风力发电机叶片结构专利技术综述

入侧的辅助叶片。该辅助叶片的上游边缘位于主转子叶片的前缘下游，以此来获得叶片更好的空气动力学性能。

2.2  针对叶片后缘作出的结构改进

目前，针对叶片后缘的结构改进主要有以下2个方面。

2.2.1  钝尾缘

在常规的叶片外形中，叶片大多是尖尾缘，这种结构在尾缘部分容易形成气流的扰动，使得叶片捕获风能的能力降低。随着对叶片翼型的改善，钝尾缘成为一种改进趋势，相比于尖尾缘，相同攻角下绕翼型的环量增加，升力系数提高，升阻比也得到了提高，极大地改善了叶片的气动性能，比如专利文献CN104696167A和CN102459880A。

2.2.2  延伸后缘

在叶片的设计中，叶片后缘的噪声一直是影响叶片性能的因素，为此，人们考虑在叶片后缘增加延长装置。该延伸装置可以是刚性，也可以是柔性，柔性的延伸装置可以根据风速的大小调节其摆动的幅度，以更好地适应风速的变化带来的叶片后缘处扰流的变化，比如专利文献CN104234927A。

2.3  针对叶片叶尖作出的结构改进

在叶片的叶尖添加翼稍装置，即叶尖小翼，其可降低转子叶片叶尖处产生的翼展向气流，从而减少转子叶片上的诱导阻力。叶片小翼安装在转子叶片上还可以减小风力机的整体直径，从而减小负载和叶片产生的噪声。上述技术在专利文献CN102465829A中可以得到证实。

2.4  针对叶片表面作出的结构改进

在叶片与气流方向有攻角时，随攻角增加升力会增大，阻力也会增加，如果攻角增加到一定程度，绕过吸力面的气流无法连贯，形成分离，同时受外层气流的带动，向后缘流动，就会形成一个封闭的涡流，这样的涡流导致叶片压力面和吸力面的压力差减小，发电系统的效率将大幅降低。为解决叶片表面涡流产生所带来的问题，对叶片表面的形状进行改进，使其能够有效防止或延缓叶片的涡流分离。

2.4.1  叶片表面增加固定的凸起

为了有效改善叶片表面涡流所带来的风力发电效率降低的问题，目前采用直接在叶片表面增加固定的凸起来解决。该凸起的形状根据需要选择，经过实践与反复改进，专利文献CN104279129A进一步设置该固定凸起为具有内圆角的凸起形状。

2.4.2  叶片表面增加可调节的扰流板

固定的凸起固然可以起到改善叶片涡流的作用，然而，风是在时刻变化的，固定的凸起并不能时刻适应风速的变化，因此，专利文献CN102953926A提供了一种可以调节的扰流板，同样扰流板安装在叶片上，并且根据叶片的负载能力情况，适当地调整扰流板组件，进而使叶片的调整将更加适应风速和风况的变化，改善叶片涡流问题。

2.4.3  对扰流板的开合的控制

为了适应风速的变化带来的叶片涡流的变化，可调节的扰流板是目前较好的解决方法，而为了在收到控制器的指令后能够尽快地作出调节反应，对扰流板控制的致动器的选择也是研究的方向之一。

2.4.4  叶片表面开孔

另一种改善叶片表面涡流的方法是在叶片表面开孔，使得叶片表面与内部形成一个通道，用来缓解叶片表面的涡流。比如专利文献CN102635494A中公开的，叶片包括一个吹扫管道，吹扫管道被限定在尖端中并且构造成用于从内部排出空气，使得空气降低尖端处的噪声，并改善叶片表面的涡流。

2.5  分裂叶片

为使叶片能够尽可能地捕获较多的风能，最直接的方法是增加叶片的长度。因此，在对叶片的改进中，还有一种方法就是如专利文献CN101400891A中所述，将叶片后缘改为多个小翼，其沿主叶片后缘方向逐渐增加且形状逐渐减小，这些元件之间可以通过稳定的气动结构相互固定，这样不仅降低了运输难度，同时还能提高叶片的气动性能。

3  风力发电机叶片结构研究的展望

风力发电机是人们捕获风能最主要的途径，而叶片作为风力发电机主要的捕获风能的装置，对其不断地探索、改进将极大地有助于提高风力发电的效率。经过多年的探索和发展，风力发电机叶片形成了基本的叶片形状，并且针对基本形状中产生的问题进行了一系列的研究和改进。基于目前对叶片的改进，有很多是在叶片上增加部件，而叶片大型化、轻便化是提高风能捕获效率的最根本要求，在未来风力发电机叶片结构的改进中，这些要求也是必然要考虑的因素。同时，期望这方面的技术能够获得相关企业的广泛关注，使得相关技术尽快转化为实际产品，形成具有我国自主知识产权的风力发电机叶片结构体系。

参考文献：

［1］王毅，朱晓荣，赵书强.风力发电系统的建模与仿真［M］.北京：中国水利水电出版社，2015．

［2］苏绍禹.风力发电机组设计、制造及风电场设计、施工［M］.北京：机械工业出版社，2013.

［3］盖晓玲，田德，王海宽，等.风力发电机叶片技术的发展概况与趋势［J］.农村牧区机械化，2006（04）：53-56．

［4］潘艺，周鹏展，王进.风力发电机叶片技术发展概述［J］.湖南工业大学学报，2007（03）：48-51．

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作者简介：王萌（1990—），女，山西人，硕士研究生，主要从事风力发电机领域发明专利审查工作。第二作者张涛等同于第一作者。

〔编辑：刘晓芳〕