一种高效的１．５ＭＷ风电叶片空气动力外型制造技术

一种高效的１．５ＭＷ风电叶片空气动力外型，叶片长Ｌ＝３７．５ｍ，叶片对应的风轮半径Ｒ＝３８．５ｍ，在风轮相对半径ｒ／Ｒ为１３．５～９７．６％，位置处叶片剖面空气动力外型为：使用相对厚度为５０～１５％的修型翼型；剖面宽度为２７００～９００ｍｍ；相对叶尖剖面弦线的扭角为２３～０．２°；设计点的升力系数为１．３９～０．８０；设计雷诺数为１．０×１０６～６．５×１０６。本实用新型专利技术使该１．５ＭＷ叶片在叶尖速比６．５～１１．０范围内三叶片风轮的风能利用系数均超过０．４５，并在叶尖速比８．５时达到最大０．４９，额定风速为１０．６ｍ／ｓ。从而大幅度提高风能力利用率，提高风电发电机的发电效率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种风力发电机组部件，特别是用于对风轮空气动力性能有影响的叶片外型。
技术介绍
大型水平轴风力发电机组是目前风能利用的主要形式，风轮叶片空气动力外型是风力发电机组系统对风能吸收效率最关键和最决定性的因素。一般的，确定叶片空气动力外型，首先是选择一组用于叶片空气动力外型设计的翼型，其相对厚度从12％～50％不等，然后确定叶片宽度(弦长)、扭角和相对厚度分布，得到叶片的空气动力外型。目前主流叶片的空气动力外型设计均与结构设计协调，提供一种综合的设计原则：在保证叶片安全为第一任务的情况下，尽可能提升叶片空气动力性能。对于最优空气动力性能来说，选择阻力系数较小的薄翼型是较好的选择，而出于结构强度安全考虑，则希望采用相对厚度较大的翼型。最后主流叶片通过空气动力性能向结构安全妥协的结果是：叶片根部是圆柱段；在靠近叶片根部附近布置相对厚度30％～40％的大厚度翼型；在叶片中段布置相对厚度18％～27％的中厚度翼型；在叶片尖部，则布置相对厚度12％～15％的薄翼型。在按照上述原则布置好选择的翼型族后，对于影响风轮性能的叶片空气动力外型的优化则有不同的方法，比如通过经验公式给出叶片弦长和扭角分布；针对翼型最大升阻比进行优化得到叶片空气动力外型等等。
技术实现思路
本技术的目的，是提供一种1.5MW风电叶片空气动力外型，可大幅度提高风能利用率。采用的技术方案是：一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L＝37.5m，叶片对应的风轮半径R＝38.5m，其技术要点是在风轮相对半径r/R为13.5～97.6％位置处叶片剖面空气动力外型为：1、使用相对厚度为50～15％的修型翼型；2、剖面宽度(弦长)为2700～900mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角为23～0.2°；4、设计点的升力系数为1.39～0.80；5、设计雷诺数为1.0×106～6.5×106。本技术使该1.5MW叶片在叶尖速比6.5～11.0范围内三叶片风轮的风能利用系数均超过0.45，并在叶尖速比8.5时达到最大0.49，额定风速为10.6m/s。从而大幅度提高风能力利用率，提高风电发电机的发电效率。-->附图说明图1是风轮、叶片和叶素示意图。图2是作用在素叶上的风速角度关系及空气动力力量。图3是年平均风速8.5m/s时瑞利分布的风速及其单位面积风能分布。图4是叶片剖面弦长在风轮径向上的分布。图5给出叶片剖面扭角在风轮径向上的分布。图6给出叶片剖面相对厚度在风轮径向上的分布。图7给出桨距角0°时三叶片风轮风能利用系数曲线。具体实施方式实施例一一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝13.5％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约50％的修型翼型；2、剖面宽度(弦长)约2700mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为23°；4、设计点的升力系数约为1.39；5、设计雷诺数在1.0×106～5.0×106之间。实施例二一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝22.7％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约34.3％的翼型；2、剖面宽度(弦长)约3000mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为11°；4、设计点的升力系数约为1.375、设计雷诺数在1.8×106～6.0×106之间。实施例三一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝32.2％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约30％的修型翼型；2、剖面宽度(弦长)约2600mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为7°；4、设计点的升力系数约为1.19；5、设计雷诺数在2.2×106～6.0×106之间。实施例四一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝41.5％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约27％的翼型；2、剖面宽度(弦长)约2250mm；-->3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为4.6°；4、设计点的升力系数约为1.06；5、设计雷诺数在2.5×106～6.0×106之间。实施例五一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝51％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约24％的翼型；2、剖面宽度(弦长)约2000mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为3.3°；4、设计点的升力系数约为0.985、设计雷诺数在2.7×106～6.0×106之间。实施例六一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝60％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约21％的翼型；2、剖面宽度(弦长)约1800mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为2.5°；4、设计点的升力系数约为0.915、设计雷诺数在2.9×106～6.2×106之间。实施例七8、一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝70％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约16％的修型翼型；2、剖面宽度(弦长)约1700mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为2.2°；4、设计升力系数约为0.845、设计雷诺数在3.1×106～6.5×106之间。实施例八一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝79％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约15％的翼型；2、剖面宽度(弦长)约1570mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为2.0°；4、设计点的升力系数约为0.805、设计雷诺数在3.2×106～6.5×106之间。实施例九一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝88％位置处叶片剖面空气动力外型如下：-->1、使用相对厚度约15％的翼型；2、剖面宽度(弦长)约1410mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为1.3°；4、设计点的升力系数约为0.805、设计雷诺数在3.2×106～6.5×106之间。实施例十一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L为37.5m，风轮半径为38.5m。在风轮相对半径r/R＝97.6％位置处叶片剖面空气动力外型如下：1、使用相对厚度约15％的翼型；2、剖面宽度(弦长)约900mm；3、相对叶尖剖面弦线的扭角大约为0.2°；4、设计点的升力系数约为0.805、设计雷诺数在2.2×106～4.5×106之间。本技术采用了一种变速变距型叶片空气动力外型设计方法。根据空气动力外型设计与结构设计协调的设计原则，在选择翼型族时，为了补偿大厚度翼型阻力系数对风轮性能的影响，叶片根部附近大厚度翼型及叶片中段布置的中厚度翼型选择具有高升力系数的WORTMANN FX 77W翼型族；在叶片尖部选择NACA 634翼型族。动量叶素本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效的１．５ＭＷ风电叶片空气动力外型，叶片长Ｌ＝３７．５ｍ，叶片对应的风轮半径Ｒ＝３８．５ｍ，其特征在于：在风轮相对半径ｒ／Ｒ为１３．５～９７．６％，位置处叶片剖面空气动力外型为：１）使用相对厚度为５０～１５％的修型翼型；２）剖面宽度为２７００～９００ｍｍ；３）相对叶尖剖面弦线的扭角为２３～０．２°；４）设计点的升力系数为１．３９～０．８０；５）设计雷诺数为１．０×１０６～６．５×１０↑［６］。

【技术特征摘要】
1.一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，叶片长L＝37.5m，叶片对应的风轮半径R＝38.5m，其特征在于：在风轮相对半径r/R为13.5～97.6％，位置处叶片剖面空气动力外型为：1)使用相对厚度为50～15％的修型翼型；2)剖面宽度为2700～900mm；3)相对叶尖剖面弦线的扭角为23～0.2°；4)设计点的升力系数为1.39～0.80；5)设计雷诺数为1.0×106～6.5×1062.根据权利要求1所述的一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，其特征是在风轮相对半径r/R＝13.5％位置处叶片剖面空气动力外型为：1)使用相对厚度约50％的修型翼型；2)剖面宽度弦长约2700mm；3)相对叶尖剖面弦线的扭角大约为23°；4)设计点的升力系数约为1.39；5)设计雷诺数在1.0×106～5.0×106之间。3.根据权利要求1所述的一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，其特征是在风轮相对半径r/R＝22.7％位置处叶片剖面空气动力外型为：1)使用相对厚度约34.3％的翼型；2)剖面宽度约3000mm；3)相对叶尖剖面弦线的扭角大约为11°；4)设计点的升力系数约为1.37；5)设计雷诺数在1.8×106～6.0×106之间。4.根据权利要求1所述的一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，其特征是在风轮相对半径r/R＝32.2％位置处叶片剖面空气动力外型为：1)使用相对厚度约30％的修型翼型；2)剖面宽度约2600mm；3)相对叶尖剖面弦线的扭角大约为7°；4)设计点的升力系数约为1.19；5)设计雷诺数在2.2×106～6.0×106之间。5.根据权利要求1所述的一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，其特征是在风轮相对半径r/R＝41.5％位置处叶片剖面空气动力外型为：1)使用相对厚度约27％的翼型；2)剖面宽度约2250mm；3)相对叶尖剖面弦线的扭角大约为4.6°；4)设计点的升力系数约为1.06；5)设计雷诺数在2.5×106～6.0×106之间。6.根据权利要求1所述的一种高效的1.5MW风电叶片空气动力外型，其特征是在风轮相对半径r/R＝51％位置处叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈坤，戴峥峥，
申请(专利权)人：沈阳风电设备发展有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：89[]