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FlowChange动叶片设计师:如何通过叶尖小翼设计来增加风机发电量?

国际新能源网  来源:能见App  日期:2018-10-18

2018年10月17日-19日,2018北京国际风能大会暨展览会(CWP 2018)在北京新国展隆重召开。本次大会由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院(赛迪集团)六大权威机构联合主办。

“风能综合技术研究”分论坛于10月18日上午召开。FlowChange动叶片设计师、工程师Kees ckriede发表了题为“通过叶尖小翼,增加风机发电量设计与分析”的主旨演讲。

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以下为演讲实录:

kees Huckriede:非常感谢您的介绍,大家早上好,我叫Kees,叶片气动设计师,我们增风能领域已经有8年的经验,在这8年的时间我参与了叶片的整体设计,包括气动设计,结构设计,还有生产方面的工作,我们整个公司2016年在荷兰成立的,我们也研发了各种气动的附加系统,增加现存叶片的性能,给大家举一些例子,就是下面列出来的一些图片,比如说像这一些小翼以及一系列的比如说精翼还有圆块等等。那么今天我的主题是通过运用叶尖小翼来增加风机发电量,设计与分析,6兆瓦下风向风机是在荷兰的风场,我们看待叶尖的供销之前先让大家来看一下,叶尖损失效应,我们可以看到整个辐流可以形成叶尖形成一个涡流,在整个夜会有很强大的,涡流。右侧的图表当中,我们看在右端叶尖的升力是有急剧的下降。我们安装小翼之后,看叶尖涡流的情况,整个涡流的位置也有了转移,再看一下我们整个升力分布,跟蓝色的那一条,之前的升力分布做对比,就可以看到我们在最右端的升力的一个损失,其实是有所环节的。那么这一张图我们可以更清楚的看到,提高叶尖流之后,我们叶尖升力的一个分布。刚刚提到了叶尖损失的效应,降低叶尖损失效应,增加功率系数,就能够分析出来小翼对于增功的影响,正如这张图所显示的那样,我们现在可以把有小翼的叶片跟普通的一个叶片来做一个对比,就得出了这张图的情况,蓝色的代表的是普通的叶尖,红色带有小翼的叶尖,可以增加叶片在低于额定风速运转时发电量的变化。

在我们的项目当中也使用了附加小翼的一个设计,就是在现场去为一些现有的叶片安装小翼,我们可以看到两张图,那么我们在安装小翼的时候,是不需要去对原有的叶尖去做任何更改的,旋长和厚度都是一样的,在这里给大家列出了不同角度的一个图片,侧面的以及正面的,我们可以看到整个小翼是可以无缝的安装在原有的叶尖上,并且它的形状跟之前的叶尖的厚度是一样的维持原来的形状,增加了一定的叶片长度。我们做了一些叶片的模拟,比如说这个叶速动量,在这方面不太容易在模型中加入小翼,把叶尖损失效应考虑在内,才可以运用这样的技术。用升力线法,我们可以在模型里面加入小翼效应,那么这也是对于我们翼形的系数改良有一定的作用。但是在这一个升力里面没有考虑这个,有一个特殊流,进行大量的计算,耗时更长一些,另外一个介于几者中间的方法,叫3D面元法,能够解决潜在流的问题,以及把阻力的因素考虑在内。那么这是我们所做出的一些模拟的一个展示结果。

下面着重介绍一下3D面元法的叶片模拟,我们可以看到整个输入3D面元法的轮廓,和固定尾流数据,输出可以得到叶片的表面速度,以及一个固定的尾流,跟阻力法来进行对比的话,我们可以看到在后续处理的过程当中,我们把阻力的因素,增加在内,就能够得出一个最终解决方案,我们看到在图表里面包括了升力也包括了阻力。右边也是运用了2D翼形数据,这也加到了我们的3D面元法方案里面,所以通过这些模拟我们可以对小翼进行一些分析。翼的可变参数我们使用的是上风向,或者下风向的小翼参数。同时在扭角角方面我们看它的变化也不是很大只有两到八度。尤其是在垂直小翼的扭角变化并不显著。

再来看一下严厉分布的一个情况,我们可以看到传统的叶尖安装小翼的叶尖在压力的变化,我们可以看到三个不同的点。ABC的三个点,右边的这一侧图可以看出来整个压力的变化。尤其是在叶尖处增加的压力的一个变化情况,我们可以看到它的叶尖处的压力,运用小翼是有提高的。

这张图表模拟的是四种不同风速情况下的一个功率的提升,我们就可以看出来整个小翼的增功结果,可以看出来至少效率的提升是在2%以上的,那么在下风向的风机功率提升达到了3.6%,而上风向的是3.1%,我们用1.7这个区别,下风响风机发电量提升了4.5。而上风向的风机提升了4.1。总结一下刚刚提到的内容,我们用的方法主要有两个,第一就是3D面元法,以及工程阻力模型这两个方法联合在一起主要适合于我们小翼的一个分析。因为在短时间内可以考虑大量的参数并且它的准确性也是更高的。在最后看一下附加小翼发电量的提升总结,我们可以看出来下风向的小翼运用这个技术表现更好。并且最大的功率提升达到了3.6%,而年发电量的提升达到了4.5%,那么我们未来又应当采取什么样的做法呢,我们的下一步在哪里?我们需要考虑我们需要进行一些额外的分析,就比如说它的载荷水平,它的小翼外形,以及流体力学的验证等额外的分析,我们也同时需要考虑到其他的一些元素。那么基于这一些所有的额外分析,最终的设计就应该得到更进一步的验证。那么下面需要做的就是要做一个,小翼圆形机设一个夹装的机制,目的使它无缝融合到现有的叶尖当中,并且这个样机应当生产出来在现场去使用,并且进行现场的一些安装,谢谢大家。

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