具有包括交叉子通道的凹陷式边界层控制装置的风力涡轮机叶片制造方法及图纸

本发明专利技术描述了一种具有纵向方向的风力涡轮机叶片，具有根端、尖端以及在前缘和后缘之间沿横向方向延伸的翼弦。叶片包括流控制表面，该流控制表面具有吸力侧和压力侧。多个边界层控制装置形成在流控制表面中。边界层控制装置包括凹陷在流控制表面中的通道，该通道具有面向前缘的第一末端和面向叶片的后缘的第二末端。通道还包括从第一末端延伸至第二末端的底表面。通道在第一末端包括第一通道区域，该第一通道区域包括具有第一横截面积的第一子通道和具有第二横截面积的第二子通道，第一子通道和第二子通道在交叉点彼此交叉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有纵向方向的风力涡轮机叶片，其具有根端和尖端以及沿横向 方向在前缘和后缘之间延伸的翼弦，叶片包括具有吸力侧和压力侧的流控制表面。
技术介绍
在许多情况下，期望提供一种延迟或防止流动介质和区域中的流控制表面之间的 流分离的方法，其中，流动介质的边界层由于流控制表面的轮廓而受到足以导致流分离的 压力梯度。当粘性流体向着后缘越过风力涡轮机叶片时，流体从具有低静态压力的区域流向 具有高静态压力的区域，在此过程中，受到逆向压力梯度。这导致倾向于妨碍边界层的力， 该力可能足够强，以阻止流或使流反向，这可能造成流体分离，并以不可预测的方式行动。 这继而由于流控制介质的尾流中的分离的流的横截面积而导致阻力的增加，继而减小了风 力涡轮机叶片的升力，并甚至可能导致叶片失速。众所周知，通过利用涡流发生器将自由流与边界层混合而延迟或防止流分离，该 涡流发生器从流控制表面，即风力涡轮机叶片的表面突出。存在着大量不同的涡流发生器 类型，例如静叶式，参见例如WO 01/16482，或者形成为如WO 00/15961中所示的三角形突 起的涡流发生器。然而，所有这些涡流发生器被相对高的阻力的缺陷所阻碍。此外，这些在 生产叶片之后通常安装在风力涡轮机叶片的表面上的涡流发生器，具有在运输期间断裂的 倾向，这可能严重地损害叶片的功能性。US 4455045描述了一种备选装置，其保持流动介质的流附着到流控制部件的外 表，其中，基本上三角形的通道凹陷在流控制部件的表面中。三角形的通道具有面向流动介 质的流的顶点部，并且，通道显露于这个顶点部的表面处。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种用于风力涡轮机转子的新型叶片，其克服或改善了 现有技术的至少一个缺点，或者提供了一种有用的备选方案。根据本专利技术的第一方面，该目的通过形成于流控制表面中的多个边界层控制装置 来实现，其中，边界层控制装置包括凹陷在流控制表面中的通道，该通道具有面向前缘的第 一末端和面向叶片的后缘的第二末端，通道包括从第一末端延伸至第二末端的底表面，并 且，通道在第一末端包括第一通道区域，该第一通道区域包括具有第一横截面积的第一子 通道和具有第二横截面积的第二子通道，第一子通道和第二子通道在交叉点彼此交叉。这 两个交叉的子通道各引导分别具有第一速度方向和第二速度方向的分离的流，并且，由于 这两个来临的流的不同的速度方向而在交叉点产生涡流。这种涡流将边界层拉向流控制表 面，并激励边界层，从而延迟流分离或完全防止流分离。这提供了一种风力涡轮机叶片，其 中，流的分开可延迟至叶片的后缘或被完全防止。因而，可增加风力涡轮机叶片的整个升力和效率。交叉点位于最靠近叶片的后缘的第一通道区域的一部分中，第一子通道和第二子 通道因而向着交叉点而收敛。根据第一实施例，通道在第二末端包括第二通道区域，该第二通道区域具有使得 在交叉点产生的涡流能够沿流动方向通过第二通道区域而传播的形状。因此，涡流可沿流 动方向传播，并从而有效地激励和再激励边界层。在根据本专利技术的一个实施例中，第二通道区域包括在流控制表面和底表面之间延 伸的第一侧壁以及在流控制表面和底表面之间延伸的第二侧壁，其中，第一侧壁和第二侧 壁大致平行，例如平行于横向方向或流动方向。作为备选，第一侧壁和第二侧壁沿横向方向 或流动方向发散。这两种方案提供了可使涡流沿流动方向传播的简单的实施例。根据叶片的一个实施例，第一通道区域和第二通道区域被尖锐的边缘分开。也就 是说，第一子通道的一个侧壁延续至第二通道区域的第一侧壁，并且，第二子通道的一个侧 壁延续至第二通道区域的第二侧壁，这些侧壁之间的横向距离沿流动方向不连续地变化。根据子通道的第一实施例，第一横截面积与第二横截面积大致相同。根据子通道 的另一实施例，第一横截面积不同于第二横截面积。这增强了交叉点处的两个来临的流之 间的剪应力，从而更有效地产生涡流。在根据本专利技术的一个实施例中，第二通道区域包括第一附加子通道和/或第二附 加子通道。这两个附加子通道还可具有不同的横截面积，并可用于在交叉点的下游产生新 的涡流组。在根据本专利技术的另一实施例中，第一横截面积和/或第二横截面积沿流动方向而 减小。这提供了一种用于使流向着交叉点加速，从而能够产生甚至更强的涡流的简单方法。 这可通过使子通道的侧壁沿流动方向而发散和/或通过使这些侧壁的高度沿流动方向而 减小来实现。根据有利的实施例，子通道的侧壁以及第一侧壁和第二侧壁形成了带有流控制表 面的侧壁边缘，这些边缘相对尖锐，即侧壁和流控制表面形成了大约90度的角度。然而， 对于涡流生成通道按预期起作用而言，边缘不需要为大约90度。因而，第一侧壁和第二侧 壁还可在横截面上发散，使得第一侧壁边缘和第二侧壁边缘形成大于90度的角度。作为备 选，侧壁边缘可延伸越过流控制表面。这可通过例如在通道之上形成唇缘来实现。因此，通 道不具有尖锐的边缘，从而使模制带有流控制表面的物体更容易。底表面还可以沿流动方向凸起或凹入。当以通道的横截面看时，底表面可以为圆 形或大致平坦。通道还可设有布置在第一通道区域之前的入口和/或设有布置在第二通道区域 之后的出口。因而，在入口的末端或第一通道区域的末端处，通道可显露于流控制表面，以 及显露于第二通道区域的末端或出口的末端处。侧壁可大致平行于通道的入口和出口内的 流动方向。通道还可具有小的不连续性，即通道或侧壁的高度可阶梯式地减小。根据有利的实施例，第一子通道和第二子通道在交叉点以10至100度之间、或20 至95度之间、或25至90度之间的角度彼此交叉。优选，保持附着的流的多个装置布置在叶片的吸力侧。该装置，即涡流产生通道通 常沿叶片的翼展方向或纵向方向而布置成阵列。用于保持附着的流的装置还可沿叶片的弦 向方向或横向方向，即翼弦的方向进行级联。5在使用期间，风力涡轮机叶片安装到转子轮毂上。叶片通常被分为具有大致圆形 轮廓并最靠近轮毂的根部区域、具有升力产生轮廓并离轮毂最远的翼型区域以及位于根部 区域和翼型区域之间的过渡区域，过渡区域的轮廓沿径向方向从根部区域的圆形轮廓逐渐 改变成翼型区域的升力产生轮廓。用于保持附着的流的装置主要定位在叶片的异型部分，即翼型区域上，并可选地 定位在叶片的过渡区域。当从前缘看去时，用于保持附着的流的装置的弦向位置可位于翼弦的10%至 80%之间。作为备选，它们定位于从前缘看时在翼弦的20%至70%之间延伸的区域中。总 地说来，该装置用于延迟分离，其中，前方的位置，即靠近前缘的位置，用于延迟失速，后方 的位置，即远离前缘的位置，用于提高效率。根据风力涡轮机叶片的一个有利的实施例，通道的高度为弦长的0. 至5%之 间，或备选地为0. 2%至3. 5%之间，或备选地为0. 5%至2%之间。这些高度有效地产生所 需尺寸的涡流。所提及的通道高度优选位于产生涡流的位置，即紧接在第二通道区域的起 点之后。通常，涡流优选与通道和/或边界层的高度相对应。根据本专利技术的叶片的优选实施例，风力涡轮机叶片构造为一种纤维加强型聚合物 的壳体部件。通过在阴模中形成突起，或者通过在风力涡轮机叶片的表面中模制可溶解的 材料的条带，在模制之后溶解条带以形成涡流产生通道，从而在模制工艺的期间，可在风力 涡轮机叶片的表面中形成通道。还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有纵向方向的风力涡轮机叶片（１０），具有根端（１６）、尖端（１４）以及在前缘（１８）和后缘（２０）之间沿横向方向延伸的翼弦，所述叶片（１０）包括流控制表面，该流控制表面具有吸力侧和压力侧，其特征在于，多个边界层控制装置（４０）形成在所述流控制表面中，其中，所述边界层控制装置（４０）包括凹陷在所述流控制表面（１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２）中的通道，该通道具有面向所述前缘（１８）的第一末端和面向所述叶片（１０）的后缘（２０）的第二末端，所述通道包括从所述第一末端（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）延伸至所述第二末端（１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４、７０４）的底表面（１０６、２０６、３０６、４０６、５０６），并且，所述通道在所述第一末端（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２）包括第一通道区域（１２２、２２２、３２２、４２２、５２２），该第一通道区域包括具有第一横截面积的第一子通道（１１８、２１８、３１８、４１８、５１８、６１８、７１８）和具有第二横截面积的第二子通道（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０），所述第一子通道（１１８、２１８、３１８、４１８、５１８、６１８、７１８）和所述第二子通道（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０、７２０）在交叉点彼此交叉。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2007-8-31 07388065.0一种具有纵向方向的风力涡轮机叶片(10)，具有根端(16)、尖端(14)以及在前缘(18)和后缘(20)之间沿横向方向延伸的翼弦，所述叶片(10)包括流控制表面，该流控制表面具有吸力侧和压力侧，其特征在于，多个边界层控制装置(40)形成在所述流控制表面中，其中，所述边界层控制装置(40)包括凹陷在所述流控制表面(112、212、312、412、512、612、712)中的通道，该通道具有面向所述前缘(18)的第一末端和面向所述叶片(10)的后缘(20)的第二末端，所述通道包括从所述第一末端(102、202、302、402、502、602、702)延伸至所述第二末端(104、204、304、404、504、604、704)的底表面(106、206、306、406、506)，并且，所述通道在所述第一末端(102、202、302、402、502、602、702)包括第一通道区域(122、222、322、422、522)，该第一通道区域包括具有第一横截面积的第一子通道(118、218、318、418、518、618、718)和具有第二横截面积的第二子通道(120、220、320、420、520、620、720)，所述第一子通道(118、218、318、418、518、618、718)和所述第二子通道(120、220、320、420、520、620、720)在交叉点彼此交叉。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述多个边界层控制装置 (40)布置在所述叶片的吸力侧。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述通道在所述第二末 端(104、204、304、404、504、604、704)包括第二通道区域(124、224、324、424、524)，该第二 通道区域具有使得在所述交叉点产生的涡流能够沿横向方向通过所述第二通道区域(124、 224、324、424、524)而传播的形状。4.根据上述任一权利要求所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述第一子通道和所 述第二子通道在所述交叉点以10至100度之间、或20至95度之间、或25至90度之间的 角度彼此交叉。5.根据上述任一权利要求所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述第二通道区域 (124、224、324、424、524)包括在所述流控制表面(112、212、312、412、512、612、712)和所述 底表面(106、206、306、406、506)之间延伸的第一侧壁(108、208、308、408、508、608、708)以 及在所述流控制表面(112、212、312、412、512、612、712)和所述底表面(106、206、306、406、 506)之间延伸的第二侧壁(110、210、310、410、510、610、710)，并且，所述第一侧壁(108、 208、308、408、508、608、708)和所述第二侧壁(110、210、310、410、510、610、710)大致平行。6.根据权利要求1-4中任一项所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：P富格尔桑格，S博夫，
申请(专利权)人：LM玻璃纤维制品有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]