扭轉(zhuǎn)的葉片根部的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子葉片包括葉片根部、過渡部分和空氣動(dòng)力部分，其中葉片根部本質(zhì)上被優(yōu)化以用于葉片到輪轂的固定，并且空氣動(dòng)力部分本質(zhì)上被優(yōu)化以從風(fēng)中獲取能量，并且其中過渡部分實(shí)現(xiàn)了葉片根部和空氣動(dòng)力部分之間的有益過渡。根據(jù)本發(fā)明，與經(jīng)典的設(shè)計(jì)相比，轉(zhuǎn)子葉片可以在空氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)兩方面上表現(xiàn)得更好，當(dāng)葉片部分靠近軸定位時(shí)，大約0％L和50％L之間的部分提供有以下特征中的一個(gè)或多個(gè)：比通常的多的扭轉(zhuǎn)、在吸力側(cè)附接氣流激發(fā)調(diào)節(jié)件、在壓力側(cè)附接阻流調(diào)節(jié)件、比通常的厚的型面、三角形的型面后部和向回扭轉(zhuǎn)。
【專利說明】扭轉(zhuǎn)的葉片根部
[0001]本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片組件，該轉(zhuǎn)子葉片組件包括葉片根部、過渡部分和空氣動(dòng)力部分，其中葉片根部部分本質(zhì)上被優(yōu)化以用于轉(zhuǎn)子葉片到輪轂的固定，并且空氣動(dòng)力部分本質(zhì)上被優(yōu)化以從風(fēng)中獲取能量,并且其中過渡部分實(shí)現(xiàn)了葉片根部和空氣動(dòng)力部分之間的良好的過渡。
[0002]葉片的垂直于葉片的縱向軸線的橫截面被稱為型面(profile)。具有最大相互距離的型面點(diǎn)之間的連線被稱為弦(chord)。在型面的后緣本質(zhì)上是平坦的情況下，弦線將該平坦的后緣從中間分開。該弦的定義也適用于扭轉(zhuǎn)的確定。弦的第二定義用與不具有延伸部或者附加部的型面相關(guān)的差類似地進(jìn)行。垂直于弦的方向的最大型面厚度被稱為厚度，該厚度也與不具有附加部或者延伸部的型面相關(guān)。相對(duì)厚度是厚度與弦長(zhǎng)之間的比值，二者都與不具有附加部或者延伸部的型面的橫截面相關(guān)。在從尖部到根部的方向，相對(duì)厚度通常增加。這是必須的，以便應(yīng)對(duì)彎曲力矩和限制葉片的彎曲?，F(xiàn)代的轉(zhuǎn)子葉片在靠近葉片根部處具有圓形的橫截面，以便葉片容易地安裝到葉片軸承。過渡部分位于轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部和更靠外設(shè)置的空氣動(dòng)力部分之間，其中型面從例如100% c的厚度轉(zhuǎn)變到例如35% c的厚度，該厚度范圍通常包含了具有低空氣動(dòng)力性能的翼面(airfoil)。盡管如此，為了讓該部分對(duì)能量輸出有所貢獻(xiàn)，在文獻(xiàn)中指出了幾個(gè)實(shí)施例。
[0003]如PCT/EP2004/003294 和 PCT/EP03/05605 (Wobben)中所描述的，為了達(dá)到過渡部分良好的空氣動(dòng)力性能的嘗試是選定靠近轉(zhuǎn)子軸線的弦長(zhǎng)比傳統(tǒng)的長(zhǎng)。根據(jù)制造商的介紹，該選型引起了大約10-15%的輸出增加，然而，該實(shí)施例復(fù)雜、笨重并且因而造價(jià)昂貴。此外，轉(zhuǎn)子的總表面增加，這尤其導(dǎo)致特別是在耐受風(fēng)速(survival wind speed)下的較高的風(fēng)力負(fù)荷，這意味著用于風(fēng)塔和地基的更多額外的費(fèi)用。EP2194267A2(GE)中描述了該選型的變體，它也是屬于需要大的、昂貴的和復(fù)雜的附加部以獲得額外輸出的情況。進(jìn)一步的發(fā)展可以在US20120134836A1(GE)和US20120141281A1 (GE)中找到，其總是適用的，因?yàn)榭紤]了添加至葉片的大的附加部，這些附加部導(dǎo)致巨大的費(fèi)用和結(jié)構(gòu)問題。US6910867B2 (Corten)中描述了替代性的過渡部分，該過渡部分也被包括在EP2343450A1 (LM)中。這里提出了通過附接氣流操縱器(flow manipulator)例如潤(rùn)流發(fā)生器和滯流帶狀物來增強(qiáng)靠近葉片根部的部分的空氣動(dòng)力性能。該解決方案簡(jiǎn)單并且產(chǎn)生1.5%的額外輸出，然而轉(zhuǎn)子中心的大部分空氣動(dòng)力損失持續(xù)發(fā)生。
[0004]US8052394B2 (Repower)中描述了該解決方案的變體，其中帶狀物由添加到葉片的大的阻流元件所取代，其特征也是該附加部是復(fù)雜的、昂貴的且有風(fēng)險(xiǎn)的。風(fēng)險(xiǎn)指的是固定到葉片根部的部分變得松動(dòng)的概率。US2011/0229332A1 (Nordex)和US2012/0027588AKGE)中描述了過渡部分的其它實(shí)施例。在第一個(gè)案例中，提出了非常偏離結(jié)構(gòu)最佳形狀的附加部。在第二個(gè)案例中，提出了例如固定到葉片根部是10%葉片長(zhǎng)度的附加部或延伸部。這同樣是復(fù)雜的、昂貴的且有風(fēng)險(xiǎn)的解決方案。將阻流古奈襟翼(flowblocking Gurney flap)應(yīng)用到風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)型面被多方面地研究,并且證明產(chǎn)生了升力的增加，但由于較高的阻力也產(chǎn)生了損失。US20100141269A1 (GE)進(jìn)一步描述了這樣的阻流裝置。這里給出了用于固定古奈襟翼的解決方案，提出的方案為平坦的向后折疊的板。由此的問題就是這樣的形狀具有高剛度，并且因此吸引外力，并且從而容易與葉片變得松動(dòng)。古奈襟翼的變體就是例如EP1845258A1 (Siemens)和US2009/0263252A1 (Gamesa)中所描述的附加部。具有以發(fā)散后緣的形狀的那些附加部被證明具有較低的阻力，然而與沒有附加部的型面相比，該解決方案沒有達(dá)到顯著更多的升力，因而需要不具備優(yōu)勢(shì)的大的弦長(zhǎng)來達(dá)到最大的效能，并且此外，平坦的后緣在結(jié)構(gòu)上和生產(chǎn)技術(shù)上都不具備優(yōu)勢(shì)，并且因此造價(jià)曰蟲印貝ο
[0005]因?yàn)榭諝鈩?dòng)力產(chǎn)生的力矩隨著減少了到轉(zhuǎn)軸(shaft)的距離而增加，并且因?yàn)橛扇~片截面掃掠的面積和能量輸出中的份額隨著減少了到轉(zhuǎn)軸的距離而減少，所以葉片橫截面在從尖部到軸的方向上從本質(zhì)上的空氣動(dòng)力到本質(zhì)上的結(jié)構(gòu)被優(yōu)化。這意味著靠近轉(zhuǎn)子軸線的型面相對(duì)地厚，具有空氣動(dòng)力損失的缺點(diǎn)。結(jié)構(gòu)工程師的愿望將是選定從葉片根部開始一直到80%徑向位置，型面厚度比空氣動(dòng)力學(xué)的最優(yōu)厚度(更)大15-18%，以產(chǎn)生更大的建造高度，以便可實(shí)現(xiàn)更輕的葉片設(shè)計(jì)。然而，升力和阻力之間的比值隨著相對(duì)型面厚度的增加而降低，并且此外，粗糙靈敏度(roughness sensitivity)隨著相對(duì)型面厚度的增加而大幅提高。盡管如此，由于結(jié)構(gòu)的原因，設(shè)計(jì)者將被迫采用厚的翼面，結(jié)果造成輸出的減少。
[0006]風(fēng)力渦輪機(jī)葉片問題的復(fù)雜性是由于最優(yōu)的弦長(zhǎng)本質(zhì)上是與徑向位置成反比的，并且在葉片的葉片根部側(cè)處需要大的弦長(zhǎng)以最優(yōu)地從氣流獲取能量。同時(shí)，靠近轉(zhuǎn)子中心的掃掠面積相對(duì)小，使得對(duì)葉片的內(nèi)部部分輸出的相對(duì)貢獻(xiàn)小。所需的大的弦長(zhǎng)和對(duì)輸出相對(duì)低的貢獻(xiàn)是許多制造商選擇靠近葉片根部的弦長(zhǎng)短于最優(yōu)值的原因，因而使得輸出減少。
[0007]另一個(gè)復(fù)雜性來自于在從尖部到軸的方向上對(duì)型面的氣流攻角(angle ofattack)的扭轉(zhuǎn):從更多地處于轉(zhuǎn)子平面到幾乎與葉片根部的軸線平行。因此現(xiàn)代的轉(zhuǎn)子葉片是扭轉(zhuǎn)的，這意味著在從尖部到根部的方向上，翼面的弦線是偏轉(zhuǎn)的。在長(zhǎng)度方向上扭轉(zhuǎn)的度數(shù)被稱為扭轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)差，并且對(duì)于經(jīng)典葉片是例如10° -12°。由于扭轉(zhuǎn)，型面被調(diào)整到對(duì)氣流處于最優(yōu)狀態(tài)，至少葉片的空氣動(dòng)力部分處于最優(yōu)狀態(tài)。在過渡部分中，流入角隨著到軸線的距離減小而迅速偏轉(zhuǎn)。該事實(shí)和用于型面的最佳攻角隨著相對(duì)型面厚度的增加而減小的事實(shí)合起來意味著需要很大的扭轉(zhuǎn)將型面設(shè)置到恰當(dāng)?shù)慕嵌?。小徑向距離上的巨大扭轉(zhuǎn)(高扭轉(zhuǎn)率)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)問題，并且未帶來許多額外能量，并且因而設(shè)計(jì)者選擇不再進(jìn)一步扭轉(zhuǎn)過渡部分，例如扭轉(zhuǎn)在O % L和20 % L之間的部分或者在5 % R和20 % R之間的部分。對(duì)此，另外的觀點(diǎn)是用于計(jì)算輸出的傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)代碼例如葉素動(dòng)量(Blade ElementMomentum)代碼或者CFD代碼估計(jì)出在過渡部分增加扭轉(zhuǎn)幾乎沒有輸出收益，例如，小于1%。
[0008]最后的復(fù)雜性是對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)而言的極限負(fù)荷經(jīng)常發(fā)生在當(dāng)渦輪機(jī)停止時(shí)的耐受風(fēng)速的情況下。于是，葉片表面是受力大小的決定因素。因而設(shè)計(jì)者愿意將葉片選擇得盡可能小，然而，由于適度的升力系數(shù)和轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)處的相對(duì)厚的翼面，設(shè)計(jì)者被迫選擇大的弦長(zhǎng)(為了實(shí)現(xiàn)可接受的能量輸出)，隨之而來的是在極限風(fēng)速時(shí)的高負(fù)荷和因此的笨重且昂貴的結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種轉(zhuǎn)子葉片，使得尤其來自轉(zhuǎn)子中心的輸出增加，以該方式避免了以上所描述的缺點(diǎn)。
[0010]研究發(fā)現(xiàn)，與經(jīng)典觀點(diǎn)相反，在轉(zhuǎn)子中心對(duì)葉片開展設(shè)計(jì)是有可能的，從空氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)兩個(gè)觀點(diǎn)來看，它比經(jīng)典設(shè)計(jì)更為有益，且這種設(shè)計(jì)可以以簡(jiǎn)單的方式通過在位于靠近軸處的葉片部分處，圍繞O % L和55% L之間的部分，提供下面6個(gè)特征中的一個(gè)或多個(gè)來實(shí)現(xiàn):比通常的多的扭轉(zhuǎn)、在吸力側(cè)處附接的氣流激發(fā)調(diào)節(jié)件、在壓力側(cè)處的(徑向)阻流調(diào)節(jié)件、比通常的厚的翼面、三角形的型面后緣部分和向回扭轉(zhuǎn)。
[0011]與主導(dǎo)性的觀點(diǎn)截然相反，研究發(fā)現(xiàn)，在一直以經(jīng)典的葉片作為參考的情況下，扭轉(zhuǎn)過渡部分確實(shí)引起相應(yīng)的輸出增加，且具有充足的扭轉(zhuǎn)分布可供選擇，葉片可以簡(jiǎn)單地制造，且葉片在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)良好甚至更好。
[0012]進(jìn)一步令人驚訝的結(jié)論是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，過渡部分中的相對(duì)型面厚度可被選擇成大于通常的相對(duì)型面厚度，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，并且尤其當(dāng)在翼面的壓力側(cè)和吸力側(cè)都設(shè)置氣流操縱器時(shí)，通過邊界層操縱器的應(yīng)用，空氣動(dòng)力性能進(jìn)一步增強(qiáng)。所述氣流操縱器是小巧、廉價(jià)和可靠的元件，其可以容易地附接到葉片，例如利用可能與螺絲結(jié)合的雙面膠帶或任何其它可能的傳統(tǒng)附接方法，其中元件被直接地附接到葉片表面或葉片中的凹部處。
[0013]由于本發(fā)明，設(shè)計(jì)者可使用幾乎理想的過渡部分，如果設(shè)計(jì)者考慮空氣動(dòng)力的、結(jié)構(gòu)的和生產(chǎn)技術(shù)方面的觀點(diǎn)，該過渡部分表現(xiàn)得顯著地更好。
[0014]根據(jù)本發(fā)明并且與轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)者所認(rèn)為的事實(shí)相反，只要在吸力側(cè)設(shè)置有渦流發(fā)生器和在壓力側(cè)設(shè)置有阻流調(diào)節(jié)件，則具有大于30% C、且特別是大于40% c且更特別地是大于50% c的厚度的翼面可具有優(yōu)異的空氣動(dòng)力性能。已經(jīng)表明，那些厚的翼面繼而在大攻角范圍下實(shí)現(xiàn)了最大升力系數(shù)2.0或甚至2.5，并且升力和阻力之間的比值超過20、30或甚至40。通過高厚度且確實(shí)當(dāng)其與三角形后緣部分相結(jié)合時(shí)，型面適合于傳遞高彎曲力矩。按照這種方法產(chǎn)生的葉片設(shè)計(jì)比經(jīng)典設(shè)計(jì)輕。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的有益的實(shí)施例產(chǎn)生了大約2-8%的額外輸出、1-3%的重量減少和更容易的運(yùn)輸，而沒有增加費(fèi)用。
[0016]根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的主導(dǎo)性觀點(diǎn)，通過將過渡部分設(shè)計(jì)得不同，1%的最大額外輸出是可能的。這種情況的解釋就是，除了其它原因外，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用所謂的葉素動(dòng)量理論(BEM)來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子葉片，該葉素動(dòng)量理論包含了過于簡(jiǎn)單的物理模型來展示根據(jù)本發(fā)明的葉片的優(yōu)點(diǎn)。例如，BEM沒有考慮葉片根部處的尖部損失。進(jìn)一步地，從文獻(xiàn)獲知的3D修正假設(shè)靠近葉片軸線的型面達(dá)到了更多的升力，并且一直到比2D條件下高得多的攻角時(shí)，都表現(xiàn)良好，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為省略過渡部分中的扭轉(zhuǎn)幾乎不帶來缺點(diǎn)。本發(fā)明人的一個(gè)新觀點(diǎn)展示了不同的現(xiàn)實(shí):過渡部分的靠近轉(zhuǎn)子中心的厚圓柱形狀的型面產(chǎn)生了分離空氣的尾流，分離空氣由于旋轉(zhuǎn)效應(yīng)(參見離心力和尾流中的壓力隨著徑向位置的增大而減小)向外朝著位于更外側(cè)的型面的吸力側(cè)流動(dòng)，在轉(zhuǎn)子半徑的高達(dá)30%-40%-50%范圍內(nèi)，型面經(jīng)歷升力的減小。這種效應(yīng)是與設(shè)計(jì)者的預(yù)期相悖的。本發(fā)明人的第二個(gè)新觀點(diǎn)就是，在靠近葉片根部的型面的壓力側(cè)處的分離空氣也由于旋轉(zhuǎn)效應(yīng)而向外流動(dòng)，使得在壓力側(cè)，由于根部型面在壓力側(cè)的巨大隆起，產(chǎn)生了負(fù)壓，負(fù)壓在整體上減小了型面的升力。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的實(shí)施例，在過渡部分處，升力系數(shù)的數(shù)值可達(dá)到超過1.5或者超過2.0，并且對(duì)于具有相對(duì)厚度大于30% cA0% c,50% c和甚至60% c的翼面，升力系數(shù)的數(shù)值甚至超過2.5，使得與最優(yōu)升力有關(guān)的重要葉片部分可以被實(shí)現(xiàn)，在該重要葉片部分處，弦長(zhǎng)沿著從葉片尖部到葉片根部的方向減小。這意味著在不帶來弦長(zhǎng)的增加和結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)的情況下，其中葉片達(dá)到高空氣動(dòng)力效率的徑向位置在葉片根部的方向上從30 %R-40% R轉(zhuǎn)移到5% R-20% R0來自參考文獻(xiàn)的實(shí)施例沒有遵循以相對(duì)簡(jiǎn)單的方法來達(dá)到高升力系數(shù)的需求。來自US6910867B2 (Corten)的帶狀物和渦流發(fā)生器造成了巨大的尾流，該尾流引起在較大的徑向位置處的升力減小，并且根據(jù)該發(fā)明還需要增加扭轉(zhuǎn)。使用在后緣或壓力側(cè)處的其它附加部或延伸部的發(fā)散后緣的實(shí)施例是復(fù)雜的，但在達(dá)到高升力系數(shù)方面卻效果不足。當(dāng)根據(jù)發(fā)明的實(shí)施例，在吸力側(cè)處，附著氣流由例如與額外的扭轉(zhuǎn)選擇性地結(jié)合的渦流發(fā)生器所激發(fā)時(shí)，并且特別是當(dāng)壓力側(cè)包括阻流元件，阻流元件具有在所述元件的壓力側(cè)處的凹陷(concavity)時(shí),那些實(shí)施例才達(dá)到有益的高升力系數(shù)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在包括具有在25% c和70% c之間或者33% c和70% c之間或者40 % c和70 % c之間的相對(duì)厚度的型面的連續(xù)范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)變化大于3 °、特別是大于5°、更特別是大于10°且甚至更特別是大于15°。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)有益實(shí)施例，在具有在50% c和70% c之間的相對(duì)厚度的型面的連續(xù)葉片部分中，扭轉(zhuǎn)差至少是3°、特別是6°且更特別是10°。
[0020]在有益實(shí)施例中，該組件在低于25% L、特別是低于21% L且更特別是低于15%L的縱向范圍內(nèi)，包括3°的扭轉(zhuǎn)。在不同的有益實(shí)施例中，該組件在10% L到25% L、且特別是到21% L且更特別是到15% L的縱向范圍內(nèi)，包括了 5°且特別是10°且更特別是15°的扭轉(zhuǎn)，或者其中所述組件在從5% L到25% L、特別是到21% L且更特別是到15% L的縱向范圍內(nèi)，包括10°和特別是15°且更特別是20°的扭轉(zhuǎn)。
[0021]在實(shí)施例的有益變體中，從50%的徑向位置到10% R、或甚至到5% R或者直到葉片根部，扭轉(zhuǎn)分布遵循全局上Ι/r的分布，其中，與Wobben的所述申請(qǐng)中描述的發(fā)明相比，葉片在葉片根部和最大弦長(zhǎng)之間的部分中扭轉(zhuǎn)。在另一個(gè)可結(jié)合的有益實(shí)施例中，在10%L和21% L之間的扭轉(zhuǎn)率至少是0.5°每百分之一葉片長(zhǎng)度、特別是至少0.75°每％1^且更特別是至少I度每％ L，其中縱向的上限也可以具有特定的值18% L和更特別的值15%L0在另一個(gè)有益實(shí)施例中，葉片在從尖部到葉片根部的方向上在低于80% L的范圍內(nèi)，在第一方向上包括至少10°的扭轉(zhuǎn)，并且隨后在型面厚度小于97% c的縱向范圍內(nèi)，在相反方向向回扭轉(zhuǎn)至少3°、特別是至少6°且更特別是至少10°，從而產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)是，模具里的葉片分割線靠近葉片根部向后翻轉(zhuǎn)到水平平面，這樣簡(jiǎn)化了生產(chǎn)。
[0022]有益的實(shí)施例是，其中具有大于位于L = O和最大弦長(zhǎng)之間的葉片根部的105%的弦長(zhǎng)的型面的范圍包括5°、特別是10°且更特別是15°的扭轉(zhuǎn)。
[0023]在進(jìn)一步的有益實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片在5% L和25% L之間在型面的后半部設(shè)置有阻流調(diào)節(jié)件，并且轉(zhuǎn)子葉片在5% L和25% L之間的范圍內(nèi)在吸力側(cè)上設(shè)置有渦流發(fā)生器。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例包括具有在從尖部到葉片根部的方向上首先本質(zhì)上增加然后達(dá)到最大值并且隨后減小的弦長(zhǎng)分布的轉(zhuǎn)子葉片，其中在最大弦長(zhǎng)和葉片根部之間的縱向范圍內(nèi)，葉片扭轉(zhuǎn)例如大于3°、特別是大于5°、更特別是大于10°以及優(yōu)選地是大約15° -20°，其中最大弦長(zhǎng)位于例如大于18% L且特別是大于24% L且更特別是大于30%L的縱向位置處。
[0024]在根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片在最大弦長(zhǎng)和葉片根部之間的縱向范圍內(nèi)設(shè)置有防止在吸力側(cè)處失速的氣流操縱器，例如渦流發(fā)生器、氣流導(dǎo)向襟翼的邊界層抽吸件，其可以作為獨(dú)立部件附接到葉片或者與葉片結(jié)合為一體。
[0025]當(dāng)在葉片根部和50% L之間或者在具有超過40% c的厚度的型面上，葉片包括在葉片表面上方具有翼片(fin)高度為超過2% C、特別是超過3% c且更特別是超過5% c的渦流發(fā)生器時(shí)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的益處?？梢岳斫獾氖牵切u流發(fā)生器高于從現(xiàn)有技術(shù)獲知的渦流發(fā)生器，并且從邊界層中伸出，這是因?yàn)?，除了其它任?wù)外，它們的任務(wù)還包括將來自靠近葉片根部的分離區(qū)域的徑向氣流向著更靠外位置的型面的吸力側(cè)反饋過去，從而提高那些更靠外位置的型面的效率。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)那些高的渦流發(fā)生器與在更大弦長(zhǎng)方向的位置且具有較低翼片高度的第二排渦流發(fā)生器相結(jié)合時(shí)，實(shí)現(xiàn)了更多優(yōu)點(diǎn)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片在0% L和80% L之間且特別是101^%和50% L之間的縱向范圍內(nèi)包括位于壓力側(cè)的阻流調(diào)節(jié)件時(shí)，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。阻流調(diào)節(jié)件的實(shí)施例是以薄刃(edge)的形狀的，該薄刃從型面表面延伸的距離例如在0.5mm和局部弦長(zhǎng)的10%之間、且特別是超過在0.2% c和3% c之間的距離且更特別是距離在0.5(:%和1.5(:%之間。發(fā)明人認(rèn)為本發(fā)明的基礎(chǔ)在于，本質(zhì)上沿著縱向葉片方向延伸的經(jīng)典的阻流元件不能有效地阻擋氣流。除此之外，經(jīng)典的設(shè)計(jì)來自于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片處于2維氣流的風(fēng)洞試驗(yàn)，或者來自于具有這種阻流元件的風(fēng)力渦輪機(jī)型面在2D條件下進(jìn)行的空氣動(dòng)力行為的CFD仿真。根據(jù)發(fā)明人的觀點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)，由于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)和所得到的徑向壓力梯度和離心力和科里奧利(Cor1lis)力，氣流沿徑向方向從葉片根部移動(dòng)到尖部，且有效的氣流阻擋也需要對(duì)葉片上的徑向氣流進(jìn)行阻礙。我們將設(shè)計(jì)成使得也阻礙徑向氣流的阻流調(diào)節(jié)件叫做徑向阻流元件，應(yīng)該被理解的是，這樣的元件不僅阻礙徑向方向的氣流，而且阻擋弦長(zhǎng)方向上的氣流。根據(jù)本發(fā)明的徑向阻流元件的有益實(shí)施例，其橫截面具有平行于該元件所處位置的葉片表面的平面，其被定形為凹形的或者凸形的。徑向阻流元件的特征就是其形狀(單個(gè)元件的或者一組元件的)本質(zhì)上區(qū)別于縱向地沿著葉片長(zhǎng)度方向延伸的擠壓部(pultrus1n)。徑向阻流元件(合起來)是三維形狀的，并且從而關(guān)于功能和形狀不同于其它阻流元件，例如EP2343450A1 (LM)中的“氣流導(dǎo)向裝置”或者US6910867B2 (Corten)中的帶狀物。
[0027]綜合選擇是,其中位于壓力側(cè)處靠近前緣的主梁(main girder)的邊緣突出，從而形成了阻流元件。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)阻流調(diào)節(jié)件包括沿著葉片長(zhǎng)度方向延伸小于100cm、特別是小于45cm且更特別是小于25cm的元件，并且可選地每個(gè)元件包括2個(gè)接頭時(shí)，出現(xiàn)了進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片在壓力側(cè)包括徑向阻流元件，該徑向阻流元件包括固定平面和阻流平面，其中穿過所述阻流平面的平均平面與葉片的縱向方向具有至少10°、特別是至少20°且更特別是至少30°的角度，和或其中固定平面大約根據(jù)葉片的長(zhǎng)度方向的彎曲部延伸，并且該平面與阻流表面的平均法線所構(gòu)成的角度小于80°、特別是小于70°和更特別是小于60°時(shí)，產(chǎn)生了進(jìn)一步的益處。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的有益實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片包括以伸出的至少包括2個(gè)彎曲周期的鋸齒的形式的阻流調(diào)節(jié)件，徑向阻流元件以此種形式重復(fù)，阻流調(diào)節(jié)件被附接在壓力側(cè)，有可能被附接到后緣。這樣的元件與古奈襟翼具有可比性，然而它具有實(shí)質(zhì)的益處，即由于徑向氣流也被阻礙而改善了氣流阻擋效果，并且由于該元件可以容易地順應(yīng)變形，使得該元件可以簡(jiǎn)單地且可靠地固定到葉片。這種徑向阻流元件的例子是豎直的彎曲帶狀物或鋸齒形帶狀物，其中這樣的帶狀物通過在帶狀物延伸的方向上不連續(xù)的固定面被固定到轉(zhuǎn)子葉片(例如包括與葉片接合的至少2個(gè)接頭)。具有超過長(zhǎng)度>45cm的連續(xù)接頭的經(jīng)典的豎直形狀的阻流元件不能順應(yīng)轉(zhuǎn)子葉片的彎曲的熱膨脹差并且被證明在一段時(shí)間后變得松動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的小于10cm或45cm或25cm的徑向阻流元件的波浪狀或鋸齒狀實(shí)施例可順應(yīng)變形，或者可以應(yīng)付由于有限的尺寸造成的熱膨脹差別，使得至葉片的接合是可靠的。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的徑向阻流元件或者阻流元件可以作為獨(dú)立部件應(yīng)用于轉(zhuǎn)子葉片或者與轉(zhuǎn)子葉片成一體。所述元件可以利用例如雙面膠帶、螺絲、膠水、燕尾榫、磁鐵和所有其它已知的附接方法被附接。
[0030]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片設(shè)置有人工粗糙部(artificial roughness),該人工粗糙部位于例如在吸力側(cè)的1% C，經(jīng)由前緣到壓力側(cè)的50% c之間，且特別是在壓力側(cè)的0%c和10% c之間且更特別是在壓力側(cè)的1% c到壓力側(cè)的5% c之間的范圍內(nèi)時(shí)，產(chǎn)生了進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。該人工粗糙部可以以任何技術(shù)上已知的粗糙部的形式存在，例如砂紙、粗糙涂料，鋸齒形貼，突出的邊緣，小型渦流發(fā)生器、肋條，并且可以在葉片的制造過程中或者制造完成后被附接，并且具有減小了翼面的最大負(fù)升力的益處，從而減小了粗糙依賴性并使其可以簡(jiǎn)單且可靠地附接。根據(jù)本發(fā)明將人工粗糙部應(yīng)用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的調(diào)節(jié)件是與本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)提出的調(diào)節(jié)件相反的:他會(huì)聲明風(fēng)力渦輪機(jī)葉片應(yīng)當(dāng)被制造得盡可能平滑。
[0031]通過將人工粗糙部與渦流發(fā)生器結(jié)合會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，這提高了最大正升力系數(shù)(或者恢復(fù)到不含粗糙部的值)，并且實(shí)現(xiàn)了具有高升力系數(shù)的本質(zhì)上粗糙不靈敏型面，使得與運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)周或者數(shù)年后將發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)污染條件相比，處于清潔條件(新葉片)下的轉(zhuǎn)子葉片不展現(xiàn)出較高的升力(標(biāo)明更高的費(fèi)用)，因而風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)不需要克服在清潔期間較高的負(fù)載，并且因此可以被制造得更優(yōu)(更便宜)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步有益實(shí)施例考慮了一種轉(zhuǎn)子葉片，當(dāng)其附接到水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，并被調(diào)整到在最佳尖部速度比下對(duì)應(yīng)于最大功率系數(shù)的葉片角度時(shí)，該轉(zhuǎn)子葉片在16% R的徑向位置處包括這樣的型面，該型面的吸力側(cè)在95% c位置處與轉(zhuǎn)子平面的夾角在0°和16°之間并且特別是在3°和13°之間并且更特別是在6度和10°之間，和或在20% R的徑向位置處包括這樣的型面，該型面的吸力側(cè)在95% c位置處與轉(zhuǎn)子平面的夾角在2°和17°之間并且特別是在5°和13°之間并且更特別是在7°和11°之間。
[0033]根據(jù)依照本發(fā)明的有益實(shí)施例，轉(zhuǎn)子葉片在15% L處包括這樣的型面，該型面的后抗剪腹板后方直到后緣的部分本質(zhì)上是三角形的，其中型面的外輪廓在完全處于型面后側(cè)內(nèi)部的虛構(gòu)的三角形的兩邊上的偏離最大是5% c并且特別地最大是3% c并且更特別地最大是2% C，該虛構(gòu)的三角形的第三邊與后抗剪腹板重合。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片包括型面，在該型面的15% L位置處，在55% c和98% c之間的吸力側(cè)具有的斜率變化小于8°、特別是小于6°并且更特別是小于4°，和或在其45% c和98% c之間的壓力側(cè)具有的斜率變化小于14°、特別是小于12°并且更特別是小于8°時(shí)，產(chǎn)生了進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。這樣的三角形后部，與在吸力側(cè)的渦流發(fā)生器和在壓力側(cè)的可能的阻流元件或徑向阻流元件相結(jié)合，提供了良好的空氣動(dòng)力性能和高結(jié)構(gòu)剛度:三角形型面后部在結(jié)構(gòu)上是剛性的并且與例如US2009/0263252A1 (Gamesa)中的形式相比，未在葉片外皮產(chǎn)生隆起，使得重量和成本較低。
[0034]研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的較厚的翼面，在吸力側(cè)具有渦流發(fā)生器并且在壓力側(cè)可能具有阻流調(diào)節(jié)件的情況下，具有更高的升阻比和更低的粗糙靈敏度，以及歸功于較高厚度的更高的剛度。因此，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的有利的實(shí)施例在相對(duì)大的徑向位置處采用了相對(duì)厚的翼面，其中的相對(duì)指的是與經(jīng)典葉片設(shè)計(jì)相比。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例，在20% L處，型面具有45% C、特別是50% c且更特別是55% c的厚度。根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例，在30% L處，型面具有35% C、特別是38%c且更特別是41% c的厚度。根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例，在40% L處，型面具有31% C、特別是33% c且更特別是37% c的厚度。根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例，在50% L處，型面具有30% C、特別是32% c且更特別是35% c的厚度。根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例，在60% L處，型面具有28% C、特別是30% c且更特別是32% c的厚度。根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例，在70% L處，型面具有25% C、特別是27% c且更特別是29% c的厚度。根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例，在80% L處，型面具有22% C、特別是24% c且更特別是26% c的厚度。
[0036]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)最大的弦長(zhǎng)位于大于24% L且特別是大于30% L且更特別是大于35% L的縱向位置處，和或其中最大的弦長(zhǎng)小于6.5% L、特別是小于6% L且更特別是小于5.5% L時(shí)，產(chǎn)生進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。在特定的實(shí)施例中，葉片在縱向位置O處具有它的最大的弦長(zhǎng)，并且包括沿著尖部方向最初為恒定值的弦長(zhǎng)且然后是減小的弦長(zhǎng)。最大弦長(zhǎng)移動(dòng)至更大的徑向位置(更大的縱向位置)和最大弦長(zhǎng)的減小，這二者都是根據(jù)本發(fā)明的具有大的相對(duì)厚度的型面的結(jié)果，這種型面達(dá)到高空氣動(dòng)力升力，使得葉片可以建造得更輕(由于更大的建造高度)并且更易于運(yùn)輸(由于減小的最大弦長(zhǎng))，并且在極端風(fēng)速下經(jīng)受的負(fù)荷更低(由于減小的弦長(zhǎng))。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例中，最大弦長(zhǎng)至少等于葉片根部的直徑并且不大于直徑的130%、特別是不大于直徑的120%且更特別是不大于直徑的110%。
[0038]在另一個(gè)有益實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片從葉片根部到尖部是一整件。最終，在根據(jù)本發(fā)明的有益實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片長(zhǎng)度L大于40米、特別是大于60米且更特別是大于80m。隨著風(fēng)力渦輪機(jī)尺寸的增加，彎曲力矩的增加快于輸出，使得由更好的優(yōu)化所帶來的節(jié)省愈加地有益。例如，隨著渦輪機(jī)尺寸的增加，轉(zhuǎn)子葉片的相對(duì)厚度增加來最優(yōu)地克服相對(duì)更高的彎曲力矩。這里帶來的缺點(diǎn)就是降低了空氣動(dòng)力性能。本發(fā)明去除了這個(gè)缺點(diǎn)。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片組件包括氣流操縱器例如渦流發(fā)生器、阻流元件或徑向阻流元件，其形狀、大小、方向和在葉片上的位置影響對(duì)葉片特征的效果。根據(jù)依照本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片組件的有益實(shí)施例，針對(duì)特定的風(fēng)力氣候和特定的風(fēng)力渦輪機(jī)對(duì)轉(zhuǎn)子葉片組件的特征進(jìn)行優(yōu)化。這種方法，根據(jù)本發(fā)明，第一轉(zhuǎn)子葉片組件包括針對(duì)第一種環(huán)境條件進(jìn)行優(yōu)化的第一型式的氣流操縱器，且本質(zhì)上具有相同的形狀的第二轉(zhuǎn)子葉片組件包括針對(duì)第二種環(huán)境條件進(jìn)行優(yōu)化的第二型式的氣流操縱器。例如，相比于針對(duì)具有低葉片表面污染地點(diǎn)的相同的轉(zhuǎn)子葉片，針對(duì)具有高葉片表面污染地點(diǎn)的轉(zhuǎn)子葉片可以被提供縱向和或弦長(zhǎng)方向上更延伸型式的人工粗糙部和或在縱向方向更延伸型式的渦流發(fā)生器。根據(jù)另一個(gè)例子，在葉片或渦輪的可允許的負(fù)載包絡(luò)內(nèi)，通過改變氣流操縱器的型式，轉(zhuǎn)子葉片組件可以在每個(gè)地點(diǎn)或每個(gè)渦輪處被精確地調(diào)整。
[0040]附圖:
[0041]圖1:水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，
[0042]圖2:根據(jù)圖1中的線1-1的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，
[0043]圖3:轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，
[0044]圖4:轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，
[0045]圖5:轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，
[0046]圖6:轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，
[0047]圖7:轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，
[0048]圖8:在壓力側(cè)具有鋸齒狀型面的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，
[0049]圖9:轉(zhuǎn)子葉片，
[0050]圖10:轉(zhuǎn)子葉片，
[0051]圖11:轉(zhuǎn)子葉片，
[0052]圖12:圖10中的部分62的特寫圖，
[0053]圖13:扭轉(zhuǎn)和弦長(zhǎng)分布，
[0054]圖14:扭轉(zhuǎn)率和厚度分布。
[0055]用根據(jù)附圖的例子詳細(xì)描述了本發(fā)明:圖1展示了水平軸渦輪機(jī)1，其具有塔架2、吊艙(nacelle) 3和輪轂4，輪轂4具有附接到其的轉(zhuǎn)子葉片6，轉(zhuǎn)子葉片6具有葉片根部7和尖部8。也展示了另一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，其具有前緣9和后緣10，該葉片包括2個(gè)部分:附接到輪轂的部分和例如可調(diào)節(jié)葉片槳距角的部分12。這些部分在位置11處連在一起。旋轉(zhuǎn)的方向是5。橫截面1-1展示在圖2中。在圖2中，標(biāo)注了弦長(zhǎng)c和厚度t，并且弦線33在弦向位置0% c處與前緣21重合，并且在弦向位置100% c處與后緣22重合。該橫截面展示了分別位于吸力側(cè)24和壓力側(cè)28處的處于前抗剪腹板25和后抗剪腹板26之間的主梁27和28。展示了設(shè)計(jì)流入物29的例子，該流入物29具有相對(duì)于弦線33的攻角30。氣流操縱器31和32分別展示為渦流發(fā)生器和阻流元件，阻流元件選擇性地在壓力側(cè)包括凹陷39。由側(cè)邊34、35和36所界定的三角形在型面后側(cè)內(nèi)部。側(cè)邊35與后抗剪腹板重合，并且側(cè)邊34和36具有到型面的外輪廓的最大距離37和38。圖3展示了相同的橫截面，然而這次具有通過附加部40實(shí)現(xiàn)的發(fā)散的后緣。需要注意的是，本申請(qǐng)中適用于扭轉(zhuǎn)界定部的弦長(zhǎng)界定部在后側(cè)處與平坦后緣的中部相交。本申請(qǐng)中，與相對(duì)厚度相關(guān)的弦長(zhǎng)和厚度的定義應(yīng)當(dāng)在沒有延伸部或附加部40、50、51、53的情況下確定。圖4展示了具有阻流元件50的橫截面，阻流元件50的位置比圖3中所示的位置更靠近前緣。圖5展示了在壓力側(cè)和吸力側(cè)兩側(cè)之上延伸的附加部51。圖6展示了以古奈襟翼的形式的阻流元件54。弦線再次對(duì)半地與平坦后緣相交。圖7展示了人工粗糙部55，人工粗糙部55提供了有效的氣流阻擋部，可以被容易地附接，這減少了葉片的粗糙靈敏度并克服了高負(fù)壓梯度。在壓力側(cè)在大約45% c處的位置80和大約98% c處的位置82之間，切線81和82以斜度84展示了型面輪廓的差別。圖8展示了氣流線56和徑向阻流元件57的3D視圖。圖9、10、11和12展示了在轉(zhuǎn)子葉片(的一部分)的壓力側(cè)的視圖。圖9展示了具有鋸齒狀型式的徑向阻流元件60和其位于壓力側(cè)處的多個(gè)凹陷65，圖中標(biāo)注了其中的一個(gè)凹陷。圖10展示了具有波浪狀型式的徑向阻流元件61，并且圖12展示了它的特寫62。元件61包括在其壓力側(cè)的凹陷66，標(biāo)注了其中的一個(gè)凹陷。圖11展示了具有凹形流入側(cè)67(僅標(biāo)注了一個(gè)凹陷)的徑向阻流元件63。在單個(gè)元件63上的位置69，繪制了穿過阻流平面通道的平面70，平面70與葉片的縱向軸線68具有夾角71。正交于平面70的法線不垂直于連接元件63的彎曲部。由于元件63小的尺寸，元件63可超過極大限度地將其全長(zhǎng)與葉片接合，或者具有與葉片接合的2個(gè)或者更多個(gè)不連續(xù)的接頭71。元件63的示出的實(shí)施例包括例如通過雙面膠帶將元件63連接至葉片的2個(gè)接頭71。根據(jù)有益實(shí)施例，元件63的阻流表面不接觸葉片表面，取而代之的則是允許空氣在元件63和葉片表面之間流過，元件63距葉片表面的高度為例如0.01% c到2% C，或者特別是在0.1% c和0.5% c之間。由于旋轉(zhuǎn)效應(yīng)將驅(qū)使停滯的氣流向外流動(dòng)(離心力)，如在US6910867B2 (Corten)和EP2343450A1 (LM)中的縱向?qū)嵤├那闆r中，沒有阻攔向外流動(dòng)的氣流，而根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例(部分地)阻擋了向外流動(dòng)的氣流，因此可以理解的是，通過將阻流表面傾斜到與圖8-12中展示的所述彎曲部成一定角度，實(shí)現(xiàn)了更有效的氣流阻擋。圖12展示了圖10中的部分62的特寫。圖12再次展示了具有波浪形型式的徑向阻流元件61和在元件的延伸方向上不連續(xù)的接合表面64。在位置73處，繪制了穿過徑向阻流表面的平面74，并且與葉片縱向軸線68具有夾角75。圖13展示了根據(jù)依照本發(fā)明的實(shí)施例的扭轉(zhuǎn)和弦的分布，且也展示了經(jīng)典的扭轉(zhuǎn)分布。圖中，根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的扭轉(zhuǎn)差在15% R和20% R之間是5°，并且在5% R和10% R之間向回扭轉(zhuǎn)也是5°，或甚至是7°。圖14展示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的扭轉(zhuǎn)率和相對(duì)厚度的分布。
[0056]為了清楚的目的，在幾個(gè)圖中繪制的如渦流發(fā)生器之類的氣流操縱器大于其在現(xiàn)實(shí)中的大小。肋條中的鋸齒型式的波浪部和人工粗糙部是用良好可見的幅度繪制的，然而有益實(shí)施例的幅度可以更大或更小。
[0057]除了利用其它內(nèi)容外，還通過幾個(gè)例子和附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，任何人應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于此。在不脫離權(quán)利要求的范圍的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可做出一些變化。例子就是將本發(fā)明應(yīng)用于具有2個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)上，該2個(gè)轉(zhuǎn)子葉片具有與旋轉(zhuǎn)軸線相交的共同的中心部分。在這種情況下，任何人應(yīng)當(dāng)理解的是，L = O的位置與R = O的位置重合并且尖部位于L = R的位置處。
[0058]另一個(gè)例子是葉片在縱向方向上包括多個(gè)部分，那么L就與位于輪轂和葉片尖部之間的部分的組件相關(guān)。在弦長(zhǎng)方向上葉片也可包括多于一個(gè)部分，在這種情況下，應(yīng)當(dāng)使用由多個(gè)部分組裝的葉片的弦長(zhǎng)。
[0059]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，本發(fā)明可適用于多種風(fēng)力渦輪機(jī)，例如水平軸類型和垂直軸類型的風(fēng)力渦輪機(jī)、岸上的和離岸的風(fēng)力渦輪機(jī)、具有預(yù)彎曲葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)、具有傾角并且特別當(dāng)該傾角在2°和7°之間時(shí)的風(fēng)力渦輪機(jī)、具有錐角并且特別當(dāng)該錐角在2°和7°之間的風(fēng)力渦輪機(jī)、失速調(diào)節(jié)和槳距調(diào)節(jié)的渦輪機(jī)、變速和恒速渦輪機(jī)、農(nóng)場(chǎng)里的渦輪機(jī)、翻新過并獲得新轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)、用于風(fēng)力等級(jí)1、2、3、4或5和湍流等級(jí)a、b、c的風(fēng)力渦輪機(jī)、具有主動(dòng)襟翼或主動(dòng)渦流發(fā)生器或使用氣動(dòng)彈性調(diào)節(jié)件的風(fēng)力渦輪機(jī)以及具有設(shè)計(jì)最大功率系數(shù)在2和15之間且特別是4和14之間且更特別是7和13之間的轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)，具有包含玻璃纖維或碳纖維、選擇性地與熱固性或者熱塑性材料結(jié)合的轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)。除此之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)立即將本發(fā)明與參考文獻(xiàn)中描述的技術(shù)結(jié)合，并且根據(jù)本發(fā)明，將認(rèn)為這是非創(chuàng)造性的實(shí)施例。
[0060]任何人應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)“包括”不排斥其它的元件或者步驟，術(shù)語(yǔ)“一個(gè)”不排斥多個(gè)，并且表述“包括X”應(yīng)當(dāng)被解釋為“包括至少X”，其中X例如是扭轉(zhuǎn)的度數(shù)。權(quán)利要求中對(duì)附圖的參考用于闡釋性的目的，且不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是限制性的。
[0061]對(duì)本文獻(xiàn)中引用的專利文本的討論考慮了本發(fā)明人的觀點(diǎn)并且不具備法律地位。最后，在本文獻(xiàn)中加入的物理性解釋是用于闡釋的原因，并且與所附權(quán)利要求的有效性沒有關(guān)系。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件包括位于縱向位置L = O處的用于將葉片固定到輪轂的固定端、和本質(zhì)上位于相對(duì)側(cè)在縱向位置L處的葉片尖部、和吸力側(cè)、壓力側(cè)、后緣和前緣，其特征在于:所述組件包括在小于25% L、特別是小于21% L且更特別是小于15% L的縱向范圍內(nèi)的3度的扭轉(zhuǎn)差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件在一側(cè)由10%L且在另一側(cè)由位置25% L、特別是由位置21% L以及更特別是由位置15% L所限制的縱向范圍內(nèi)包括5度、特別是10度以及更特別是15度的扭轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件在一側(cè)由位置5%L且在另一側(cè)由位置25% L、特別是由位置21% L以及更特別是由位置15% L所限制的縱向范圍內(nèi)包括10度、特別是15度以及更特別是20度的扭轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件在一側(cè)由位置10% L且在另一側(cè)由位置25% L、特別是21% L以及更特別是15% L所限制的縱向范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)率達(dá)到超過0.5°每％ L、特別是超過0.75°每％ L以及更特別是超過1°每％L的值。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其中開始于縱向位置80%L處，順著葉片軸線朝向葉片根部的型面，在第一方向上首先扭轉(zhuǎn)超過至少10度，其特征在于:在包括具有小于97% c的厚度的型面的縱向范圍內(nèi)，隨后向回扭轉(zhuǎn)超過3度且特別是超過6度且更特別是超過10度。
6.選擇性地根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，用于風(fēng)力渦輪機(jī)，該組件包括位于縱向位置L = O處的用于將葉片固定到輪轂的固定側(cè)、和位于相對(duì)側(cè)在縱向位置L處的尖部、和吸力側(cè)、壓力側(cè)、后緣和前緣,該組件包括在縱向方向上最小為25 % c且最大為70% c的厚度的連續(xù)范圍的型面，其特征在于:在所述范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)差大于3度、特別是大于5度、且更特別是大于10度、且甚至更特別是大于15度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在葉片的縱向方向上包括最小為33% c且最大為70% c的厚度的連續(xù)范圍的型面，其特征在于:在所述范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)差大于3度、特別是大于5度、且更特別是大于10度、且甚至更特別是大于15度。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在葉片的縱向方向上包括最小為40% c且最大值為70% c的厚度的連續(xù)范圍的型面，其特征在于:在所述范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)差大于5度、特別是大于10度且更特別是大于15度。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在葉片的縱向方向上包括最小為50% c且最大為70% c的厚度的連續(xù)范圍的型面，其特征在于:在所述范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)差大于3度、特別是大于6度且更特別是大于10度。
10.選擇性地根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件包括在所述壓力側(cè)在5% L和25% L之間的附加部或者阻流調(diào)節(jié)件(32、40、50、51、53、57、60、61、63)，其特征在于:所述組件在所述吸力側(cè)在5% L和50% L之間的范圍內(nèi)包括渦流發(fā)生器，且特別地，所述阻流調(diào)節(jié)件包括在所述壓力側(cè)處具有凹陷出5、66、67)的徑向阻流元件。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其中弦長(zhǎng)分布在從所述尖部朝向葉片根部的方向上首先本質(zhì)上增加然后達(dá)到最大值，并且隨后再次減小，其特征在于:在最大弦長(zhǎng)和所述葉片根部之間的縱向范圍內(nèi)，所述葉片扭轉(zhuǎn)超過至少3度。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:在最大弦長(zhǎng)和葉片根部之間的縱向范圍內(nèi)，扭轉(zhuǎn)大于5度、特別是大于10度且更特別是大于15度。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:最大的弦長(zhǎng)位于大于24% L、且特別是大于30% L且更特別是大于35% L的縱向位置處。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:最大的弦長(zhǎng)小于6.5% L、特別是小于6% L且更特別是小于5.5% L。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:最大的弦長(zhǎng)不大于葉片根部直徑的130%、特別是不大于葉片根部直徑的120%且更特別是不大于葉片根部直徑的110%。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在L= O和最大的弦長(zhǎng)之間的縱向范圍內(nèi)，包括具有大于葉片根部的直徑的105%的弦長(zhǎng)的型面的連續(xù)的葉片部分，其特征在于:所述連續(xù)的葉片部分扭轉(zhuǎn)5度、特別是10度且更特別是15度。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件包括在所述吸力側(cè)處的克服氣流分離的調(diào)節(jié)件，例如渦流發(fā)生器、氣流導(dǎo)向襟翼的邊界層抽吸件。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件包括作為獨(dú)立的部件附接到所述葉片或者與所述葉片成一體的渦流發(fā)生器。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述吸力側(cè)在葉片根部和50% L之間的縱向范圍內(nèi)包括渦流發(fā)生器，其特征在于:所述渦流發(fā)生器的翼片具有高出葉片表面至少是2% C、特別是至少3% c且更特別是至少5% c的高度。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述吸力側(cè)在葉片根部和50% L之間的縱向范圍內(nèi)包括渦流發(fā)生器，其特征在于:所述組件包括至少兩排渦流發(fā)生器，各排本質(zhì)上在葉片的縱向方向上延伸。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件在大約等分的葉片縱向位置處(差值小于1/4弦長(zhǎng))包括具有較高翼片和較低翼片的渦流發(fā)生器，且具有較高翼片的渦流發(fā)生器所處的弦向位置小于具有較低翼片的渦流發(fā)生器所處的弦向位置。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件在所述壓力側(cè)在0% L和80% L之間的且特別是10% L和50% L之間的縱向范圍內(nèi)包括阻流調(diào)節(jié)件。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件在所述壓力側(cè)處包括阻流調(diào)節(jié)件(32)，所述阻流調(diào)節(jié)件(32)從型面表面突出超過在0.5mm和10% c之間的距離、且特別是超過0.2% c和3% c之間的距離、且更特別是超過在0.5% c和1.5% c之間的距離。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述壓力側(cè)處包括阻流調(diào)節(jié)件(32)，其特征在于:該調(diào)節(jié)件包括徑向阻流元件，所述徑向阻流元件的具有平行于局部葉片表面的平面的橫截面包括凹陷(39、65、66、67)。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述壓力側(cè)處設(shè)置有包括元件(63)的阻流調(diào)節(jié)件，其特征在于:每個(gè)元件在葉片的縱向方向上延伸經(jīng)過小于100cm、特別是小于45cm且更特別是小于25cm。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述壓力側(cè)處設(shè)置有包括元件(61、63)的阻流調(diào)節(jié)件，其特征在于:該元件包括與所述葉片連接的至少2個(gè)連接部。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述壓力側(cè)處包括以元件(63)的形式的阻流調(diào)節(jié)件，該元件包括安裝平面和阻流平面，其特征在于:所述阻流表面的至少10%與葉片的縱向方向(68)具有大于10度、特別是大于20度且更特別是大于30度，例如大約45度的夾角(71,75)。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述壓力側(cè)處包括以包含安裝平面和阻流平面的元件的形式的阻流調(diào)節(jié)件，該安裝平面按照彎曲部延伸，其特征在于:所述彎曲部的方向與所述阻流表面的平均法線具有一角度，該角度小于80度、特別是小于70度且更特別是小于60度。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件在所述吸力側(cè)的1% c通過所述前緣直到在所述壓力側(cè)的50% c之間的范圍內(nèi)，且特別是在所述壓力側(cè)在O % c和10% c之間的范圍內(nèi)，且更特別是在所述壓力側(cè)在1% c和5% c之間的范圍內(nèi)，包括人工粗糙部(55)，該粗糙部具有在100 μ m和40mm之間、且特別是在250 μ m和5mm之間且更特別是在500 μ m和2mm之間的高度。
30.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述壓力側(cè)處例如在所述后緣處設(shè)置有阻流調(diào)節(jié)件，其特征在于:該調(diào)節(jié)件包括波浪狀帶狀物(61、66)或者鋸齒狀帶狀物(57、65)或者一系列重復(fù)的元件出3、76、77、78)。
31.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在所述壓力側(cè)包括以元件的形式的阻流調(diào)節(jié)件，其特征在于:該元件用安裝表面連接到所述組件，所述安裝表面在所述元件延伸的方向上不連續(xù)，并且其中該元件包括至少2個(gè)周期，阻流部件本質(zhì)上按照周期重復(fù)。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件被安裝到水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，該水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)定到在最優(yōu)尖部速比下對(duì)應(yīng)于最大功率系數(shù)的葉片角度，所述組件在徑向位置16% R處包括一種型面，其特征在于:在95% c處沒有附加部或者延伸部的情況下，所述型面的吸力側(cè)與轉(zhuǎn)子平面具有的角度在O度和16度之間、且特別是在3度和13度之間且更特別是在6度和10度之間。
33.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件被安裝到水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，該水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)被設(shè)定到在最優(yōu)尖部速比下對(duì)應(yīng)于最大功率系數(shù)的葉片角度，所述組件在徑向位置20% R處包括一種型面，其特征在于:在95% c處沒有附加部或者延伸部的情況下，所述型面的所述吸力側(cè)與轉(zhuǎn)子平面具有的角度在2度和17度之間、且特別是在5度和13度之間且更特別是在7度和11度之間。
34.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在15%L處包括一種型面，其特征在于:所述型面的從支撐主梁的后抗剪腹板到所述后緣的部分本質(zhì)上是三角形的，并且所述型面的外輪廓在所述葉片的后部?jī)?nèi)的虛構(gòu)的三角形的兩條邊上偏離最大5% c且特別是最大3% c且更特別是最大2% C，所述虛構(gòu)的三角形的第三邊與所述后抗剪腹板重合。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在15%L處包括一種型面，其特征在于:在55% c和98% c之間所述型面的吸力側(cè)具有的斜率變化小于8度、特別是小于6度且更特別是小于4度。
36.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在15%L處包括一種型面，其特征在于:在45% c (80)和98% c (82)之間所述型面的壓力側(cè)前部具有的斜率變化(84)小于14度、特別是小于12度且更特別是小于8度。
37.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:在20%L處的厚度大于45% c特別是大于50% c且更特別是大于55% C。
38.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:在30%L處的厚度大于35% c特別是大于38% c且更特別是大于41% C。
39.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:在40%L處的厚度大于31% c特別是大于33% c且更特別是大于37% C。
40.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:在50%L處的厚度大于30% c特別是大于32% c且更特別是大于35% C。
41.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:在60%L處的厚度大于28% c特別是大于30% c且更特別是大于32% C。
42.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:在70%L處的厚度大于25% c特別是大于27% c且更特別是大于29% C。
43.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件用于變速水平軸渦輪機(jī)，所述變速水平軸渦輪機(jī)具有大于80米的轉(zhuǎn)子直徑和在7和13之間的設(shè)計(jì)尖部速比，并且弦長(zhǎng)分布從50% L到5% L首先增大到最大弦長(zhǎng)，然后再次減小到小于最大弦長(zhǎng)的90%，并且所述組件在10% L和25% L之間包括位于所述吸力側(cè)的渦流發(fā)生器，其特征在于:所述組件在10% L和25% L之間的縱向范圍內(nèi)包括至少4度、特別是至少6度且更特別是至少8度的扭轉(zhuǎn)差。
44.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:長(zhǎng)度L大于40米、特別是大于60m且更特別是大于80m。
45.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，其特征在于:所述組件被設(shè)計(jì)用于具有在7和13之間的尖部速比的水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)，且特別地，該渦輪機(jī)是槳距調(diào)節(jié)變速類型的。
46.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件具有位于所述吸力側(cè)的主梁和位于所述壓力側(cè)的主梁，所述梁在縱向方向上在根部側(cè)和尖部側(cè)處被限制，并且與其垂直地在位于較低弦向位置的前側(cè)和位于較大弦向位置的后側(cè)處被限制，其特征在于:在5 % L和40 % L之間的縱向范圍內(nèi)，穿過所述主梁中的一個(gè)主梁的所述前緣并穿過相同主梁的所述后緣的平面扭轉(zhuǎn)小于10度、特別是小于5度且更特別是小于3度。
47.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件包括第一型式的氣流操縱器，所述第一型式的氣流操縱器被優(yōu)化以用于第一環(huán)境條件下的第一渦輪機(jī)，且本質(zhì)上具有相同形狀的根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的第二轉(zhuǎn)子葉片組件包括第二型式的氣流操縱器，所述第二型式的氣流操縱器被優(yōu)化以用于第二環(huán)境條件下的第二渦輪機(jī)。
48.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在連續(xù)縱向范圍內(nèi)包括具有25% c和70% c之間的厚度的型面，該型面包括最大為3度、特別是最大為5度、且更特別是最大為10度且甚至更特別是最大為15度的扭轉(zhuǎn)差。
49.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片組件，所述組件在0% L和25% L之間的縱向范圍內(nèi)、且特別是在0% L和21% L之間的縱向范圍內(nèi)且更特別是在0% L和15%L之間的縱向范圍內(nèi)，包括最大為3度的扭轉(zhuǎn)。
【文檔編號(hào)】F03D1/06GK104364517SQ201380024953
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
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