本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片，具體涉及一種葉尖為類似刀鋒結(jié)構(gòu)的風(fēng)力機(jī)葉片，屬于風(fēng)能利用
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：風(fēng)力機(jī)是通過風(fēng)輪葉片汲取風(fēng)能，進(jìn)而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)關(guān)鍵的動(dòng)力部件，決定著汲取風(fēng)能的效率。風(fēng)輪由葉片、輪轂和軸組成，發(fā)電機(jī)通過主軸與風(fēng)輪的軸實(shí)現(xiàn)連接，作用是將風(fēng)輪輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能并輸出。由此可見，風(fēng)輪的葉片決定著風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用率。而風(fēng)力機(jī)葉片由葉片翼型部分和葉根兩部分組成，葉片翼型部分結(jié)構(gòu)決定著風(fēng)輪的氣動(dòng)性能優(yōu)劣，葉根部分主要擔(dān)負(fù)葉片翼型部分與輪轂的連接，起到葉片支撐和定位的作用。傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)葉片翼型的結(jié)構(gòu)來源于航空翼型，導(dǎo)致傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)翼型葉片在使用中存在以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)缺陷：1、葉根附近翼型面寬大，導(dǎo)致葉片啟動(dòng)風(fēng)速增大，風(fēng)速有效利用范圍變窄，風(fēng)能利用率下降。寬大的翼型面結(jié)構(gòu)，將導(dǎo)致葉片整體質(zhì)量增大，風(fēng)力機(jī)起動(dòng)所需克服的慣性力矩增大，造成葉片啟動(dòng)所需的最低風(fēng)速增大，風(fēng)速有效利用范圍變窄；同時(shí)考慮到安全性問題，葉片質(zhì)量的增大將導(dǎo)致在相同的來流風(fēng)速下，葉片的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速明顯下降，進(jìn)而導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)有效輸出功率下降，風(fēng)能利用率下降；另一方面，寬大的翼型結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的葉片中心渦渦量增大及渦影響擴(kuò)散區(qū)域增加，從而導(dǎo)致葉片能量損耗增大，葉片的風(fēng)能利用率下降；2、葉尖處多為具有一定厚度的翼型面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉尖聲輻射較大，風(fēng)能利用率較低。葉尖處非流線性結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生較強(qiáng)的葉尖渦，進(jìn)而產(chǎn)生較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)噪聲及較大的能量損失，從而導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)噪聲高及風(fēng)能利用率較低；部分葉片為解決上述問題，在葉尖部加裝葉尖小翼，雖可一定程度上改善葉尖渦的產(chǎn)生和擴(kuò)散，但葉尖小翼并非葉片本體結(jié)構(gòu)，使用中易從葉尖脫落。以上問題的存在，嚴(yán)重制約著風(fēng)能的有效利用和風(fēng)力機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明提供了一種刀鋒形風(fēng)力機(jī)葉片，葉片中部翼型面相對寬大、突出，靠近葉根部分翼型面寬度呈逐漸收縮外形，葉尖為刀鋒形結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)形式可在有效提升葉片風(fēng)能利用率的同時(shí)較大程度上縮減葉片外形尺寸，并可使葉片在旋轉(zhuǎn)過程中有效地破碎葉尖渦的生成與生長，從而有效降低葉片旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種刀鋒形風(fēng)力機(jī)葉片，由葉片翼型和葉根兩部分組成，葉片翼型部分表面的三維結(jié)構(gòu)由十個(gè)翼型面翼型曲線以及一個(gè)空間特征翼型點(diǎn)連續(xù)光滑過渡生成；所述每個(gè)翼型面翼型曲線分別由壓力面曲線和吸力面曲線組成；定義Z方向?yàn)槿~片葉展方向，垂直Z方向的面為XOY平面；第一翼型面所處的空間位置面為Z＝0的空間面，第一翼型面前緣點(diǎn)為三維坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0，0)；各翼型面曲線前緣點(diǎn)與后緣點(diǎn)間的連線為弦長，弦長在XOY平面內(nèi)與X坐標(biāo)軸間的夾角為扭角，順時(shí)針方向?yàn)榕そ钦?；所述十個(gè)翼型面壓力面曲線和吸力面曲線對應(yīng)的坐標(biāo)值如下：第一翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為0mm)第二翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為94.5mm)第三翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為189mm)第四翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為283.5mm)第五翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為378mm)第六翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為472.5mm)第七翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為567mm)第八翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為661.5mm)第九翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為756mm)第十翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為803.25mm)所述空間特征翼型點(diǎn)坐標(biāo)為(0mm，0mm，850mm)；十個(gè)特征翼型面翼型曲線弦長及扭角如下：序號弦長(mm)扭角(°)序號弦長(mm)扭角(°)第1翼型面曲線99.64-27.8°第6翼型面曲線134.87-6.1°第2翼型面曲線131.71-19.3°第7翼型面曲線109.62-5°第3翼型面曲線169.69-13.7°第8翼型面曲線84.38-3.74°第4翼型面曲線185.22-10°第9翼型面曲線59.13-1.7°第5翼型面曲線159.98-7.5°第10翼型面曲線43.33-0.1°所述葉根由固定段13和過渡段12組成，固定段為矩形結(jié)構(gòu)，其上加工有Y軸方向的螺栓孔，螺栓孔用于與風(fēng)輪機(jī)輪轂固定連接，過渡段連接固定段和葉片翼型部分的第一翼型面。進(jìn)一步地，所述固定段的長為80mm、寬為94mm、高為47mm，所述過渡段由第一翼型面曲線和固定段端面(94mm×47mm)通過放樣曲線生成過渡段結(jié)構(gòu)體，過渡段長度為70mm。葉片具體生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)工藝，可通過上述十個(gè)特征翼型面翼型曲線及一個(gè)空間特征翼型點(diǎn)實(shí)際結(jié)構(gòu)和三維空間相對位置關(guān)系定義連接光滑過渡生成葉片外形結(jié)構(gòu)的加工模具，進(jìn)而通過例如模具注塑等工藝實(shí)現(xiàn)葉片的實(shí)體加工，或?qū)⑷~片翼型部分和葉根部分空間點(diǎn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印機(jī)生成三維模型，進(jìn)而直接打印整體葉片。有益效果：1)葉片具備低的啟動(dòng)風(fēng)速。為盡可能降低葉片的啟動(dòng)風(fēng)速，本申請發(fā)明葉片在結(jié)構(gòu)上具有以下特征：a、對葉片做功具有重要作用的葉中部分設(shè)計(jì)為寬翼型結(jié)構(gòu)形式，以盡可能增大啟動(dòng)力矩，降低葉片的啟動(dòng)風(fēng)速；b、葉片材質(zhì)由碳纖維制成，碳纖維質(zhì)輕且剛度、韌性較大，可在保證葉片運(yùn)行機(jī)械強(qiáng)度和疲勞損傷的條件下較大程度上降低葉片的質(zhì)量，以盡可能減小葉片的慣性啟動(dòng)阻力矩；c、對葉片做功能力影響不大的葉根處翼型結(jié)構(gòu)采用逐次收縮的形式，以縮減葉片外形尺寸，減小葉片質(zhì)量，減小葉片的慣性啟動(dòng)阻力矩。經(jīng)初步試驗(yàn)，該葉片啟動(dòng)風(fēng)速小于3m/s，屬于低啟動(dòng)風(fēng)速型風(fēng)力機(jī)，對低速風(fēng)能的利用有很好的適用性。2)高的風(fēng)能利用率。本申請發(fā)明葉片翼型結(jié)構(gòu)采用葉素—?jiǎng)恿坷碚搶ｉT針對分布式小型風(fēng)力機(jī)而開發(fā)，葉片具有很好的結(jié)構(gòu)流線性和空氣動(dòng)力學(xué)性能。將設(shè)計(jì)葉片組合成為三葉片風(fēng)輪，經(jīng)數(shù)值仿真，葉片設(shè)計(jì)工況(額定來流風(fēng)速10m/s，額定轉(zhuǎn)速560轉(zhuǎn)/分)下風(fēng)輪的風(fēng)能利用率Cp值大于44.5％，屬于高氣動(dòng)性能風(fēng)力機(jī)葉片。3)低的旋轉(zhuǎn)輻射噪聲。一方面：本申請發(fā)明葉片針對性地在葉片葉尖部位采用類似于刀鋒尖部的結(jié)構(gòu)形式，葉片前端部可以很好地抑制葉尖渦的產(chǎn)生，從而可以較大程度上降低葉片的輻射噪聲；同時(shí)，葉片前端部與葉片為一體結(jié)構(gòu)，剛性較大，故可以避免葉片前端部如安裝小翼等外加附加部件易脫落的危險(xiǎn)。另一方面：本申請發(fā)明葉片葉根附近翼型結(jié)構(gòu)采用逐次收縮的形式，較大程度上降低了寬葉根結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的葉片中心渦強(qiáng)度，從而較大程度上降低了葉片旋轉(zhuǎn)輻射噪聲的等級，經(jīng)數(shù)值仿真，額定工況下，該種結(jié)構(gòu)形式可較同直徑NACA4415翼型葉片風(fēng)輪噪聲級降低5分貝以上。附圖說明圖1是本發(fā)明的十個(gè)翼型面翼型曲線及一個(gè)空間特征翼型點(diǎn)在葉片上的分布示意圖；圖2是本發(fā)明的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的葉片特征翼型面翼型曲線外輪廓圖；圖4是本發(fā)明的十個(gè)特征翼型面翼型曲線的輪廓圖。其中：1-第1翼型面曲線；2-第2翼型面曲線；3-第3翼型面曲線；4-第4翼型面曲線；5-第5翼型面曲線；6-第6翼型面曲線；7-第7翼型面曲線；8-第8翼型面曲線；9-第9翼型面曲線；10-第10翼型面曲線；11-空間特征翼型點(diǎn)；12-過渡段；13-固定段；14-螺栓孔。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。如附圖1所示，本發(fā)明的刀鋒形風(fēng)力機(jī)葉片由葉片翼型和葉根兩部分組成，葉片翼型部分表面的三維結(jié)構(gòu)由十個(gè)翼型面翼型曲線以及一個(gè)空間特征翼型點(diǎn)11連續(xù)光滑過渡生成；所述每個(gè)翼型面翼型曲線分別由壓力面曲線和吸力面曲線組成；如附圖2中的坐標(biāo)系所示，定義Z方向?yàn)槿~片葉展方向，垂直Z方向的面為XOY平面；第一翼型面所處的空間位置面為Z＝0的空間面，第一翼型面前緣點(diǎn)為三維坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0，0)；各翼型面曲線前緣點(diǎn)與后緣點(diǎn)間的連線為弦長，弦長在XOY平面內(nèi)與X坐標(biāo)軸間的夾角為扭角，順時(shí)針方向?yàn)榕そ钦颍凰鍪畟€(gè)翼型面壓力面曲線和吸力面曲線對應(yīng)的坐標(biāo)值如下：第一翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為0mm)第二翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為94.5mm)第三翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為189mm)第四翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為283.5mm)第五翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為378mm)第六翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為472.5mm)第七翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為567mm)第八翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為661.5mm)第九翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為756mm)第十翼型面翼型曲線坐標(biāo)(Z坐標(biāo)為803.25mm)所述空間特征翼型點(diǎn)坐標(biāo)為(0mm，0mm，850mm)；十個(gè)特征翼型面翼型曲線弦長及扭角如下：序號弦長(mm)扭角(°)序號弦長(mm)扭角(°)第1翼型面曲線99.64-27.8°第6翼型面曲線134.87-6.1°第2翼型面曲線131.71-19.3°第7翼型面曲線109.62-5°第3翼型面曲線169.69-13.7°第8翼型面曲線84.38-3.74°第4翼型面曲線185.22-10°第9翼型面曲線59.13-1.7°第5翼型面曲線159.98-7.5°第10翼型面曲線43.33-0.1°所述葉根由固定段13和過渡段12組成，固定段為矩形結(jié)構(gòu)，其上加工有Y軸方向的螺栓孔，螺栓孔用于與風(fēng)輪機(jī)輪轂固定連接，過渡段連接固定段和葉片翼型部分的第一翼型面。所述固定段的長為80mm、寬為94mm、高為47mm，所述過渡段由第一翼型面曲線和固定段端面(94mm×47mm)通過放樣曲線生成過渡段結(jié)構(gòu)體，過渡段長度為70mm。十個(gè)特征翼型面翼型曲線按附圖1中位置順序布置，以10個(gè)特征翼型面翼型曲線及一個(gè)空間特征翼型點(diǎn)為基準(zhǔn)，光滑過渡生成葉片翼型部分，即可繪制或加工出葉片翼型部分結(jié)構(gòu)。或按照附圖4的十個(gè)特征翼型面翼型曲線整體以1:1的比例放大為實(shí)際尺寸，并按各特征翼型面扭角進(jìn)行翼型曲線扭轉(zhuǎn)后，亦可獲得制作葉片模具的十個(gè)特征翼型面三維空間結(jié)構(gòu)。所述風(fēng)輪由三葉片組成，葉片材質(zhì)為碳纖維。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3