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低风速风机叶片翼型技术发展路线分析

供稿人:朱文韵  供稿时间:2015-11-30   关键字:低风速风机  叶片翼型  技术路线图  

风机叶片翼型的设计是低风速风电技术的研究热点,1988年,美国专利US4886421A提出了优化叶片翼型的流体动力学特性,通过迎风面提高气流压力,背面降低气流压力形成压力降,优化层流气流的技术方案实现风机叶片在低风速风况下的高效运行。这一技术原理此后被40多件专利所引用,引领了低风速风机叶片翼型优化改造的技术发展。2000年之后,低风速风电技术逐渐引起风电市场的重视,相关技术研发开始进入发展阶段,解决低风速风况下风机启动性能成为研究重点,例如日本专利JP2002310057A提出了圆弧型弯板组合成中空圆柱体,提高了能量转换效率。2003年,进一步考虑解决低风速风机的失速问题,例如美国Illinois大学研发了螺旋扭转叶片配合直翼型叶片(WO2004011798A2),增加捕风量,减小空气阻力的同时,控制失速状况。2005年,在此基础上,市场研发方向开始转向,适应大范围不同风速条件下的风机,日本专利JP2007138753研制了一种风机叶片形状可根据风力调节的风机,既可在微风下轻松旋转,也能够经受台风风力。2007年,随着技术的逐步成熟,研发者们将叶片翼型、材料、制造成本等不同因素综合考虑,在确保叶片翼型的流体动力学特性,能够承受突变风力载荷的同时,采用了低成本轻质的材料,例如美国Modular风能有限公司所研制的具有脊柱的叶片(US20070217918A1)。2010年,叶片技术开发者们将控制技术引入了叶片设计,例如美国专利US201001727759A1所设计的风轮可伸缩型的风机。

通过梳理风机叶片翼型技术的发展演进情况(见图)可见风机叶片翼型技术的实用性不断提高,叶片流体动力学特性优化奠定了翼型设计的技术理论基础,开启了这一技术市场,随后通过解决失速问题的解决,不同风速条件下运行的兼顾,突变风力载荷的承受能力优化,完善了低风速叶片翼型的技术,近年来,随着技术发展的不断深入,将材料和控制技术引入了叶片技术,使得叶片翼型的生产制造和操作运行更加具备可操作性。


 

 

图 风速风机叶片翼型的技术演进图

 


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