專利名稱：風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片和一種風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)總體上參照Erich Hau1996年的“Windkraftanlagen(風(fēng)力裝置)”一書。該書包含一些現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力發(fā)電裝置、該等風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片及轉(zhuǎn)子葉片橫截面的示例。102頁的圖5.34示出根據(jù)NACA的空氣動(dòng)力學(xué)構(gòu)型的幾何構(gòu)型參數(shù)。在此可以看到轉(zhuǎn)子葉片通過以下幾個(gè)方面進(jìn)行說明對(duì)應(yīng)于弦長的構(gòu)型深度(profile depth)；最大弧高(camber)(或者說弧度比)，即中心線在弦上方的最高隆起；弧高裕度(camber reserve)，即相對(duì)于構(gòu)型深度來說在轉(zhuǎn)子葉片的橫截面內(nèi)提供最大弧高的位置；最大葉片厚度，即圓心在中心線上的內(nèi)接圓的最大直徑；以及厚度裕度(thickness reserve)，即相對(duì)于構(gòu)型深度來說轉(zhuǎn)子的橫截面取其最大斷面厚度的位置。另外，說明轉(zhuǎn)子葉片的橫截面時(shí)，下側(cè)與頂側(cè)型線坐標(biāo)和前緣半徑也要考慮。由Erich Hau的書中所知的專業(yè)術(shù)語保留用于進(jìn)一步說明本申請(qǐng)的轉(zhuǎn)子橫截面。
轉(zhuǎn)子葉片要在許多方面進(jìn)行優(yōu)化。一方面它們應(yīng)當(dāng)保持安靜，另一方面還要提供最大的動(dòng)態(tài)功率，從而即使有相當(dāng)小的風(fēng)，風(fēng)力發(fā)電裝置即可開始運(yùn)行，并且以盡可能小的風(fēng)力達(dá)到額定風(fēng)速，也就是剛好開始達(dá)到風(fēng)力發(fā)電裝置的額定功率的風(fēng)速。
如果隨著風(fēng)速進(jìn)一步加快，在當(dāng)前的迎風(fēng)角調(diào)節(jié)風(fēng)力發(fā)電裝置中，轉(zhuǎn)子葉片不斷調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)中從而繼續(xù)保持額定功率，而相對(duì)于風(fēng)的轉(zhuǎn)子葉片的工作表面積減少，以便保護(hù)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置或者其部分不受機(jī)械損壞。然而關(guān)鍵的是歸因于風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的空氣動(dòng)力學(xué)特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有一種轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的轉(zhuǎn)子葉片和一種風(fēng)力發(fā)電裝置，所述轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力發(fā)電裝置相較現(xiàn)有技術(shù)具有較高的效率。
根據(jù)本發(fā)明，該目的通過一個(gè)具有獨(dú)立權(quán)利要求之一所述特征的轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的轉(zhuǎn)子葉片而實(shí)現(xiàn)。有利的改進(jìn)在從屬權(quán)利要求中描述。


本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的具體坐標(biāo)在表1中列出。
下面參照

本發(fā)明圖1示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置的前視立體圖，圖2示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置的后視和側(cè)視立體圖，圖3示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置的側(cè)視圖，圖4-圖8示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片從各個(gè)方向的視圖，圖9示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置放大視圖，圖10示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的視圖，圖11-圖17和圖19示出根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置的不同視圖，且圖18示出根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面(在輪轂附近的區(qū)域中)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明所描述的轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型具體位于鄰近轉(zhuǎn)子葉片連接(用于連接到輪轂)的轉(zhuǎn)子葉片區(qū)域中。優(yōu)選地本發(fā)明中說明的構(gòu)型位于相對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片的總長度的轉(zhuǎn)子葉片的頭三分之一處。在此，轉(zhuǎn)子葉片的總長度可以限定在10米至70米的范圍，這取決于風(fēng)力發(fā)電裝置的額定功率。例如，Enercon公司的E-112型(直徑約112米)風(fēng)力發(fā)電裝置的額定功率是4.5MW，而Enercon公司的E-30型風(fēng)力發(fā)電裝置的額定功率是300KW。
本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的具體特征是最大構(gòu)型厚度(profile thickness)在轉(zhuǎn)子葉片弦長的約25％至40％之間，優(yōu)選地在32％至36％之間。在圖18中，最大構(gòu)型厚度約為轉(zhuǎn)子葉片弦長的34.6％。圖1中所示的是一個(gè)從轉(zhuǎn)子葉片后緣3的中心2延伸到轉(zhuǎn)子葉片前緣5的最前點(diǎn)4的弦1。厚度裕度，即相對(duì)于葉片長度來說出現(xiàn)最大構(gòu)型厚度的位置，是在弦長的約20％至30％之間，優(yōu)選地在23％至28％之間，在圖示的例子中是25.9％。最大厚度垂直于弦確定，并且所述裕度相對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片前緣。
另外圖18中示出所謂中弧線7。所述弧高線取自一點(diǎn)處的轉(zhuǎn)子葉片8的相應(yīng)厚度的一半。因此弧高線不沿一條直線延伸而總是準(zhǔn)確地在轉(zhuǎn)子葉片7的增壓側(cè)9和轉(zhuǎn)子葉片7的減壓側(cè)10上的相對(duì)點(diǎn)之間延伸?；「呔€在轉(zhuǎn)子葉片的后緣和轉(zhuǎn)子葉片的前緣與弦相交。
在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面中的弧高裕度約為弦長的55％至70％，優(yōu)選地約59％至63％。在圖示的例子中弧高裕度約為弦長的61.9％。在此情況下，最大弧高約為弦長的4％至8％，優(yōu)選地約為弦長的5％和7％之間。在圖示的例子中，弧高約是弧長的5.87％。
本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型另一具體特征是轉(zhuǎn)子葉片的增壓側(cè)“切”弦兩次，就是說，在該區(qū)域，構(gòu)型的增壓側(cè)具有凹部，而且在構(gòu)型的前部區(qū)域中，增壓側(cè)具有凸部。在增壓側(cè)具有凸部的區(qū)域中，在對(duì)應(yīng)地減壓側(cè)對(duì)置區(qū)域中，減壓側(cè)由一個(gè)幾乎是直的線界定。
可以肯定地知道，對(duì)于增壓側(cè)，要設(shè)置一個(gè)凹的曲線，或者對(duì)于減壓側(cè)，要設(shè)置一個(gè)直線邊界。具體來說，這兩個(gè)尺度的結(jié)合對(duì)于本發(fā)明轉(zhuǎn)子構(gòu)型非常重要并且是本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的特征。
圖示構(gòu)型的轉(zhuǎn)子葉片后緣也是很厚的。然而，在轉(zhuǎn)子葉片的后緣產(chǎn)生聲音方面，這卻不會(huì)帶來任何問題，因?yàn)?，圖示構(gòu)型在轉(zhuǎn)子圓圈的內(nèi)三分之一處且該處軌道速度不是很高。
圖中所示的構(gòu)型的X-Y座標(biāo)再現(xiàn)于表1中，并且從而用其準(zhǔn)確地說明本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)型。
為了改善轉(zhuǎn)子葉片的空氣動(dòng)力學(xué)形狀，轉(zhuǎn)子葉片具有這樣的配置在轉(zhuǎn)子葉片根部區(qū)域中具有其最大寬度，從而使轉(zhuǎn)子葉片是梯形的(在平面中)，這或多或少接近優(yōu)化的空氣動(dòng)力學(xué)形狀。優(yōu)選地，在轉(zhuǎn)子葉片根部的區(qū)域中，轉(zhuǎn)子葉片有這樣的配置使得轉(zhuǎn)子葉片根部向著風(fēng)力發(fā)電裝置護(hù)罩的邊緣在至少一個(gè)角位適配于護(hù)罩的外部輪廓，例如它以這樣一種方式適配即，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片定位在額定風(fēng)位時(shí)，在護(hù)罩與向著風(fēng)力裝置的轉(zhuǎn)子葉片根部邊緣之間存在一個(gè)非常小的間隔，例如一個(gè)約為5mm到100mm的間隔。
帶有以上所述特性的轉(zhuǎn)子葉片帶來顯著的功率提升，部分可達(dá)到10％。通過這種不能預(yù)見的功率提升，本發(fā)明風(fēng)力發(fā)電裝置在額定風(fēng)速以下的給定風(fēng)速下可獲得較高的功率輸出。另外它較在先技術(shù)可更早達(dá)到額定的功率輸出。因此，轉(zhuǎn)子葉片也可以較早地得以轉(zhuǎn)動(dòng)(進(jìn)行迎風(fēng)角調(diào)節(jié))，這一方面使得聲音發(fā)射強(qiáng)度下降，另一個(gè)方面使得風(fēng)力發(fā)電裝置的機(jī)械負(fù)荷下降。
在此，本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)現(xiàn)在普遍的轉(zhuǎn)子葉片形狀公認(rèn)是利用風(fēng)速不同但帶有總是均勻的氣流的風(fēng)洞進(jìn)行研究的。然而，在自然界中，極少情況下風(fēng)是在表面區(qū)域上均勻地吹的，而是要受到隨機(jī)規(guī)律的制約，由于陣風(fēng)，公知的轉(zhuǎn)子葉片恰好在接近轉(zhuǎn)子輪轂的葉片的內(nèi)部區(qū)域中陷入氣流分離(flow detachment)，在接近轉(zhuǎn)子輪轂的葉片內(nèi)部區(qū)域中，葉片實(shí)際上不再具有空氣動(dòng)力學(xué)理想且優(yōu)化的構(gòu)形。該氣流分離現(xiàn)象在轉(zhuǎn)子葉片外部區(qū)域(轉(zhuǎn)子葉片尖端)的方向上沿轉(zhuǎn)子葉片傳播一距離。從而，氣流可以在一個(gè)泡沫狀(bubble-shaped)區(qū)域中與轉(zhuǎn)子葉片分離，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的功率損失。在本發(fā)明考慮到上述的基本情況的情形下，可以借助于在轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部區(qū)域中具有理想構(gòu)形的轉(zhuǎn)子葉片而實(shí)現(xiàn)功率輸出的顯著提高。
如果要用一個(gè)公知的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型代替本申請(qǐng)中提出的以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)確定的構(gòu)型，以提供轉(zhuǎn)子葉片的空氣動(dòng)力學(xué)理想的構(gòu)形，則在下部轉(zhuǎn)子葉片區(qū)域中(接近于輪轂的區(qū)域)就會(huì)要求大約兩倍的構(gòu)型深度(這對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的弦長)。然而，在前部區(qū)域就要求較大的構(gòu)型厚度，用于牢固可靠地傳送相關(guān)負(fù)荷，以得到大于2的升舉值CA。
如從現(xiàn)有技術(shù)得知，現(xiàn)今轉(zhuǎn)子葉片通常地構(gòu)建為要求在內(nèi)部區(qū)域中盡可能大程度的節(jié)省材料。這方面典型的例子公開于前文已經(jīng)引述的現(xiàn)有技術(shù)說明--Erich Hau1996年的“windkraftanlagen”一書，第114頁和115頁中。其中可以看到，最大的構(gòu)型深度總是位于距轉(zhuǎn)子葉片連接一定距離處，就是說在接近轉(zhuǎn)子葉片連接的區(qū)域中，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的說明，在此區(qū)域，在這些轉(zhuǎn)子葉片中節(jié)省相應(yīng)的材料。然而，如果使用在平面上近似于梯形的一種優(yōu)化的形狀，轉(zhuǎn)子葉片的最大寬度例如不在相對(duì)于葉片連接的一間隔處，而是恰好位于轉(zhuǎn)子葉片連接的本身中。因此，這樣的結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部區(qū)域中不能節(jié)省盡可能大量的材料。
迄今實(shí)施的材料節(jié)省主要來自從計(jì)算/開發(fā)轉(zhuǎn)子葉片方面考慮氣流條件(如前文所述)的靜態(tài)方式。除此以外，事實(shí)上，轉(zhuǎn)子葉片的當(dāng)前計(jì)算程序把轉(zhuǎn)子葉片分成多個(gè)單獨(dú)的間隔，并且在其本身計(jì)算每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部分以從中得出對(duì)則整個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的評(píng)估。
然而要注意到，事實(shí)看來有所不同。一方面，風(fēng)在一個(gè)給定的表面區(qū)域中不是均勻平穩(wěn)地吹的，而是顯著地展示出一種隨機(jī)性能，而另一方面，由于在內(nèi)部區(qū)域(就是說在接近轉(zhuǎn)子輪轂的區(qū)域)中的低轉(zhuǎn)子葉片圓周速度，風(fēng)速的影響是顯著的，并且因此在該區(qū)域中迎風(fēng)角隨即時(shí)風(fēng)速顯著變化。其結(jié)果是，在轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部區(qū)域中也相應(yīng)地頻繁發(fā)生氣流與轉(zhuǎn)子葉片的分離。
在這樣的情況下產(chǎn)生一個(gè)滯后效應(yīng)。當(dāng)再次出現(xiàn)以前的風(fēng)速時(shí)，就是說在陣風(fēng)過去后，在轉(zhuǎn)子葉片上的氣流又不再相同了。而是，風(fēng)速首先必須進(jìn)一步下降(迎風(fēng)角必須因此進(jìn)一步改變)直到氣流再次貼壓到轉(zhuǎn)子葉片的表面上。然而，如果風(fēng)速不進(jìn)一步下降，可以肯定，在一個(gè)延長的時(shí)間段上，不管風(fēng)對(duì)轉(zhuǎn)子葉片的匯入流如何，都會(huì)有一個(gè)相應(yīng)的力作用在轉(zhuǎn)子葉片上，這是因?yàn)闅饬鬟€沒有再次貼靠在轉(zhuǎn)子葉片表面上。
利用本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)形顯著地降低了氣流分離的風(fēng)險(xiǎn)。氣流分離的風(fēng)險(xiǎn)還通過較厚的構(gòu)型降低?？梢酝ㄟ^以下事實(shí)很好地解釋功率的顯著提高由于滯后效應(yīng)，一旦發(fā)生了氣流分離，可在一個(gè)相當(dāng)大的時(shí)間段保持功率損失(對(duì)于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子葉片來說)。
通過流過最小阻力路徑的事實(shí)可以進(jìn)一步解釋功率的提高。因此，如果轉(zhuǎn)子葉片在接近輪轂的內(nèi)部區(qū)域非常薄(大量節(jié)省材料)，這就等效于在轉(zhuǎn)子圓圈的收獲區(qū)域(harvesting area)中的一個(gè)“漏洞”，空氣優(yōu)選地經(jīng)該孔洞流動(dòng)。在此情況下，還肯定地可以看出總是以在轉(zhuǎn)子圓形區(qū)域上均勻分布為基礎(chǔ)的常規(guī)計(jì)算程序的弱點(diǎn)。
如果現(xiàn)在利用在接近輪轂的區(qū)域中轉(zhuǎn)子葉片的梯形構(gòu)形“關(guān)閉住”所述“漏洞”，這將提供對(duì)氣流在整個(gè)圓形表面區(qū)域上的分布的改善，并且進(jìn)而還一定程度上增加了轉(zhuǎn)子葉片的外部區(qū)域上的作用。因此，“關(guān)閉”該“漏洞”的步驟為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的較高功率輸出作了貢獻(xiàn)。
當(dāng)前的計(jì)算程序的另一個(gè)弱點(diǎn)是其還把直接鄰接所述“漏洞”的轉(zhuǎn)子葉片部分看作全值的轉(zhuǎn)子葉片部分，因?yàn)榫唧w的流動(dòng)條件(頻繁的流動(dòng)失穩(wěn)(flow breakdown)(和后來的預(yù)定流動(dòng)條件的恢復(fù))，這是不可能的。
圖11至17從前面或者從側(cè)面示出本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電裝置的圖示?？梢钥吹?，三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片如何在接近輪轂的葉片區(qū)域中幾乎無縫地過渡到護(hù)罩外部輪廓。然而只要它們?cè)陬~定風(fēng)的位置，其作用就只與轉(zhuǎn)子葉片的位置有關(guān)。
如果風(fēng)進(jìn)一步提高到額定風(fēng)以上，則如同通常那樣轉(zhuǎn)子葉片通過迎風(fēng)角控制(迎風(fēng)角調(diào)節(jié))緩慢地移動(dòng)出風(fēng)，并且圖15示出在此情況下內(nèi)部區(qū)域中的轉(zhuǎn)子葉片的下邊緣與護(hù)罩之間確實(shí)有一個(gè)較大的間隔。然而，圖4中還示出在護(hù)罩外側(cè)設(shè)置的一個(gè)結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)的橫截面在接近輪轂的區(qū)域中基本對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)型，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片設(shè)定在額定風(fēng)速的迎風(fēng)角時(shí)，所述結(jié)構(gòu)直接位于轉(zhuǎn)子葉片的下方，從而在所述結(jié)構(gòu)與接近輪轂的區(qū)域中的轉(zhuǎn)子葉片之間只有一個(gè)小的間隙。
因此護(hù)罩的外部輪廓還包括一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的部分，所述部分不是轉(zhuǎn)子葉片的整體構(gòu)成部分。
在圖18所示的轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的情況下，前緣半徑約是構(gòu)型深度的0.146倍。
從圖18可見，在減壓側(cè)設(shè)置一個(gè)較長的、幾乎是直的區(qū)域。例如，其可為如下描述在構(gòu)型深度的38％至100％的區(qū)域中，半徑是構(gòu)型深度的長度的1.19倍。在構(gòu)型深度的40％至85％的區(qū)域中(如圖18)，半徑約是構(gòu)型深度的2.44倍。在構(gòu)型深度的42％至45％的區(qū)域中，半徑約是構(gòu)型深度的5.56倍。
在構(gòu)型深度的36％至100％的區(qū)域中，與理想直線的最大偏離約是構(gòu)型長度的0.012。當(dāng)曲率半徑變化并且已經(jīng)在相應(yīng)的區(qū)域中規(guī)定了最大的曲率半徑時(shí)，該值是關(guān)鍵值。
在圖示的例子中，減壓側(cè)的長度約是構(gòu)型深度的長度的1.124，而增壓側(cè)的長度約是構(gòu)型深度的長度的1.112。這意味著減壓側(cè)只是略長于增壓側(cè)。因此，如果減壓側(cè)長度比增壓側(cè)長度的比小于1.2，優(yōu)選地小于1.1或者在1至1.03之間的值域中，是非常有利的。
可以從所示圖中看出，直接在轂蓋處，即風(fēng)力發(fā)電裝置的護(hù)罩的外側(cè)處，轉(zhuǎn)子葉片具有其最大的構(gòu)型深度。從而，例如在轉(zhuǎn)子直徑30米的風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝置的情況下，在轂蓋處的構(gòu)型深度約在1.8與1.9之間，優(yōu)選地為1.84。這樣，如果轂蓋直徑約為3.2mm，在轂蓋處轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)型深度與轂蓋直徑的比約為0.575。因此，如果構(gòu)型深度對(duì)轂蓋直徑的比為大于0.4或者在0.5至1之間的值，則是非常有利的。在此，每個(gè)值可以取以上指出的范圍。在以上說明的例子中，構(gòu)型深度對(duì)轉(zhuǎn)子直徑的比約為0.061。顯然，要使“漏洞”盡可能地小，就需構(gòu)型深度對(duì)轉(zhuǎn)子直徑的比大于一個(gè)在0.05至0.01之間的值，在此通過舉例給出的值在轉(zhuǎn)子葉片的效率方面已經(jīng)證明極為適當(dāng)。
另一個(gè)例子是一個(gè)帶有圖18所述的構(gòu)型橫截面的轉(zhuǎn)子葉片，在頭三分之一中，其中轂蓋處的構(gòu)型深度約為4.35mm，轂蓋直徑是5.4米并且轉(zhuǎn)子直徑總體上是71米。則構(gòu)型深度對(duì)轂蓋直徑的比值是0.806，并且構(gòu)型深度對(duì)轉(zhuǎn)子直徑的比率又是0.061。以上指出的值是關(guān)于一個(gè)帶有迎風(fēng)角調(diào)整的三葉片轉(zhuǎn)子。
如所說明的，在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的情況下，轉(zhuǎn)子葉片的最寬位置(具有最大的構(gòu)型深度的位置)可以直接地連接到葉片連接的區(qū)域中。葉片連接是轉(zhuǎn)子葉片連接(結(jié)合、擰螺絲等等)到風(fēng)力發(fā)電裝置輪轂的區(qū)域。另外，轉(zhuǎn)子葉片的下邊緣，即面向風(fēng)力發(fā)電裝置的護(hù)罩的邊緣，沿縱方向基本上適配或者說匹配護(hù)罩的外輪廓。因此，在此情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片處于順風(fēng)(feathered)位置(幾乎不再有任何面對(duì)風(fēng)的表面區(qū)域)，轉(zhuǎn)子葉片平行于朝向護(hù)罩的下邊緣，并且在下邊緣與護(hù)罩的外部輪廓間的間隔最小，優(yōu)選地小于50cm甚或更好地小于20cm。
如果現(xiàn)在轉(zhuǎn)子葉片設(shè)置入風(fēng)中，即使在非常接近轉(zhuǎn)子葉片的區(qū)域中，其也涉及一個(gè)最大尺寸的表面區(qū)域(所述漏洞非常地小)。前文所述的參引中，Erich Hau示出現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子葉片在接近輪轂的區(qū)域中(在此轉(zhuǎn)子葉片不比其最寬的位置寬)規(guī)則地減小，而相反地，在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的情況中，最寬的位置恰好在接近輪轂的區(qū)域中，以便可以盡可能好的程度利用風(fēng)的潛能。
如所公知，這對(duì)于在接近輪轂的區(qū)域中具有非常大轉(zhuǎn)子葉片寬度的大型轉(zhuǎn)子葉片是正好適用的。從而使得還可運(yùn)輸該等轉(zhuǎn)子葉片(在大型轉(zhuǎn)子葉片的情況下，即在長于30米的轉(zhuǎn)子葉片的情況下，在接近輪轂的區(qū)域中的轉(zhuǎn)子葉片的寬度可以肯定是在5米至8米之間)，轉(zhuǎn)子葉片可以為兩部分式結(jié)構(gòu)，此情況中，在運(yùn)輸過程中兩個(gè)部分是分離的并且可以在運(yùn)輸以后裝配在一起。為此目的，兩個(gè)部分在安裝在風(fēng)力發(fā)電裝置上以前連接在一起，例如通過螺絲連接和非可釋放的連接(膠粘)。這在具體處理大型轉(zhuǎn)子葉片時(shí)是沒有問題的，因?yàn)橛捎谄涑叽?，為了裝配在一起還可以從內(nèi)部到達(dá)轉(zhuǎn)子葉片，從而提供一個(gè)具有外部整體式外觀的轉(zhuǎn)子葉片，且其在裝配在一起時(shí)的各部分的分離線很難看到或者根本看不到。
如初始測量所顯示的，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)相較以前的轉(zhuǎn)子葉片顯著地提高了效率。
如從圖1至17可見，在根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力裝置1的例子中，轉(zhuǎn)子葉片在其接近輪轂的區(qū)域中具有其最大的構(gòu)型深度，并且轉(zhuǎn)子葉片沿其整個(gè)構(gòu)型在接近輪轂的區(qū)域中移動(dòng)到非常接近風(fēng)力發(fā)電裝置機(jī)殼的護(hù)罩覆蓋(轂蓋)。因此，至少對(duì)于其中轉(zhuǎn)子葉片上風(fēng)速達(dá)額定風(fēng)速范圍的角度的位置，意味著相對(duì)護(hù)罩覆蓋有非常小的間隔。同時(shí)，在如圖1、2和3中的例子中所示的角度上，轉(zhuǎn)子葉片也移動(dòng)得以其構(gòu)型的后部非常接近護(hù)罩的外部覆蓋，如圖11至17所示例子另一個(gè)實(shí)施方式，護(hù)罩的外部覆蓋本身設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部分30，然而它本身并不是總體轉(zhuǎn)子葉片的一個(gè)整體的構(gòu)成部分。從而可以從圖15和圖17清楚地看出設(shè)置在護(hù)罩的外側(cè)上的轉(zhuǎn)子葉片部分固定在此并且設(shè)置在對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的角位達(dá)到額定風(fēng)速的角位狀態(tài)，從而至少在達(dá)到額定風(fēng)的風(fēng)速時(shí)，即使在構(gòu)型深度的后部區(qū)域中的轉(zhuǎn)子葉片的下邊緣與護(hù)罩之間也有很小的間隙。
還可以清楚地從圖19看到，借助于根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)形在轉(zhuǎn)子中心處只有一個(gè)相當(dāng)小的用于風(fēng)的“漏洞”。
圖18示出沿圖17中的線A-A取的經(jīng)本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片的一個(gè)橫截面，即在接近輪轂的區(qū)域中的轉(zhuǎn)子葉片的橫剖面。
圖17還包括一個(gè)表示為轂蓋的直徑D的指示。
轉(zhuǎn)子直徑由在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)由轉(zhuǎn)子掠過的圓圈區(qū)域的直徑說明。
如可以從圖15和其它圖中看出的，轉(zhuǎn)子葉片的不是可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片的整體構(gòu)成部分的部分30是護(hù)罩的外部覆蓋的一個(gè)整體構(gòu)成部分。各個(gè)部分可以用螺絲擰到護(hù)罩上或者還可以用膠粘或者整體接合到護(hù)罩上。
X-Y-軸x y x y1.000000 0.013442 0.000197 -0.0073760.983794 0.020294 0.000703 -0.0136120.958357 0.030412 0.001550 -0.0198180.930883 0.040357 0.002704 -0.0259990.899462 0.050865 0.004080 -0.0321620.863452 0.062358 0.005649 -0.0382810.823890 0.074531 0.007477 -0.0443160.781816 0.086987 0.009639 -0.0502450.737837 0.099513 0.012124 -0.0580780.892331 0.111993 0.014883 -0.0618290.645363 0.124434 0.017905 -0.0674910.597614 0.136709 0.021204 -0.0730450.549483 0.148731 0.024779 -0.0784850.503007 0.160228 0.028818 -0.0838090.461036 0.170758 0.032721 -0.0890040.425769 0.179639 0.037087 -0.0940620.397598 0.186588 0.041711 -0.0989730.374996 0.191889 0.046594 -0.1037230.358186 0.195840 0.051740 -0.1083010.339750 0.198668 0.057150 -0.1126950.324740 0.200524 0.062824 -0.1168970.310542 0.201512 0.068769 -0.1208930.296731 0.201704 0.074991 -0.1246690.282999 0.201174 0.081500 -0.1282190.269154 0.200007 0.088310 -0.1315210.255115 0.198267 0.095450 -0.1345510.240876 0.195985 0.102955 -0.1372940.226479 0.193185 0.110872 -0.1397350.212006 0.189892 0.119262 -0.1418720.197571 0.186146 0.128192 -0.1437240.183315 0.181995 0.137734 -0.1453160.169384 0.177505 0.147962 -0.1466670.155924 0.172745 0.158934 -0.1478000.143051 0.167780 0.170663 -0.1487270.130850 0.162676 0.183106 -0.1494310.119369 0.157478 0.196155 -0.1498770.108625 0.152229 0.209657 -0.1500010.098610 0.146953 0.223475 -0.1497150.089297 0.141664 0.237539 -0.1489320.080653 0.136362 0.251855 -0.1475790.072636 0.131036 0.266497 -0.1455970.065201 0.125679 0.281578 -0.1429490.058312 0.120269 0.297206 -0.1396280.051931 0.114786 0.313400 -0.1356210.046015 0.109229 0.330088 -0.1310160.040531 0.103598 0.347173 -0.1256920.035457 0.097893 0.364627 -0.1195880.030772 0.092113 0.382602 -0.1125370.026461 0.086262 0.401480 -0.1042930.022520 0.080332 0.421912 -0.0945480.018937 0.074321 0.444568 -0.0831820.015688 0.068240 0.468376 -0.0712170.012771 0.062095 0.491608 -0.0600170.010196 0.055875 0.514034 -0.0498980.007926 0.049601 0.535806 -0.0408540.005911 0.043298 0.557225 -0.0327600.004164 0.036989 0.578580 -0.0254950.002755 0.030661 0.600131 -0.0189560.001709 0.024300 0.622095 -0.0130590.000953 0.017915 0.644620 -0.0077550.000415 0.011534 0.667811 -0.0030150.000088 0.005186 0.691690 0.0011790.000000 0.000000 0.716104 0.0048270.740707 0.0079080.764985 0.0103920.788448 0.0122360.810817 0.0134250.832004 0.0139570.852100 0.0138340.871284 0.0130580.889797 0.0116060.907926 0.0094410.925997 0.0065020.944381 0.0027010.963552 -0.0021340.984409 -0.0083351.000000 -0.013442表權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片的厚度裕度約在15％到40％之間，優(yōu)選地約在23％至28％之間，并且最大的構(gòu)型厚度約在20％至45％之間，優(yōu)選地約在32％至36％之間。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片的橫截面借助于一個(gè)中曲面進(jìn)行說明，所述中曲面的最大弧高在50°至70°范圍內(nèi)，優(yōu)選地約在60°至65°范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述最大弧高約在3％至10％之間，優(yōu)選地約在4％至7％之間。
4.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述橫截面優(yōu)選地設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片鄰接轉(zhuǎn)子葉片連接的下三分之一。
5.如以上權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片具有一個(gè)增壓側(cè)和一個(gè)減壓側(cè)，其中增壓側(cè)具有一個(gè)有凹曲線的部分，并且減壓側(cè)設(shè)有一個(gè)幾乎是直的部分。
6.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，包含至少一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子輪轂上的轉(zhuǎn)子葉片，以及一個(gè)轂蓋，其特征在于，轂蓋外側(cè)上設(shè)有一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的部分，所述轉(zhuǎn)子葉片的部分固定地連接到轂蓋，但是它不是風(fēng)力發(fā)電裝置轉(zhuǎn)子葉片的一個(gè)整體構(gòu)成部分。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，設(shè)在轂蓋上的轉(zhuǎn)子葉片部分的構(gòu)型基本上對(duì)應(yīng)于接近輪轂的區(qū)域中的轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)型。
8.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，設(shè)在轂蓋上的轉(zhuǎn)子葉片部分是靜止的并且基本上取向?yàn)槭沟迷陬~定風(fēng)速以下或額定風(fēng)速時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片位置直接位于接近風(fēng)力發(fā)電裝置轉(zhuǎn)子葉片輪轂的區(qū)域的下方。
9.一種包含至少一個(gè)如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電裝置具有一個(gè)帶有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉片輪轂的區(qū)域具有其最大構(gòu)型深度，其中構(gòu)型深度對(duì)轉(zhuǎn)子直徑的比設(shè)定為0.04到0.1范圍內(nèi)的值，并且優(yōu)選地為0.055與0.7之間的值，例如0.061。
11.如權(quán)利要求9或10所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其包括一個(gè)機(jī)殼，所述機(jī)殼容納一個(gè)發(fā)電機(jī)和一個(gè)連接到所述發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，其中所述轉(zhuǎn)子具有一個(gè)輪轂，所述輪轂設(shè)有一個(gè)蓋(轂蓋)其中，轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)型深度與轂蓋直徑的比是一個(gè)大于0.4的值，優(yōu)選地在0.5到1的范圍內(nèi)。
12.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，所述轉(zhuǎn)子優(yōu)選地具有一個(gè)以上的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述轉(zhuǎn)子葉片是梯形的，所述梯形形狀或多或少地接近于優(yōu)化的空氣動(dòng)力學(xué)形狀，并且轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子葉片根部區(qū)域具有其最大寬度，并且轉(zhuǎn)子葉片根部面對(duì)風(fēng)力發(fā)電裝置護(hù)罩的邊緣配置為使得該邊緣的構(gòu)形基本上與護(hù)罩外部輪廓匹配(沿縱向)。
13.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，在把轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動(dòng)到順風(fēng)位置時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片根部區(qū)域中面對(duì)護(hù)罩的下邊緣幾乎平行于護(hù)罩的外部輪廓。
14.如權(quán)利要求13所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，在順風(fēng)位置，面對(duì)護(hù)罩的轉(zhuǎn)子葉片的下邊緣與護(hù)罩的外部輪廓之間的間隔小于50cm，優(yōu)選地小于20cm。
15.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)子葉片在根部區(qū)域傾斜出主葉片平面。
16.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)子葉片在根部區(qū)域中具有兩部分式的構(gòu)形，其中具有一個(gè)沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向方向的分離線。
17.如權(quán)利要求16所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)子葉片的兩個(gè)部分在風(fēng)力發(fā)電裝置中的轉(zhuǎn)子葉片即將安裝前才裝配在一起。
18.如權(quán)利要求16或17所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，在運(yùn)輸轉(zhuǎn)子葉片時(shí)轉(zhuǎn)子葉片的兩部分是分離的。
19.如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電裝置，其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電裝置具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，所述的轉(zhuǎn)子葉片具有一個(gè)減壓側(cè)和一個(gè)增壓側(cè)，其中減壓側(cè)的長度與增壓側(cè)的長度比為小于1.2的值，優(yōu)選地為小于1.1的值，并且更優(yōu)選為在1到1.03范圍中的值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片和一種風(fēng)力發(fā)電裝置。本發(fā)明的目的是提供一種具有一種轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)型的轉(zhuǎn)子葉片和一種風(fēng)力發(fā)電裝置，所述轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力發(fā)電裝置相較現(xiàn)有技術(shù)具有較高的效率。一種風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述轉(zhuǎn)子葉片的厚度裕度約在15％與40％之間，優(yōu)選地在約23％至28％之間，并且其中最大的構(gòu)型厚度在約20％至45％之間，優(yōu)選地在約32％至36％之間。
文檔編號(hào)F03D11/00GK1659376SQ03813059
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月5日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本 申請(qǐng)人:艾勞埃斯·烏本