CN102192079A - 一种风力涡轮机的转子叶片 - Google Patents

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Abstract

一种风力涡轮机的转子叶片，其具有叶片梢、叶片根、前缘、后缘、压力侧、吸力侧和从叶片梢变化至叶片根的横截面，其中所述横截面在转子叶片的中部被形成为空气动力学轮廓并且在叶片根处大体为圆形，其中所述横截面在转子叶片的纵向部分中，所述纵向部分布置在转子叶片的叶片根和所述中部之间，所述纵向部分包括：凸起的压力侧部分，其从前缘延伸直至压力侧拐点；凹入的压力侧附加部分，其以连续弯曲的方式与压力侧拐点相连并且延伸直至后缘；凸起的吸力侧部分，其从前缘延伸直至吸力侧扭结或拐点；以及吸力侧附加部分，其从吸力侧扭结或拐点延伸直至后缘。

Description

一种风力涡轮机的转子叶片
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机的转子叶片，其包括叶片梢、叶片根、前缘、后缘、压力侧、吸力侧以及从叶片梢变化至叶片根的横截面，其中在转子叶片中部形成具有空气动力学轮廓的横截面，所述横截面在叶片根处大体为圆形。这种转子叶片特别用于带有具有水平轴线的两片或三片叶片式转子的风力涡轮机系统。它们在叶片根处连接至转子毂。组装法兰可被设计在转子叶片的叶片根处，叶片倾角可以设计成能够在倾角驱动装置的帮助下进行调节。
背景技术
已知的转子叶片代表着在最佳空气动力学形状、强度设计要求以及建立经济型制造技术方面的尝试之间的折中方案。具体而言，必须基于强度方面的考虑来选择采用的空气动力学轮廓的相对厚度。在对于空气动力性能而言特别重要的转子叶片的外侧区域上可以使用相对较小的叶片厚度，该较小厚度要小于轮廓深度的30％，通常介于该深度的18-15％之间。更靠近毂的转子叶片的内侧区域在空气动力性能方面起到较小的决定性作用，使得为了获得足够的刚性可以接受相对较大的叶片厚度和允许偏离空气动力性能最优值更多些。空气动力学轮廓然后朝向叶片根没入大体呈圆形的横截面中。为了改善转子叶片在内侧的空气动力性能，在现有技术中存在不同的方法。
在文献WO 02/08600A1中公开了使用沿转子叶片后缘纵向延伸的鳍片式附件。该附件主要位于转子叶片的圆柱形连接区域上，其将另外设在外侧且具有空气动力学轮廓的转子叶片部分与毂相连。通过这种方式，原本在空气动力学方面将不起作用的连接区域也有助于转子性能。
在文献DE 102006017897B4中公开了一种用于风力涡轮机的转子叶片，其在叶片根附近的压力侧上具有附连设备。已知的这种附连设备大体沿着转子叶片的纵向方向延伸。已知的这种附连设备的所谓附连设备流动表面在压力侧起始于轮廓的某一点处，在所述轮廓的某一点上，该轮廓上的切线沿着关于设计的流动方向成-20°至+20°角延伸。该附连设备的流动表面近似按照此切线角度延伸，直至该附连设备的与转子叶片后缘不同的后缘，其中该附加设备的后表面与所述转子叶片的后缘相连，所述后表面往回通向轮廓的压力侧。文献EP 2138714A1和EP 2141358A1中也公开了类似的附连设备。
在文献WO 2004/097215A1中公开了一种特别设计用于无齿轮式风力涡轮机的风力涡轮机转子叶片。这种风力涡轮机具有直径相对较大的毂。对于这种已知的转子叶片，转子叶片的空气动力学轮廓大体延续至毂，这会因为出于刚性方面的原因需要在毂附近具有较大轮廓厚度而形成非常大的轮廓深度。为了实现这些，轮廓的后部区域由一附件形成。
在文献EP 1845258A1中已知一种风力涡轮机的转子叶片，其横截面具有在圆形叶片根和空气动力学轮廓之间的过渡区域中的凹入压力侧附加部分。该压力侧附加部分的后端通过笔直部分与后缘相连，该笔直部分垂直于轮廓弦并且还属于压力侧。已知的转子叶片的吸力侧由在前缘和后缘之间的凸起部分形成，凸起部分在后缘上没入笔直部分由此形成向外指向的扭结(kink)。
发明内容
本发明的目标是提供一种风力涡轮机的转子叶片，其能够容易制造并且实现更好的性能，特别是在转子的内侧区域。
根据本发明的风力涡轮机的转子叶片，其具有叶片梢、叶片根、前缘、后缘、压力侧、吸力侧和从叶片梢变化至叶片根的横截面，其中所述横截面在转子叶片的中部处由空气动力学轮廓形成并且在叶片根处大体为圆形。在转子叶片的纵向部分中，所述纵向部分布置在转子叶片的叶片根和所述中部之间，所述纵向部分具有横截面并且包括：
凸起的压力侧部分，其从前缘延伸直至压力侧拐点；
凹入的压力侧附加部分，其以连续弯曲的方式与压力侧拐点相连并且延伸直至后缘；
凸起弯曲的吸力侧部分，其从前缘延伸直至吸力侧扭结或拐点；以及
吸力侧附加部分，其从吸力侧扭结或拐点延伸直至后缘。
与所有的风力涡轮机转子叶片一样，根据本发明的转子叶片被设计成在叶片梢速度和风速之间的某种关系(亦即所谓设计叶片梢速度比)和特定倾角下能够从风中实现最佳功耗。当转子叶片在设计叶片梢速度比下工作时，空气在转子叶片的各个纵向位置处沿定义的流动方向流动。该流动方向在下文中所述的设计流动方向上。转子叶片的后缘是转子叶片在设计流动方向的反向方向上最远的边缘。通常，在后缘上，吸力侧和压力侧汇合形成锐角。在转子叶片具有所谓“厚后缘”的情况下，与设计的流动方向大体垂直并且形成转子叶片后表面的直线部分位于轮廓的背面。按照此时的定义，转子叶片的后缘由形成“厚后缘”的直线部分的中心点形成。转子叶片的前缘是转子叶片的距离后缘最远的前缘。要与前缘区分开来的是转子叶片前部区域上的一个点，流入的空气在该点处被分成沿压力侧流动的一个空气流和沿吸力侧流动的一个空气流。这就是停滞点。与前缘的位置相比，停滞点的定位取决于转子叶片的工作状态，特别取决于倾角。叶片根大体为圆形，并且可以设有用于紧固在转子毂上的组装法兰。压力侧是转子叶片的位于前缘和后缘之间的表面，在工作期间通常会在该表面上形成过大的压力。相应地，吸力侧是转子叶片的位于前缘和后缘之间的表面，其中在工作期间通常会在该表面上形成负压。转子叶片的纵轴线被定义成是穿过叶片根处的圆形横截面的中心点的直线，其与该圆形横截面垂直。
转子叶片中部的空气动力学轮廓通常与飞机的翼型轮廓相同。一般而言，它具有凸起的吸力侧、前部的凸起的压力侧部分和后部的凸起或凹入的压力侧部分。一般而言，这两个所述的压力侧部分具有连续的弯曲，即不存在其中发生切线方向出现不连续变化的扭结。
转子叶片的在转子叶片的叶片根和中部之间的纵向部分中，转子叶片具有偏离于传统空气动力学轮廓的横截面。这通过术语“压力侧附加部分”和“吸力侧附加部分”来说明。换句话说，这些部分为传统轮廓的压力侧或相应吸力侧的延伸部。除此之外，这些术语并没有限制性含义。
在纵向部分的区域中的空气动力学性能特别由突起的压力侧附加部分提高，其放大了在横截面的后部区域中的压力侧上形成的过大压力。这样的效果在技术上被已知为“后部负载”。凹入的压力侧附加部分以连续弯曲的方式与凸起的压力侧部分相连，使得在连接区域上没有分流。
与压力侧附加部分相比，吸力侧附加部分没有必要以连续弯曲的方式没入位于前部的吸力侧部分，该吸力侧部分为凸起弯曲。相反，扭结或拐点位于凸起弯曲的吸力侧部分和吸力侧附加部分之间。如果遵循凸起弯曲的吸力侧部分从前缘延伸直至该扭结或拐点的演变，这里始终有向内指向的弯曲，即，曲线的弯曲始终位于吸力侧的朝向轮廓内部指向的一侧上。在扭结或拐点上，该弯曲在拐点的情况下在其前端轨迹变化，并且首先沿着与外部相反的方向向外部延伸。在扭结尖的情况下，曲线的切线方向也变化，即，不连续，其中曲线扭结在扭结点向外。由连续横截面的扭结点形成的边缘指向内部。在两个情况下，在扭结或拐点处的曲线的方向相对于横截面朝向外部变化。
扭结或拐点能够位于与前缘间隔一个距离的位置处，该距离与压力侧拐点距离前缘的距离相同。还示出了即使在轮廓的空气动力学轮廓的横截面中的扭结点不是有害的，这是因为在这里所考虑的相对轮廓深度的数量级，通常即使在连续弯曲的表面演变中，在吸力侧上存在分流。在一些情况下，这些还发生在根据本发明设计的横截面中。然而，转子叶片的特别节省材料的结构可以通过在轮廓的吸力侧上的扭结或拐点来实现。
在一个实施例中，在压力侧拐点和前缘之间的距离大于轮廓深度的60％，所述距离是沿着轮廓弦测得的。从突起的压力侧部分到凹入的压力侧附加部分的过渡因此与后部相对较远地定位，明显在轮廓的最大厚度的位置后面。示出了过渡还可以甚至发生在距离前缘一个更大距离的位置处，该距离例如为轮廓深度的例如65％、70％或甚至80％，而没有出现分流。这里所称的与前缘间隔的距离分别指沿着轮廓弦，即沿着这样的方向到空间距离的投影的测量值。轮廓弦是连接轮廓的前缘和后缘的直线。
在一个实施例中，吸力侧附加部分大体是直的。凹入的压力侧附加部分的结构和形状以及后缘的结构对于轮廓的空气动力学效果而言是显著的。后缘到凸起的吸力侧部分的吸力侧连接对于空气动力性能而言不太显著，因为在该区域中有已经讨论的分流。直线形状的吸力侧附加部分特别容易制造并且对于强度考虑也是有利的。
在一个实施例中，如果转子叶片具有对于部分负载操作所优化的倾角，压力侧附加部分在后缘上的切线大体在转子平面的方向上。转子平面为大体由在绕着转子轴线旋转期间由转子叶片覆盖的平面。严格地说，本说明书仅仅适用于垂直于转子轴线布置的转子叶片的情况。实际中，转子叶片的纵向轴线也相对于竖直线朝向转子轴线略微倾斜，使得转子叶片不是在平面内而是锥形上旋转。然而，无论如何“转子平面”在这里和以下是指一平面，该平面包括转子叶片在转子叶片的目前旋转位置的转子叶片的纵向轴线和第二方向，该第二方向垂直于转子叶片的纵向轴线布置并且垂直于转子轴线。对于部分负载操作所优化的倾角是这样一个倾角，在该倾角处，转子叶片优选在部分负载操作下工作。这样导致来自风的优化功耗，特别在设计的叶片梢速比率下。随着风速的增加，消耗的功率在部分负载工作下增加。当达到最大功率时，功率能够不再增加。如果风速继续增加，会通过增加倾角得到下降的空气动力学效率。通过控制倾角的功率控制能够被进行，该系统处于所谓的斜度调整操作或者满负载工作下。对于部分负载操作所优化的倾角被明显地限定为可变的，其被考虑到转子叶片的设计中。所述的切线朝着压力侧部分的排列具有这样的情况，即在压力侧在后缘处绕着转子轮廓流动的空气大体在转子平面的方向上流动。由此转子叶片在根据本发明的轮廓的区域中得到优化的扭矩分配。
在一个实施例中，在转子叶片具有对于部分负载操作所优化的倾角时，吸力侧附加部分在后缘上的切线大体在转子平面上。这样的结构也对优化扭矩有益，因为在吸力侧绕着转子叶片周围流动的空气主要在转子平面的方向上流动。特别与直线吸力侧附加部分相关的，即，在吸力侧附加部分在部分负载操作中完全位于转子叶片平面的情况下，这也适用根据模块计算，也考虑分流由于具有几乎均匀厚度的分离区域的形成而经常发生在吸力侧附加部分上。这样的涡流空气被分流线在与吸力侧附加部分间隔的更大距离的位置处与层状空气流分离。如果吸力侧附加部分以及由此分流线行进更靠近转子平面，在分流线的远侧上的层状空气流大体在转子平面的方向上，其增加了所形成的扭矩。
在一个实施例中，锐角被形成在压力侧附加部分和吸力侧附加部分之间位于后缘上。这样有利于根据昆塔条件空气在后缘上平滑流动。
根据一个实施例，纵向部分起始于与叶片根间隔一个距离的位置处。例如，在叶片根和纵向部分之间的距离可以为0.5米、1.0米或更大。在该距离区域中，转子叶片的横截面可以在叶片根处为圆形。布置在叶片根附近的部分简化了转子叶片的运输和装配，在该部分上没有被设计有如纵向部分中的轮廓。例如，皮带可以布置在该部分周围，而没有损坏在纵向部分中的特定轮廓。
在一个实施例中，纵向部分起始于与叶片根间隔一个距离的位置处，在该位置处，所述横截面具有60％或更小的相对轮廓厚度。还可以延伸直至具有相对轮廓厚度55％、50％、45％或40％的横截面，使得被改进的“后部负载”在较大的纵向部分上实现。在甚至具有较小相对轮廓厚度的区域中，根据本发明的轮廓也是不太合适的，因为空气动力性能良好或更好的结果可以通过传统轮廓实现，而没有导致过大的轮廓深度或很高的生产劳动强度。
在一个实施例中，纵向部分延伸直至与叶片根间隔转子叶片长度的10％或更大的位置处。纵向部分还可以延伸直至与叶片根间隔更大距离，该更大距离例如为叶片转子长度的15％、20％、25％或者甚至30％，使得本发明的优点能够在较大的纵向部分上得到。
在一个实施例中，转子叶片具有恒定轮廓深度，所述恒定轮廓深度在与叶片根间隔转子叶片长度的10％的第一距离和与叶片根间隔的转子叶片长度的15％的第二距离之间。该恒定轮廓深度尤其可以是最大轮廓深度，其由于生产和运输条件的原因不会容易过大。通过在纵向区域中的根据本发明的横截面几何形状，可以改进空气动力学轮廓，而没有超过最大轮廓深度。同时，在所述距离区域中的最大轮廓深度被优化使用。
在一个实施例中，压力侧附加部分和吸力侧附加部分由附件形成，所述附件与转子叶片的其余部分相连。转子叶片的其余部分可以特别是传统转子叶片的部分，其在加工完成之后配备有附件。该附件能够例如通过螺纹连接和/或粘合至其余部分。现有风力涡轮机的转子叶片由此可以容易装配有根据本发明的纵向部分。
在一个实施例中，转子叶片的其余部分在转子叶片的一个纵向位置处具有最大轮廓深度，其中所述附件起始于所述纵向位置并且从所述纵向位置朝着叶片根延伸。传统转子叶片的具有最大轮廓深度的纵向区域表示从空气动力学优化轮廓到圆形横截面的过渡起始于叶片根的位置。该附件因此特别有利地从该位置起始。
在一个实施例中，转子叶片的其余部分在转子叶片的一个纵向位置处具有最大轮廓深度，其中所述附件起始于与所述纵向位置相比与叶片根间隔更远的位置，并且从该位置朝着叶片根延伸，转子叶片的轮廓深度至少在纵向部分上由所述附件增大而大于转子叶片的其余部分的最大轮廓深度。转子叶片的其余部分的最大轮廓深度可以例如通过限制运输或生产条件被限定。如果附件在运输之后或相应在生产之后被增加至这些其余部分，最大轮廓深度由此可以在一些情况下过大，而没有或者很少的附加劳动强度。较大的轮廓深度由此可以在纵向部分上的附件帮助下使用。
在一个实施例中，附件被分成几段。因此可以容易搬运和装配。这几段可以特别沿着转子叶片的纵向方向排成一行在一起，其中使得几段之间相互运动的距离可以位于两个段之间。该距离可以例如填充有弹性粘合剂。附加与转子叶片的其余部分的连接由此较少被很高地强调，特别在这些其余部分在承受负载时变形的情况下。
在一个实施例中，所述附件被形成为壳状，即，其由具有大体均匀厚度的弯曲护套制成。护套的一侧形成压力侧附加部分，护套的另一相反侧为吸力侧附加部分。护套连接到转子叶片的其余部分，使得压力侧通过压力侧附加部分以连续弯曲的方式延伸。该实施例在结构角度上特别容易实现。
附图说明
下面基于在两个附图中示出的示例性实施例对本发明进行更加详细的解释。其中：
图1是根据本发明的转子的吸力侧的俯视图；
图2是根据现有技术的常规转子叶片的吸力侧的俯视图；
图3是图1的转子叶片的一部分的透视图；
图4是图1的转子叶片的一部分的另一透视图；
图5是图1的转子叶片的一部分的后缘的俯视图；
图6是具有额外强调的根据图5的俯视图；
图7是图1的转子叶片的一部分的压力侧的俯视图；
图8是图1的转子叶片的一部分的吸力侧的俯视图；
图9是图1的转子叶片在距离转子轴线2米处的横截平面上的横截面；
图10是图1的转子叶片在距离转子轴线2.5米处的横截平面上的横截面；
图11是图1的转子叶片在距离转子轴线3米处的横截平面上的横截面；
图12是图1的转子叶片在距离转子轴线3.5米处的横截平面上的横截面；
图13是图1的转子叶片在距离转子轴线4米处的横截平面上的横截面；
图14是图1的转子叶片在距离转子轴线5米处的横截平面上的横截面；
图15是图1的转子叶片在距离转子轴线6米处的横截平面上的横截面；
图16是图1的转子叶片在距离转子轴线7米处的横截平面上的横截面；
图17是图1的转子叶片在距离转子轴线8米处的横截平面上的横截面；
图18是图1的转子叶片在距离转子轴线9米处的横截平面上的横截面；
图19是图1的转子叶片在距离转子轴线10米处的横截平面上的横截面；
图20是在共同的图示中的图9-19的横截面；
图21是根据图13的转子叶片的横截平面上的流动线路的图示；
图22是具有壳状附件的根据本发明的转子叶片的另一示例性实施例的横截面。
在所有的附图中，相同的附图标记被用于相同部分。
具体实施方式
在图1中，整个转子叶片在吸力侧的俯视图中示出。它从叶片梢10到叶片根12的长度刚好小于50米。在叶片根12处，转子叶片具有圆形横截面。叶片根12具有圆形安装法兰(未在图中示出)，该法兰被装配到转子毂上。于是，叶片根12与转子轴线间隔约1.5m。
在其长度的大部分上，转子叶片的横截面具有空气动力学轮廓，特别是在转子叶片的中部14。在图1的图示中，转子叶片的前缘16主要位于所示转子叶片的右边缘上；后缘18由转子叶片的左边缘形成。
在转子叶片的纵向部分上设有附件20，其构成该纵向部分上的后缘18。附件20的形状在下面详细描述。
图2示出了根据现有技术的常规转子叶片，它能够装配附件20从而形成根据图1的本发明的转子叶片。就本发明通过将附件20与例如根据图2的常规转子叶片连接来实现而言，本申请中使用的术语“常规转子叶片”构成转子叶片的其它或其余部件。附件20可以例如粘合和/或螺纹拧紧到这些其它部件上。
图1与图2的比较显示根据图1的具有附件20的本发明的转子叶片在其他方面尤其在其轮廓深度的演变方面不同于根据图2的常规转子叶片。在根据图2的常规转子叶片中，轮廓深度先是从叶片梢10开始朝向叶片根12方向以单调的方式增大，直至在附图标记为22的纵向位置上达到最大轮廓深度。从该纵向位置22开始，轮廓深度又朝向叶片根12方向减小，其中空气动力学轮廓在附图标记为24的第三横截面处没入圆形横截面，并且在叶片根12区域也具有该圆形横截面。轮廓深度的过渡沿着可连续微分的曲线连续进行。在根据图1的本发明中，从叶片梢10到具有最大轮廓深度的纵向位置22的轮廓深度演变与图2相同。然而，从纵向位置22到叶片根，轮廓深度先是在纵向部分26中保持恒定，以便随后减小至圆形横截面。接着在第三横截面24处完成从空气动力学轮廓到圆形横截面的过渡，其中该位置处的轮廓深度在形成扭结时发生变化。因此，描述后缘18的曲线在该点处不可连续微分。
轮廓深度保持恒定的纵向部分26大约在介于与叶片根相距转子叶片长度的10％的第一距离和与叶片根相距转子叶片长度的约20％的第二距离之间的区域上延伸。
在图3的透视图中能够更准确地辨别附件的形状。转子叶片的示出部分起始于叶片根12处，并且近似示出了转子叶片的叶片根侧。与附图4-8一样，该图来自于空气动力学模型的计算，其中转子毂由球体28表示。该球体28的一部分还在图3-8中示出，但不属于转子叶片。人们能够看到图3中的转子叶片在叶片根12区域上的圆形横截面，并且在附图的右边缘能够感受到转子叶片的空气动力学轮廓，其与飞机的支承面的轮廓大体相符。在该图示中，转子叶片的位于上面的那侧为吸力侧30；压力侧32处于底侧，并且在图3中只部分可见。
吸力侧30的一部分和压力侧32的一部分由附件20形成。因此，附件20包括单凸起弯曲的吸力侧附加部分34和双凹入弯曲的压力侧附加部分36。吸力侧附加部分34和压力侧附加部分36通过形成锐角在后缘18处汇合。吸力侧附加部分34在曲线38处没入吸力侧30的由转子叶片的其余部件形成的部分中。压力侧附加部分36在另一条曲线40处没入压力侧32的由转子叶片的其余部件形成的部分中。从叶片根12处看去，附件20起始于曲线38和40以及后缘18汇合的点42。该附件结束于曲线38和40以及后缘18再次汇合的另一个点44。点42形成附件20的叶片根侧末端。点44形成附件20的叶片梢侧末端。在附图标记46处，转子叶片的其余部件具有厚的后缘，即在该区域上，转子叶片的其余部件的后缘由与流动方向大体垂直的表面形成。然而，在附件20区域上，该表面不形成转子叶片的后缘18，其由附件20形成。
可以在新型转子叶片的设计中已经考虑了根据本发明的转子叶片的几何形状，而无需附件20的帮助。在这种情况下，例如，上部和下部壳体可分别被生产成具有吸力侧附加部分34和压力侧附加部分36的单件。
图4示出了图3中的转子叶片部分的另一透视图。可以很好地看到吸力侧附加部分34的叶片根侧部分，其在标出附件20的叶片根侧末端的点42处急剧变细，点42给附件20的叶片根部侧端作了标记。还能看出曲线38被相对于轮廓深度向后相对较远地布置，所述曲线38标记了吸力侧附加部分34到吸力侧30的由转子叶片的其余部件形成的部分的过渡。曲线38在转子叶片的各个纵向位置上均清楚地位于轮廓的最大厚度位置后方。
在图5的俯视图中可以看到转子叶片的后缘18。在它由附件20形成的情况下，通向后缘18的吸力侧附加部分34与附图平面垂直延伸，因此消失在后缘18后面。另一方面，可以清楚地看到压力侧附加部分36。还可以看到附件20在点42处的叶片根侧末端和附件20在点44处的叶片梢侧末端。在图5的图示中，附图平面与转子平面垂直延伸，其中根据对于部分负载操作所优化的倾角来选取转子叶片的倾角。在附图平面上，即在与转子平面垂直并且与转子叶片的纵轴线平行的平面上测量引入角α1。它被定义在用附图标记48指示方向的转子平面和相切面50之间。相切面50是在第三横截面24处、亦即大体在点42处形成于压力侧、即后缘18上的。角α1有利地在30-90度之间。在所示的示例性实施例中，它约为45度。
图6示出了与图5相同的视图；然而，重点示出了后缘18的演变。在所示附图平面(即与转子平面垂直并且与转子叶片的纵轴线平行的平面)上的投影中，后缘18先是从叶片梢10开始以严格单调的方式上升，直到其到达它在第二横截面52处的最高点，然后朝向叶片根12方向以严格单调的方式下降至第三横截面24。在第二横截面52和第三横截面24之间，后缘18的演变且因此轮廓弦的排列未遵循进一步朝向转子轴线方向连续转动的流动方向。遵循这种转动的流动方向的后缘近似如附图标记54所示那样演变，例如对于上述文献WO2004/097215A1中公开的转子叶片而言就是这样。
图7示出了在前面附图中示出的根据本发明的转子叶片的部分的另一俯视图。附图平面为转子平面，其中再次设定为对于部分负载操作所优化的值的倾角。该视图集中在转子叶片的压力侧32。能够很好地看到其中转子叶片的轮廓深度保持不变的纵向部分26。
在该附图平面(即转子平面)上测量引入角α2。它被定义在与线56平行的转子叶片的纵轴线和转子叶片的后缘在第三横截面24处的切线58在转子平面上的投影之间。角α2有利地在25-90度之间。在所示的示例性实施例中，角α2约为45度。相比于根据图2的常规转子叶片，后缘18流畅进入转子叶片的圆柱形的叶片根侧部分，从而在第三横截面24区域处形成一角，而不是可连续微分的曲线。
图8基于吸力侧32的俯视图详细示出了被选择用于图9-19的剖面。在这些附图中示出的横截面主要覆盖其中转子叶片具有特定轮廓的设有附件20的转子叶片纵向部分。图9中的横截面沿着上述第三横截面24的纵向位置(亦即，附件20的叶片根侧末端)延伸。图10-19中的其它横截面与叶片根间隔逐渐增加的距离，其中图19中的横截面位于附件20的叶片梢侧末端附近，即在点44附近。在附件20且因此具有特定轮廓的转子叶片纵向部分结束的点44上，相对轮廓厚度为60％或更少。点44与叶片根12相距转子叶片长度的10％或更多。
具有特定轮廓的转子叶片纵向部分起始于与叶片根12相距至少0.5米(在该示例中约为1米)的第三横截面24处。在图8中也能够看到曲线38，吸力侧附加部分34在该曲线处没入由转子叶片的其它部件形成的吸力侧30的部分。
首先基于图11解释指定的纵向部分区域中的特定轮廓的特征。在图11的横截面中，后缘18的位置和近似位于所述横截面中部的转子叶片的纵轴线60的位置被示出。用直线62连接后缘18和纵轴线60。转子叶片的前缘16在该横截面中用十字形标出。还画出了轮廓的前停滞点64和所设计的流动方向66，所述流动方向66由指向前停滞点64的线指示。还引入转子平面68作为参考面。转子平面68包括纵轴线60，并且与用虚线表示的转子轴线70垂直。可以理解，转子轴线70位于所示剖面之外。
图11中示出的轮廓具有凸起的吸力侧部分72，其从前缘16延伸至吸力侧的扭结点74。吸力侧附加部分76沿直线从扭结点74延伸至后缘18。轮廓的压力侧由凸起的压力侧部分78和凹入的压力侧附加部分82形成，其中所述部分78从前缘16延伸至压力侧的拐点80，所述部分82从压力侧的拐点80延伸至后缘18。
凹入的压力侧附加部分82在后缘18区域上的切线大体在转子平面68的方向上。吸力侧附加部分76也沿着转子平面68的方向延伸。在吸力侧附加部分76和压力侧附加部分82邻近后缘18的端部之间形成锐角。
在作为参考平面的转子平面68和直线62之间定义角α3。利用角α3描述后缘18在该横截面上的位置。
这些指定特征也存在图9-19的其余横截面中，并且被标以相同的附图标记。在图12中还画出了从前缘16延伸至后缘18的轮廓弦84。还示出了压力侧拐点80在轮廓弦84上的投影。沿轮廓弦84测量的、标为86的从压力侧拐点80到前缘16的距离86约为图12中示出的转子叶片的纵向位置处的轮廓深度的75％。
角α3在图9-19中示出的横截面的纵向位置处近似取下列值：图9：-22.5°，图10：-2°，图11：8°，图12：13°，图13：15.5°，图14：16°，图15：12°，图16：7°，图17：3.5°，图18：2°，图19：0°。因此，角α3大约在图14中的横截面的纵向位置处取最大值。该纵向位置对应第二横截面52。从叶片梢附近的纵向位置(未示出)开始，角α3朝向叶片根方向严格单调增大，直至到达第二横截面52的纵向位置，并且在第二横截面52处达到最大值，然后严格单调减小至第三横截面24。
图19中的横截面位于转子叶片的靠近附件20的叶片梢侧末端的纵向位置上。在该位置上，相对轮廓厚度约为50％。
在图17、18和19中也能看到转子叶片的其余部件的“厚后缘”，并且它被标以附图标记46。应将它与转子叶片的后缘18区分开。
在图20中示出了图9-19的横截面，其中纵轴线60相互重叠。在该图示中，可以看到从如图9所示的近似圆形的横截面到图19中的已与机翼状空气动力学轮廓大体相符的横截面的过渡。还可以看到设计的流动方向66，其进一步沿着转子轴线70的方向逐渐靠近叶片根地转动方向。箭头85示出了设计的流动方向66的这种转动。另外，从图20的图示中可以了解后缘18的弯曲演变，其在图14的横截面上达到最大。
图21在横截面图中示出了工作期间围绕转子叶片形成的气流。很容易看到前停滞点64，空气在该点处分成在吸力侧上流动的部分和在压力侧上流动的部分。气流在压力侧区域靠近轮廓。在后缘18上，它再次以关于部分负载操作所优化的倾角沿转子平面方向平滑流动。在大约从凸起的吸力侧部分72的点86开始的直线吸力侧附加部分76上方存在分流，并且形成紊流区88。分流线90将紊流区88与在区域92中与吸力侧附加部分76距离更远的重新以分层的方式前进的气流分开。分流线90近似与吸力侧附加部分76和转子平面平行地前进。
图22示出了转子叶片的另一示例性实施例的横截面。该横截面具有已经解释过的那些特征，并且它们被标以与第一示例性实施例中相同的附图标记。具有吸力侧附加部分76和压力侧附加部分82的附件20由壳状部件形成。该壳状部件具有均匀的厚度，使得吸力侧附加部分76和压力侧附加部分82相互间隔恒定的距离。在压力侧拐点80处以连续的弯曲完成从附件20到转子叶片的其余部件的过渡，并且在吸力侧扭结点74处以形成指向内侧结点的方式完成从附件20到转子叶片的其余部件的过渡。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机的转子叶片，其包括叶片梢(10)、叶片根(12)、前缘(16)、后缘(18)、压力侧(32)、吸力侧(30)和从叶片梢(10)变化至叶片根(12)的横截面，其中所述横截面在转子叶片的中部(14)处由空气动力学轮廓形成并且在叶片根(12)处大体为圆形，其中所述横截面在转子叶片的纵向部分中，所述纵向部分布置在转子叶片的叶片根(12)和所述中部(14)之间，所述纵向部分包括：
凸起的压力侧部分(78)，其从前缘(16)延伸直至压力侧拐点(80)；
凹入的压力侧附加部分(82)，其以连续弯曲的方式与压力侧拐点(80)相连并且延伸直至后缘(18)；
凸起的吸力侧部分(72)，其从前缘(16)延伸直至吸力侧扭结或拐点(74)；以及
吸力侧附加部分(76)，其从吸力侧扭结或拐点(74)延伸直至后缘(18)。
2.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：从压力侧拐点(80)到前缘(16)的距离大于轮廓深度的60％，所述距离是沿着轮廓弦(84)测得的。
3.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：吸力侧附加部分(76)大体是直的。
4.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：如果转子叶片具有对于部分负载操作所优化的倾角，压力侧附加部分(82)在后缘(18)上的切线大体在转子平面的方向上。
5.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：如果转子叶片具有对于部分负载操作所优化的倾角，吸力侧附加部分(76)在后缘(18)上的切线大体在转子平面上。
6.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：在后缘(18)上于压力侧附加部分(82)和吸力侧附加部分(76)之间形成有一锐角。
7.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：纵向部分起始于与叶片根(12)间隔一个距离的位置处。
8.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：纵向部分延伸直至与叶片根(12)间隔一个距离的位置处，在该位置处，所述横截面具有60％或更小的相对轮廓厚度。
9.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：纵向部分延伸直至与叶片根(12)间隔转子叶片长度的10％或更大的位置处。
10.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：转子叶片具有恒定轮廓深度，所述恒定轮廓深度在与叶片根(12)间隔转子叶片长度的10％的第一距离和与叶片根(12)间隔的转子叶片长度的15％的第二距离之间。
11.如权利要求1所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：压力侧附加部分(82)和吸力侧附加部分(76)由附件(20)形成，所述附件与转子叶片的其余部分相连。
12.如权利要求11所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：转子叶片的其余部分在转子叶片的一个纵向位置(22)处具有最大轮廓深度，其中所述附件(20)起始于所述纵向位置(22)并且从所述纵向位置(22)朝着叶片根(12)延伸。
13.如权利要求11所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：转子叶片的其余部分在转子叶片的一个纵向位置(22)处具有最大轮廓深度，其中所述附件(20)起始于与所述纵向位置(22)相比距离叶片根(22)更远的位置，转子叶片的轮廓深度至少在纵向部分上由所述附件增大而大于转子叶片的其余部分的最大轮廓深度。
14.如权利要求11所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：所述附件(20)被分成几段。
15.如权利要求11所述的风力涡轮机的转子叶片，其特征在于：所述附件(20)被形成为壳状。
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