本实用新型涉及风电机组叶片气动设计领域，特别是涉及一种风电机组叶片及含有其的风电机组。
背景技术：
随着风电产业的快速发展，风电机组逐步大型化。除了增加风轮直径外，为了降低风电成本，国内外研究人员不断提出并研究提高风电机组气动性能的方法，包括叶片的改型与优化、在叶片上加装主动或被动控制装置等。其中，添加控制装置不但增加了控制系统的复杂程度，并且提高了维护成本，相比而言，叶片的改型与优化更为简单且易于实现。
对于叶片的外型，如图1所示，现有技术中，通常的大型风力机叶片沿其展向可分为：叶尖1(翼型段)、叶根2(过渡段和圆柱段),两者分别位于最大弦长处翼型截面3的两侧。由于来流风在绕流圆柱段时产生大尺度的流动分离，使得叶根对风轮功率的贡献很小，所以通常只关注叶尖翼型段的出力，而少有人关注叶根部分。
由此可见，上述现有的风电机组叶片在叶根的有效利用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的可以提高叶根出力、提高气动性能的风电机组叶片，成为当前业界极需改进的目标。
技术实现要素：
本实用新型要解决的技术问题是提供一种风电机组叶片，使其叶根出力提高、气动性能更优。
为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种风电机组叶片，包括分布在最大弦长处翼型截面两侧的叶尖及叶根，所述叶尖为翼型段；所述叶根也采用翼型设计；由叶尖至叶根方向上，叶根的翼型在所述最大弦长处翼型截面的基础上逐渐外扩，且靠近叶根末端的尾缘呈斜向削减状，尾缘逐渐加宽，在所述尾缘开始削减处形成新的最大翼型截面。
作为本实用新型进一步地改进，所述新的最大翼型截面距离叶根末端的距离占整个叶片长度的8-15％。
进一步地，所述新的最大翼型截面距离叶根末端的距离占整个叶片长度的8-12％。
进一步地，所述外扩为线性外推。
进一步地，由叶尖至叶根方向上：所述叶根的翼型厚度及翼型弦长按线性外推，线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的弦长拟合得到，所述翼型弦长及翼型厚度按相同比例增大。
进一步地，由叶尖至叶根方向上：所述叶根的翼型扭角按线性外推，其线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的扭角拟合得到。
进一步地，所述叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的部分为距离叶根末端距离占整个叶片长度30％至17％之间的部分。
进一步地，所述叶尖与叶根一体成型。
本实用新型还提供了一种风电机组，包含风电机组叶片，所述风电机组叶片采用上述的风电机组叶片。
进一步地，所述风电机组为适用于风速小于10m/s的风电机组。
通过采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点：
本实用新型通过对现有的风电机组叶片的叶根进行改型，使叶尖的翼型向叶根延伸外扩，叶根部分利用翼型设计替换原有的过渡段及圆柱段，并在靠近叶根末端形成新的最大翼型截面，通过cfd数值模拟测试发现，改型后的风电机组叶片叶根出力提高，叶片气动性能提高。
附图说明
上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
图1是现有技术中的风电机组叶片示意图；
图2是叶片改型(叶根改型)前后几何对比示意图，其中，a、b截面位于过渡段，c截面位于圆柱段；
图3是图2中的三个(a、b、c)特征截面翼型的对比示意图；
图4是扭角外推结果对比示意图；
图5是局部计算网格示意图；
图6是叶片改型(叶根改型)前后功率对比图；
图7是叶片改型(叶根改型)前后轴向推力对比图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如图2、3所示，本实施例提供的一种风电机组叶片，包括分布在最大弦长处翼型截面3两侧的叶尖1及叶根2，叶尖1为翼型段，叶根2也采用翼型设计；由叶尖1至叶根2方向(展向)上，叶根2的翼型在最大弦长处翼型截面3的基础上逐渐外扩，且靠近叶根2末端(与轮毂连接端)的尾缘呈斜向削减状，尾缘逐渐加宽，在尾缘开始削减处形成新的最大翼型截面(a截面处)。
本实施例的上述设计中，叶尖的翼型向叶根延伸外扩，叶根部分利用翼型设计替换原有的过渡段及圆柱段，并在靠近叶根末端形成新的最大翼型截面，通过上述设计，充分利用了叶根段，相当于使原有叶片的叶尖段向后推移，最大翼型截面向后推移，整体叶片叶根出力提高，叶片气动性能提高。同时为了便于与轮毂的安装，对其新的最大翼型截面后的尾缘部分进行了切削设计，使尾缘逐渐加宽，
推移后形成的新的最大翼型截面的优选的位置为：距离叶根末端的距离占整个叶片长度的8-15％，更优选的位置为8-12％，如8％，9％，10％，11％，12％。
在上述叶根的翼型外扩设计中，本实施例对比了多种不同的外扩(外推)方式，如图4所示，线性外推、指数外推、对数外推等，最后优选其中的线性外推。具体地：由叶尖1至叶根2方向上：叶根的翼型厚度及翼型弦长按线性外推，线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面3的多个截面的弦长拟合得到，翼型弦长及翼型厚度按相同比例增大。由叶尖1至叶根2方向上：叶根的翼型扭角按线性外推，其线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的多个截面的扭角拟合得到。配合图4所示，以扭角设计为例，以距离叶根2末端距离r占整个叶片长度r30％至17％之间的部分计算线性趋势线，选取其中的多个，如5个均匀分布的截面，选取对应截面的扭角，多个扭角拟合得到线性趋势线。
本实施例中，上述叶尖1与叶根2为一体成型，整体气动性能更好。
下面结合一个具体应用例进行详细展开：
1、叶片改型设计
选用的某2.5mw风力发电机组为上风向水平轴三叶片变速恒频型风力发电机组，风轮直径90m，转子悬距(轮毂中心至塔架中心)4m，塔架高度77.7m。设计功率值2.5mw，额定转速15.7rpm，转速范围8-18.1rpm。设计切入风速3.5m/s，切出风速25m/s，额定风速12m/s。
按照上述方式，由叶尖至叶根方向上，叶根的翼型在最大弦长处翼型截面的基础上逐渐外扩，由叶尖至叶根方向上：叶根的翼型厚度及翼型弦长按线性外推，线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的弦长拟合得到，翼型弦长及翼型厚度按相同比例增大。由叶尖至叶根方向上：叶根的翼型扭角按线性外推，其线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的扭角拟合得到。对新的最大翼型截面后的尾缘部分进行了切削设计，使尾缘逐渐加宽。
2、cfd数值模拟
通过cfd数值模拟，对比分析了改型前后叶片的气动性能和流场的变化及其变化规律。图5为原始叶片的局部网格，改型叶片网格的拓扑结构与原始叶片保持一致。进口边界给定速度分量和大气温度；其余计算域外边界设置为出口边界，给定大气压力。
3、结果
由于超过额定功率后，叶片采用变桨控制，来保持功率输出不变，因此，本实施例重点在额定风速以下，分别选取6m/s、8.5m/s、10m/s和11m/s四个风速工况进行计算。
图6、图7和表1给出了不同风速下叶片改型前后功率和轴向推力的比较。可以看出，改型叶片在各风速下功率值均有提高，同时，由图7可见最大推力值出现在11m/s风速，而当风速小于10m/s时，尽管叶片改型后轴向推力有所增加，但仍小于叶片原型的最大推力值，因此，10m/s风速下改型叶片的气动特性整体上优于叶片原型。
表1改型叶片与叶片原型功率和轴向推力的对比
由上述模拟测试结果可知：
(1)风速低于10m/s，叶根改型叶片的功率能够提高近3％，同时，轴向推力仍小于叶片原型的最大推力值；
(2)叶根改型不仅能够提高改型段的周向载荷，最大翼型截面位置以上的10％展长也会受到影响，使周向载荷有所提高；同时，改型叶片推力分布在根部有所增加，但推力的整体分布趋势仍然保持不变。
(3)叶根改型能够改善圆柱段、过渡段，及最大翼型截面附近区域的流动。
综上所述，叶片根部的改型能够改善叶根附近流动，能够在叶片结构安全范围内，改善叶片出力、提高其气动性能。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。
1.一种风电机组叶片，包括分布在最大弦长处翼型截面两侧的叶尖及叶根，所述叶尖为翼型段；其特征在于，所述叶根也采用翼型设计；
由叶尖至叶根方向上，叶根的翼型在所述最大弦长处翼型截面的基础上逐渐外扩，且靠近叶根末端的尾缘呈斜向削减状，尾缘逐渐加宽，在所述尾缘开始削减处形成新的最大翼型截面。
2.根据权利要求1所述的风电机组叶片，其特征在于，所述新的最大翼型截面距离叶根末端的距离占整个叶片长度的8-15％。
3.根据权利要求2所述的风电机组叶片，其特征在于，所述新的最大翼型截面距离叶根末端的距离占整个叶片长度的8-12％。
4.根据权利要求1所述的风电机组叶片，其特征在于，所述外扩为线性外推。
5.根据权利要求4所述的风电机组叶片，其特征在于，由叶尖至叶根方向上：所述叶根的翼型厚度及翼型弦长按线性外推，线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的弦长拟合得到，所述翼型弦长及翼型厚度按相同比例增大。
6.根据权利要求5所述的风电机组叶片，其特征在于，由叶尖至叶根方向上：所述叶根的翼型扭角按线性外推，其线性趋势线由叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的扭角拟合得到。
7.根据权利要求5或6所述的风电机组叶片，其特征在于，所述叶尖内靠近最大弦长处翼型截面的部分为距离叶根末端距离占整个叶片长度30％至17％之间的部分。
8.根据权利要求1所述的风电机组叶片，其特征在于，所述叶尖与叶根一体成型。
9.一种风电机组，包含风电机组叶片，其特征在于，所述风电机组叶片采用权利要求1-8任一项所述的风电机组叶片。
10.根据权利要求9所述的风电机组，其特征在于，所述风电机组为适用于风速小于10m/s的风电机组。
技术总结