叶片局部制造误差对气动性能的影响

刘丹 李磊

摘 要：风力机叶片对整个风力机发电系统的影响至关重要，叶片在生产过程中不可避免的会出现局部制造误差。本文主要对风力机叶片的局部制造误差进行研究，使用激光扫描仪获得实际叶片的截面外形数据，通过Rfoil计算翼型的升阻力系数，最终通过Bladed软件分析实际叶片与设计叶片的发电量的变化。

关键词：风力机叶片;制造误差;气动性能

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

隨着风电行业的发展，对风力机各部件的要求越来越高，叶片作为发电及气动载荷的直接来源，其设计的可靠性得到了广泛的关注，整机厂不仅对叶片进行适应风区的载荷匹配计算，也往往会对特定场址进行复核，叶片结构方面的校核也越来越严，但对于叶片制造过程中发生的制造误差常常忽视，对叶片的验收仅集中在材料以及叶片的整体环节上，对叶片的局部细节把控不严，叶片的局部误差过大对叶片的实际气动性能的影响也很少有相关研究，笔者在实际叶片验收过程中发现有些叶片的局部制造误差过大，尤其在前缘部分，在收集了详细的资料后，对叶片前缘制造误差的影响进行了研究。

2叶片外形检测

以42m叶片为例，对后处理完毕的叶片进行了测量，从27m-41m之间每两米使用一个叶片前缘卡板对叶片毛坯进行前缘形状检测，如下图1所示：

下表为测得的叶片前缘误差：

3制造叶片外形数据

对于有误差的叶片模型，我们通过激光扫描仪进行外形测量，并导入计算机形成有制造误差的三维外形。我们分别选取了18m、24m、32m、39m、40m、41m处进行了叶片外形扫描对比，下面仅列出32m处的叶片实际截面与原始设计截面几何形状对比：

由对比可得，实际叶片外形与原有设计外形有较为明显的差距，尤其是在前缘以及叶片背风面最高处附近。

4叶片气动性能对比

我们选用BEM理论对叶片的气动性能进行计算，使用BEM计算，首先获得标准截面处的翼型形状，然后使用Rfoil软件计算翼型的气动性能，更改bladed气动性能计算中所使用的气动力数据，通过理论叶片与实际叶片的发电量对比来判断前缘制造误差对气动功率的影响。

综合来看，实际叶片的外形与设计叶片外形对比的前缘制造误差，对整个风力机的发电量有一定的影响，从表2的发电量的对比可以看出：发电量的具体影响趋势，随着平均风速的增大而增大。对于平均风速较大的风场，叶片制造误差就会带来较大的发电量损失。因此，在实际生产中应该加大对后处理工序的技术培训和检验手段，保证生产和设计达到吻合，尽可能的确保风力机运行的性能。

参考文献：

[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.

作者简介：

刘丹（1979-）男，汉族，河北邢台人，工程师，研究生，工学硕士，研究方向：电力营销管理，电力形势分析与预测，售电交易研究，新能源装备技术。

李磊（1979-）男，汉族，陕西西安人，河北科技工程职业技术大学，副教授，本科，硕士，研究方向：机械工程方面。

（1国家能源集团电力营销中心有限公司，北京 100039;2河北科技工程职业技术大学，河北 邢台 054035）