CN102606385A - 风力涡轮机转子叶片元件和风力涡轮机转子叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力涡轮机转子叶片元件和风力涡轮机转子叶片。描述了一种风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），其包括彼此连接的第一部分（51、61、81）和第二部分（52、62、82）。所述第一部分（51、61、81）包括面向风力涡轮机转子叶片（5）的表面的后表面（53、63），并且所述第二部分（52、62、82）包括顶表面（56、66），该顶表面（56、66）与所述第一部分（51、61、81）的所述后表面（53、63）形成90°至180°之间的角度（57）。
Description
技术领域
本发明涉及具有有利的空气动力学特性的风力涡轮机转子叶片元件和风力涡轮机转子叶片。
背景技术
现在从现有技术文献中广泛公知的是，改变风力涡轮机转子叶片的外形，也改变了其空气动力学特征。而且对于转子叶片而言，向叶片的表面增加扰流器/古奈襟翼（Gurney flap）会增强所述特征。其示例如下：
WO 2010/066501 A公开了一种风力涡轮机转子叶片，其具有附接在叶片的压力侧上的导流装置。形成了流动表面，以便对于每个横向截面而言，在端点处与入流表面相切的端点切线在交叉点处穿过成形轮廓，在该交叉点成形轮廓具有与成形轮廓相切的外形切线，并且使得在外形切线和端点切线之间的角度是至少45度。
WO 2007/118581 A公开了一种转子叶片，其中叶片的内侧部分在叶片的压力侧上设有导流装置以便延迟气流的分离且增加叶片的空气动力学性能。
WO 2004/097215 A公开了通过改变后缘外形来改变转子叶片的后缘处的空气动力学特性的各种方案。
EP 1 845 258 A公开了一种转子叶片，其具有设置在转子叶片的过渡部分内的古奈襟翼装置。襟翼装置具有凹曲度并且被设置在叶片的压力侧上的后缘处。
发明内容
本发明的第一目标是提供一种风力涡轮机转子叶片元件，其能够被附接于风力涡轮机转子叶片并且增强风力涡轮机转子叶片的空气动力学特性。本发明的第二目标是提供具有增强的空气动力学特性的风力涡轮机转子叶片。
第一目标通过如权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片元件来实现。第二目标通过如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片来实现。从属权利要求限定了本发明的进一步改良。所有描述的特征单独地或与彼此任意结合均是有利的。
本发明的风力涡轮机转子叶片元件包括第一部分和第二部分。第一部分和第二部分彼此连接。第一部分包括面向风力涡轮机转子叶片的表面的后表面。第二部分包括顶表面，该顶表面与第一部分的后表面形成90°和180°之间的角度，优选地在110°和160°之间的角度。此外，第一部分能够包括顶表面，该顶表面与第二部分的顶表面形成90°至180°之间的角度，优选地在110°至160°之间的角度。
在第一和/或第二部分的后表面或顶表面包括曲度的情况下，第一部分和第二部分之间的角度能够被确定为在第一部分的后表面或顶表面处的切线和第二部分的顶表面或顶表面处的切线之间的角度。可替代地，连接第一或第二部分的前边缘与后边缘的平面能够被定义为用于确定第二部分的顶表面和第一部分的后表面或顶表面之间的角度的参考平面。
本发明的叶片元件能够有利地被附接到风力涡轮机转子叶片，优选地附接到风力涡轮机转子叶片的后缘，以便改进叶片的能量捕获特征。使用本发明的叶片元件，能够增强风力涡轮机转子叶片的空气动力学特性。
本发明的风力涡轮机转子叶片元件可以是扰流器、导流装置或襟翼。可以制备第一部分以便附接。第二部分可以从第一部分或从叶片的表面的曲度以特定角度抬升。优选地，第一部分具有足够尺寸以便叶片元件能够被牢固地固定到叶片的表面。这可以例如通过双面胶带和/或结构性胶黏剂和/或螺钉和/或螺栓和螺纹孔等来固定。此外，第一部分可以具有曲度以便其在安装位置处准确地遵循叶片的表面曲度。因此，叶片可以附接有并不具有相同曲度的各种叶片元件或叶片元件的构件。
第二部分是影响整个转子叶片的空气动力学特征的部分。如上所述，第二部分以一定角度从叶片的曲度抬升。对于各种叶片元件或叶片元件的构件而言，第二部分的形状、尺寸以及所述角度可以与安装在同一转子叶片上的其他叶片元件或叶片元件的构件不同。
有利地，第一部分和第二部分能够被制成单件。可替代地，第一部分和第二部分能够是彼此连接的独立元件。此外，风力涡轮机转子叶片元件可以包括位于第一部分和第二部分之间的过渡部分。大体而言，可以由注塑成型的热塑性塑料、真空成型的热塑性塑料、模制的结构性塑料、玻璃纤维增强塑料（GRP）等来制造本发明的风力涡轮机转子叶片元件。
风力涡轮机转子叶片元件能够包括连接到第一部分和第二部分的多个楔。所述楔可以支持第一部分和第二部分之间的角度。这增加了转子叶片元件在变化的空气动力学负载条件下的稳定性。
有利地，第二部分和/或过渡部分可以包括多个褶皱。这样的褶皱增加了构造的刚度，由此能够以较薄的材料制成转子叶片元件。
对于包括楔的转子叶片元件而言，第二部分和/或过渡部分的结构的褶皱水平能够被减小，或者可替代地能够制成没有褶皱的转子叶片元件。
优选地，第一部分的后表面能够包括与具体的风力涡轮机转子叶片的表面部分的曲度相对应的曲度。这具如下优点，即：在安装位置处转子叶片元件精确地配合到转子叶片的表面上且准确地遵循叶片的表面曲度。
此外，风力涡轮机转子叶片元件包括多个转子叶片元件构件，每个构件包括第一部分的一部分和第二部分的一部分。这意味着能够通过沿转子叶片的表面在转子叶片的跨度方向对齐多个转子叶片元件构件来安装转子叶片元件。将转子叶片元件构件对齐于且附接到风力涡轮机转子叶片的表面使得容易将转子叶片元件安装在转子叶片处。
对于一种制造本发明的叶片元件构件的方法，构件可以由较长件的叶片元件（例如模制叶片元件）制成，该较长件的叶片元件继而被切成适当长度。
本发明的风力涡轮机转子叶片包括如上所述的风力涡轮机转子叶片元件。大体而言，本发明的转子叶片具有与本发明的风力涡轮机转子叶片元件相同的优点。
风力涡轮机转子叶片元件被连接到转子叶片以使得第一部分的后表面面向转子叶片的表面。例如，风力涡轮机转子叶片元件能够通过双面胶带和/或结构性胶黏剂和/或螺钉和/或螺栓和螺纹孔被连接到转子叶片。
优选地，风力涡轮机转子叶片元件的第一部分的后表面可以具有一定曲度以使得其在风力涡轮机转子叶片元件被连接到转子叶片的位置处遵循叶片的表面曲度。
转子叶片可以包括跨度方向、根部和肩部。有利地，风力涡轮机转子叶片元件沿跨度方向在根部和肩部之间被连接到转子叶片。这意味着，转子叶片元件可以位于距根部的距离小于根部和肩部之间的距离处。
此外，转子叶片能够包括后缘，并且风力涡轮机转子叶片元件可以在后缘处被连接到转子叶片。
本发明的优点在于转子叶片元件增强了转子叶片的空气动力学特性并且继而确保了较高的产能。
此外，因为转子叶片元件被分段成多个构件，所以本发明的优点在于，不论是在工厂还是在已经安装的转子叶片上现场翻新，其均易于安装。
此外，因为构件尺寸相对较小，所以本发明的优点在于如果例如应该从叶片拆下一个构件，则与较大扰流器相比这样的构件掉落到地面的冲击更小。
构件的褶皱构造的优点在于其确保了仅使用相对少的材料产生坚固且刚性的构造。
附图说明
结合附图从实施例的下述描述中将显而易见到本发明的其他特征、特性和优点。所有提到的特征单独地或彼此任意结合地均是有利的。
图1示意性示出了风力涡轮机。
图2以平面图示意性示出了由叶片跨度和叶片弦所限定的平面上的转子叶片。
图3示意性示出了贯穿图2所示叶片的翼型部分的弦向截面。
图4以截面图示意性示出了本发明的风力涡轮机转子叶片元件。
图5以截面图示意性示出了本发明的风力涡轮机转子叶片元件的变型。
图6以透视图示意性示出了风力涡轮机转子叶片的一部分。
图7以透视图示意性示出了叶片元件。
图8以透视图示意性示出了转子叶片元件或转子叶片元件构件的三种不同变型。
图9以透视图示意性示出了本发明的风力涡轮机转子叶片元件的另一变型。
图10以另一透视图示意性示出了图9的转子叶片元件。
具体实施方式
图1示意性示出了风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔2、机舱3和毂4。机舱3位于塔2的顶部上。毂4包括多个风力涡轮机叶片5。毂4被安装于机舱3。此外，毂4被枢转地安装以使其能够绕旋转轴线9旋转。发电机6位于机舱3内部。风力涡轮机1是直接驱动风力涡轮机。
图2示出了通常用于三叶片转子中的风力涡轮机叶片5。不过，本发明不限于三叶片转子的叶片。实际上，其还可以被应用到其他转子，例如单叶片转子或双叶片转子。
图2所示的转子叶片5包括具有圆筒形外形的根部13和尖端12。尖端12形成叶片5的最外侧部分。根部13的圆筒形外形用于将叶片5固定到转子毂4的轴承。转子叶片5还包括被限定为其最大外形深度（即叶片5的最大弦长）的位置的所谓的肩部14。具有空气动力学成形外形的翼型部分15在肩部14和尖端12之间延伸。过渡部分17在肩部14和圆筒形根部13之间延伸，在过渡部分17中从翼型部分15的空气动力学外形向根部13的圆筒形外形产生过渡。
叶片5的跨度由附图标记11标明。沿跨度方向在肩部14和根部13之间的距离由附图标记16标明。本发明的转子叶片元件优选地被置于沿跨度方向在根部和肩部之间的转子叶片处。这意味着沿跨度方向在转子叶片元件和根部13之间的距离小于沿跨度方向在肩部14和根部13之间的距离。
图3示出了贯穿转子叶片的翼型截面15的弦向横截面。图3示出的空气动力学外形包括凸起吸力侧23和较少凸起压力侧25。从叶片的前缘19延伸到其后缘21的点划线示出了外形的弦。虽然图3中压力侧25包括凸起段27和凹入段29，不过还可以实现为根本没有凹入段，只要吸力侧23比压力侧25更凸出即可。
在翼型部分15中的吸力侧23和压力侧25还将分别被称为转子叶片5的吸力侧和压力侧，不过严格地讲，叶片5的圆筒形部分13没有显示出压力或吸力侧。
图4以截面图示意性示出本发明的风力涡轮机转子叶片元件50。叶片元件50包括第一部分51和第二部分52。第一部分51包括顶表面54和后表面53。第二部分52包括顶表面56和后表面55。
当叶片元件被连接到风力涡轮机转子叶片时，则第一部分51的后表面53面向风力涡轮机转子叶片5的表面。
第二部分的顶表面56与第一部分51的后表面53形成角度57，该角度57在90°至180°之间，优选地在110°至160°之间。此外，第二部分52的顶表面56与第一部分51的顶表面54形成角度58，该角度58在90°至180°之间，优选地在110°至160°之间。
在图4中，第一部分51和第二部分52被制成单件或一体形成。可替代地，第一部分51和第二部分52能够是被彼此连接的独立元件。
图5以截面图示意性示出了本发明的风力涡轮机转子叶片元件的变型60。叶片元件60包括具有顶表面64和后表面63的第一部分61。其还包括具有顶表面66和后表面65的第二部分62。
后表面63包括与风力涡轮机转子叶片表面的曲度相对应的曲度。第一部分61包括前边缘68和后边缘69。第二部分62在前边缘68处连接到第一部分61。在叶片元件60被制成单件的情况下，前边缘68位于第一部分61和第二部分62之间的过渡处。
前边缘68和后边缘69限定将前边缘68连接于后边缘69的平面70。在第一部分的后表面63具有曲度的情况下，第二部分的顶表面66与平面70形成90°至180°之间的角度67，优选地在110°至160°之间。在这种情况下，平面70被看作是后表面63以便确定第一部分61的后表面63和第二部分62的顶表面66之间的精确角度。
图6以透视图示意性示出了风力涡轮机转子叶片5的一部分。风力涡轮机转子叶片5包括本发明的叶片元件50、60。叶片元件50、60在叶片5的肩部14和根部13之间被连接到转子叶片5的表面。叶片元件50、60被定位成靠近转子叶片5的后缘21并且沿跨度方向延伸。
图7以透视图示意性示出了叶片元件60。第一部分61包括多个螺钉以便将叶片元件60连接到风力涡轮机转子叶片5的表面。过渡部分79位于第一部分61和第二部分62之间，限定了第一部分61和第二部分62之间的过渡。
第二部分62包括侧边缘77和前边缘78。过渡部分79和第二部分62包括多个褶皱76。褶皱76被形成为使得它们平行于第二部分62的侧边缘77延伸。此外，褶皱76被形成为使得它们给予第二部分62的前边缘78波状形状。
图8以透视图示意性示出了转子叶片元件或转子叶片元件构件的三种不同变型60a、60b和60c。叶片构件60a、60b和60c能够被附接在叶片5的三个不同位置。三种不同的叶片元件构件60a、60b和60c相互间在第一部分61（或更精确地第一部分61的后表面）和第二部分62（或更精确地第二部分62的顶表面）之间的角度方面是不同的。第一叶片元件构件60a的角度67a小于第二叶片元件构件60b的角度67b。角度67b小于第三叶片元件构件60c的角度67c。
图9和图10以透视图示意性示出了本发明的风力涡轮机转子叶片元件的另一变型80。叶片元件80包括第一部分81和第二部分82。第一部分81包括前边缘88a和后边缘89a。第二部分82包括前边缘88b和后边缘89b。第一部分81和第二部分82在第二部分82的后边缘89b和第一部分81的前边缘88a处彼此连接。
转子叶片元件构件80包括多个楔90以便在变化的空气动力学负载条件下支持第一部分81和第二部分82之间的角度。对于包括楔90的这种叶片元件构造而言，可以减小第二部分82的褶皱86的水平，或者可替代地可以制造没有褶皱86的第二部分82。
大体而言，叶片元件50、60、80能够被看作是叶片元件构件或者能够被看作是叶片元件的一部分。对于一种制造叶片元件构件的方法，构件可以由较长件的模制叶片元件制成，该较长件的模制叶片元件继而被切成适当长度从而形成叶片元件构件。
Claims (15)
1.一种风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），包括彼此连接的第一部分（51、61、81）和第二部分（52、62、82），
特征在于
所述第一部分（51、61、81）包括面向风力涡轮机转子叶片（5）的表面的后表面（53、63），并且所述第二部分（52、62、82）包括顶表面（56、66），该顶表面（56、66）与所述第一部分（51、61、81）的所述后表面（53、63）形成90°至180°之间的角度（57）。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
所述第一部分（51、61、81）包括顶表面（54、64），该顶表面（54、64）与所述第二部分（52、62、82）的顶表面（56、66）形成90°至180°之间的角度（58）。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
所述第二部分（52、62、82）的顶表面（56、66）与所述第一部分（51、61、81）的后表面（53、63）或顶表面（54、64）形成110°至160°之间的角度（57）。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
所述第一部分（51、61、81）和所述第二部分（52、62、82）被制成单件。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
其包括位于所述第一部分（51、61、81）和所述第二部分（52、62、82）之间的过渡部分（79）。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
其包括被连接到所述第一部分（51、61、81）和所述第二部分（52、62、82）的多个楔（90）。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
所述第二部分（52、62、82）和/或所述过渡部分（79）包括多个褶皱（76、86）。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
所述第一部分（51、61、81）的后表面（53、63）包括与具体风力涡轮机转子叶片（5）的表面部分的曲度对应的曲度。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80），
特征在于
所述风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）包括多个转子叶片元件构件，每个构件包括所述第一部分（51、61、81）的一部分和所述第二部分（52、62、82）的一部分。
10.一种包括根据权利要求1-9中任一项所述的风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）的风力涡轮机转子叶片（5）。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片（5），
特征在于
所述风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）被连接到所述叶片（5）以使得所述第一部分（51、61、81）的后表面（53、63）面向所述叶片（5）的表面。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的风力涡轮机转子叶片（5），
特征在于
所述风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）通过双面胶带和/或结构性胶黏剂和/或螺钉（75）和/或螺栓和螺纹孔被连接到所述叶片（5）。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的风力涡轮机转子叶片（5），
特征在于
所述风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）的所述第一部分（51、61、81）的所述后表面（53、63）具有一定曲度以使得其在所述风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）被连接到所述转子叶片（5）的位置处遵循所述叶片（5）的表面曲度。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的风力涡轮机转子叶片（5），
特征在于
所述转子叶片（5）包括跨度方向（11）、根部（13）和肩部（14），并且所述风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）沿跨度方向（11）在所述根部（13）和所述肩部（14）之间被连接到所述转子叶片（5）。
15.根据权利要求10-14中任一项所述的风力涡轮机转子叶片（5），
特征在于
所述转子叶片（5）包括后缘（21），并且所述风力涡轮机转子叶片元件（50、60、80）在所述后缘（21）处被连接到所述转子叶片（5）。
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