向16％处为相对厚度44.3％的EU70_443翼型、轴向17.65％处为相对厚度40％的荷兰DU400EU风力机翼型、轴向20.11％处为相对厚度35％的荷兰DU350EU风力机翼型、轴向24.88％处为相对厚度30％的荷兰DU300EU风力机翼型。

进一步具体的说：所述的叶片的中间部分轴向36.75％处为相对厚度25％的DU91_W2_250翼型、轴向55.33％处为相对厚度21％的DU98_W_210翼型。

进一步具体的说：所述的叶片的叶尖部分为美国NACA_64_618层流翼型。

本发明的有益效果是，本发明的兆瓦级风力发电设备的风轮叶片与至今为止所知的风轮叶片相比具有使用范围广，适用于II类和III类风区，风轮效率高，同等风速下风轮功率大等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为风轮叶片的主视图。

图2为叶片轴向5.33％半径处的横截面EU70_906翼型放大图。

图3为叶片轴向8％半径处的横截面EU70_770翼型放大图。

图4为叶片轴向10.67％半径处的横截面EU70_637翼型放大图。

图5为叶片轴向13.33％半径处的横截面EU70_527翼型放大图。

图6为叶片轴向16％半径处的横截面EU70_443翼型放大图。

图7为叶片轴向17.65％半径处的横截面DU400EU翼型放大图。

图8为叶片轴向20.11％半径处的横截面DU350EU翼型放大图。

图9为叶片轴向24.88％半径处的横截面DU300EU翼型放大图。

图10为叶片轴向36.75％半径处的横截面DU91_W2_250翼型放大图。

图11为叶片轴向55.33％半径处的横截面DU98_W_210翼型放大图。

图12为叶片轴向77.33％半径处的横截面NACA_64_618翼型放大图。

具体实施方式

附图1为能反映叶片主要形状的主视图，叶片的轴向以叶根为起点向叶尖依次为叶片的叶根部分1、中间部分2和叶尖部分3；叶根部分1，介于叶根最根部至轴向的36.75％处；中间部分2，介于轴向的36.75％至77.33％处；叶尖部分3，介于轴向的77.33％至叶尖最尖部；位于叶根最根部至轴向的2.67％处为叶片与风轮轮毂的连接法兰、截面为圆环形；叶根部分1的靠近法兰的区域采用过渡翼型，其相对厚度介于90.6％和44.3％之间，介于叶片的轴向5.33％和16％之间；叶根部分1的位于叶片轴向17.65％和24.88％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度介于40％和30％之间；叶片中间部分2的轴向36.75％和55.33％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度为25％和21％；叶片的叶尖部分3采用空气动力特性较好的美国航空NACA6系列层流翼型，其相对厚度为18％。

附图2至附图12为叶片自根部起轴向的11处截面的翼型，叶根部分1的轴向5.33％处为相对厚度90.6％的EU70_906翼型、轴向8％处为相对厚度77％的EU70_770翼型、轴向10.67％处为相对厚度63.7％的EU70_637翼型、轴向13.33％处为相对厚度52.7％的EU70_527翼型、轴向16％处为相对厚度44.3％的EU70_443翼型、轴向17.65％处为相对厚度40％的荷兰DU400EU风力机翼型、轴向20.11％处为相对厚度35％的荷兰DU350EU风力机翼型、轴向24.88％处为相对厚度30％的荷兰DU300EU风力机翼型；叶片的中间部分2轴向36.75％处为相对厚度25％的DU91_W2_250翼型、轴向55.33％处为相对厚度21％的DU98_W_210翼型；叶片的叶尖部分3为美国NACA_64_618层流翼型。其中NACA_64_618翼型由美国国家航空咨询委员会(缩写为NACA，现在NASA)研究开发，其中第一个数字6表示6系列；第二个数字4表示当它作对称翼型使用在零迎角时，最低压强点在0.4弦长处(4是弦长的十分数)；跟在底画线后的第一个数字是设计升力系数的10倍，设计值C₁＝0.6；最后的两位数字表示厚度，是弦长的百分数。其中荷兰的风力机专用翼型DU91_W2_250和DU98_W_210是荷兰代夫特技术大学(缩写为DUT)开发的，由欧盟在JOULE计划框架下、荷兰能源与环境机构(NOVEM)和不同的欧洲叶片制造商资助，其中DU代表代夫特大学；紧接着的两个数字是设计该翼型的年的最后两位数字；W代表风能应用，在DU91情形中W后的2表示这一年有一个以上相对厚度为25％的设计；最后的三位数字表示最大厚度是弦长的百分数的十倍。

除给出的11处截面外的其余截面由相邻两个所给出截面过渡而定。

该风轮叶片在位于所定义的叶片剖面左边和右边的叶片坐标是由相邻翼型的当地相对厚度线性插值而得到的。该风轮叶片的几何外形由叶片横截面的翼型当地弦长、扭转角和参考点(四分之一弦长点)的位置确定，它们的分布遵循连续的方程。

风轮叶片是风力发电设备的关健部件，我国在风力发电方面相比风电事业发达的国家还存在一定的差距，本发明是在研究欧美发达国家现有叶片技术的基础上确定的一种分别轴向位置处具有一定截面形状的风轮叶片。

Claims

1.一种兆瓦级风力发电设备的风轮叶片，其特征是：叶片的轴向以叶根为起点向叶尖依次为叶片的叶根部分、中间部分和叶尖部分；叶根部分，介于叶根最根部至轴向的36.75％处；中间部分，介于轴向的36.75％至77.33％处；叶尖部分，介于轴向的77.33％至叶尖最尖部；位于叶根最根部至轴向的2.67％处为叶片与风轮轮毂的连接法兰、截面为圆环形；叶根部分的靠近法兰的区域采用过渡翼型，其相对厚度介于90.6％和44.3％之间，介于叶片的轴向5.33％和16％之间；叶根部分的位于叶片轴向17.65％和24.88％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度介于40％和30％之间；叶片中间部分的轴向36.75％和55.33％之间采用荷兰的DU系列风力机翼型，其相对厚度为25％和21％；叶片的叶尖部分采用空气动力特性较好的美国航空NACA6系列层流翼型，其相对厚度为18％。

2.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电设备的风轮叶片，其特征是：所述的叶根部分的轴向5.33％处为相对厚度90.6％的EU70_906翼型、轴向8％处为相对厚度77％的EU70_770翼型、轴向10.67％处为相对厚度63.7％的EU70_637翼型、轴向13.33％处为相对厚度52.7％的EU70_527翼型、轴向16％处为相对厚度44.3％的EU70_443翼型、轴向17.65％处为相对厚度40％的荷兰DU400EU风力机翼型、轴向20.11％处为相对厚度35％的荷兰DU350EU风力机翼型、轴向24.88％处为相对厚度30％的荷兰DU300EU风力机翼型。

3.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电设备的风轮叶片，其特征是：所述的叶片的中间部分轴向36.75％处为相对厚度25％的DU91_W2_250翼型、轴向55.33％处为相对厚度21％的DU98_W_210翼型。

4.根据权利要求1所述的兆瓦级风力发电设备的风轮叶片，其特征是：所述的叶片的叶尖部分为美国NACA_64_618层流翼型。