低启动风速的风力机叶片气动设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102108947A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102108947A(43)申请公布日2011.06.29(21)申请号201110046373.9(22)申请日2011.02.25(71)申请人珠海市洁源电器有限公司地址519085广东省珠海市香洲区唐家湾镇科技七路1号中电高科产业园(72)发明人张捷挺于美华(74)专利代理机构广东秉德律师事务所44291代理人杨焕军(51)Int.Cl.F03D11/00(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称低启动风速的风力机叶片气动设计方法(57)摘要本发明涉及一种低启动风速的风力机叶片气动设计方法，包括：(1)确定待设计叶片的基本参数要求；(2)设定叶片每个截面的最佳弦长和扭角的分布形式；(3)设定目标一：Q0(V0)＞QD，Q0为风轮受到外部风的总静转矩，QD为风轮受到的总静阻力矩；及目标二：Cp(λopt)取最大，Cp为风能转换效率，λopt为叶尖速比；(4)设定叶片外形约束条件；(5)同时保证目标一和目标二的前提下，通过寻优算法计算叶片每个截面的弦长和扭角的最优解。本发明提供的叶片气动设计方法是在叶素动量理论基础上，把低风启动的因素考虑进来，使叶片获得较高的风能转换效率同时，能够在低风速启动，不需要采用变浆距技术就能实现低风启动，特别适合于不易采用变桨技术的小型风力机。CN1028947ACCNN110210894702108950A权利要求书1/1页1.一种低启动风速的风力机叶片气动设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)确定待设计叶片的基本参数要求；(2)设定叶片每个截面的最佳弦长和扭角的分布形式；(3)设定目标一：Q0(V0)＞QD，Q0为风轮受到外部风的总静转矩，QD为风轮受到的总静阻力矩；及目标二：Cp(λopt)取最大，Cp为风能转换效率，λopt为叶尖速比；(4)设定叶片外形约束条件；(5)同时保证目标一和目标二的前提下，通过寻优算法计算叶片每个截面的弦长和扭角的最优解。2.如权利要求1所述的低启动风速的风力机叶片气动设计方法，其特征在于，步骤(1)中所述的基本参数包括风轮直径、叶片数、翼型、启动风速、额定风速、额定转速、额定功率及叶尖速比。3.如权利要求1所述的低启动风速的风力机叶片气动设计方法，其特征在于，步骤(2)中所述的弦长和扭角的分布形式都定义为按贝塞尔曲线分布形式。4.如权利要求3所述的低启动风速的风力机叶片气动设计方法，其特征在于，所述弦长和扭角分布所对应的贝塞尔曲线都使用了四个控制点，弦长曲线控制点的坐标：(xcpi，ycpi)i＝1，2，3，4扭角曲线控制点的坐标：(xtpi，ytpi)i＝1，2，3，45.如权利要求4所述的低启动风速的风力机叶片气动设计方法，其特征在于，步骤(4)是通过弦长和扭角的可行域分布在合理的范围之内，进行叶片外形约束，采用以下的约束方程：式中rmin，rmax分别为用户定义的叶片优化设计段的截面最小半径和最大半径，cmin，cmax分别为用户定义的允许的最小和最大弦长，tmin，tmax分别为用户定义的允许的最小和最大扭角。6.如权利要求1至5任意一项所述的低启动风速的风力机叶片气动设计方法，其特征在于，步骤(5)基于ECGA遗传算法计算叶片每个截面的弦长和扭角的最优解，具体步骤如下：a.输入所述的基本参数、约束条件及遗传算法需要的参数；b.随机产生初始种群；c.基于目标一和目标二，计算初始种群每个个体的适应度；d.对满足适应度要求的种群个体进行遗传操作，产生新的种群；e.判断是否满足终止条件，如果已经满足设定的终止条件，则将得到的符合要求的个体作为设计结果。2CCNN110210894702108950A说明书1/6页低启动风速的风力机叶片气动设计方法技术领域[0001]本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及风力机叶片气动设计方法。背景技术[0002]启动风速是指风力机风轮由静止开始转动并能连续运转的最小风速。是风力机叶片设计中主要考量的因素。[0003]风力机叶片的设计分两个步骤：首先是空气动力外形设计，简称气动设计，用于确定风力机叶片的翼型、弦长、扭角和叶片数等等；其次是按照叶片的载荷和强度进行结构设计。[0004]为了追求最大风能转换效率CP，目前风力机叶片气动设计的方法都是采用最优设计方法。比较传统的最优设计方法包括简化风车法、萨比宁(Sabinin)法、施特法尼亚克(Stefaniak)法、许特尔(Hütter)法、葛劳渥(Glauert)法等。目前的最优设计方法主要是基于叶素动量理论、势流理论(涡流丝或升力线理论)以及基于解N-S方程的全流场分析方法。[0005]按照上述方法设计出来的风力机叶片虽然具有较大的风能转换效率C