风能设施的转子叶片、风能设施和设计转子叶片的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于风能设施(100)的转子叶片(108)，转子叶片以从叶片连接部至叶尖的翼型曲线延伸，其中翼型曲线包含至少一个翼型，所述翼型包括：背风面和迎风面；大于25％的相对翼型厚度；翼弦，所述翼弦在翼型的前缘和后缘之间延伸并且具有限定翼型深度的长度；等分线，所述等分线至少部分地在翼弦下方伸展；在背风面上从后缘开始延伸的凸状区域和在迎风面上从后缘开始延伸的凸状区域，其中迎风面上的凸状区域限定迎风面至后缘的倒圆的过渡区域。区域。区域。

【技术实现步骤摘要】
风能设施的转子叶片、风能设施和设计转子叶片的方法


[0001]本专利技术涉及一种用于风能设施的转子叶片，一种用于风能设施的转子以及一种用于设计转子叶片的方法。

技术介绍

[0002]风能设施具有带有至少一个、两个或更多个转子叶片、优选三个转子叶片的转子并且构成为，从风动能中产生机械旋转能并且从其中产生电能。这种风能设施是普遍已知的并且通常包括在其上设置有转子的吊舱和塔，吊舱连同转子围绕基本上竖直定向的轴线可转动地设置在所述塔上。
[0003]风能设施通常构成为所谓的水平轴线风能设施，所述水平轴线风能设施包括具有基本上水平的轴线的转子，其转子叶片在基本上垂直于风的平面中转动。这种水平轴线风能设施利用升力的空气动力学原理将风动能转换成机械旋转能。在此，转子叶片的翼型构成背风面和迎风面，使得在翼型由运动的空气环流时在背风面上相对于迎风面产生负压。在迎风面和背风面之间的从中得出的压差引起空气动力学升力。升力在此例如与转子叶片的迎角相关。
[0004]已知的转子叶片具有下述缺点，紧贴的空气流动尤其在背风面上中断并且形成具有分离的流动的所谓的“死水区”。尤其在迎角较大的情况下，流动不再能够平滑地紧贴在转子叶片的翼型处而中断。死水区减小转子叶片的升力并且使转子叶片减速，其方式为：其阻力提高。由此，转子的效率和从而风能设施的产额降低。
[0005]为了改进转子叶片的空气动力学特性并且为了提高效率，已知不同的解决方案。例如已知的是，使用尤其在内部区域中具有平坦的后缘的转子叶片，所谓的平脊翼型。为了生产这种具有压力测和背风面锐利的、平坦的后缘的厚翼型，通常需要附加的泡沫衬垫。因此，生产在构造上是非常耗费的并且与提高的成本、尤其与附加的材料成本、高的人员成本和制造成本相关联。
[0006]这种转子叶片的缺点尤其如下，在高的风速下经常出现不期望的振动。转子叶片的已知的动态不稳定性为颤动，组合的弯曲和扭转振动。当转子叶片激励成振荡运动时，会出现颤动，即尤其气动力、弹性力和重力的相互激励。这种状态尤其是危险的，因为振动会加和，其方式为：从环流中接收越来越多的能量，由此例如转子叶片可能被损坏。风能设施的在高于其时出现转子叶片趋于颤动的风险的转子转速因此通常应足够远地处于常见的运行极限之外。尤其在转子叶片未来变得更大和同时更轻时，转子叶片颤动的风险在低风速下也升高。
[0007]出于所述原因，通过平脊翼型可实现的优点仅在具有相对小的转子直径的风能设施中在大的额定功率下、即在3MW额定功率和大于500W/m2的转子容量的情况下或在3MW的额定功率和374W/m2的转子容量的情况下或在4.2MW额定功率和337W/m2的转子容量的情况下可以经济地利用。
[0008]然而为了节约成本，将风能设施越来越多地尤其设计成，使得所述风能设施具有
小于300W/m2的转子容量。由此，通常在发电机成本降低和设施负载降低的情况下可以实现更多的全负载运行时间。然而，所述设计尤其引起，在风速较小时，在内部的转子叶片区域中产生的功率在外部区域中已经必须部分被再次放弃，以便可以降低发电机处的扭矩。在转子电流管中可提供的风功率尤其在所述运行状态下可以比可经由发电机输出的功率明显更高。例如已知的是，通过转子叶片的桨距调节放弃过剩的功率。由此，然而尤其在叶尖处可能出现流动分离，所述流动分离又会引起转子叶片的不期望的振动和尤其颤动。
[0009]为了避免在上文中提到的不利的运行状态，风能设施尤其在相对小的风速下、尤其从15m/s或20m/s或25m/s的风速起已经关断。然而，通过所述较早使用的风暴调节出现明显的产额损失。
[0010]在航空领域中例如已知的是，借助于尤其在叶根和叶片中部处的升力降低或明显的阻力升高来减少或防止在上文中提到的通过功率降低造成的缺点。对此已知的措施例如是减速板、拱曲板、扰流器和分裂式襟翼。然而缺点是工程复杂性和与此关联的维护耗费。由于所述缺点在风能设施中使用这种措施是不经济的。
[0011]现有的用于提高效率和/或用于避免不期望的振动和颤动运动的设备提供不同的优点，然而进一步的改进方案是值得期望的。

技术实现思路

[0012]因此，本专利技术的目的是，提供一种用于风能设施的转子叶片、一种风能设施和/或一种用于设计转子叶片的方法，其减少或消除上述缺点中的一个或多个。本专利技术的目的尤其是，提供一种解决方案，所述解决方案进一步地提升对于高的设施经济性的风能设施的转子叶片的效率并且同时防止转子叶片的颤动运动。尤其地，目的是降低生产转子叶片的耗费和复杂性以及生产成本。
[0013]根据第一方面，所述目的通过一种用于风能设施的转子叶片来实现，所述转子叶片沿纵向方向以从叶片连接部至叶尖的翼型曲线延伸，其中翼型曲线包含至少一个翼型，所述翼型包括：背风面和迎风面；大于25％的相对翼型厚度；翼弦，所述翼弦在翼型的前缘和后缘之间延伸并且具有限定翼型深度的长度；等分线，所述等分线至少部分地在翼弦下方伸展；在背风面上从后缘开始延伸的凸状区域和在迎风面上从后缘开始延伸的凸状区域，其中迎风面上的凸状区域限定迎风面至后缘的倒圆的过渡区域。
[0014]本专利技术基于如下知识，在高风速下转子叶片的不期望的振动和尤其颤动尤其归因于转子叶尖处的大的负的迎角，如果在非常高的风速下、尤其在风速高于达到额定功率的风速的情况下、优选在大于15m/s的风速下在内部的转子叶片区域中产生的功率在外部区域中必须降低或甚至至少部分地再次放弃，以便可以降低发电机处的扭矩，那么出现所述负的迎角。在转子电流管中可供使用的风功率因此优选地在所述运行状态中比可以经由发电机输出的功率明显更大。过剩的功率尤其可以通过转子叶片的桨距调节降低或放弃并且在高的风速下引起在叶尖处的流动分离。所述流动分离可以激励转子叶片的不期望的振动和尤其颤动。
[0015]专利技术人已经发现，在至平坦的后缘的过渡部处的、尤其在迎风面的出流棱边处的平脊翼型倒圆部在小的半径下已经可以引起升力的明显降低。例如，迎风面的倒圆的过渡区域处的为在具有大约45％的相对翼型厚度的翼型处的翼弦的长度的大致5％的半径可以
引起升力降低30％至80％。
[0016]在此处描述的解决方案中，提供一种具有至少一个翼型的转子叶片，其在背风面上和在迎风面上都具有从后缘开始的凸状区域。
[0017]通过迎风面至后缘的倒圆的过渡区域，局部产生的功率在高的风速下因升力势能的损失会降低。尤其通过降低由叶根产生的功率，可以在较高的迎角下在外部部段处产生更多功率。
[0018]本解决方案的另一优点在于，通过过渡区域的限定的倒圆可以根据需要调整升力系数。尤其地，转子叶片的几何形状可以沿着转子叶片长度根据需要不同地构成。在此有利的是，各个翼型的几何形状可以根据年平均风速调整。此外有利的是，通过提出的解决方案整体上可以提高风能设施的效率和从而尤其也提高年产额。
[0019]此外，这种翼型和/或转子叶片的生产耗费以及生产成本可以明显降低。尤其地，翼型在型壳或模具分离移置到背风面的后缘上时可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于风能设施(100)的转子叶片(108)，所述转子叶片沿纵向方向(112)以从叶片连接部(114)至叶尖(116)的翼型曲线延伸，其中所述翼型曲线包含至少一个翼型(200，300)，所述翼型包括：
‑
背风面(201，301)和迎风面(202，302)；
‑
大于25％的相对翼型厚度；
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翼弦(203，303)，所述翼弦在所述翼型(200，300)的前缘(204，304)和后缘(205，305)之间延伸并且具有限定翼型深度的长度；
‑
等分线(230，240，250，330)，所述等分线至少部分地在所述翼弦(203，303)下方伸展；
‑
在所述背风面(201，301)上从所述后缘(205，305)开始延伸的凸状区域(206，306)，和
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在所述迎风面(202，302)上从后缘(205，305)开始延伸的凸状区域(207，307)，其中所述迎风面(202，302)上的凸状区域(207，307)限定所述迎风面(202，302)至所述后缘(205，305)的倒圆的过渡区域。2.根据权利要求1所述的转子叶片(108)，其中在所述倒圆的过渡区域处设置有用于空气动力学的流动影响的装置(360，380)，其中优选地，所述装置(360，380)构成为格尼襟翼或分裂式襟翼。3.根据上述权利要求2所述的转子叶片(108)，其中所述装置(360，380)相对于局部期望迎流方向以大于90
°
的角度、尤其相对于局部期望迎流方向以大于100
°
的角度设置在所述倒圆的过渡区域处。4.根据上述权利要求2或3中至少一项所述的转子叶片(108)，其中所述装置(360，380)具有在所述翼型深度的0.1％和40％之间的长度，其中优选地，所述翼型(200，300)的相对翼型厚度
‑
为所述翼型深度的最大30％并且所述装置(360，380)的长度为所述翼型深度的最大10％，或者
‑
大于所述翼型深度的30％并且所述装置(360，380)的长度为所述翼型深度的最大40％。5.根据上述权利要求4所述的转子叶片(108)，其中所述装置(360，380)能够从第一位置朝向第二位置的方向运动，在所述第一位置中，在所述装置(360，380)的外部轮廓棱边(361)和背风面的出流棱边之间的间距为在所述背风面(201，301)和所述迎风面(202，302)之间形成的最大翼型厚度的至少10％，所述第二位置描述升力减小的配置，在所述配置中，在所述装置(360，380)的外部轮廓棱边(361)和所述背风面的出流棱边(315)之间的间距减小。6.根据上述权利要求2至5中至少一项所述的转子叶片(108)，其中所述装置(360，380)构成为有源可控，以用于升力控制。7.根据上述权利要求中至少一项所述的转子叶片(108)，其中所述等分线(230，240，250，330)在如下区域中在所述翼弦(203，303)下方伸展和/或具有数学正曲率，在所述区域中，所述等分线(230，240，250，330)由在所述迎风面(202，302)上从所述后缘(205，305)开始延伸的凸状区域(207，307)和在所述背风面(201，301)上从所述后缘(205，305)开始延伸的凸状区域(206，306)限定。8.根据上述权利要求中至少一项所述的转子叶片(108)，
其中所述等分线(230，240，250，330)在如下区域中具有位于所述翼弦(203，303)下方的后部局部最小值(231，241)，在所述区域中，所述等分线(230，240，250，330)由在所述迎风面(202，302)上从所述后缘(205，305)开始延伸的凸状区域(207，307)和在所述背风面(201，301)上从所述后缘(205，305)开始延伸的凸状区域(206，306)限定，和/或其中所述等分线(230，240，250)在如下区域中具有位于所述翼弦(203，303)下方的前部局部最小值(232，242，251)，在所述区域中，所述等分线(230，240，250)由在所述迎风面(202)上从所述前缘(204)开始延伸的凸状区域(207)和在所述背风面(201，301)上从所述前缘(204，304)开始延伸的凸状区域(206)限定。9.根据上述权利要求8所述的转子叶片(108)，包括所述前部局部最小值(232，242)和所述后部局部最小值(231，241)，其中所述压力测(202，302)在如下区域中具有凹状区域(227)，所述区域在从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：约亨，
申请(专利权)人：乌本产权有限公司，
类型：发明
国别省市：