用于风力涡轮机的带有尖端涡旋改良附件的缝翼制造技术

本发明专利技术涉及用于风力涡轮机的带有尖端涡旋改良附件的缝翼。缝翼（30）沿风力涡轮机主叶片元件（22）的内侧部分延伸。缝翼可以具有端部涡旋改良附件，例如小翼（34）、端板（64）、斜倾翼尖（70）或下翻翼尖（72），并且可以被置于在所述主叶片元件的前缘处垂直于所述主叶片元件的中脊线所限定的线的后方。缝翼的至少前缘（42S）可以被置于大体平行于所述主叶片元件的吸力侧（40）的空气流动区（48）内。缝翼可以具有平背后缘（44F）。涡旋发生器（60）可以被附接到缝翼。缝翼可以通过将其附接到叶片的翼梁帽（56）或转子的毂（26）而被改装到风力涡轮机转子（20）。

【技术实现步骤摘要】
用于风力涡轮机的带有尖端涡旋改良附件的缝翼
本专利技术总体涉及风力涡轮机并且更具体地涉及用于风力涡轮机叶片的内侧缝翼。
技术介绍
风力涡轮机叶片的内侧部分被制造得较厚以便支撑通过外侧叶片区域被悬臂式加载到叶片根部上的推力和升力负载。这里“内侧”意味着朝向叶片根部径向向内，该叶片根部是叶片连接到毂的部分。“外侧”意味着径向向外或朝向叶片尖端。每个叶片的内侧部分垂直于翼型翼弦朝向毂逐渐变厚以便强化，并且通常邻近毂变成圆筒形以便有助于安装和相接于叶片俯仰调节机构。相对空气入流角由于相对于入射风叶片速度增加而随着距旋转中心的距离变化。由于制造原因，叶片的翼弦角或扭转角不能沿其径向长度充分快速地改变来提供叶片翼型截面相对于相对空气入流方向的最佳取向，从而导致接近根部存在越来越过量的攻角。这些内侧部分由于锥旋角、风速变化和叶片的低速而经历大的攻角变化。结构性原因所必然导致的厚轮廓和非优化翼型形状不能在广泛的攻角范围上产生足够升力并且甚至会失速。由于叶片的厚度、翼型形状的结构性限制以及大攻角的原因，叶片的内侧部分在空气动力学上低效并且甚至会永久失速，从而减少风能转换效率。这里“攻角”意味着在考虑到叶片旋转时翼型翼弦线和相对风矢量之间的角。失速条件发生于攻角过高并且经过翼型的吸力侧的空气从叶片的表面分离，从而产生分离开的流动区域。因此，叶片的内侧区域产生小升力并且因而产生小扭矩，并且其因此几乎无助于风力涡轮机的动力。包括缝翼和襟翼的流动改变装置已经被添加到风力涡轮机叶片以便提高其局部和整体空气动力学性能。附图说明参考附图在下述说明中解释本专利技术，附图中：图1是根据本专利技术实施例的风力涡轮机转子的吸力侧视图。图2是根据本专利技术实施例的风力涡轮机叶片的内侧部分的立体图。图3示出了横向截面处现有技术风力涡轮机叶片翼型轮廓。图4示出了在缝翼的横向截面处平背缝翼（flatbackslat）翼型轮廓。图5示出了沿图1的线5-5截取的风力涡轮机叶片的内部部分的轮廓。图6示出了现有技术缝翼和叶片轮廓。图7示出了本专利技术缝翼的一种实施例与翼梁帽（翼梁缘条）的附接。图8示出了产生涡旋脱落的平背缝翼。图9示出了从平背后缘的中间厚度向后延伸的分流板。图10示出了与缝翼的吸力侧齐平的从平背后缘向后延伸的分流板。图11示出了从平背后缘向下成角度的分流板。图12示出了平背缝翼附接到风力涡轮机转子的整流罩的一种实施例。图13示出了平背后缘的一种实施例的后视图，其中分流板从后缘厚度的中点变迁到上部。图14示出了平背缝翼的一种实施例的后视图，该平背缝翼具有沿缝翼的径向翼展渐缩的厚度。图15示出了具有小翼的缝翼的一种实施例的后视图。图16示出了具有端板的缝翼的一种实施例的后视图。图17示出了沿缝翼的向前吸力侧具有涡旋发生器的缝翼的一种实施例的吸力侧视图。图18示出了在背景上具有涡旋发生器且具有端板的缝翼的轮廓。图19是带有缝翼的风力涡轮机叶片的内侧部分的立体图，该缝翼带有斜倾后尖端。图20是带有缝翼的风力涡轮机叶片的内侧部分的立体图，该缝翼带有下翻尖端。图21示出了绕涡轮机叶片的入流角变化的示例性廓线，其中相对风的入流角具有8°变化。图22示出了现有技术多元件翼型的中脊线/中弧线。图23示出了本专利技术实施例中的多元件翼型的中脊线/中弧线。具体实施方式图1示出了风力涡轮机转子20的顺风侧，该风力涡轮机转子20具有径向取向的叶片22，该叶片22有时被称为翼型或主元件且大体在平面23或旋转盘内旋转。在这幅图中仅示出旋转元件，没有示出风力涡轮机的典型机舱和塔。每个主叶片22均具有径向内侧端部或根部24。根部24被附接到可以具有罩的公共毂26，该罩被称为整流罩28。每个叶片可具有如这里所述的空气动力学缝翼30，该缝翼30通过支撑结构（例如空气动力学柱32或杆或失速栅）被安装在每个叶片22的内侧部分上方。本专利技术人已经意识到缝翼30将产生尖端涡旋，其是由于围绕缝翼翼型形状的端部从缝翼的压力侧流向吸力侧的空气所导致的，并且已经意识到这样的涡旋不仅减小缝翼的空气动力学效率（升力/阻力），而且会进一步对主元件22的空气动力学性能产生有害影响。为了提高转子20的效率，本专利技术提供了一种在缝翼30的至少一个端部30A、30B上的如这里进一步描述的尖端涡旋改良附件。这种附件用于减少尖端涡旋的不利影响，例如通过减少涡旋的幅度以及/或者通过改变其位置，例如使其移动至更远离主元件或者使其沿缝翼的纵轴线后移，在此在没有附件的情况下可以将其定位于此。这还可以通过减少其翼展的一部分上的3D流动影响来提高缝翼的性能。在没有缝翼的情况下流动将是3D的区域内的2D流动性能有益于动力生成（产生更大扭矩）。图2是叶片22的内侧部分36的立体图，该叶片22在前缘42和后缘44之间具有压力侧38和吸力侧40。横向截面轮廓可以从根部24处的圆筒形Pc改变成肩部47处或之后的翼型形状Pa，其中该肩部47是叶片22上最长翼弦的位置。在缝翼的外侧端部30B上示出上翻小翼34以便减少缝翼的尖端涡旋，并且将减少的尖端涡旋移离主叶片22。将意识到虽然这里描述的附件被示为在缝翼的外侧端部上，但是其他实施例可以在内侧端部或两个端部上具有这种附件。小翼可以具有尖端35，其是尖锐的或减小的，或者具有比缝翼的端部30B的翼弦长度的一半更小的翼弦长度，以便减少小翼本身的尖端涡旋。图3示出了具有压力侧38和吸力侧40的现有技术风力涡轮机叶片翼型轮廓Pa。笔直翼弦线Ch在前缘42和后缘44之间延伸。翼弦线Ch的长度是翼型翼弦长度。中脊线Ca是压力和吸力侧38、40之间的一组中点。如果翼型Pa关于翼弦线对称，则中脊线Ca与翼弦线Ch一致。相对于翼型的翼弦长度的最大厚度Tm可以被用于限定翼型轮廓的厚度或薄度。矢量Vw代表不受转子影响的风速。轴向自由流矢量Va代表风速Vw减去轴向诱导因子α之后在叶片22处的空气入流的轴向分量。在下述已知公式中，U1是不受转子影响的风速，并且U2是转子处的风速。使得Va和切向速度分量Vt结合得到相对于旋转平面23处于角Φ的相对入流矢量Vr。攻角AoA是相对入流矢量Vr和翼弦线Ch之间的角。扭转角θ是翼弦线Ch和旋转平面23之间的角。升力矢量L垂直于相对入流矢量Vr。阻力矢量D平行于入流矢量Vr指向后。风力涡轮机翼型的设计目标可以是大约1/3的轴向诱导因子α，从而得到轴向自由流矢量Va≈Vw·2/3。不过，轴向诱导因子α可以在叶片的内部部分36上更小于1/3，这是因为空气动力学失速或脱离的原因，这能够导致在操作条件下相对大的厚度Tm、低效翼型形状和翼型大攻角的宽操作范围。根据本专利技术的各方面可以针对沿主叶片的这个区域的升力来优化缝翼。图4示出了平背缝翼30F的轮廓，其可以用于本专利技术的实施例，其具有从前缘42F到平背后缘44F的中点的翼弦线ChF以及中脊线CaF。这里的平背缝翼是具有平背后缘44F的缝翼。这意味着后缘包括平坦或大体平坦的表面，其在横向截面轮廓中与缝翼30F的中脊线CaF或翼弦线ChF正交±40°或±30°。平背后缘44F具有在缝翼的横向轮廓内在压力侧38F和吸力侧40F之间测量的厚度Tf。在各种实施例中，厚度Tf可以是缝翼30F的翼弦长度ChF的至少5%或者是缝翼的翼弦长度的5-30%或5-12.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括：包括径向内侧部分的主叶片元件；沿所述内侧部分的径向翼展在接近所述主叶片元件处间隔开的缝翼；以及在所述缝翼的端部上的尖端涡旋改良附件。

【技术特征摘要】
2012.04.03 US 13/4380401.一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括：包括径向内侧部分的主叶片元件；沿所述内侧部分的径向翼展在接近所述主叶片元件处间隔开的缝翼；以及在所述缝翼的端部上的尖端涡旋改良附件；其中，所述缝翼的至少前缘被置于入流角变化减小区内，其中在首要叶片元件的入流角具有至少8°的变化期间当所述主叶片元件的有用空气入流角相对于所述主叶片元件的翼弦线改变N度时，所述缝翼的合成空气入流角相对于所述缝翼的翼弦线改变仅达到2N/3度。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述涡旋改良附件包括从所述缝翼的端部向上延伸离开所述主叶片元件的小翼。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述小翼向上延伸从而相对于所述缝翼的翼展方向线限定30至90度的角。4.根据权利要求3所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述小翼包括尖端，所述尖端的翼弦长度小于所述缝翼的端部的翼弦长度的一半。5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述涡旋改良附件包括在所述缝翼的端部上的端板。6.根据权利要求5所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述端板在所述缝翼的端部的上方和下方中至少一者处延伸所述缝翼的端部的翼弦长度的至少1/3的组合距离。7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，在所述主叶片元件的前缘处垂直于所述主叶片元件的中脊线限定一条线，并且所述缝翼被置于所述线的后方且在所述缝翼的整个径向翼展上与所述主叶片元件的所述内侧部分的吸力侧间隔开。8.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述缝翼与所述主叶片元件的吸力侧间隔开的距离是所述主叶片元件沿所述缝翼的径向翼展的选定翼弦长度的5%-10%，并且所述缝翼在所述缝翼的整个径向翼展上被置于所述入流角变化减小区内。9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，进一步地，所述缝翼被附接到所述主叶片元件的毂。10.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，对于每个横向截面，所述缝翼的翼弦线与所述主叶片元件的相应翼弦线形成10至30度的角。11.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述角通过在所述缝翼内的扭转而随着距所述主叶片元件的根部的距离增加而减小，其中所述扭转超过沿所述缝翼的径向翼展所述主...

【专利技术属性】
技术研发人员：D艾森伯格，AO扎莫拉罗德里古茨，AT施泰因格林森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：