葉片局部制造誤差對氣動性能的影響

劉丹 李磊

摘 要：風力機葉片對整個風力機發電系統的影響至關重要，葉片在生產過程中不可避免的會出現局部制造誤差。本文主要對風力機葉片的局部制造誤差進行研究，使用激光掃描儀獲得實際葉片的截面外形數據，通過Rfoil計算翼型的升阻力系數，最終通過Bladed軟件分析實際葉片與設計葉片的發電量的變化。

關鍵詞：風力機葉片;制造誤差;氣動性能

ABSTRACT： The wind turbine blades is very important for the whole wind turbine power generation system， the blades often occur inevitably manufacturing partial error in the production process。This paper focuses on the influence on the aerodynamic performance of the local manufacturing error about the wind turbine blade，we get the actual shape data of the blade cross-section using a laser scanner，calculate the lift and drag coefficients of the airfoil by Rfoil， Final analysis the changes about electricity generation of the actual and design blade by Bladed software.

KEY WORD： Wind turbine blade; Manufacturing errors;Aerodynamic performance

1前言

隨著風電行業的發展，對風力機各部件的要求越來越高，葉片作為發電及氣動載荷的直接來源，其設計的可靠性得到了廣泛的關注，整機廠不僅對葉片進行適應風區的載荷匹配計算，也往往會對特定場址進行復核，葉片結構方面的校核也越來越嚴，但對于葉片制造過程中發生的制造誤差常常忽視，對葉片的驗收僅集中在材料以及葉片的整體環節上，對葉片的局部細節把控不嚴，葉片的局部誤差過大對葉片的實際氣動性能的影響也很少有相關研究，筆者在實際葉片驗收過程中發現有些葉片的局部制造誤差過大，尤其在前緣部分，在收集了詳細的資料后，對葉片前緣制造誤差的影響進行了研究。

2葉片外形檢測

以42m葉片為例，對后處理完畢的葉片進行了測量，從27m-41m之間每兩米使用一個葉片前緣卡板對葉片毛坯進行前緣形狀檢測，如下圖1所示：

下表為測得的葉片前緣誤差：

3制造葉片外形數據

對于有誤差的葉片模型，我們通過激光掃描儀進行外形測量，并導入計算機形成有制造誤差的三維外形。我們分別選取了18m、24m、32m、39m、40m、41m處進行了葉片外形掃描對比，下面僅列出32m處的葉片實際截面與原始設計截面幾何形狀對比：

由對比可得，實際葉片外形與原有設計外形有較為明顯的差距，尤其是在前緣以及葉片背風面最高處附近。

4葉片氣動性能對比

我們選用BEM理論對葉片的氣動性能進行計算，使用BEM計算，首先獲得標準截面處的翼型形狀，然后使用Rfoil軟件計算翼型的氣動性能，更改bladed氣動性能計算中所使用的氣動力數據，通過理論葉片與實際葉片的發電量對比來判斷前緣制造誤差對氣動功率的影響。

綜合來看，實際葉片的外形與設計葉片外形對比的前緣制造誤差，對整個風力機的發電量有一定的影響，從表2的發電量的對比可以看出：發電量的具體影響趨勢，隨著平均風速的增大而增大。對于平均風速較大的風場，葉片制造誤差就會帶來較大的發電量損失。因此，在實際生產中應該加大對后處理工序的技術培訓和檢驗手段，保證生產和設計達到吻合，盡可能的確保風力機運行的性能。

參考文獻：

[1] Hansen， A. and Butter?eld， C. （1993）. Aerodynamics of horizontal-axis wind turbines. Annual Review of Fluid Mechanics.

[2] Manwell， J.，McGowan， J.， and Rogers， A. （2002）. Wind Energy Explained. Theory，Design and Application. John Wiley and Sons， Ltd.

[3] Walker， J. and Jenkins， N. （1997）. Wind Energy Technology. JohnWiley and Sons，Ltd.

作者簡介：

劉丹（1979-）男，漢族，河北邢臺人，工程師，研究生，工學碩士，研究方向：電力營銷管理，電力形勢分析與預測，售電交易研究，新能源裝備技術。

李磊（1979-）男，漢族，陜西西安人，河北科技工程職業技術大學，副教授，本科，碩士，研究方向：機械工程方面。

（1國家能源集團電力營銷中心有限公司，北京 100039;2河北科技工程職業技術大學，河北 邢臺 054035）