風力發電機組葉片技術升級改造辦法的探討

　　摘要
　　本文針對幾種國內外已研究過的機組葉片技術升級改造辦法進行了論述。其中，在前緣和后緣附近加裝裝置、改變葉尖的形式等辦法有助于改善翼型表面流動，提高葉片氣動性能；而延長葉片根部翼型和加長葉片長度的辦法是從增加葉片做功的有效長度這一角度出發進行了論述。結論表明，通過這些葉片技改辦法的合理應用，都有利于提升機組的發電量。
　　引言
　　葉片作為實現風力發電機組風能轉換的關鍵部件，對機組的整體性能影響很大，而其外形氣動設計一直是葉片設計的焦點。
　　翼型作為葉片基本氣動外形設計的基礎，對葉片的空氣動力特性和質量分布有著重要的影響。翼型較高的升阻比能更大提高風機捕風效率, 進而提高風機的輸出功率。葉片自下而上的扭轉角度和翼型類型、翼型厚度等因素影響著葉片表面升力系數和阻力系數的分布趨勢（如圖1、圖2）。經過長期的研究發現：在不同氣流攻角和氣流速度大小在葉片外表面前緣區域或者/和后緣區域可能產生氣流一定程度上的分離以及在葉尖部分存在著渦以螺旋狀向下游發展的現象。 　　在已有的研究基礎，結合已經實際投入運行的風力發電機組葉片，本文討論了一些改善葉片表面流動（包括葉尖流動）以及增加葉片有效長度的方法。
　　改善葉片表面流動方法
　　在本節將就如何改善葉片表面流動情況加以介紹：
　　前緣附近渦流發生器（VG）
　　在一般情況下，葉片表面的氣流能夠很好地形成附著無分離流動，在物面上的邊界層和翼型后緣的尾跡區很薄，如圖3中左側圖所示。但是受攻角、葉片翼型彎度和厚度等等因素的影響，氣流在前緣附近就發生不同程度的分離狀態，如圖3中右側圖所示。 　　1947年Taylor 等［1］首先提出了渦流發生器的概念，可以用于翼型附面層流動控制。國內外專家學者采用數值分析、風洞實驗等方法對渦流發生器用于附面層流動控制、翼型、失速型風力發電機組葉片表面流動控制等方面開展了研究和應用［2-4］。
　　渦流發生器（VortexGenerator，簡稱VG）幾何形狀、布局位置及方式等因素對翼型氣動特性的都有影響，它布置在葉片的吸力面上，一般與前緣的距離約在15%到30%弦長處，它的用途主要是延緩在前緣附件的分離流動的產生，在某種程度上提升升力系數和增加阻力系數，所以采用渦流發生器需要根據翼型外形、攻角進行優化布置。圖4顯示的是已加裝了渦流發生器的葉片。 　　文獻[3]還以長山頭風電場運行的66臺S50/750定槳距失速型機組為例，在靠近葉片根部的前緣端加裝了渦流發生器，通過此裝置的加裝提高了翼型的升阻比，延緩了此類型風電機組的失速點，提高了機組在風速8m/s到15m/s之間的發電功率。