專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(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)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片以及相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
就有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)，我們參閱了1996年出版的作者為艾里奇·豪(Erich Hau)的書(shū)“風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)”(Wind power systems)。這本書(shū)包含現(xiàn)有技術(shù)的一些風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片以及轉(zhuǎn)子葉片的橫截面的例子。根據(jù)NACA的氣動(dòng)型面(profile)的幾何構(gòu)造尺寸顯示在該書(shū)第102頁(yè)上的圖5.34中。如該圖所示，轉(zhuǎn)子葉片由下列參數(shù)描述對(duì)應(yīng)于弦長(zhǎng)的型面深度(profile depth)；限定弦上方的骨架線的最大高度的最大拱形(或拱形比)；最大拱形的位置，即在轉(zhuǎn)子葉片的橫截面內(nèi)相對(duì)于型面深度的最大拱形的位置；限定一個(gè)圓心位于骨架線上的內(nèi)接圓的最大直徑的最大型面厚度；以及最大厚度的位置，即轉(zhuǎn)子葉片的橫截面相對(duì)于型面深度呈現(xiàn)最大型面厚度的位置。另外，前緣半徑以及上下側(cè)的型面坐標(biāo)也用來(lái)描述轉(zhuǎn)子葉片的橫截面。還有，艾里奇·豪的書(shū)中的術(shù)語(yǔ)也用來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面。
現(xiàn)有技術(shù)的其它轉(zhuǎn)子葉片公開(kāi)在DE 103 07 682、US 5,474,425、US6,068,446以及DE 694 15 292中。
可以從幾個(gè)不同的方面對(duì)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行優(yōu)化。轉(zhuǎn)子葉片不僅應(yīng)安靜運(yùn)轉(zhuǎn)，還應(yīng)具有一個(gè)最大動(dòng)力性能，以在較低風(fēng)速時(shí)啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)并在可能的最小風(fēng)力強(qiáng)度下達(dá)到額定速度，該額定速度即第一次達(dá)到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的額定功率的轉(zhuǎn)速。如果接下來(lái)風(fēng)速增大，一般作法是增加調(diào)整在風(fēng)中的由迎風(fēng)角(pitch)調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片，使得在保持額定功率的同時(shí)減少轉(zhuǎn)子葉片的迎風(fēng)表面積，以保護(hù)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及其部件不受機(jī)械損壞。在任何情況下，一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片的葉片型面的氣動(dòng)特性是最重要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種具有轉(zhuǎn)子葉片型面的轉(zhuǎn)子葉片以及一種相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其與至今為止所知的轉(zhuǎn)子葉片相比可以提高效率。
根據(jù)本發(fā)明，所述目的由具有依據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的特征的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片型面的轉(zhuǎn)子葉片實(shí)現(xiàn)。其它有利的改進(jìn)由從屬權(quán)利要求限定。
根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片型面的具體坐標(biāo)列在表1中。


下面參照幾幅附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，各個(gè)圖顯示圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的前視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的后視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的側(cè)視圖；圖4-8為根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的不同方向的視圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的放大視圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片視圖；圖11-17、19為根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的不同視圖；以及圖18為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的橫截面(靠近輪轂的區(qū)域)。
具體實(shí)施例方式
具體地，本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)子葉片的型面位于轉(zhuǎn)子葉片中鄰近轉(zhuǎn)子葉片安裝部(連接輪轂的部位)的區(qū)域。優(yōu)選地，本申請(qǐng)所描述的型面位于轉(zhuǎn)子葉片相對(duì)于自身整個(gè)長(zhǎng)度的前三分之一處。取決于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的額定功率，這些轉(zhuǎn)子葉片的總長(zhǎng)度介于10m到70m之間。例如，一個(gè)Enercon-112型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(直徑大約112m)的額定功率為4.5MW，而一個(gè)Enercon-30型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的額定功率為300kW。
根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的型面的一個(gè)獨(dú)特的特征是其最大型面厚度大約為該轉(zhuǎn)子葉片弦長(zhǎng)的25-40％，優(yōu)選為32-36％。在圖18中，該最大型面厚度為轉(zhuǎn)子葉片弦長(zhǎng)的34.6％。圖1所示的弦1從轉(zhuǎn)子葉片的后緣3的中心2延伸到轉(zhuǎn)子葉片梢部5的端點(diǎn)4。最大厚度的位置，即相對(duì)于葉片長(zhǎng)度的最大型面厚度的位置，大約位于弦長(zhǎng)的20-30％處，優(yōu)選為23-28％。在所示的實(shí)施例中，最大厚度的位置為25.9％。該最大厚度垂直于所述弦確定，并且該最大位置是相對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片梢部而言的。
圖18還顯示了一條所謂的骨架線7。該骨架線在任意位置都確定了轉(zhuǎn)子葉片8的一半厚度。因此，這條骨架線不是直的，而是正好位于轉(zhuǎn)子葉片7的壓力側(cè)9和轉(zhuǎn)子葉片7的吸力側(cè)10上的相對(duì)點(diǎn)之間。該骨架線在轉(zhuǎn)子葉片后緣和轉(zhuǎn)子葉片梢部與弦相交。
在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面中的最大拱形的位置大約位于弦長(zhǎng)的55-70％處，優(yōu)選為59-63％。在所示的實(shí)施例中的最大拱形的位置大約位于61.9％處。最大拱形在這種情況下大約為弦長(zhǎng)的4-8％，優(yōu)選為弦長(zhǎng)的5-7％。在所示的實(shí)施例中，最大拱形大約為弦長(zhǎng)的5.87％。
根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的型面的另一個(gè)明顯的獨(dú)特特性是，該轉(zhuǎn)子葉片的壓力側(cè)與所述弦“相交”兩次。因此，該型面壓力側(cè)在這個(gè)區(qū)域中是形成為凹入的，而壓力側(cè)在型面的前部是形成為凸出的。在壓力側(cè)的凹入?yún)^(qū)，吸力側(cè)由在該吸力側(cè)上的相應(yīng)的相對(duì)區(qū)域內(nèi)的一條基本上直的線限制。
眾所周知，也可以將壓力側(cè)形成為凹入的拱形，或?qū)⑽?cè)形成為一條直邊。但是，這兩種方法的組合，特別地，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片型面來(lái)說(shuō)是最重要的，并且是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片型面的特征。
所示型面的轉(zhuǎn)子葉片后緣也是特別厚。但是，這不會(huì)造成在轉(zhuǎn)子葉片的后緣產(chǎn)生噪音，因?yàn)樗拘兔嬖O(shè)置在由轉(zhuǎn)子葉片梢部限定的圓的內(nèi)三分之一以內(nèi)，而且該處的軌跡速度也不是很高。
附圖所示的型面的x-y坐標(biāo)列在表1中，這些坐標(biāo)精確描述了本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的型面。
轉(zhuǎn)子葉片的氣動(dòng)外形可以通過(guò)這樣設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子葉片根部區(qū)域來(lái)改進(jìn)轉(zhuǎn)子葉片在該區(qū)域具有最大厚度，因此，該轉(zhuǎn)子葉片大約為多多少少與最佳氣動(dòng)外形類似的梯形(平面視圖)。在根部區(qū)域，該轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)選這樣實(shí)現(xiàn)將朝向風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)艙的轉(zhuǎn)子葉片根端改裝成在至少一個(gè)角坐標(biāo)處與該機(jī)艙的外部輪廓一致，例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片位于其與設(shè)計(jì)風(fēng)速對(duì)應(yīng)的位置時(shí)，在朝向風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片根端和該機(jī)艙的外部輪廓之間有一個(gè)寬度大約為5mm到10mm的空隙。
一種具有前述特征的轉(zhuǎn)子葉片表明在某些情況下可以顯著增加功率，即高達(dá)10％的功率。由于這個(gè)意料之外的功率增加，根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在低于額定風(fēng)速的任一給定風(fēng)速下的輸出功率增加。另外，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與以前的相比可較快達(dá)到它的額定功率。這意味著該轉(zhuǎn)子葉片也可以更早地轉(zhuǎn)動(dòng)(調(diào)整迎風(fēng)角)以減小發(fā)出聲音以及作用在該系統(tǒng)上的機(jī)械應(yīng)力。
本發(fā)明基于以下思想，如今使用的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片形狀是在風(fēng)洞中以不同的風(fēng)速但在均勻的氣流下測(cè)試的。但是，自然風(fēng)很少均勻地吹且遵循隨機(jī)分布規(guī)律，陣風(fēng)可能引起氣流在傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片上分離，特別是在葉片沒(méi)有通過(guò)氣動(dòng)處理和以最佳的方式形成的、靠近轉(zhuǎn)子輪轂的內(nèi)葉片區(qū)域。氣流在外轉(zhuǎn)子葉片區(qū)域(轉(zhuǎn)子葉片梢部)的方向的一定距離上繼續(xù)分離。這可能導(dǎo)致在一個(gè)氣泡狀的區(qū)域中的氣流分離并造成能量損失。由于對(duì)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行了清潔設(shè)計(jì)(clean design)，本發(fā)明還可以在上述類型的內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片區(qū)域顯著增加能量。
如果使用一個(gè)傳統(tǒng)上標(biāo)準(zhǔn)的型面，而不使用本申請(qǐng)所提出的以經(jīng)驗(yàn)確定的型面，轉(zhuǎn)子葉片的氣動(dòng)清潔設(shè)計(jì)可能需要在轉(zhuǎn)子葉片下部區(qū)域(靠近輪轂的區(qū)域)的型面深度大約加倍(其對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片的弦長(zhǎng))。但是，需要前部區(qū)域的顯著型面厚度來(lái)傳遞一個(gè)安全載荷和獲得一個(gè)大于2的升力系數(shù)CA。
現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子葉片通常制造為可在所述內(nèi)區(qū)域中實(shí)現(xiàn)最大量地節(jié)省材料。這種現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子葉片的典型例子顯示在上述1996年出版的作者為艾里奇·豪的書(shū)“風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)”的第114和115頁(yè)上。根據(jù)這些例子，最大型面深度總是位于距轉(zhuǎn)子葉片安裝部一定距離處，即在轉(zhuǎn)子葉片安裝區(qū)域附近，其中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)在該區(qū)域中可節(jié)省材料。但是，當(dāng)使用一個(gè)在平面視圖中類似梯形的優(yōu)化形狀時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片的最大寬度并沒(méi)有位于距轉(zhuǎn)子葉片安裝部一定距離處，而正好位于轉(zhuǎn)子葉片安裝部本身的區(qū)域內(nèi)。因此，這里不能在該轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)區(qū)域最大量地節(jié)省材料。
節(jié)省材料的原因可以在(上述)計(jì)算/開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)子葉片時(shí)對(duì)氣流條件的靜態(tài)考慮中看到。另外，流行的計(jì)算轉(zhuǎn)子葉片的程序?qū)⑥D(zhuǎn)子葉片分成若干單獨(dú)的段并且單獨(dú)計(jì)算每一轉(zhuǎn)子葉片段以得出對(duì)整個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的評(píng)價(jià)。
但是，真實(shí)條件很不同。第一，風(fēng)不會(huì)在一定表面面積內(nèi)均勻而定常地吹，而是呈現(xiàn)為一種明顯的隨機(jī)行為。第二，風(fēng)速是一個(gè)關(guān)鍵因素，因?yàn)檗D(zhuǎn)子葉片的外周速度在內(nèi)區(qū)域(即轉(zhuǎn)子輪轂附近區(qū)域)內(nèi)很低，使攻角的改變高度依賴于此區(qū)域中的瞬時(shí)風(fēng)速。因此，邊界層分離也以一個(gè)相應(yīng)的頻率發(fā)生在轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)區(qū)域。
滯后作用在這樣的情況下是有效的。一旦風(fēng)速降到以前的風(fēng)速，例如在一陣風(fēng)過(guò)后，轉(zhuǎn)子葉片上的邊界層不會(huì)立即恢復(fù)，而是風(fēng)速必須先進(jìn)一步減小(即需要進(jìn)一步調(diào)整攻角)直到轉(zhuǎn)子葉片上的邊界層恢復(fù)為止。但是，如果風(fēng)速?zèng)]有進(jìn)一步減小，很可能是無(wú)論來(lái)流風(fēng)速如何都有一定的力在一較長(zhǎng)期內(nèi)施加在轉(zhuǎn)子葉片上，原因是該轉(zhuǎn)子葉片表面上的邊界層還沒(méi)恢復(fù)。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子葉片顯著降低了邊界層分離的風(fēng)險(xiǎn)。所述較厚型面也有助于降低分離的風(fēng)險(xiǎn)。效率顯著增大的另一個(gè)原因是，一旦邊界層分離后，所述滯后效應(yīng)引起的輸出功率減小將持續(xù)一段較長(zhǎng)時(shí)間(在使用現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子葉片時(shí))。
所述效率增加的部分原因也在于，風(fēng)利用了最小阻力的路徑。轉(zhuǎn)子葉片的靠近輪轂的內(nèi)區(qū)域(顯著節(jié)約材料)很薄的設(shè)計(jì)相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子圓圈的由所述轉(zhuǎn)子葉片掠過(guò)的獲取區(qū)中的一個(gè)的“漏孔(slip hole)”，從而氣流傾向于流過(guò)這個(gè)漏孔。這是流行的計(jì)算程序的另一個(gè)弱點(diǎn)的標(biāo)志——這些程序的計(jì)算總是基于在由轉(zhuǎn)子葉片掠過(guò)的圓形區(qū)域上的均勻分布。
如果通過(guò)在靠近輪轂區(qū)域使用一個(gè)梯形的轉(zhuǎn)子葉片的設(shè)計(jì)而將該“漏孔”封閉，那么在整個(gè)圓形區(qū)域上的氣流分布得到改善并且轉(zhuǎn)子葉片外區(qū)域的效應(yīng)得到一些加強(qiáng)。結(jié)果是，這個(gè)“漏孔”的封閉提高了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的功率系數(shù)。
這也指出了流行計(jì)算程序的另一個(gè)弱點(diǎn)，因?yàn)檫@些程序還將與“漏孔”直接毗連的轉(zhuǎn)子葉片段考慮成一個(gè)完全發(fā)揮作用的轉(zhuǎn)子葉片段。但是，由于所述特殊的流動(dòng)條件(頻繁的邊界層分離發(fā)生后緊跟著是所需的流動(dòng)條件的恢復(fù))，事實(shí)并非如此。
圖11-17分別示出了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的前視圖和側(cè)視圖。在這些圖中，所述三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片在靠近輪轂的區(qū)域基本上無(wú)縫地過(guò)渡到機(jī)艙的外輪廓線。但是，這僅僅適用于與額定的風(fēng)位置相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片的位置。
一旦風(fēng)力的增大超出額定風(fēng)力值，傳統(tǒng)方法是通過(guò)變迎風(fēng)角(迎風(fēng)角調(diào)整)來(lái)隨風(fēng)慢慢地調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片。其中，圖15顯示這很容易導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子葉片在其內(nèi)區(qū)域下緣和機(jī)艙之間形成一個(gè)較大寬度的間隙。但是，圖4也顯示機(jī)艙的外側(cè)包含一個(gè)橫截面在很大程度上對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片靠近輪轂區(qū)域的型面的結(jié)構(gòu)。當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整到一個(gè)相應(yīng)的攻角時(shí)，該結(jié)構(gòu)直接位于以額定速度運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子葉片的下面，使得該結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)子葉片靠近輪轂的區(qū)域之間僅形成一個(gè)窄的間隙。
因此，機(jī)艙的外輪廓線還包含一個(gè)沒(méi)有與轉(zhuǎn)子葉片形成為一體的轉(zhuǎn)子葉片的段。
在圖18所示的轉(zhuǎn)子葉片型面中，梢部半徑大約為型面深度的0.146。
根據(jù)圖18，吸力側(cè)包含一較長(zhǎng)的基本為直的區(qū)域。例如，該區(qū)域如下所述在介于型面深度的38％和100％之間的區(qū)域，所述半徑等于型面深度的長(zhǎng)度的1.19倍。在介于型面深度(見(jiàn)圖18)的40％和85％之間的該區(qū)域，所述半徑等于型面深度的2.44倍。在介于型面深度的42％和45％之間的該區(qū)域，所述半徑等于型面深度的5.56倍。
在介于型面深度的36％和100％之間的該區(qū)域，與一條理想直線的偏差的最大值大約為型面深度的0.012。這個(gè)值是確定的，因?yàn)榍拾霃讲皇呛愣ǖ牟⑶腋鱾€(gè)區(qū)域的最大曲率半徑已經(jīng)定義過(guò)了。
在所示例子中，吸力側(cè)的長(zhǎng)度大約為型面深度的1.124倍，壓力側(cè)的長(zhǎng)度大約為型面深度的1.112倍。這意味著吸力側(cè)僅僅稍微長(zhǎng)于壓力側(cè)。因此，如果吸力側(cè)的長(zhǎng)度與壓力側(cè)的長(zhǎng)度比小于1.2，優(yōu)選小于1.1或介于1和1.03之間是非常有利的。
這些圖顯示，轉(zhuǎn)子葉片的型面深度在整流罩——即風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)艙外側(cè)——處最大。在一個(gè)轉(zhuǎn)子的直徑為30米的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，在整流罩處的型面深度可以是，例如大約1.8到1.9米，優(yōu)選為1.84米。如果整流罩的直徑大約為3.2米，轉(zhuǎn)子葉片在整流罩處的型面深度與整流罩直徑之比大約為0.575。因此，如果型面深度與整流罩直徑之比大于0.4或介于0.5和1之間是非常有利的。在這點(diǎn)上，可選取上述區(qū)間中的任何值。在上述例子中，型面深度與轉(zhuǎn)子直徑之比大約為0.061。很明顯，如果型面深度與轉(zhuǎn)子直徑之比大于0.05和0.01之間[原文如此]的一個(gè)值——此種情況下例子所取的值對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片的效率是非常有利的，所導(dǎo)致的“漏孔”最小。
在另一個(gè)例子中，轉(zhuǎn)子葉片的前三分之一的型面橫截面顯示于圖18中，該圖中整流罩處的型面深度大約等于4.35米，整流罩的直徑大約為5.4米而且轉(zhuǎn)子的總直徑為71米。在這種情況下，型面深度與整流罩直徑之比為0.806且型面深度與轉(zhuǎn)子直徑之比還是0.061。上述值是對(duì)一個(gè)具有迎風(fēng)角調(diào)整的三葉片轉(zhuǎn)子而言的。
如上所述，轉(zhuǎn)子的最寬處(該轉(zhuǎn)子的最大型面深度處)可以直接形成在葉片安裝部區(qū)域內(nèi)。術(shù)語(yǔ)葉片安裝部是指葉片連接(結(jié)合、螺接等)到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輪轂的區(qū)域。另外，轉(zhuǎn)子葉片的下側(cè)，即朝向風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)艙的那一側(cè)，形成為或很大程度上與機(jī)艙的縱向外輪廓相一致。因此，一個(gè)處于順槳迎風(fēng)角位置(feathered pitch position)(實(shí)際上沒(méi)有表面還與風(fēng)向?qū)?zhǔn))的轉(zhuǎn)子葉片平行于朝向機(jī)艙的下緣，并且該下緣和機(jī)艙的外輪廓線之間的距離是最小的，優(yōu)選小于50cm，實(shí)際上小于20cm。
如果此時(shí)該轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整到風(fēng)場(chǎng)中，其最大表面也位于轉(zhuǎn)子葉片的最內(nèi)區(qū)域(漏孔很小)。前面引用的艾里奇·豪的書(shū)顯示，現(xiàn)有技術(shù)的轉(zhuǎn)子葉片在靠近輪轂的區(qū)域繼續(xù)減小(轉(zhuǎn)子葉片在該處比在它們的最寬點(diǎn)窄)。相反，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的最寬點(diǎn)具體地位于靠近輪轂的區(qū)域內(nèi)，使得風(fēng)的勢(shì)能可在該位置完全被利用。
眾所公知，特別是很大的轉(zhuǎn)子葉片在靠近輪轂的區(qū)域的轉(zhuǎn)子葉片很寬。該轉(zhuǎn)子葉片還可以由兩部分組成以便于運(yùn)輸這樣的轉(zhuǎn)子葉片(大轉(zhuǎn)子葉片，例如，長(zhǎng)度超過(guò)30m的轉(zhuǎn)子葉片，其靠近輪轂區(qū)域的寬度最好介于5m到8m之間)。所述兩部分在運(yùn)輸過(guò)程中分離并且可以在該轉(zhuǎn)子葉片到達(dá)安裝位置后裝配該轉(zhuǎn)子葉片。該轉(zhuǎn)子葉片安裝在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)上時(shí)該兩部分例如通過(guò)螺釘連接或不可分連接(焊接)而相互連接。特別是對(duì)于大轉(zhuǎn)子葉片，這不是什么問(wèn)題，因?yàn)檫@樣的轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部在裝配過(guò)程中也是夠得著的。該轉(zhuǎn)子葉片的外側(cè)具有均勻外觀并且在兩個(gè)完成裝配的部分之間的分隔線很難看得見(jiàn)或完全看不見(jiàn)。
初步的測(cè)量結(jié)果表明，與現(xiàn)有的傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片相比，根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子葉片可以顯著提高效率。
根據(jù)圖1-17，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片，使得它們的最大型面深度位于靠近輪轂的區(qū)域，并且該轉(zhuǎn)子葉片沿著輪轂附近區(qū)域內(nèi)的整個(gè)型面延伸到鄰近該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電室的機(jī)艙導(dǎo)流帽(整流罩)的部位。這導(dǎo)致至少在轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整到與高達(dá)額定風(fēng)速范圍的風(fēng)速相應(yīng)的角度的位置時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片和機(jī)艙導(dǎo)流帽之間的間隙很小。例如，在圖1、2和3中，轉(zhuǎn)子葉片還延伸到機(jī)艙導(dǎo)流帽與后型面深度區(qū)域鄰近的一個(gè)位置。在所示的另一個(gè)變體中，例如在圖11-17中，機(jī)艙導(dǎo)流帽本身的外側(cè)具有一轉(zhuǎn)子葉片段30，但是該段沒(méi)有一體地形成整個(gè)轉(zhuǎn)子的一部分。圖15和17特別地顯示了，形成在機(jī)艙外部的所述轉(zhuǎn)子葉片部固定在這個(gè)位置，并且其角度設(shè)置成與高達(dá)額定風(fēng)速時(shí)轉(zhuǎn)子葉片的角位置相應(yīng)。這意味著至少在風(fēng)速高達(dá)額定風(fēng)速時(shí)，在轉(zhuǎn)子葉片的下側(cè)和機(jī)艙后型面深度區(qū)域之間也形成一個(gè)最小的間隙。
圖19還很清楚地顯示了根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子葉片在轉(zhuǎn)子中心具有用于風(fēng)的很小的“漏孔”。
圖18顯示了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片沿圖17中的A-A線的一個(gè)橫截面，即轉(zhuǎn)子葉片在輪轂附近區(qū)域的型面。
圖17還包含一個(gè)顯示整流罩的直徑D的標(biāo)識(shí)。
轉(zhuǎn)子的直徑由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中其掃過(guò)的圓形區(qū)域的半徑描述。
根據(jù)圖15和其它圖，轉(zhuǎn)子葉片的部分30沒(méi)有一體地形成所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子葉片的一部分，而是一體地形成機(jī)艙導(dǎo)流帽外部的一部分。該相應(yīng)部分可以用螺釘安裝到所述機(jī)艙或一體連接或焊接到機(jī)艙。
在根據(jù)本申請(qǐng)的轉(zhuǎn)子葉片的長(zhǎng)度很大以及在輪轂附近區(qū)域的相應(yīng)轉(zhuǎn)子葉片深度——即葉片弦——很大的情況下，該區(qū)域?qū)⑷~片分成兩部分或多部分以簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)子葉片的運(yùn)輸是可行的。在這種情況下，轉(zhuǎn)子葉片在達(dá)到整個(gè)轉(zhuǎn)子葉片安裝到輪轂的安裝位置之前不對(duì)該轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行重新裝配。在這樣的情況下，部分轉(zhuǎn)子葉片可如圖20所示實(shí)現(xiàn)。根據(jù)該圖，在葉片后緣區(qū)域缺一段。通過(guò)附上所缺段可以在該區(qū)域恢復(fù)圖18所示的型面。
所述兩部分可以通過(guò)螺釘、焊接或其它固定方法相互連接。
也可以提供在轉(zhuǎn)子葉片的所述區(qū)域改變?cè)撧D(zhuǎn)子葉片的表面大小的裝置。相應(yīng)的變體如圖21-23所示，必須注意，這些圖所示的轉(zhuǎn)子葉片的橫截面應(yīng)理解成是示意性的(轉(zhuǎn)子葉片的型面大體上對(duì)應(yīng)于圖18所示的型面)。
圖21-23所示的變體提供了如需要可以減小轉(zhuǎn)子葉片的整個(gè)表面的優(yōu)點(diǎn)。這在極端風(fēng)力條件下以及在轉(zhuǎn)子葉片的運(yùn)輸過(guò)程中是很實(shí)際的，因?yàn)樗试S或至少簡(jiǎn)化轉(zhuǎn)子葉片的運(yùn)輸并防止風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在極端風(fēng)力條件下的過(guò)載。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的變體中，部分表面由一可變形材料組成，該材料形成了一個(gè)封閉容器(該容器形成后型面殼)的一部分。這個(gè)封閉容器可以裝有例如受到一定壓力的氣體介質(zhì)。這導(dǎo)致了該轉(zhuǎn)子葉片具有一部分可膨脹的表面，其在運(yùn)輸過(guò)程中或在極端風(fēng)力條件下可抽出該葉片中的氣體，因此需要更少空間，并在風(fēng)壓的作用下會(huì)發(fā)生屈服。這減小了轉(zhuǎn)子葉片的有效表面積以及迎風(fēng)面。包括塔臺(tái)的下游部件上的載荷同時(shí)也減小了。
在本發(fā)明的另一個(gè)變體中，轉(zhuǎn)子葉片在所述后盒體(rear box)(在圖20中未示)區(qū)域中包含第二個(gè)機(jī)翼結(jié)構(gòu)，該機(jī)翼結(jié)構(gòu)在該區(qū)域上和/或中可以移動(dòng)。所述可變形材料可以固定在該第二機(jī)翼結(jié)構(gòu)的一預(yù)定位置，而且該可變形材料的一側(cè)可以安裝在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的卷繞單元上。
所述第二機(jī)翼結(jié)構(gòu)可以風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常操作模式伸展，即伸展臂完全伸展或者伸縮臂完全延伸。所述可變形材料的一側(cè)安裝在一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的卷繞單元上。如果轉(zhuǎn)子葉片表面的表面積必須減小，則轉(zhuǎn)動(dòng)該卷繞單元——類似于一個(gè)雨蓬——以卷起所述可變形材料。折疊臂同時(shí)折疊并減小第二機(jī)翼結(jié)構(gòu)在可減小表面區(qū)域的大小，使得轉(zhuǎn)子葉片的表面積相應(yīng)地減小。
在本發(fā)明的一個(gè)可選變體中，轉(zhuǎn)子葉片表面的一部分包含分別設(shè)置在一個(gè)支撐導(dǎo)軌上的薄片式條帶，該支撐導(dǎo)軌繞其縱軸可樞轉(zhuǎn)。在正常操作模式中，這些薄片式條帶排成一排使得它們?cè)黾恿宿D(zhuǎn)子葉片的氣動(dòng)有效表面積。在轉(zhuǎn)子葉片運(yùn)輸過(guò)程中或在極端載荷作用下，所述支撐導(dǎo)軌可以樞轉(zhuǎn)，使相應(yīng)的薄片移到例如剩下的轉(zhuǎn)子葉片的背風(fēng)面，并因此而相應(yīng)減小轉(zhuǎn)子葉片的表面積。
在本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的進(jìn)一步改進(jìn)中，所述氣動(dòng)有效轉(zhuǎn)子葉片表面的可移動(dòng)部分由一個(gè)可以在轉(zhuǎn)子葉片深度的方向上移位的單獨(dú)平面單元組成。在正常運(yùn)行模式下，這個(gè)平面單元優(yōu)選地在吸力側(cè)增加轉(zhuǎn)子葉片的表面積，以產(chǎn)生一個(gè)大的氣動(dòng)有效表面積。
為了減小表面積，這個(gè)平面單元可以類似于一個(gè)機(jī)翼的襟翼系統(tǒng)移動(dòng)該平面單元，使之移到轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)并由轉(zhuǎn)子葉片剩下的表面覆蓋，或移到轉(zhuǎn)子葉片上并覆蓋轉(zhuǎn)子葉片的表面。在任何情況下，這導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片表面積的減小。
在本發(fā)明的一個(gè)可選變體中，這個(gè)平面單元的一側(cè)以樞轉(zhuǎn)方式連接到第一機(jī)翼結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)子葉片后緣。轉(zhuǎn)子葉片的表面積可以通過(guò)將該單元繞該單元軸朝轉(zhuǎn)子葉片的吸力側(cè)或壓力側(cè)樞轉(zhuǎn)而改變。
如果該平面單元樞轉(zhuǎn)了大約90°，其大體垂直于氣流方向位于轉(zhuǎn)子葉片上并產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的減速效應(yīng)，因?yàn)樗璧K空氣沿著轉(zhuǎn)子葉片的表面流動(dòng)。
以下將參照附圖對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)變體進(jìn)行詳細(xì)描述。它們顯示圖20為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的俯視圖；圖21為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的前段的俯視圖；圖22為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的第一變體的示意橫截面；圖23為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的第二變體的示意橫截面；圖24a，24b為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的第三變體的示意橫截面；圖25為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的第四變體的示意橫截面；圖26為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的第五變體的示意橫截面；圖27a和27b為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的第六變體的簡(jiǎn)化橫截面；圖28為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的一個(gè)有利變體的俯視圖；圖29-33為本發(fā)明的其它有利的例子。
圖20顯示了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的完整的轉(zhuǎn)子葉片的示意俯視圖。轉(zhuǎn)子葉片100分成兩部分。就其關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)子葉片100按傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)。但是，在臨近轉(zhuǎn)子葉片根部120的區(qū)域，即具有最大葉片深度的那個(gè)區(qū)域，可以看到一個(gè)劃分出來(lái)的區(qū)域。這個(gè)劃分出來(lái)的區(qū)域?yàn)檗D(zhuǎn)子葉片的區(qū)域140，該區(qū)域的表面積如果需要可以減小，使之不再受到風(fēng)的作用。
圖21顯示了轉(zhuǎn)子葉片100的剛性部分，該部分的表面積保持不變。這個(gè)圖清楚地顯示轉(zhuǎn)子葉片100的氣動(dòng)有效表面積顯著地減小了，使得特別是在極端風(fēng)力情形下的載荷大大低于一個(gè)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子葉片的載荷。
圖22顯示了一個(gè)本發(fā)明的第一變體的示意橫截面。在此情形下，轉(zhuǎn)子葉片100分成一個(gè)前部區(qū)域110和一個(gè)后部盒體(rear box)140。該后部盒體140由兩條可變形材料帶180組成，所述條帶與前部區(qū)域110的后壁一道形成了一個(gè)封閉的容器160。如果這個(gè)封閉容器160現(xiàn)充滿一壓縮的氣體介質(zhì)，所述可變形材料180形成根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片100的表面區(qū)域的一部分，該部分在正常運(yùn)行模式下是氣動(dòng)有效的(并在圖20中由附圖標(biāo)號(hào)140標(biāo)識(shí))。
轉(zhuǎn)子葉片的這一段可以這樣的穩(wěn)定性形成，使得在正常風(fēng)條件下它的正常效應(yīng)變得很明顯。但是，施加在轉(zhuǎn)子葉片的這一部分的風(fēng)壓在極端風(fēng)力條件下較高，使外壓高于內(nèi)壓，從而在這種情況下轉(zhuǎn)子葉片在后部盒體140區(qū)域變形并且該轉(zhuǎn)子葉片最終在外部風(fēng)壓作用下屈服。這不僅在極端的風(fēng)力下減小了迎風(fēng)面，而且也減小下游結(jié)構(gòu)上的載荷。
還應(yīng)注意，當(dāng)例如當(dāng)風(fēng)速超過(guò)一預(yù)定值時(shí)，可以主動(dòng)將后部盒體的這一部分(其中裝有填充介質(zhì))中的介質(zhì)抽出以減小該轉(zhuǎn)子葉片的表面積。這種主動(dòng)抽取提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)子葉片的形狀永遠(yuǎn)是確定的，而如果所述后部盒體在外壓作用下屈服時(shí)可能引起不確定的情形。
為了防止容器160受損，可以例如提供一個(gè)允許將形成在容器160內(nèi)的過(guò)高壓力釋放掉的壓力安全閥(未示出)。
正常運(yùn)行模式所需的壓力可以利用一個(gè)壓縮機(jī)170恢復(fù)。如果提供有控制閥和/或壓力傳感器(未示)，在風(fēng)壓有漲落時(shí)也可以調(diào)整容器160內(nèi)的壓力以一直保持最佳運(yùn)行條件。
圖23顯示了本發(fā)明的第二變體，其中轉(zhuǎn)子葉片吸力側(cè)的表面延伸而不是使用一個(gè)完整的后部盒體140。這個(gè)延伸由一個(gè)連接前部區(qū)域110的平面單元240組成。
這個(gè)平面單元240可以在由箭頭所示的方向上移位以減小氣動(dòng)有效表面積。這種移位可以由例如相應(yīng)的液壓缸來(lái)液壓地實(shí)現(xiàn)、由氣壓缸氣動(dòng)地實(shí)現(xiàn)或由電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，必須提供用于此目的的相應(yīng)的泵、壓縮機(jī)或驅(qū)動(dòng)裝置(致動(dòng)器)(但為更清楚起見(jiàn)在圖中沒(méi)有顯示這些裝置)。
所述平面單元可以移進(jìn)前部區(qū)域，使得前部區(qū)域110的表面覆蓋平面單元240?？蛇x地，該平面單元也可以移到前部區(qū)域110的表面之上，使得該平面單元240覆蓋前部區(qū)域110的相應(yīng)部分。在兩種情形下，轉(zhuǎn)子葉片100的氣動(dòng)有效表面積都減小了。
圖24a和24b顯示了本發(fā)明的第三變體。圖24a顯示一可變形材料的卷軸200，標(biāo)號(hào)300標(biāo)識(shí)了處于折疊狀態(tài)的折疊臂。這個(gè)機(jī)構(gòu)可以類似于一個(gè)遮陽(yáng)蓬的方法實(shí)現(xiàn)。
圖24b顯示處于正常運(yùn)行模式下的該變體。折疊臂300伸開(kāi)并且安裝于其上的可變形材料180在折疊臂伸開(kāi)的過(guò)程中從卷軸200處展開(kāi)。因此，卷軸200不再攜帶整個(gè)纏繞材料。
在展開(kāi)狀態(tài)中，可變形材料180的一端固定在卷軸200上，而另一端固定在折疊臂300在圖中指向右邊的一端上。折疊臂的兩端可以連接到一個(gè)未示的連結(jié)板上，以增加所述結(jié)構(gòu)的剛性和將可變形材料固定到位。
為了防止可變形材料180在卷軸210和折疊臂300的外端之間變得松弛，可以在可變形材料180的下方裝一個(gè)類似于可調(diào)整格柵的裝置(未示出)，該格柵由折疊臂300同步致動(dòng)并支持伸開(kāi)狀態(tài)下的可變形材料180。
將所述過(guò)程反過(guò)來(lái)可以減小有效表面積；使折疊臂300和所述可調(diào)整格柵(未示)折疊并同時(shí)使可變形材料300纏繞在卷軸芯210上。這最終形成如圖24a所示的卷軸200，以及導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片100的有效表面積減小。
在如圖25所示的本發(fā)明的第四變體中，平面單元240以樞轉(zhuǎn)方式連接到前部區(qū)域110后部，使得它形成為前部區(qū)域110的吸力側(cè)的一個(gè)延伸部。
在這種情形下，平面單元240由一個(gè)設(shè)置在平面單元240和前部區(qū)域110的支持結(jié)構(gòu)之間的壓縮彈簧280支持。
在正常運(yùn)行模式下，壓縮彈簧280這樣支持所述平面單元240使之保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。如果一個(gè)反常風(fēng)壓施加在轉(zhuǎn)子葉片100的上側(cè)，施加在平面單元240表面上的壓力增加，并克服彈簧280的力使圖25所示的平面單元240向下壓，并在風(fēng)壓作用下屈服。這導(dǎo)致氣動(dòng)有效表面積的相應(yīng)減小。
除了使用一個(gè)彈簧280，也可以提供相應(yīng)的伸縮單元，例如液壓或氣動(dòng)或機(jī)械裝置，以主動(dòng)調(diào)節(jié)所述平面單元。也可以例如利用螺桿或蝸桿驅(qū)動(dòng)裝置等來(lái)將平面單元240保持在第一預(yù)定位置或者將該平面單元移到第二預(yù)定位置。當(dāng)然，必須提供相應(yīng)的泵、壓縮機(jī)或驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)操作這些致動(dòng)器，這些裝置為清楚起見(jiàn)在圖中未示出。
在這種情況下也可以確定施加在平面單元240上的風(fēng)載荷，其中平面單元240作為所測(cè)量的風(fēng)載荷的一個(gè)函數(shù)繞樞轉(zhuǎn)軸樞轉(zhuǎn)，以根據(jù)瞬時(shí)的運(yùn)行狀況最佳地調(diào)整所述平面單元。
圖26顯示了本發(fā)明的第五變體。在這個(gè)第五變體中，平面單元240沒(méi)有以樞轉(zhuǎn)方式連接到前部區(qū)域110的后側(cè)，而是設(shè)置在可以一個(gè)可以繞自身縱軸旋轉(zhuǎn)的鉸接銷上。在圖26所示的位置，平面單元240形成轉(zhuǎn)子葉片100的氣動(dòng)有效表面積的一個(gè)延伸。
為了減小這個(gè)表面積，其上固定有平面單元240的鉸接銷220繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，使平面單元240的外端沿由所示雙箭頭標(biāo)識(shí)的兩個(gè)方向之一運(yùn)動(dòng)。這也導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片100的氣動(dòng)有效表面積減小，并因此導(dǎo)致施加在轉(zhuǎn)子葉片100和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的所有下游部件上的風(fēng)載荷發(fā)生改變。
圖27a和27b示出了圖26所示的實(shí)施例的一種改進(jìn)。在圖26中由標(biāo)號(hào)240標(biāo)識(shí)的平面單元在圖27a中分成三個(gè)片層單元260。這些片層單元在圖27中有意設(shè)置成彼此分開(kāi)以說(shuō)明這種分割。當(dāng)然，這三個(gè)單元實(shí)際上設(shè)置成它們可形成一個(gè)大致上封閉的表面，該封閉表面盡可能平滑地過(guò)渡到轉(zhuǎn)子葉片100的前部區(qū)域。
每個(gè)片層260設(shè)置在自身的鉸接銷上。每個(gè)鉸接銷280可繞自身的縱軸旋轉(zhuǎn)，從而通過(guò)繞縱軸旋轉(zhuǎn)鉸接銷280來(lái)樞轉(zhuǎn)各個(gè)的片層260。
圖27b顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)裝置處于如下情形其中這些片層樞轉(zhuǎn)到這樣一個(gè)位置，其減小了轉(zhuǎn)子葉片100的氣動(dòng)有效表面積。在這種情況下，片層260樞轉(zhuǎn)到前部區(qū)域110的背風(fēng)面。因此，片層不再形成轉(zhuǎn)子葉片的表面的一部分，使得它們不再受到風(fēng)和任何升高的載荷的作用。
這樣一種裝置實(shí)現(xiàn)為，除了鉸接銷280繞它們的縱軸旋轉(zhuǎn)外，圖中的左鉸接銷280和轉(zhuǎn)子葉片100的前部區(qū)域110之間的距離以及鉸接銷280之間的相互距離減小了。
雖然圖中僅顯示了位于吸力側(cè)表面的一延伸部，自然地，也可以可選地或同時(shí)地改變壓力側(cè)的表面的大小。
如果一個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有上述的轉(zhuǎn)子葉片，并且出現(xiàn)了一個(gè)極端風(fēng)力條件時(shí)，不僅可以借助風(fēng)速指示器確定高風(fēng)力，還可以借助相應(yīng)的控制裝置來(lái)顯著減小轉(zhuǎn)子葉片表面的大小。根據(jù)圖20和21，圖20所示的轉(zhuǎn)子葉片的表面積比圖21所示的轉(zhuǎn)子葉片的表面積大10％。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行在正常模式時(shí)，例如，風(fēng)速介于2-20m/s之間時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整到它的正常尺寸。一旦風(fēng)速增大到高于20m/s，該表面積可以如圖21所示顯著地減小。
優(yōu)選地，所述控制裝置以計(jì)算機(jī)輔助的方式實(shí)現(xiàn)，并確保如果需要可以分別調(diào)整轉(zhuǎn)子葉片的最佳表面積。
圖33顯示了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的另一個(gè)變體。在這個(gè)情況下，所述結(jié)構(gòu)由可樞轉(zhuǎn)的環(huán)320組成，該環(huán)320由一可變形薄膜覆蓋并樞轉(zhuǎn)支撐在支撐點(diǎn)340處。在朝轉(zhuǎn)子葉片梢部(箭頭)移動(dòng)的過(guò)程中，這些環(huán)例如繞所述支撐點(diǎn)340樞轉(zhuǎn)，以改變后部盒體的型面。
圖28-33顯示了圖22-27b的其它可選和補(bǔ)充的變體。
圖30b(圖30a基本上對(duì)應(yīng)于圖25)顯示了對(duì)圖25的一種改進(jìn)，其在壓力側(cè)具有一個(gè)輔助單元250。因?yàn)閺椈?80的接觸點(diǎn)分別相對(duì)于圖25和30a沒(méi)有改變，必須將單元240和250連接在葉片后緣上，使得它們可以繞一個(gè)結(jié)合點(diǎn)260樞轉(zhuǎn)。在某些情況下，可以在這個(gè)變體中將轉(zhuǎn)子葉片盒體110實(shí)現(xiàn)為沿轉(zhuǎn)子葉片的長(zhǎng)度方向上與單元250重疊。
圖31b(為圖26和31a的一個(gè)擴(kuò)展變體)還示出了位于壓力側(cè)上的一個(gè)單元250，該單元如同單元240一樣通過(guò)一個(gè)機(jī)械連接件連接到吸力側(cè)的相同軸桿120上。
圖32a和32b顯示了根據(jù)圖27a和27b的變體的進(jìn)一步改進(jìn)。在該例中，為壓力側(cè)的相應(yīng)單元提供分離的軸桿280。類似于圖27a，圖32a顯示了處于正常運(yùn)行模式下的一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。圖32b顯示了一種情形，其中所述后部盒體通過(guò)相應(yīng)地轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)軸桿280來(lái)變得無(wú)效。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片，其中該轉(zhuǎn)子葉片的最大厚度的位置大約介于15％和40％之間，優(yōu)選介于23％和28％之間，其中最大型面厚度大致介于20％和45％之間，優(yōu)選介于32％和36％之間，并且該轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)選由兩部分組成。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，該轉(zhuǎn)子葉片的橫截面由一條骨架線描述，該骨架線的最大拱形介于50°和70°之間，優(yōu)選介于60°和65°之間。
3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述最大拱形大約為3％到10％，優(yōu)選大約為4％到7％。
4.如前述權(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)選形成在毗連轉(zhuǎn)子葉片安裝部的該轉(zhuǎn)子葉片的下三分之一區(qū)域內(nèi)。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，該轉(zhuǎn)子葉片具有一個(gè)壓力側(cè)和一個(gè)吸力側(cè)，其中所述壓力側(cè)包含具有凹入拱形的一個(gè)部分，以及一個(gè)幾乎是直的部分形成在所述吸力側(cè)上。
6.具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片連同一個(gè)輪轂導(dǎo)流帽一道安裝在轉(zhuǎn)子輪轂上，其特征在于，轉(zhuǎn)子葉片的一部分形成在該輪轂導(dǎo)流帽的外側(cè)，并剛性連接到該輪轂導(dǎo)流帽上，其中轉(zhuǎn)子葉片的該部分沒(méi)有一體地形成為該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子葉片的一部分。
7.如權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，形成在輪轂導(dǎo)流帽上的轉(zhuǎn)子葉片的型面大體上對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子葉片在輪轂附近區(qū)域的型面。
8.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，形成在輪轂導(dǎo)流帽上的轉(zhuǎn)子葉片的該部分被固定到位，并且大體按以下方式布置當(dāng)風(fēng)速低于額定風(fēng)速，且該轉(zhuǎn)子葉片被調(diào)整到符合額定風(fēng)速的位置時(shí)，其直接位于輪轂附近的轉(zhuǎn)子葉片區(qū)域的下方。
9.一種風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其具有至少一個(gè)如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片。
10.特別是如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其中，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包括一個(gè)具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子葉片的最大型面深度位于轉(zhuǎn)子葉片輪轂區(qū)域，其中所述型面深度與轉(zhuǎn)子直徑之比取大約0.04和0.1之間的一個(gè)值，優(yōu)選介于0.055和0.7之間，例如，0.061。
11.特別是如權(quán)利要求9或10所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)具有一個(gè)發(fā)電室，其容納發(fā)動(dòng)機(jī)以及一個(gè)連接到發(fā)動(dòng)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，該轉(zhuǎn)子包含一個(gè)具有導(dǎo)流帽(整流罩)的輪轂，并且轉(zhuǎn)子葉片的型面深度與整流罩的直徑之比大于0.4，優(yōu)選介于0.5和1之間。
12.特別是如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)具有一個(gè)優(yōu)選包括一個(gè)以上轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子，其中，該轉(zhuǎn)子葉片的形狀為多少類似于最佳氣動(dòng)形狀的梯形，該轉(zhuǎn)子葉片的最大寬度位于轉(zhuǎn)子葉片的根部區(qū)域，并且朝向風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)艙的轉(zhuǎn)子葉片根部邊緣形成為大體上與機(jī)艙的外輪廓線(在縱向)一致。
13.如權(quán)利要求12所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)到順槳迎風(fēng)角位置時(shí)，朝向機(jī)艙的轉(zhuǎn)子葉片下緣在根部區(qū)域幾乎平行于機(jī)艙外輪廓線。
14.如權(quán)利要求13所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，在所述順槳迎風(fēng)角位置，朝向機(jī)艙的轉(zhuǎn)子葉片下緣和機(jī)艙外輪廓線之間的距離小于50cm，優(yōu)選小于20cm。
15.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片在根部區(qū)域傾斜偏離轉(zhuǎn)子葉片的主平面。
16.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片在根部區(qū)域形成為兩部分，其中，分隔線朝向該轉(zhuǎn)子葉片的縱向。
17.如權(quán)利要求16所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，將所述轉(zhuǎn)子葉片安裝到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)后，才裝配該轉(zhuǎn)子葉片的所述兩部分。
18.如權(quán)利要求16和17所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片的兩部分在運(yùn)輸過(guò)程中保持分開(kāi)。
19.特別是如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，該轉(zhuǎn)子葉片具有一個(gè)吸力側(cè)和一個(gè)壓力側(cè)，其中吸力側(cè)的長(zhǎng)度與壓力側(cè)的長(zhǎng)度之比小于1.2，優(yōu)選小于1.1，特別是介于1和1.03之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片以及風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種帶有一轉(zhuǎn)子葉片型面的轉(zhuǎn)子葉片以及一種相應(yīng)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其改進(jìn)了效率。為了達(dá)成該目的，可有幾種方案一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片，其中該轉(zhuǎn)子葉片的最大厚度的位置大約介于15％和40％之間，優(yōu)選介于23％和28％之間，最大型面厚度大約介于20％和45％之間，優(yōu)選介于32％和36％之間；該轉(zhuǎn)子葉片在根部區(qū)域具有兩個(gè)部分，轉(zhuǎn)子葉片的一部分配置在輪轂的外側(cè)，轉(zhuǎn)子葉片的型面深度和該轉(zhuǎn)子的直徑之比介于0.04和1之間，并且該轉(zhuǎn)子葉片的型面深度和該導(dǎo)流帽的直徑之比介于0.5和1之間。
文檔編號(hào)F03D1/06GK1780982SQ200480011486
公開(kāi)日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月28日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本 申請(qǐng)人:艾勞埃斯·烏本