带有涡流发生器的风力涡轮机转子叶片制造技术

本发明专利技术涉及包括至少一个涡流发生器(30)的风力涡轮机的转子叶片(20)。涡流发生器(30)附接至转子叶片(20)的表面，且至少部分地定位在跨转子叶片(20)流动的气流(40)的边界层内。涡流发生器(30)暴露于滞止压力，所述滞止压力由越过涡流发生器(30)的气流的部分引起，且所述滞止压力的大小取决于越过涡流发生器(30)的气流的部分的速度。涡流发生器(30)设置和准备成，取决于作用在涡流发生器(30)上的滞止压力的大小而改变其配置。此外，本发明专利技术涉及带有至少一个这样的转子叶片(20)的用于生成电力的风力涡轮机。

【技术实现步骤摘要】
带有涡流发生器的风力涡轮机转子叶片
本专利技术涉及包括至少一个涡流发生器的风力涡轮机的转子叶片。此外，本专利技术涉及包括至少一个这样的转子叶片的用于生成电力的风力涡轮机。
技术介绍
涡流发生器是用于操纵跨风力涡轮机的转子叶片的表面流动的气流的众所周知的装置。涡流发生器的功能是在以下区域的下游生成涡流：在该区域中涡流发生器安装到转子叶片的表面。所生成的涡流可以对靠近转子叶片的表面的边界层重新充能。边界层的该重新充能可以延迟或防止失速。在安装有涡流发生器的转子叶片的区段处的失速的延迟或消除通常增大在该区段处的转子叶片的升力系数。通常期望升力的增大。升力的增大通常与转子叶片的负载的增大相关。转子叶片的该负载增大可能是不期望的。因此，存在提供如何分别选择性启动或停用用于风力涡轮机的转子叶片的涡流发生器的构思的期望。
技术实现思路
本专利技术提供对该挑战的解决方案。特别地，独立权利要求的主题提供对所描述的问题的解决方案。在从属权利要求中公开了有利的实施例和修改。根据本专利技术，提供一种风力涡轮机的转子叶片，其包括至少一个涡流发生器，其中，该涡流发生器附接至转子叶片的表面。涡流发生器至少部分地定位在跨转子叶片流动的气流的边界层内。涡流发生器暴露于滞止压力，该滞止压力由越过涡流发生器的气流的部分引起，且该滞止压力的大小取决于越过涡流发生器的气流的部分的速度。此外，涡流发生器设置和准备成，取决于作用在涡流发生器上的滞止压力的大小而改变其配置，使得，随着边界层中的滞止压力增大，涡流发生器生成涡流的能力减小。边界层是紧邻转子叶片的表面的气流层。边界层也被称为“表面边界层”。在边界层中，粘性的效果是显著的。边界层的厚度被限定为转子叶片的表面的距离，在该处气流的速度是自由流速度的99%。对于转子叶片的表面，转子叶片的约束、即限制表面（其通常被称为转子叶片的吸力侧和压力侧）被分别考虑。跨转子叶片流动的气流被理解为从转子叶片的前缘区段流动至后缘区段的典型气流。取决于风力涡轮机的具体设定和操作模式，以及取决于冲击气流的具体方向，气流的方向可以改变。然而，大体上，跨转子叶片流动的气流基本上平行于转子叶片的弦向方向。表述“气流越过涡流发生器”能够换言之被描述为“气流冲击在涡流发生器上”。有时也被称为皮托压力的滞止压力被限定为在等熵地变成静止的流体中积累的压力。对于能够假定为不可压缩的低速流动，滞止压力等于静压和动压的和。静压应当理解为是自由流液体静压，其例如对于诸如风力涡轮机的开放流动应用而言，与环境压力相等。术语动压指的是每单位质量的流体动能，且因此取决于气流的速度。如果流体等熵地变成静止，则流体的每单位质量的所有动能都转换成压力，且因此在滞止点（流体静止的点）处的压力等于静压和动压的和。滞止压力能够使用所谓的皮托管测量。本专利技术的关键方面在于：使用不同大小的滞止压力以便选择性启动或停用涡轮叶片的涡流发生器。因为在风力涡轮机的相关操作条件期间，假定静压基本上相等，所以实际上是动压的变化导致了涡流发生器的启动或停用。由于边界层厚度的增大或减小，动压可以增大或减小。薄的边界层例如导致高的动压，而厚的边界层涉及小的动压。因此，换言之，该创造性构思也能够被描述为，取决于边界层的厚度而选择性地启动或停用涡流发生器。有利地，涡流发生器的启动或停用被动地发生。因此，主动驱动致动器不是为了启动涡流发生器所必要的。作为替代，通过滞止压力的单纯增大，引起涡流发生器的配置的改变。出于该目的，在本专利技术的特定实施例中，转子叶片包括从涡流发生器大致向上游延伸的压力管，其用于将跨转子叶片流动的气流的部分引导至可膨胀元件。取决于边界层的厚度，高速空气流或低速空气流流过压力管，且冲击、即碰撞或进入可膨胀元件。如果动压小，且因此滞止压力也小，则可膨胀元件不膨胀，或者仅略微膨胀。相比之下，对于高的动压和滞止压力，高速气流流动通过压力管，导致可膨胀元件膨胀成显著的程度。在替代性实施例中，不同的滞止压力仅用作用于触发致动器的触发器，该致动器用于启动涡流发生器。该致动器可以例如是电气或液压驱动的。作为示例，致动器可以使与涡流发生器关联的可膨胀元件膨胀或者放气。注意到，随着边界层中的滞止压力增大，涡流发生器生成涡流的能力减小。换言之，转子叶片被设计成使得，薄的边界层导致高的滞止压力且导致涡流发生器的停用，而厚的边界层导致小的滞止压力，从而导致涡流发生器的启动。已知将涡流发生器置放在转子叶片的几乎任何展向位置处。因此，本领域技术人员不得不做出在哪里将创造性的涡流发生器有利地置放在转子叶片上的选择。建议将涡流发生器置放和定位在转子叶片的外侧一半中，特别地，在转子叶片的外侧三分之一中。该选择是优选的，因为这里对于升力系数的影响和因此对于转子叶片的负载的影响是尤其强烈的。概念“外侧”，意思是邻近转子叶片的末端的区域。适于在本专利技术的背景中使用的可膨胀元件的示例是将要提到的软管或压力室。软管具有如下优点，即，其能够与转子叶片的剩余部分分离地设计，且还可在一定操作时间之后容易地替换。另一方面，压力室（其不得不理解为基本上沿展向方向延伸的腔）完全集成在转子叶片的轮廓中。不使用额外的部件和部分，这是有利的。然而，例如，难以为转子叶片更新压力室。在本专利技术的另一实施例中，涡流发生器至少部分地嵌入到转子叶片的表面中。在该情况下，在涡流发生器从表面伸出（stickingout）时，涡流发生器被视为是有效的或启动的。换言之，其突出远离转子叶片的表面。与该情形相比，如果涡流发生器完全地或至少部分地嵌入到转子叶片的表面中，则涡流发生器被视为停用，从而导致升力和负载的减小。注意到，概念“到转子叶片的表面中”表明了凹座或凹槽或类似的设计选项的存在。因为转子叶片的一般表面的剩余表面部分未改变，所以如果涡流发生器以某种方式与转子叶片的预期廓线相交，则涡流发生器被称为“嵌入到表面中”。选择性嵌入涡流发生器的可行性在于，在该情况下，不仅抑制或减少生成涡流的能力，而且还抑制或减少转子叶片的阻力。因为减少的阻力通常导致转子叶片且因此风力涡轮机的性能的增强，所以这是期望的。如上文中提到地，优选地，嵌入到转子叶片的表面中的涡流发生器的部分随着滞止压力增大而增大。这最终导致涡流发生器随着滞止压力增大而选择性停用。在本专利技术的另一实施例中，涡流发生器能够取决于作用在涡流发生器上的滞止压力的值而弯曲。在该实施例中，不必然需要可膨胀元件。作为替代，仅通过涡流发生器的存在和设计，就能够改变涡流发生器的配置、特别是涡流发生器的形状。这可以通过在涡流发生器处的弹性部分来实现。再次，在优选配置中，在高速气流下，涡流发生器朝转子叶片的表面向下弯曲，且因此被至少部分地停用。这具有如下结果，即，生成涡流的能力减小。如果，另一方面，边界层厚度大，因此，滞止压力小，涡流发生器运动远离表面。因此，涡流发生器的更大部分伸出。换言之，涡流发生器突出远离表面，使得涡流发生器生成涡流的能力增大。一种类似但略微不同的设计是一种涡流发生器，其能够取决于作用在涡流发生器上的滞止压力的值而相对于气流的方向变直。在该情况下，优选地，在转子叶片的表面处至少存在一对涡流发生器。然后例如，在低速气流下（厚的边界层），在成对的两个涡流发生器之间呈现大的角度，而在高速气流下（薄的边界层），在成本文档来自技高网...

【技术保护点】
包括至少一个涡流发生器(30)的风力涡轮机的转子叶片(20)，其中，‑所述涡流发生器(30)附接至所述转子叶片(20)的表面，‑所述涡流发生器(30)至少部分地定位在跨所述转子叶片(20)流动的气流(40)的边界层内，‑所述涡流发生器(30)暴露于滞止压力，所述滞止压力由越过所述涡流发生器(30)的所述气流的部分引起，且所述滞止压力的大小取决于越过所述涡流发生器(30)的所述气流的所述部分的速度，其特征在于，‑所述涡流发生器(30)设置和准备成，取决于作用在所述涡流发生器(30)上的所述滞止压力的大小而改变其配置，使得，随着所述边界层中的滞止压力增大，所述涡流发生器(30)生成涡流的能力减小。

【技术特征摘要】
2016.07.05 EP 16178023.41.包括至少一个涡流发生器(30)的风力涡轮机的转子叶片(20)，其中，-所述涡流发生器(30)附接至所述转子叶片(20)的表面，-所述涡流发生器(30)至少部分地定位在跨所述转子叶片(20)流动的气流(40)的边界层内，-所述涡流发生器(30)暴露于滞止压力，所述滞止压力由越过所述涡流发生器(30)的所述气流的部分引起，且所述滞止压力的大小取决于越过所述涡流发生器(30)的所述气流的所述部分的速度，其特征在于，-所述涡流发生器(30)设置和准备成，取决于作用在所述涡流发生器(30)上的所述滞止压力的大小而改变其配置，使得，随着所述边界层中的滞止压力增大，所述涡流发生器(30)生成涡流的能力减小。2.根据权利要求1所述的转子叶片(20)，其中，所述涡流发生器(30)位于所述转子叶片(20)的外侧一半中，特别地位于所述转子叶片(20)的外侧三分之一中。3.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片(20)，其中，所述涡流发生器(30)包括可膨胀元件，诸如软管(32)或压力室(33)。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：B阿凯，PB埃内沃尔德森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE