风电机组气动设计中的若干问题探讨

图11 叶尖和叶根修正前后弦长分布对比

　　3 不同类型风电机组气动设计的区别
　　对于最常见的直驱型机组与双馈型机组，风轮的主要区别在于轮毂尺寸差别较大。目前市场上还没有专门针对某种类型风电机组而设计的叶片，这里着重讨论双馈机组叶片用于直驱机组的适用性问题。
　　ZDS-2500 风电机组为双馈型，轮毂直径为2.4m。假设将其叶片应用于直驱机组，轮毂直径为3.4m，此时风轮直径为81m。从图10 的功率系数对比结果看，直接将双馈机组的叶片应用于直驱机组，功率系数要比按照直驱机组设计的功率系数低，最高点要低0.5% 左右。如果直驱机组轮毂直径更大，那么损失就会增加，因此对于轮毂直径差距较大的双馈和直驱，应该分别设计叶片，而不宜混用。

 图12 叶尖修正前后扭角分布对比

图13 叶根修正前后扭角分布对比

　　4 叶根与叶尖的修正
　　按照气动理论设计的叶片弦长，在叶根处会很宽，给运输和制造带来困难。ZDS-2500 风电机组叶片的叶尖和叶根做了修正（图11），叶根修正主要是为了避免过大的弦长　（此处所选翼型升力系数很大，导致弦长过大），叶尖修正则是出于降噪的考虑。
　　弦长修正后，叶尖对应的真实扭角，需要根据修正后的弦长进行重新计算。图12 为优化计算获得的扭角分布。从中可以看出，叶尖处扭角会反向增加，这是由叶尖弦长急剧减小造成的。说明通过叶片反扭可以实现叶尖功率的最大化。叶根部分的扭角理论设计值很大，由于其对气动贡献较小，可将扭角范围进行限制（图13）。
　　5 结论
　　本文讨论了设计叶尖速比、多翼型设计、设计点选择、不同机型、叶根与叶尖修正等风电机组气动设计中的关键参数，提出了相应的设计方案。分析结果表明，在满足限噪、限载的要求下，应尽量提高设计叶尖速比，以减小叶片宽度；过渡翼型及其气动特性能够通过基于厚度加权的插值算法获取；多翼型设计中，可以将设计点适量偏离翼型最大升阻比处，来实现更佳的功率特性和几何连续性；双馈异步与同步直驱风电机组的叶片应独立设计，不可混用，以避免功率损失；工程实际中，理论设计的叶片根部和叶尖要进行必要修正。
参考文献
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