风力发电机组叶片技术升级改造办法的探讨

　　摘要
　　本文针对几种国内外已研究过的机组叶片技术升级改造办法进行了论述。其中，在前缘和后缘附近加装装置、改变叶尖的形式等办法有助于改善翼型表面流动，提高叶片气动性能；而延长叶片根部翼型和加长叶片长度的办法是从增加叶片做功的有效长度这一角度出发进行了论述。结论表明，通过这些叶片技改办法的合理应用，都有利于提升机组的发电量。
　　引言
　　叶片作为实现风力发电机组风能转换的关键部件，对机组的整体性能影响很大，而其外形气动设计一直是叶片设计的焦点。
　　翼型作为叶片基本气动外形设计的基础，对叶片的空气动力特性和质量分布有着重要的影响。翼型较高的升阻比能更大提高风机捕风效率, 进而提高风机的输出功率。叶片自下而上的扭转角度和翼型类型、翼型厚度等因素影响着叶片表面升力系数和阻力系数的分布趋势（如图1、图2）。经过长期的研究发现：在不同气流攻角和气流速度大小在叶片外表面前缘区域或者/和后缘区域可能产生气流一定程度上的分离以及在叶尖部分存在着涡以螺旋状向下游发展的现象。 　　在已有的研究基础，结合已经实际投入运行的风力发电机组叶片，本文讨论了一些改善叶片表面流动（包括叶尖流动）以及增加叶片有效长度的方法。
　　改善叶片表面流动方法
　　在本节将就如何改善叶片表面流动情况加以介绍：
　　前缘附近涡流发生器（VG）
　　在一般情况下，叶片表面的气流能够很好地形成附着无分离流动，在物面上的边界层和翼型后缘的尾迹区很薄，如图3中左侧图所示。但是受攻角、叶片翼型弯度和厚度等等因素的影响，气流在前缘附近就发生不同程度的分离状态，如图3中右侧图所示。 　　1947年Taylor 等［1］首先提出了涡流发生器的概念，可以用于翼型附面层流动控制。国内外专家学者采用数值分析、风洞实验等方法对涡流发生器用于附面层流动控制、翼型、失速型风力发电机组叶片表面流动控制等方面开展了研究和应用［2-4］。
　　涡流发生器（VortexGenerator，简称VG）几何形状、布局位置及方式等因素对翼型气动特性的都有影响，它布置在叶片的吸力面上，一般与前缘的距离约在15%到30%弦长处，它的用途主要是延缓在前缘附件的分离流动的产生，在某种程度上提升升力系数和增加阻力系数，所以采用涡流发生器需要根据翼型外形、攻角进行优化布置。图4显示的是已加装了涡流发生器的叶片。 　　文献[3]还以长山头风电场运行的66台S50/750定桨距失速型机组为例，在靠近叶片根部的前缘端加装了涡流发生器，通过此装置的加装提高了翼型的升阻比，延缓了此类型风电机组的失速点，提高了机组在风速8m/s到15m/s之间的发电功率。