【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风轮机领域，涉及水平轴风轮机转子的叶片，更具体地涉及具有平背后缘的转子叶片型面。
技术介绍
1、风轮机是用于将动态流体能转换为旋转能的旋转机器，主要由塔架和机舱组成，机舱容纳有发电机，发电机连接到具有叶片的转子，转子叶片具有根据将机械能转换为电能的过程中涉及的空气动力学需求设计的翼型外形或型面。
2、风从前缘到后缘掠过转子叶片，降低型面一侧(吸力面或顶侧)的压力，增大另一侧(压力面或底侧)的压力。转子叶片型面两侧之间的空气压差产生升力和阻力，当升力在转子平面中的分量强于阻力在转子平面中的分量时，转子开始旋转。转子直接地或通过齿轮箱连接到发电机，以提高轴的转速，将空气动力转化为旋转，从而发电。
3、因此，翼型型面的升阻比越高，风轮机的效力和效率就越高，考虑优化直接影响能量产出的结构特征也很重要，例如翼型(叶片)尺寸和结构重量等。
4、翼型型面设计用于在高设计升力系数下实现高升阻比，改善风轮机的空气动力学性能和风能捕获，允许减小叶片的弦长(前缘和后缘之间的距离)，从而减小结构重量。使用专用于叶片内端(更靠近转子轮毂的部分)的平背翼型对于通过降低结构重量来提高结构性能也很重要。
5、转子叶片的厚型面是指相对厚度(最大垂直厚度与弦长之比)超过35％的型面，并且可以具有或不具有截顶的后缘(钝后缘、平背)。在这两种情况下，型面都具有以下压力分布，其中，型面吸力面(顶侧)的最大负压点(吸力尖端)随着迎角增大靠近型面鼻部。由于型面表面上的局部压力对应于型面的局部速度，因此压力分布是型
6、厚型面用于风轮机的转子叶片，尤其是在叶根区域(即靠近转子轮毂)，由于局部周向速度较小，与叶片外端的型面相比，型面剖面的迎角增大。这意味着，对于传统型面，对于使用型面的迎角来说型面周围的最大局部速度位于型面鼻部附近。
7、涡流发生器用于提高转子叶片的性能，主要由安装在吸力面(尤其是靠近风轮机叶片叶根)的小翅片组成，减少了高迎角下的气流分离(失速)，从而产生更高的升力、更低的阻力和更大的扭矩来转动转子并发电。涡流发生器可以提高性能，尤其是当机翼前缘被污染以及边界层完全湍流时。具有湍流边界层的翼型，在没有涡流发生器的情况下，与洁净翼型相比，在更低的迎角和更低的升力下分流。
8、涡流发生器通常安装在相对厚度较大的型面上叶根区域。涡流发生器产生尾流涡流，为型面下游周围的流动边界层提供额外能量。因此，型面的吸力面上的流动仅在更高的迎角下开始分流(失速)，因此型面在更大的迎角下工作良好并产生期望的更高升力。提高翼型空气动力学性能的另一种方式是使用格尼(gurney)襟翼，格尼襟翼是放置在叶片后缘处压力面上的小唇部，可产生更多升力并延迟失速的肇始。
9、这些部件的局部流入速度(动能)越大，涡流发生器工作得越好，但涡流发生器的影响性随着涡流发生器后面的流动长度而减小。这意味着，为了获得涡流发生器的最佳效果，涡流发生器应安装在尽可能最高局部速度处，同时在型面的吸力面上尽可能靠后。
10、在洁净型面(正常状态)的情况下，边界层的类型在吸力尖端后面从层流变为湍流，即当流动的边界层再次减慢时。层流边界层比湍流边界层薄得多。因此，有利的是涡流发生器位于层流边界层中的吸力尖端区域(即最大型面流速)中。因此，大多数涡流发生器都是以未扰动流速流入的，并且工作特别有效。
11、这些综合条件对风轮机转子叶片的建设者和制造商构成了复杂的挑战，因为它们使得有必要在型面上更靠后处产生高局部流速，从而在型面上更靠后处提供涡流发生器的高流入速度，且仍然具有层流边界层，允许型面在更高的迎角下仍然工作而没有流动分离(这是所期望的，因为这样转子叶片可以产生更多的动力，即提供更多的能量产出)，并且同时减小后缘的高度(这是为了更容易地生产叶片而期望的，即降低构造成本和型面阻力并因此增大能量产出)，以及型面的最大厚度点将被进一步推向型面后缘(这对于较轻的叶片结构是期望的，即材料节省，并且因此有利于降低涡轮机的负载)。
12、现有技术中有几种解决方案旨在提高厚翼型型面效率和风轮机能量产出。
13、一个例子是后缘厚度相对较小的厚型面，例如，对于具有40％相对厚度的型面，后缘厚度为弦长的5％，或者对于具有50％相对厚度的型面，后缘厚度为弦长的10％，最大型面厚度的位置在30％弦长以下。与本专利技术的型面相比，这些型面具有较小的最大迎角(在该迎角处，提供线性升力行为，尤其是在被污染的条件下)以及较小的最大升力(特别是在污染情况下)。现有技术的厚型面的这些特性导致转子叶片的叶根区域的性能不足，因为转子叶片的该区域中的风能没有被充分利用。
14、现有技术的另一个例子是us8814525b2，其描述了风力发电设备的转子叶片和转子叶片的型面，根据该文献的摘要，其特征在于，主弧线至少在朝着压力面的方向上的部分中在弦线下方延伸。
15、上述翼型具有35％最大厚度弦向位置的最大值，以及相当恒定的弯曲吸力面，这将导致在高迎角下吸力峰值的向前位置。这些型面还具有非常高的后缘厚度，这是结构上的缺点。原因是，这种翼型原本不是为与涡流发生器一起使用而设计的。
16、从上面的描述中可以得出，对于以下型面的解决方案还有空间和需求：能够在型面上更靠后处产生高局部流速和相应吸力峰值的型面，从而在型面上更靠后处提供涡流发生器的更高流入速度但仍然具有层流边界层，允许型面在更高的迎角下仍能在没有流动分离的情况下工作，同时具有适度的后缘高度，并且型面的最大厚度点被进一步推向型面后缘。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的之一是根据所附权利要求中权利要求1的特征提供一种用于风轮机的转子叶片。
2、本专利技术的另一个目的是根据所附权利要求中权利要求5的特征提供一种相应的风轮机。
3、其他特征和特征细节在从属权利要求中给出。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于风轮机的转子叶片，其特征在于，叶片包括高升力叶根型面，具有平背的后缘(TE)、吸力面(SS)和压力面(PS)，相对厚度(t)在弦长(c)的45％和75％之间、优选地在48％和70％之间，后缘厚度(tTE)在翼型厚度(t)的30％和75％之间、优选地在35％和60％之间，其中，从前缘(LE)朝向后缘(TE)测量，最大厚度(t)的弦长位置(x_t)在弦长(c)的35％和45％之间、优选地在36％和42％之间。
2.根据权利要求1所述的用于风轮机的转子叶片，其特征在于，吸力面(SS)的几何形状应使得压力分布的吸力峰值位于弦长(c)的至少30％的位置，直到翼型厚度(t)相对于弦长(c)的百分比为至少35％的以度为单位的迎角(aa)。
3.根据权利要求1或2所述的用于风轮机的转子叶片，其特征在于，涡流发生器放置在吸力面(SS)的吸力峰值的位置处。
4.根据权利要求1至4任一项所述的用于风轮机的转子叶片，其特征在于，吸力面(SS)的曲率具有在弦长(c)的0％和5％之间的弦长位置(x_t)处的第一局部最大值，在弦长(c)的25％至45％处接近最大
5.一种风轮机，其特征在于，风轮机配备有转子叶片，转子叶片具有高升力叶根型面，并具有平背的后缘(TE)、吸力面(SS)和压力面(PS)，相对厚度(t)在弦长(c)的45％和75％之间、优选地在48％和70％之间，后缘厚度(tTE)在翼型厚度(t)的30％和75％之间、优选地在35％和60％之间，其中，从前缘(LE)朝向后缘(TE)测量，最大厚度(t)的弦长位置(x_t)在弦长(c)的35％和45％之间、优选地在36％和42％之间。
6.根据权利要求5所述的风轮机，其特征在于，吸力面(SS)的几何形状应使得压力分布的吸力峰值位于弦长(c)的至少30％的位置，直到翼型厚度(t)相对于弦长(c)的百分比为至少35％的以度为单位的迎角(aa)。
7.根据权利要求6所述的风轮机，其特征在于，涡流发生器放置在吸力面(SS)的吸力峰值的位置处。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的风轮机，其特征在于，吸力面(SS)的曲率具有在弦长(c)的0％和5％之间的弦长位置(x_t)处的第一局部最大值，在弦长(c)的25％至45％处接近最大厚度位置(t)的曲率第二局部最大值，以及在第一局部最大值和第二局部最大值之间的局部最小值，在局部最小值处，曲率低于接近最大厚度(t)位置的曲率局部最大值的78％。
...【技术特征摘要】
1.一种用于风轮机的转子叶片，其特征在于，叶片包括高升力叶根型面，具有平背的后缘(te)、吸力面(ss)和压力面(ps)，相对厚度(t)在弦长(c)的45％和75％之间、优选地在48％和70％之间，后缘厚度(tte)在翼型厚度(t)的30％和75％之间、优选地在35％和60％之间，其中，从前缘(le)朝向后缘(te)测量，最大厚度(t)的弦长位置(x_t)在弦长(c)的35％和45％之间、优选地在36％和42％之间。
2.根据权利要求1所述的用于风轮机的转子叶片，其特征在于，吸力面(ss)的几何形状应使得压力分布的吸力峰值位于弦长(c)的至少30％的位置，直到翼型厚度(t)相对于弦长(c)的百分比为至少35％的以度为单位的迎角(aa)。
3.根据权利要求1或2所述的用于风轮机的转子叶片，其特征在于，涡流发生器放置在吸力面(ss)的吸力峰值的位置处。
4.根据权利要求1至4任一项所述的用于风轮机的转子叶片，其特征在于，吸力面(ss)的曲率具有在弦长(c)的0％和5％之间的弦长位置(x_t)处的第一局部最大值，在弦长(c)的25％至45％处接近最大厚度位置(t)的曲率第二局部最大值，以及在第一局部最大值和第二局部最大值之间的局部最小值，在局部最小值处，曲率低于接近最大厚度(t)位置的曲率局部最大值的...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·佩切，
申请(专利权)人：威格电气设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。