本发明专利技术涉及一种设备(40)，包括风力涡轮机(10)的转子叶片(20)、气动装置(30)以及连接所述气动装置(30)和所述转子叶片的后缘部(23)的连接器件(41)。气动装置(30)包括具有压力侧(37)、抽吸侧(38)、后缘部(33)和前缘部(36)的翼面轮廓。气动装置(30)通过槽(42)与所述转子叶片(20)间隔开，所述槽小于五厘米。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】用于风力涡轮机的转子叶片的气动装置 关于联邦政府资助开发的声明本专利技术的开发由美国能源部授予的合同No. DE-EE0005493部分地支持。因此，美国政府具有本专利技术的一定权利。
本专利技术涉及一种设备，包括风力涡轮机的转子叶片和气动装置。气动装置通过连接器件与转子叶片连接。
技术介绍
众所周知，通过诸如襟翼、平板等气动装置可以改进风力涡轮机的转子叶片。一方面，这种气动装置可以增加风力涡轮机的效率。另一方面，这种气动装置还可以减少由流过转子叶片的气流产生的噪音。通常，气动装置增加了转子叶片的升力，这总体上有益于风力涡轮机。然而，增加转子叶片的升力的缺点是增加了风力涡轮机的疲劳载荷极限。这意味着风力涡轮机的部件上的负荷可能会超过相应部件的设计负荷极限，致使必须考虑重新设计部件。如果不对部件进行重新设计，则将气动装置应用于转子叶片可能会限制最大风速和湍流等级，针对最大风速和湍流等级，验证并出售具有修改的转子叶片（包括气动装置）的更新的风力涡轮机。更具体地，所述气动装置通常改变转子叶片的升力系数相对于转子叶片的迎角的依赖性。升力系数通常取决于气流撞击转子叶片的前缘部处的迎角。示例性地，在从相对于转子叶片压力侧的-5度（相当于转子叶片抽吸侧的5度）到相对于转子叶片压力侧的10度的范围内的迎角，升力系数会增加。升力系数的增加可以通过升力系数相对于迎角的斜率进行表征和量化。第一组常规气动装置导致升力系数在所提及的迎角范围（从抽吸侧的5度到压力侧的10度）中的斜率增加。换句话说，由气动装置产生的额外升力增加以增加迎角。在第二组常规气动装置中，通过引入气动装置，升力系数相对迎角的斜率保持不变。然而，升力系数同样在迎角的整个考虑范围内增加。换句话说，气动装置使得升力在迎角的整个考虑范围内同等地增加。两组常规气动装置的缺点是：对于高迎角（风力涡轮机上的总负荷接近风力涡轮机上的可接受负荷的上限），气动装置甚至会增加该总负荷。已进行各种努力以试图提供一种在低迎角时增加升力而在高迎角时仅轻微增加升力或根本不增加升力的气动装置。在高迎角时减小升力的已知系统包括含有例如可变形后缘或后缘襟翼的主动系统。通过基于输入信号启动襟翼，减小了负荷。输入信号可以是叶片根部弯矩、局部迎角值、局部升力值或类似参数。然而，这些主动系统需要比较复杂的技术实施。而且，这些系统必须在转子叶片的容易地超过25年的寿命内承受恶劣的工作条件。此外，这些系统需要定期的保养和维护。因此，期望提供一种克服了上述缺点的增加转子叶片的升力的气动装置。
技术实现思路
该目的通过独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本专利技术的有利发展和改进。根据本专利技术，提供了一种设备，包括风力涡轮机的转子叶片、气动装置以及用来连接气动装置和转子叶片的连接器件。转子叶片包括具有转子叶片压力侧、转子叶片抽吸侧、转子叶片后缘部和转子叶片前缘部的翼面部。气动装置包括具有装置压力侧、装置抽吸侧、装置后缘部和装置前缘部的翼面轮廓。气动装置定位在靠近转子叶片抽吸侧的区域中。气动装置通过槽与转子叶片间隔开。槽的槽宽小于5厘米。转子叶片可包括具有根部的根部区域。根部布置并准备成安装到风力涡轮机的毂。优选地，根部具有圆形横截面。而且，转子叶片包括由沿转子叶片的翼展的横截面表征的翼面部，各横截面显示出翼面轮廓。具有带翼面轮廓的翼面部的优点是，转子叶片能够在气流沿其表面流过时产生升力。翼面部可以延伸直到转子叶片的离根部区最远的顶部区。顶部区包括转子叶片的顶部。转子叶片的位于根部区和翼面部之间的部分称为转子叶片的过渡部。转子叶片的靠近转子叶片顶部区的部分称为转子叶片的外侧部。转子叶片的靠近转子叶片根部区的部分称为转子叶片的内侧部。翼面部可以由转子叶片的肩部定界，转子叶片的肩部由转子叶片的最大弦长的翼展位置限定。转子叶片的翼展限定为转子叶片的从根部区向顶部区延伸的纵轴。弦长定义为弦线的长度，由此，弦线垂直于翼展，是位于转子叶片后缘和转子叶片前缘之间的直线。转子叶片后缘由转子叶片后缘部围绕，转子叶片前缘由转子叶片前缘部围绕。转子叶片前缘和转子叶片后缘将转子叶片的翼面部的表面分为转子叶片压力侧和转子叶片抽吸侧。类似地，转子叶片周围的区域分为两个区域，一个区域靠近转子叶片抽吸侧，另一个区域靠近转子叶片压力侧。气动装置定位在靠近转子叶片抽吸侧的区域中。有利地，翼面部包括偏离根部区的圆形轮廓的翼面轮廓，以能够产生升力。特别地，其可以包括相对于弦线的弧形或不对称形状。有利地，气动装置连接到转子叶片后缘部。气动装置可以连接到翼面部和/或过渡部和/或甚至连接到根部区。气动装置可以连接到转子叶片的外侧部和/或转子叶片的内侧部。气动装置本身还包括具有偏离圆形形状的轮廓的翼面轮廓。因此，当气流流过气动装置表面时，气动装置还能产生升力。将气动装置与转子叶片间隔开的槽还称为间隙或狭隙。槽包括小于五厘米的槽宽。特别地，槽宽小于两厘米。有利地，槽宽甚至可以小于一厘米。如果气动装置放置在转子叶片的外侧部，则两厘米的最大槽宽是优选的。如果气动装置放置在转子叶片的内侧部，则由于边界层通常较厚，所以更大的槽宽是优选的。槽的特征在于其到转子叶片表面的最小距离。应注意，原则上，气动装置可以相对于转子叶片后缘部布置，使得关于在气流的方向上，其在转子叶片的后缘后方适当地延伸。尽管如此，槽宽仍限定为距气动装置表面上的点和转子叶片表面上的最相近对应点的最小距离。有利地，槽宽选择比较小的值。已经发现，有益地，将气动装置至少部分地放在转子叶片的边界层内。根据转子叶片的弦长，槽宽有利地小于转子叶片的弦长的2%。本专利技术的关键方面是，槽宽选择成对于薄边界层，由气动装置产生的额外升力比较大，而对于厚边界层，由气动装置产生的额外升力比较小。因为薄边界层通常与小迎角和转子叶片的小负荷相关联，所以期望大大地增加升力。相反，因为厚边界层通常与大迎角和转子叶片的大负载大相关联，所以期望减小升力的增加(导致减小转子叶片的负荷的进一步增加)。应注意，原则上，可能不产生额外升力或者甚至可能产生负升力。边界层是指紧邻转子叶片的边界表面附近的气流层。边界层是位于气流速度接近零的转子叶片表面和与气流速度接近自由不受妨碍气流速度的转子叶片表面隔开的区域之间的中间区域。换句话说，边界层可以描述为气流速度变化的层。边界层的厚度定义为距粘性气流速度为气流自由流速的99%的转子叶片表面的距离。对于转子叶片的操作迎角，边界层厚度的典型值位于转子叶片弦长的0.5%和转子叶片弦长的5%之间。作为示例，在低或小迎角时，后缘部处的边界层较薄，并可位于1-6毫米的范围中。在较大迎角时，后缘部处的边界层较厚，并可位于6-12毫米的范围中。因此，有利地，气动装置至少部分地位于转子叶片后缘部的边界层内。换句话说，气动装置至少部分地由转子叶片后缘部的边界层覆盖。还可以说，气动装置至少部分地遮蔽在转子叶片后缘部的边界层内。将气动装置至少部分地放置在边界层内的优点是，通过使用变化的局部气流速度，气动装置对设备总升力的效果或影响随着边界层厚度的不同而不同。换句话说，如果边界层较薄，比较高速的气流流过气动装置。因当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种设备(40)，包括风力涡轮机(10)的转子叶片(20)、气动装置(30)以及连接所述气动装置(30)和所述转子叶片(20)的连接器件(41)，其中，‑所述转子叶片(20)包括具有转子叶片压力侧(27)、转子叶片抽吸侧(28)、转子叶片后缘部(23)和转子叶片前缘部(25)的翼面轮廓，‑所述气动装置(30)包括具有装置压力侧(37)、装置抽吸侧(38)、装置后缘部(33)和装置前缘部(36)的翼面轮廓，‑所述气动装置(30)定位在邻近所述转子叶片抽吸侧(28)的区域中，‑所述气动装置(30)通过槽(42)与所述转子叶片(20)间隔开，并且‑所述槽(42)的槽宽(43)小于五厘米。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：P·B·恩沃尔森，A·O·扎莫拉罗德里格斯，
申请(专利权)人：西门子能量股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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