具有窄肩和相对厚的翼型型面的风力涡轮机叶片制造技术

一种用于具有基本水平转子轴的风力涡轮机（2）的转子的叶片（10），所述转子包括毂（8），所述叶片（10）当被装至所述毂（8）时基本在径向方向上从所述毂（8）延伸，提出具有横向方向和具有末梢端（16）和根部端（14）的纵向方向（r）的所述叶片。所述叶片还包括：成型轮廓，所述成型轮廓包含压力侧和吸力侧、以及前缘（18）和后缘（20）并带有具有在所述前缘（18）和所述后缘（20）之间延伸的弦长（c）的弦，所述成型轮廓当被入射气流冲击时产生升力，其中所述成型轮廓被分为：具有最接近所述毂的基本圆形或椭圆形型面的根部区域（30）、具有最远离所述毂的升力产生型面的翼型区域（34）、以及在所述根部区域（30）与所述翼型区域（34）之间的过渡区域（32），所述过渡区域（32）具有从所述根部区域的所述圆形或椭圆形型面向所述翼型区域的所述升力产生型面在径向方向上逐渐改变的型面。具有肩宽（W）的肩（40）位于所述过渡区域（32）与所述翼型区域（34）之间的边界处。所述叶片（10）具有叶片长（L），以及所述成型轮廓包括被定义为最大型面厚度（t）与所述弦长（c）之间的局部比率的局部相对厚度。所述肩宽（W）与所述叶片长（L）之间的比率小于或等于0.075，且在0-0.8L的叶片长区间中的所述相对厚度（t/c）为至少22％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于具有基本水平转子轴的风力涡轮机的转子的叶片，所述转子包括毂，叶片当被装至毂时基本在径向方向上从毂延伸，叶片具有横向方向和具有末梢端和根部端的纵向方向，叶片还包括:成型轮廓，成型轮廓包含压力侧和吸力侧、以及前缘和后缘并带有具有在前缘与后缘之间延伸的弦长的弦，成型轮廓当被入射气流冲击时产生升力，其中成型轮廓被分为:具有最接近毂的基本圆形或椭圆形型面的根部区域、具有最远离毂的升力产生型面的翼型区域、以及在根部区域与翼型区域之间的过渡区域，过渡区域具有从根部区域的圆形或椭圆形型面到翼型区域的升力产生型面在径向方向上逐渐改变的型面、以及具有肩宽并且位于过渡区域与翼型区域之间的边界处的肩(shoulder)，其中叶片具有叶片长，以及成型轮廓包括被定义为最大型面厚度与弦长之间的局部比率的局部相对厚度。
技术介绍
风力涡轮机制造商一直致力于提高他们的风力涡轮机的效率以便于最大化年发电量。此外，风力涡轮机制造商对延长他们的风力涡轮机模型的寿命感兴趣，因为开发新的风力涡轮机模型花费长时间和许多资源。一种提高风力涡轮机的效率的显而易见的方法是提高风力涡轮机叶片的效率，致使风力涡轮机能在给定风速下产生较高的功率输出。然而，风力涡轮机模型的叶片不能被人用其他更具效率的叶片任意地替换。风力涡轮机模型被从转子与叶片将尺寸定到特定的负载范围。因而，必须确保的是新的风力涡轮机叶片遵从风力润轮机模型的设计规格，而且还必须确保的是风力润轮机叶片自身遵从保修(warranty)问题，而且被制造成维持至少一定年数而不损坏。
技术实现思路
本专利技术的目的是得到新的风力涡轮机叶片，其被设计成遵从某先前的设计规格或给现有的叶片提供有用的代用品。根据本专利技术的第一方面，所述目的通过前述类型的风力涡轮机叶片获得，其中肩宽与叶片长之间的比率小于或等于0.075，且在0-0.8L的叶片长区间中的相对厚度为至少22%。因而，看得见本专利技术提供细长且相对厚的风力涡轮机叶片。所以，最小化叶片的负载是可能的，因为叶片的总面积被最小化，因而降低了例如风暴负载。此外，相对厚的叶片更坚硬，由于负载携带结构进一步地被间隔开，这继而意味着叶片壳体可以被制造得更薄。因而总体质量可以被控制(ke印down)。然而，使用窄的肩宽和相对厚的叶片型面的组合已被惊人地发现明显增加这样的叶片的年发电量(AEP)，尤其因为如果设有这样的叶片的风力涡轮机上施加近似相同负载，则叶片可以被制造地比现有叶片更长。然而，如果有人仅使用这两个措施中的一个来减少负载，则AEP会降低。肩在此处被定义为风力涡轮机叶片具有其最大弦长的位置。从根部端到末梢端定义长度区间，因而根部端定位于r=0处，而末梢端定位于r=L处。优选地，叶片是预弯曲的或预应力的。在这样的一种具体实施方式中，叶片朝叶片的压力侧被弯曲，即被弯曲致使叶片当被安装在逆风风力涡轮机上时(至少在相对低的风速下)远离风力涡轮机的塔架弯曲。在例如设计风速下操作时，叶片由于进风以及叶片的压力侧(或相应地逆风或上风侧)和叶片的吸力侧(或相应地顺风或下风侧)上各自的压力分布而伸直，因而最大化了转子平面中由叶片扫过的面积。预弯曲叶片使甚至进一步降低叶片的硬度成为可能，从而减少所需的材料并从而也减少叶片的负载。总而言之，看得见具有相对高厚度而且设有结合的预弯曲的细长的叶片或窄肩提供具有比现有技术叶片低的负载的叶片。在一种具体实施方式中，肩宽与叶片长之间的比率小于或等于0.073，且有利地小于或等于0.0725，并且更有利地小于或等于0.072。这些具体实施方式都提供相对细长，即具有小的最大弦长的叶片。在另一种具体实施方式中，在0-0.8L的叶片长区间中的相对厚度为至少23%，有利地为至少23.5%，且更有利地为至少24%。这样的型面具有比常规叶片明显更大的相对叶片厚度，尤其是在从0.65L-0.8L的区域中。在又一种有利的具体实施方式中，在0-0.8L的叶片区间中的相对叶片厚度为至少25%，或至少26%。有利地，叶片长为至少40米，更有利地为40米与50米之间。已发现提出的细长度和厚度特别适于这些叶片长。在一种有利的具体实施方式中，根部区域具有在叶片的根部端处的根部直径，其中肩宽与根部直径之间的比率为1.6或更小。通过具有低的肩宽对根部直径半径的比，在过渡区域中具有叶片的后缘和前缘的小的发散是可能的，这继而意味着后缘和前缘各自的曲率可以被保持较低。因而，根据特别有利的具体实施方式，后缘具有在叶片的纵向方向上没有任何中断的光滑形状。该特殊情况应用于叶片的过渡区域，且包含从叶片的根部区域到过渡区域的过渡以及从过渡区域到翼型区域的过渡。从制造观点出发，这样的具体实施方式是吸引人的，因为其使在用于制造的模具中实施纤维层铺设(Iayup)更加容易。而且，将明显减少在这样的叶片的正常操作期间影响后缘的负载。在另一种有利的具体实施方式中，后缘具有带有于后缘外部的外半径的曲率，其在所有位置处为至少0.2L，有利地为至少0.22L，且更有利地为至少0.24L。根据一种具体实施方式，最小外半径的位置位于0.04L与0.06L之间，有利地在0.045L与0.055L之间。在又一种有利的具体实施方式中，后缘具有带有于后缘内部的内半径(Ri)的曲率，其在所有位置处的为至少0.2L，有利地为至少0.225L，且更有利地为至少0.25L。根据一种具体实施方式，最小外半径的位置位于0.16L与0.20L之间，有利地在0.19L与0.21L之间。大的后缘半径(内和/或外)确保低的后缘曲率，从制造观点出发这意味着可以在纤维层不起皱的情况下实施纤维铺设。这继而确保在树脂注入和固化之后的完成的叶片壳体不包括有害的机械性能。由于叶片的扭转(twist)和三维设计，可能难以确定后缘的确切位置。所以，在一种具体实施方式中当在O度纵摇(pitch)处从上观察叶片时内和外半径可以通过将叶片投射到一个平面中来推导出。在一种具体实施方式中，肩位于0.18L与0.25L之间，有利地在0.19L与0.24L之间的区间中。在一种有利的具体实施方式中，具有在40-45米区间中的长度的风力涡轮机叶片具有位于0.19L与0.21L之间的肩。在具有在45-50米区间中，有利地在46.5-48.5米区间中的长度的风力涡轮机叶片的另一种具体实施方式中，肩位于0.22L与0.24L之间。在另一种具体实施方式中，前缘具有在叶片的纵向方向上没有任何中断的光滑形状。有利地，叶片包括纵摇轴，并且其中前缘至纵摇轴之间的距离从根部端到肩增加不大于20%，有利地不大于15%。如前所提到，风力涡轮机叶片优选地被朝叶片的压力侧预弯曲或弯曲。在一种具体实施方式中在叶片的末梢端处的预弯曲为至少0.05L，有利地为至少0.06L，更有利地为至少0.65L，且甚至更有利地为至少0.07L。这里预弯曲意味着局部型面的型面中心或弦远离叶片的纵摇轴或纵向轴。为了在设计风速下使叶片伸直并为最大化扫过面积，通过相较于常规叶片增加预弯曲，必定较低硬度。因而，在叶片壳体中或叶片的承载结构中需要较少材料。这继而意味着可以甚至更多降低叶片的总质量。有利地，叶片被预弯曲超过(over)至少叶片外部(outer)的50%,有利地超过至少叶片外部的60%，甚至更有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.关于具有基本水平转子轴的风力涡轮机(2)的转子的叶片(10)，所述转子包括毂(8 )，所述叶片(10 )当被装至所述毂(8 )时基本在径向方向上从所述毂(8 )延伸，所述叶片具有横向方向和带有末梢端(16)和根部端(14)的纵向方向(r)，所述叶片还包括: 一成型轮廓，其包含压力侧和吸力侧、以及前缘(18)和后缘(20)并带有具有在所述前缘(18)与后缘(20)之间延伸的弦长(c)的弦，所述成型轮廓当被入射气流冲击时产生升力，其中所述成型轮廓被分为: 一根部区域(30)，其具有最接近所述毂的基本圆形或椭圆形型面； 一翼型区域(34)，其具有最远离所述毂的升力产生型面；以及 一在所述根部区域(30)与所述翼型区域(34)之间的过渡区域(32)，所述过渡区域(32)具有从所述根部区域的 所述圆形或椭圆形型面到所述翼型区域的所述升力产生型面在所述径向方向上逐渐改变的型面，以及带有 一肩(40)，其具有肩宽(W)且位于所述过渡区域(32)与所述翼型区域(34)之间的边界处，其中 一所述叶片(10)具有叶片长(L)，以及 一所述成型轮廓包括局部相对厚度，所述局部相对厚度被定义为最大型面厚度(t)与所述弦长(c)之间的局部比率，其特征在于 一所述肩宽(W)与所述叶片长(L)之间的比率小于或等于0.075，以及 一在0-0.8L的叶片长区间中的所述相对厚度(t/c)为至少22%。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述肩宽(W)与所述叶片长(L)之间的所述比率小于或等于0.073，并且有利地小于或等于0.0725且更有利地小于或等于0.072。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中在0-0.8L的叶片长区间中的所述相对厚度(t/c)为至少23%，有利地为至少23.5%，且更有利地为至少24%。4.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述叶片长(L)为至少40米，有利地为40米与50米之间。5.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述根部区域具有在所述叶片的所述根部端处的根部直径(D)，其中所述肩宽(W)与所述根部直径之间的比率为1.6或更小。6.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述后缘具有在所述叶片的所述纵向方向上没有任何中断的光滑形状。7.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，其中所述后缘具有带有于所述后缘外部的外半径(r。)的曲率，在所有位置处的所述外半径为至少0.2L，有利地为至少0.22L，且更有利地为至少0.24L。8.根据权利要求6或7所述的风力涡轮机叶片，其中所述后缘具有带有于所述后缘内部的内半径(A)的曲率，在所有位置处的所述内半径为至少0.2L，有利地为至少0.225L，且更有利地为至少0.25Lο 根据一种具体实施方式，最小外半径的位置位于0.16L与0.20L之间，有利地在0.19L与0.21L之间。9.根据前述权利要求的任一项 所述的风力涡轮机叶片，其中所述肩位于0.18L与0.25L之间的区间中，有利地在0.19L与0.24L之间。10.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述前缘具有在所述叶片的所述纵向方向上没有任何中断的光滑形状。11.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述叶片包括纵摇轴，且其中所述前缘至所述纵摇轴之间的距离从所述根部端到所述肩增加不大于20%，有利地不大于15%。12.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述风力涡轮机叶片被朝所述叶片的所述压力侧预弯曲，且在所述叶片的所述末梢端处的预弯曲(」_7)为至少0.05L，有利地为至少0.06L，更有利地为至少0.65L，且甚至更有利地为至少0.07L。13.根据权利要求12所述的风力涡轮机叶片，其中所述叶片被预弯曲超过至少所述叶片外部的50%，有利地超过至少所述叶片外部的60%，甚至更有利地超过至少外部的70%，或甚至至少外部的75%。14.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述叶片设有扭转，且其中所述翼型区域包括扭转角度朝所述叶片的所述末梢端减少的内侧部分和所述扭转角度朝所述叶片的所述末梢端增加的外侧部分，所述外侧部分和内侧部分由扭转拐折切线的位置分开。15.根据权利要求14所述的风力涡轮机叶片，其中所述扭转拐折切线的所述位置位于0.8L与0.9L之间，有利地在0.82L与0.88L之间，更有利地在0.83L与0.87L之间，且甚至更有利地近似在0.85L处。16.根据权利要求14或15所述的风力涡轮机叶片，其中所述外侧区域中的所述扭转变化至少4度，有利地至少5度，且更有利地至少5.5度。17.根据权利要求14-16的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述内侧部分中的所述扭转变化在8与12度之间，有利地在8.5与11.5度之间，且更有利地在9与11度之间。18.力涡轮机叶片，其中所述叶片设有扭转，所述扭转在所述根部区域与所述过渡区域中朝所述末梢端增加。19.根据权利要求18所述的风力涡轮机叶片，其中在所述根部区域和过渡区域中的扭转的所述增加在1.5与2.5度之间。20.根据前述权利要求的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述叶片包括第一翼型型面，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：J马德森，CF安德森，P福格桑，
申请(专利权)人：LM玻璃纤维制品有限公司，
类型：
国别省市：