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CN210483953U - 一种大型海上风力机叶尖融合小翼及风力机 - Google Patents

一种大型海上风力机叶尖融合小翼及风力机 Download PDF

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CN210483953U
CN210483953U CN201920759016.9U CN201920759016U CN210483953U CN 210483953 U CN210483953 U CN 210483953U CN 201920759016 U CN201920759016 U CN 201920759016U CN 210483953 U CN210483953 U CN 210483953U
Authority
CN
China
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winglet
wind turbine
blade
radius
blade tip
Prior art date
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Active
Application number
CN201920759016.9U
Other languages
English (en)
Inventor
胡丹梅
吴志祥
潘卫国
商洪涛
纪胜强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai University of Electric Power
Original Assignee
Shanghai University of Electric Power
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

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Abstract

本实用新型涉及一种大型海上风力机叶尖融合小翼及风力机,其中小翼与风力机的叶片叶尖部分的翼型相同并光滑过渡,小翼朝向叶片吸力面弯曲,且小翼的弯曲倾斜角度为50°~60°。与现有技术相比,本实用新型在深远海风力机受到海洋环境的影响产生艏摇、纵摇、纵荡等运动条件下,能够有效减小叶尖涡对叶尖部分功率的降低,同时叶尖小翼具有良好的气动性能,能够提高风力机叶片的转矩。显著提高风力机总输出功率。

Description

一种大型海上风力机叶尖融合小翼及风力机
技术领域
本实用新型涉及一种,尤其是涉及一种大型海上风力机叶尖融合小翼及风力机。
背景技术
对于有限长度的风力机叶片,在风力机运行条件下叶片上下表面会产生压力差,在风力机的三维旋转效应和叶片表面压差的作用下会使压力面的气流绕过叶尖向吸力面流去,造成吸力面压力增加而压力面压力减小,从而叶尖表面压差减小,叶片转矩下降。同时产生的叶尖涡也会产生诱导阻力,使叶片升力减小,对叶片的功率输出产生不利的影响,对于大型风力机,其叶片尺寸很大,叶尖涡对叶片功率的影响不可忽略。
在风力机叶尖安装小翼结构是提升风力机气动性能的一种重要手段。安装叶尖小翼后,可有效抑制叶尖涡的强度,小翼的向外弯曲延伸使叶尖涡的生成位置向风轮外侧转移,减小了叶尖扰流对叶尖部分压差的影响,提高了叶尖功率输出。由于叶尖小翼与叶片本体部分光滑过渡,相当于对叶片的延伸和弯曲,所以小翼也能产生转矩,使风力机的总功率输出提高。与陆地固定式基础风力机相比,深远海风力机受到海洋环境的影响会产生艏摇、纵摇、纵荡等运动,会影响风轮平面处的入流风速,从而影响风力机的气动性能,因此在运动条件下的风力机功率响应与陆地固定式风力机存在较大差异。
由于叶尖小翼安装的叶片的端部,对叶片的根部会产生一个较大的挥舞力矩,对风力机叶片的结构强度提出了更高的要求,现有的叶尖小翼设计都没有将叶尖结构重量增加以及叶片受力一起综合平衡考虑,导致叶尖小翼的性能没有得到充分发挥。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大型海上风力机叶尖融合小翼及风力机。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种大型海上风力机叶尖融合小翼,该小翼与风力机的叶片叶尖部分的翼型相同并光滑过渡,所述小翼朝向叶片吸力面弯曲,且小翼的弯曲倾斜角度为50°~60°。
所述小翼的翼型为NACA64翼型。
所述小翼的展向长度为风轮半径的3%~5%。
所述小翼的弯曲半径为风力机的风轮半径的1%~3%。
一种大型海上风力机,包括多个叶片,所述叶片的叶尖部分上设有小翼,该小翼与叶尖部分的翼型相同并光滑过渡,所述小翼朝向叶片吸力面弯曲,且小翼的弯曲倾斜角度为50°~60°。
所述小翼的翼型为NACA64翼型。
所述小翼的展向长度为风轮半径的3%~5%。
所述小翼的弯曲半径为风力机的风轮半径的1%~3%。
与现有技术相比,本实用新型具有以下有益效果:
1)与叶片的叶尖部分平滑过渡且翼型相同,朝向叶片吸力面弯曲,且小翼的弯曲倾斜角度为50°~60°,实现了小翼与叶尖的融合设计,可以提升叶片叶尖功率输出,显著提高海上风力机总输出功率。
2)展向长度为风轮半径的3%~5%,弯曲半径为风力机的风轮半径的1%~3%,融合小翼具有良好的气动外形,产生功率提升的作用。
附图说明
图1是带叶尖融合小翼的叶片;
图2是翼尖小翼局部示意图;
图3(a)是无叶尖小翼叶片压力面压力云图;
图3(b)是有叶尖小翼叶片压力面压力云图;
图3(c)是无叶尖小翼叶片吸力面压力云图;
图3(d)是有叶尖小翼叶片吸力面压力云图;
图4是有叶尖小翼叶片叶尖截面上下表面压力值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
一种大型海上风力机叶尖融合小翼,如图1所示,该小翼与风力机的叶片叶尖部分的翼型相同并光滑过渡,小翼朝向叶片吸力面弯曲,且小翼的弯曲倾斜角度为50°~60°。小翼的翼型为NACA64翼型。小翼的展向长度为风轮半径的3%~5%,小翼的弯曲半径为风力机的风轮半径的1%~3%。
在保持风轮扫风面积不变的条件下,最优小翼倾斜角度,使得叶片和小翼所产生的总功率最大。
如图1为本申请的叶尖融合小翼,小翼朝向吸力面弯曲,如图2为海上风力机叶片叶尖小翼的局部图。
本申请的叶尖融合小翼由翼根和翼尖翼型及等效长度、弯曲半径和倾斜角度决定,该叶尖小翼的重要平面几何参数为:
1)小翼朝向:小翼朝向吸力面,即朝向风力机下游;
2)弯曲半径:小翼与叶片本体连接处的弧形弯曲半径;
3)等效长度:小翼在叶片长度方向上的投影长度;
4)倾斜角度:小翼弯曲长度方向与叶片的夹角;
5)小翼翼型:指叶尖小翼采用NACA64翼型。
对含有本申请小翼的叶片进行测试,在深远海风力机受到海洋环境的影响产生艏摇、纵摇、纵荡等运动条件下,添加该新型融合叶尖小翼,具体参数如表1所示。风力机A表示未添加叶尖融合小翼的海上风力机,风力机B表示添加叶尖融合小翼的风力机。在风力机额定风速11.4m/s条件下,分别对这两种风力机用CFD (Computational Fluid Dynamic)方法计算其功率系数Cp、轴向推力系数Ct,对比分析其气动性能,计算结果如表1所示。
表1有无融合小翼海上风力机气动性能结果
海上风力机 C<sub>p</sub> C<sub>t</sub>
A 0.4608 0.7040
B 0.4807 0.7342
由表1可以看出,在风力机额定运行工况条件下,相对于A风力机,B风力机功率系数提高4.30%,轴向推力系数提高4.29%,表明加装了融合小翼以后,风力机的功率提升率大于轴向推力提升率。
在深远海风力机受到海洋环境的影响产生艏摇、纵摇、纵荡等运动条件下,如图3(a)、3(b),在叶片压力面,两种叶片的压力分布基本相同,融合小翼表面的压力值大于叶片表面压力值;如图4所示,在叶片吸力面,带叶尖融合小翼叶片的负压区较大且压力值低于无小翼叶片,因此带融合小翼叶片的表面压差更大,功率输出增大。如图4所示为截取距叶尖1m处的叶片截面翼型表面压力分布,可以看到在翼型前部,有融合小翼叶片的吸力面压力值低于无小翼叶片。

Claims (8)

1.一种大型海上风力机叶尖融合小翼,其特征在于,该小翼与风力机的叶片叶尖部分的翼型相同并光滑过渡,所述小翼朝向叶片吸力面弯曲,且小翼的弯曲倾斜角度为50°~60°。
2.根据权利要求1所述的一种大型海上风力机叶尖融合小翼,其特征在于,所述小翼的翼型为NACA64翼型。
3.根据权利要求1所述的一种大型海上风力机叶尖融合小翼,其特征在于,所述小翼的展向长度为风力机的风轮半径的3%~5%。
4.根据权利要求1所述的一种大型海上风力机叶尖融合小翼,其特征在于,所述小翼的弯曲半径为风力机的风轮半径的1%~3%。
5.一种大型海上风力机,包括多个叶片,其特征在于,所述叶片的叶尖部分上设有小翼,该小翼与叶尖部分的翼型相同并光滑过渡,所述小翼朝向叶片吸力面弯曲,且小翼的弯曲倾斜角度为50°~60°。
6.根据权利要求5所述的一种大型海上风力机,其特征在于,所述小翼的翼型为NACA64翼型。
7.根据权利要求5所述的一种大型海上风力机,其特征在于,所述小翼的展向长度为风力机的风轮半径的3%~5%。
8.根据权利要求5所述的一种大型海上风力机,其特征在于,所述小翼的弯曲半径为风力机的风轮半径的1%~3%。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110173391A (zh) * 2019-05-24 2019-08-27 上海电力学院 一种大型海上风力机叶尖融合小翼及风力机

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