專利名稱：具有窄肩和相對厚的翼型型面的風力渦輪機葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于具有基本水平轉(zhuǎn)子軸的風力渦輪機的轉(zhuǎn)子的葉片，所述轉(zhuǎn)子包括轂，葉片當被裝至轂時基本在徑向方向上從轂延伸，葉片具有橫向方向和具有末梢端和根部端的縱向方向，葉片還包括:成型輪廓，成型輪廓包含壓力側(cè)和吸力側(cè)、以及前緣和后緣并帶有具有在前緣與后緣之間延伸的弦長的弦，成型輪廓當被入射氣流沖擊時產(chǎn)生升力，其中成型輪廓被分為:具有最接近轂的基本圓形或橢圓形型面的根部區(qū)域、具有最遠離轂的升力產(chǎn)生型面的翼型區(qū)域、以及在根部區(qū)域與翼型區(qū)域之間的過渡區(qū)域，過渡區(qū)域具有從根部區(qū)域的圓形或橢圓形型面到翼型區(qū)域的升力產(chǎn)生型面在徑向方向上逐漸改變的型面、以及具有肩寬并且位于過渡區(qū)域與翼型區(qū)域之間的邊界處的肩(shoulder)，其中葉片具有葉片長，以及成型輪廓包括被定義為最大型面厚度與弦長之間的局部比率的局部相對厚度。
背景技術(shù)：
風力渦輪機制造商一直致力于提高他們的風力渦輪機的效率以便于最大化年發(fā)電量。此外，風力渦輪機制造商對延長他們的風力渦輪機模型的壽命感興趣，因為開發(fā)新的風力渦輪機模型花費長時間和許多資源。一種提高風力渦輪機的效率的顯而易見的方法是提高風力渦輪機葉片的效率，致使風力渦輪機能在給定風速下產(chǎn)生較高的功率輸出。然而，風力渦輪機模型的葉片不能被人用其他更具效率的葉片任意地替換。風力渦輪機模型被從轉(zhuǎn)子與葉片將尺寸定到特定的負載范圍。因而，必須確保的是新的風力渦輪機葉片遵從風力潤輪機模型的設(shè)計規(guī)格，而且還必須確保的是風力潤輪機葉片自身遵從保修(warranty)問題，而且被制造成維持至少一定年數(shù)而不損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是得到新的風力渦輪機葉片，其被設(shè)計成遵從某先前的設(shè)計規(guī)格或給現(xiàn)有的葉片提供有用的代用品。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述目的通過前述類型的風力渦輪機葉片獲得，其中肩寬與葉片長之間的比率小于或等于0.075，且在0-0.8L的葉片長區(qū)間中的相對厚度為至少22%。因而，看得見本發(fā)明提供細長且相對厚的風力渦輪機葉片。所以，最小化葉片的負載是可能的，因為葉片的總面積被最小化，因而降低了例如風暴負載。此外，相對厚的葉片更堅硬，由于負載攜帶結(jié)構(gòu)進一步地被間隔開，這繼而意味著葉片殼體可以被制造得更薄。因而總體質(zhì)量可以被控制(ke印down)。然而，使用窄的肩寬和相對厚的葉片型面的組合已被驚人地發(fā)現(xiàn)明顯增加這樣的葉片的年發(fā)電量(AEP)，尤其因為如果設(shè)有這樣的葉片的風力渦輪機上施加近似相同負載，則葉片可以被制造地比現(xiàn)有葉片更長。然而，如果有人僅使用這兩個措施中的一個來減少負載，則AEP會降低。肩在此處被定義為風力渦輪機葉片具有其最大弦長的位置。從根部端到末梢端定義長度區(qū)間，因而根部端定位于r=0處，而末梢端定位于r=L處。優(yōu)選地，葉片是預(yù)彎曲的或預(yù)應(yīng)力的。在這樣的一種具體實施方式
中，葉片朝葉片的壓力側(cè)被彎曲，即被彎曲致使葉片當被安裝在逆風風力渦輪機上時(至少在相對低的風速下)遠離風力渦輪機的塔架彎曲。在例如設(shè)計風速下操作時，葉片由于進風以及葉片的壓力側(cè)(或相應(yīng)地逆風或上風側(cè))和葉片的吸力側(cè)(或相應(yīng)地順風或下風側(cè))上各自的壓力分布而伸直，因而最大化了轉(zhuǎn)子平面中由葉片掃過的面積。預(yù)彎曲葉片使甚至進一步降低葉片的硬度成為可能，從而減少所需的材料并從而也減少葉片的負載。總而言之，看得見具有相對高厚度而且設(shè)有結(jié)合的預(yù)彎曲的細長的葉片或窄肩提供具有比現(xiàn)有技術(shù)葉片低的負載的葉片。在一種具體實施方式
中，肩寬與葉片長之間的比率小于或等于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。這些具體實施方式
都提供相對細長，即具有小的最大弦長的葉片。在另一種具體實施方式
中，在0-0.8L的葉片長區(qū)間中的相對厚度為至少23%，有利地為至少23.5%，且更有利地為至少24%。這樣的型面具有比常規(guī)葉片明顯更大的相對葉片厚度，尤其是在從0.65L-0.8L的區(qū)域中。在又一種有利的具體實施方式
中，在0-0.8L的葉片區(qū)間中的相對葉片厚度為至少25%，或至少26%。有利地，葉片長為至少40米，更有利地為40米與50米之間。已發(fā)現(xiàn)提出的細長度和厚度特別適于這些葉片長。在一種有利的具體實施方式
中，根部區(qū)域具有在葉片的根部端處的根部直徑，其中肩寬與根部直徑之間的比率為1.6或更小。通過具有低的肩寬對根部直徑半徑的比，在過渡區(qū)域中具有葉片的后緣和前緣的小的發(fā)散是可能的，這繼而意味著后緣和前緣各自的曲率可以被保持較低。因而，根據(jù)特別有利的具體實施方式
，后緣具有在葉片的縱向方向上沒有任何中斷的光滑形狀。該特殊情況應(yīng)用于葉片的過渡區(qū)域，且包含從葉片的根部區(qū)域到過渡區(qū)域的過渡以及從過渡區(qū)域到翼型區(qū)域的過渡。從制造觀點出發(fā)，這樣的具體實施方式
是吸引人的，因為其使在用于制造的模具中實施纖維層鋪設(shè)(Iayup)更加容易。而且，將明顯減少在這樣的葉片的正常操作期間影響后緣的負載。在另一種有利的具體實施方式
中，后緣具有帶有于后緣外部的外半徑的曲率，其在所有位置處為至少0.2L，有利地為至少0.22L，且更有利地為至少0.24L。根據(jù)一種具體實施方式
，最小外半徑的位置位于0.04L與0.06L之間，有利地在0.045L與0.055L之間。在又一種有利的具體實施方式
中，后緣具有帶有于后緣內(nèi)部的內(nèi)半徑(Ri)的曲率，其在所有位置處的為至少0.2L，有利地為至少0.225L，且更有利地為至少0.25L。根據(jù)一種具體實施方式
，最小外半徑的位置位于0.16L與0.20L之間，有利地在0.19L與0.21L之間。大的后緣半徑(內(nèi)和/或外)確保低的后緣曲率，從制造觀點出發(fā)這意味著可以在纖維層不起皺的情況下實施纖維鋪設(shè)。這繼而確保在樹脂注入和固化之后的完成的葉片殼體不包括有害的機械性能。由于葉片的扭轉(zhuǎn)(twist)和三維設(shè)計，可能難以確定后緣的確切位置。所以，在一種具體實施方式
中當在O度縱搖(pitch)處從上觀察葉片時內(nèi)和外半徑可以通過將葉片投射到一個平面中來推導(dǎo)出。在一種具體實施方式
中，肩位于0.18L與0.25L之間，有利地在0.19L與0.24L之間的區(qū)間中。在一種有利的具體實施方式
中，具有在40-45米區(qū)間中的長度的風力渦輪機葉片具有位于0.19L與0.21L之間的肩。在具有在45-50米區(qū)間中，有利地在46.5-48.5米區(qū)間中的長度的風力渦輪機葉片的另一種具體實施方式
中，肩位于0.22L與0.24L之間。在另一種具體實施方式
中，前緣具有在葉片的縱向方向上沒有任何中斷的光滑形狀。有利地，葉片包括縱搖軸，并且其中前緣至縱搖軸之間的距離從根部端到肩增加不大于20%，有利地不大于15%。如前所提到，風力渦輪機葉片優(yōu)選地被朝葉片的壓力側(cè)預(yù)彎曲或彎曲。在一種具體實施方式
中在葉片的末梢端處的預(yù)彎曲為至少0.05L，有利地為至少0.06L，更有利地為至少0.65L，且甚至更有利地為至少0.07L。這里預(yù)彎曲意味著局部型面的型面中心或弦遠離葉片的縱搖軸或縱向軸。為了在設(shè)計風速下使葉片伸直并為最大化掃過面積，通過相較于常規(guī)葉片增加預(yù)彎曲，必定較低硬度。因而，在葉片殼體中或葉片的承載結(jié)構(gòu)中需要較少材料。這繼而意味著可以甚至更多降低葉片的總質(zhì)量。有利地，葉片被預(yù)彎曲超過(over)至少葉片外部(outer)的50%,有利地超過至少葉片外部的60%，甚至更有利地超過至少外部的70%，或甚至至少外部的75%。因而，葉片在最接近末梢的部分處彎曲超過葉片的大部分。在另一種具體實施方式
中，葉片設(shè)有扭轉(zhuǎn)，且其中翼型區(qū)域包括扭轉(zhuǎn)角度朝葉片的末梢端減少的內(nèi)側(cè)部分和扭轉(zhuǎn)角度朝葉片的末梢端增加的外側(cè)部分，所述外側(cè)部分和內(nèi)側(cè)部分由扭轉(zhuǎn)拐折切線的位置分開。通過減少葉片的內(nèi)側(cè)部分中的扭轉(zhuǎn)角度，獲得對于葉片的局部徑向速度的補償。通過使葉片的外側(cè)部分的扭轉(zhuǎn)朝末梢增加來減少來自葉片的末梢噪聲。扭轉(zhuǎn)通常從定義的原點計算。對于本葉片，所述原點可以例如被定義在拐折切線處，在這個位置中的局部扭轉(zhuǎn)因而被定義為O度。因而，清楚的是扭轉(zhuǎn)不僅被認作為局部絕對扭轉(zhuǎn)角度(其由于設(shè)置的葉片縱搖角度可以變化)，而且它還應(yīng)被視作為扭轉(zhuǎn)變化，即，對于給定的葉片縱搖設(shè)置作為葉片的第一徑向位置處的一個截面型面與葉片的第二徑向位置處的第二截面型面之間的扭轉(zhuǎn)角度差。在又一種具體實施方式
中，扭轉(zhuǎn)拐折切線的位置位于0.8L與0.9L之間，有利地在0.82L與0.88L之間，更有利地在0.83L與0.87L之間，且甚至更有利地近似在0.85L處。有利地,外側(cè)區(qū)域中的扭轉(zhuǎn)為至少4度,有利地為至少5度,且更有利地為至少5.5度。因而，拐折切線位置(point)與末梢處的扭轉(zhuǎn)差為至少4、5、或5.5度。內(nèi)側(cè)部分中的扭轉(zhuǎn)可以有利地為8與12度之間，有利地為8.5與11.5度之間，且更有利地為9與11度之間。因而肩與拐折切線位置處的扭轉(zhuǎn)差為8與12度之間。在一種具體實施方式
中，葉片設(shè)有扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)在根部區(qū)域和過渡區(qū)域中朝葉片的末梢端增加。例如在根部區(qū)域和過渡區(qū)域中的扭轉(zhuǎn)的增加可以為1.5與2.5度之間。因而，在這個區(qū)域中的扭轉(zhuǎn)變化在1.5與2.5度之間。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供一定數(shù)目的風力渦輪機葉片型面，其是特別有效的且脫離一般利用于風力渦輪機葉片的標準葉片型面(諸如NACA型面)。葉片型面不僅適用于根據(jù)本發(fā)明的第一方面的風力渦輪機葉片。
因而，本發(fā)明提供風力渦輪機葉片，其在截面中包括以下六個型面的至少一個: 一第一翼型型面，其具有35%與37%之間的相對厚度和位于離(from)前緣0.24c與
0.30c之間，有利地位于0.25c與0.29c之間且更有利地在0.26c與0.28c左右的最大厚度的位置；
一第二翼型型面，其具有29%與31%之間的相對厚度和位于離前緣0.28c與0.32c之間，有利地為0.29c與0.31c之間的最大厚度的位置；
一第三翼型型面，其具有26.3%與27.7%之間的相對厚度和位于離前緣0.28c和0.32c之間，有利地為0.29c與0.31c之間的最大厚度的位置；
一第四翼型型面，其具有23.5%與24.5%之間，有利地為23.8%與24.2%之間的相對厚度和位于離前緣0.35c與0.39c之間，有利地為離前緣0.36c與0.38c之間的最大厚度的位置；
一第五翼型型面，其具有20.6%與21.4%之間的相對厚度和位于離前緣0.35c與0.39c之間，有利地為0.36c與0.38c之間的最大厚度的位置；以及
一第六翼型型面，其具有17.7%與18.3%之間的相對厚度和位于離前緣0.37c與0.41c之間，有利地為0.38c與0.40c之間的最大厚度的位置。關(guān)于型面的相對厚度、最大厚度的相對弦位置、以及最大壓力側(cè)彎度(camber)的相對弦位置來定義翼型。在垂直于弦的方向上定義厚度，并且將壓力側(cè)彎度定義為在垂直于弦或正交于弦的方向上葉片的壓力側(cè)與弦之間的距離。這些參數(shù)也在圖3中繪出并且在隨附的描述中說明。優(yōu)選地，依照根據(jù)本發(fā)明的第一方面的風力渦輪機，葉片包括根部區(qū)域、過渡區(qū)域、以及翼型區(qū)域。在這樣的具體實施方式
中，型面位于葉片的翼型區(qū)域中(肩的外側(cè))。在一種具體實施方式
中，葉片包括六個翼型型面的至少兩個。在另一種具體實施方式
中，葉片包括六個翼型型面的至少三個。在又一種具體實施方式
中，葉片包括六個翼型型面的至少四個。葉片還可以包括六個翼型型面的至少五個，且它甚至可以包括所有六個翼型型面。前述具體實施方式
和以下具體實施方式
都可涉及根據(jù)第一方面的風力渦輪機葉片以及根據(jù)第二方面的風力渦輪機葉片。第一翼型型面可以包括位于離前緣0.24c與0.30c之間，有利地位于0.25c與0.29c之間，且更有利地在0.26c與0.28c左右的最大壓力側(cè)彎度的位置。第一翼型型面可以有利地位于0.23L與0.30L之間。第二翼型型面可以包括位于離前緣0.28c與0.32c之間，有利地為0.29c與0.31c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。第二翼型型面可以有利地位于0.30L與0.36L之間。第三翼型型面可以包括位于離前緣0.255c與0.295c之間，有利地為0.265c與0.285c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。第三翼型型面可以有利地位于0.36L與0.45L之間。第四翼型型面可以包括位于離前緣0.35c與0.39c之間，有利地為0.36c與0.38c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。第四翼型型面可以位于0.5L與0.85L之間，有利地沿從
0.67L至0.8L的整個區(qū)間。第五翼型型面可以包括位于離前緣0.31c與0.35c之間，有利地為0.32c與0.34c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。第五翼型型面可以有利地位于0.85L與0.95L之間。第六翼型型面可以包括位于離前緣0.37c與0.41c之間，有利地為0.38c與0.40c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。第六翼型型面可以有利地位于0.95L與L之間的末梢處。新穎的翼型型面且特別是第四、第五和第六翼型型面都是相對厚，且最大厚度的位置相對遠離前緣定位。此外，最大壓力側(cè)彎度的位置與最大相對厚度的位置幾乎一致。盡管型面的大相對厚度，但是這些特征已被驚人地發(fā)現(xiàn)在設(shè)計點處具有高的升阻比率(lift-to-drag ratio)。而且，翼型在幾何上是兼容的(compatible)。根據(jù)一種具體實施方式
，相鄰翼型型面之間的區(qū)域包括通過在所述相鄰型面之間插補(如通過高斯分布曲線)的在所述相鄰型面之間的光滑過渡。因而，在第一翼型型面與第二翼型型面之間的區(qū)域包括在第一翼型型面之間、以及相應(yīng)地在第二與第三翼型型面之間、在第三與第四翼型型面之間、在第四與第五翼型型面之間、和/或在第五與第六翼型型面之間的插補型面。當然過渡還應(yīng)解決在葉片的縱向方向上的變化的扭轉(zhuǎn)。葉片可以有利地設(shè)有流量改變器件，諸如擾流器，其中所述器件布置在具有至少30%的相對厚度的型面區(qū)段處。在一種具體實施方式
中，葉片設(shè)有流量改變器件，諸如擾流器，其中所述器件布置在具有最大70%的相對厚度的型面區(qū)段處。在一種特別地有利的具體實施方式
中，流量改變器件為升力放大器件。因而，器件布置在相對型面厚度為30%與70%之間的縱向區(qū)域中。根據(jù)另一種有利的具體實施方式
，所述器件布置在0.1L與0.4L之間的范圍中，有利地為0.1lL與0.37L之間。器件可以僅布置在該區(qū)域中。在一種具體實施方式
中，在肩處的葉片的相對厚度為40%與50%之間，有利地為42%與48%之間。優(yōu)選地，葉片包括殼體本體。殼體本體可以例如從接近前緣和接近后緣彼此粘附或粘結(jié)的壓力側(cè)殼體和吸力側(cè)殼體組裝。在另一種具體實施方式
中，殼體通過一次工藝，如通過封閉的中空成型方法(hollow moulding method)制造。殼體本體可以包括縱向延伸的負載攜帶結(jié)構(gòu),諸如主層制件(laminate)。這樣的負載攜帶結(jié)構(gòu)或主層制件一般形成為包括多個纖維增強層(如20與50層之間)的纖維插入件。在負載攜帶結(jié)構(gòu)的各側(cè)上，葉片一般包括具有核材料(諸如輕木或泡沫聚合物)和具有由纖維增強聚合物制成的內(nèi)和外表層的夾層結(jié)構(gòu)。葉片殼體一般由纖維增強聚合物材料制成。增強纖維可以例如是玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維、金屬纖維(諸如鋼纖維)、或植物纖維，而聚合物例如可以是環(huán)氧樹脂、聚酯纖維或乙烯基酯。根據(jù)第三方面，本發(fā)明提供包括根據(jù)前述具體實施方式
中的任一種的一定數(shù)目(優(yōu)選地為兩片或三片)的葉片的風力渦輪機，葉片從具有基本水平的中心軸的主軸上的轂基本徑向延伸，葉片連同轂構(gòu)成具有轉(zhuǎn)子平面的轉(zhuǎn)子，且所述轉(zhuǎn)子可被風驅(qū)使旋轉(zhuǎn)。在一種具體實施方式
中，風力渦輪機為縱搖控制的。風力渦輪機可以是功率調(diào)節(jié)的。根據(jù)一種具體實施方式
，風力渦輪機的最大功率輸出為1.3MW與1.7MW之間，有利地為
1.5MW左右。也就是說，葉片特別適用于1.5MW級別風力渦輪機。


以下參照附圖顯示的具體實施方式
詳細說明本發(fā)明，其中 圖1顯示風力渦輪機；
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的示意 圖3顯示翼型型面的示意 圖4顯示根據(jù)本發(fā)明的從上方和從側(cè)面所見的風力渦輪機葉片的示意 圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的弦長分布；
圖6顯示根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的相對厚度分布；
圖7顯示根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的扭轉(zhuǎn)分布；
圖8顯示根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的預(yù)彎曲分布；以及 圖9顯示根據(jù)本發(fā)明的作為風速的函數(shù)的風力渦輪機的功率曲線。
具體實施例方式圖1示出根據(jù)所謂的“丹麥概念”的常規(guī)的現(xiàn)代逆風風力渦輪機，其具有塔架4、機艙6以及具有基本水平的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包含轂8和從轂8徑向延伸的三片葉片10，各葉片具有最接近轂的葉片根部16和最遠離轂8的葉片末梢14。轉(zhuǎn)子具有表示為R的半徑。圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片10的第一具體實施方式
的示意圖。風力渦輪機葉片10具有常規(guī)風力渦輪機葉片的形狀，且包括最接近轂的根部區(qū)域30、最遠離轂的成型或翼型區(qū)域34以及在根部區(qū)域30與翼型區(qū)域34之間的過渡區(qū)域32。葉片10包括(當葉片被裝在轂上時)面對葉片10的旋轉(zhuǎn)方向的前緣18和面對前緣18的相反方向的后緣20。翼型區(qū)域34 (也稱為成型區(qū)域)具有相對于產(chǎn)生升力(generating lift)的理想或幾乎理想的葉片形狀，而根部區(qū)域30由于結(jié)構(gòu)考慮具有基本圓形或橢圓形的截面，這例如使將葉片10裝至轂更容易和更安全。根部區(qū)域30的直徑(或弦)沿整個根部區(qū)域30可以是恒定的。過渡區(qū)域32具有從根部區(qū)域30的圓形或橢圓形形狀到翼型區(qū)域34的翼型型面逐漸改變的過渡型面。過渡區(qū)域32的弦長一般隨著離轂的距離r的增加而增加。翼型區(qū)域34具有翼型型面，翼型型面具有在葉片10的前緣18與后緣20之間延伸的弦。弦的寬度隨著離轂的距離r的增加而減少。葉片10的肩40被定義為葉片10具有其最大弦長的位置。肩40 —般設(shè)在過渡區(qū)域32與翼型區(qū)域34之間的邊界處。應(yīng)注意的是因為葉片可能是扭轉(zhuǎn)的和/或彎曲的(即預(yù)彎曲的)，葉片的不同區(qū)段的弦通常不位于一個共同的平面上，因而給弦平面設(shè)有相應(yīng)扭轉(zhuǎn)和/或彎曲的路線(course)，這是為了補償取決于離轂的半徑的葉片的局部速度的很經(jīng)常的情況。圖3和圖4繪出使用于說明根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的幾何形狀的參數(shù)。圖3顯示繪有各種參數(shù)的風力渦輪機的典型葉片的翼型型面50的示意圖，各種參數(shù)一般使用于定義翼型的幾何形狀。翼型型面50具有壓力側(cè)52和吸力側(cè)54，壓力側(cè)52和吸力側(cè)54在使用期間(即在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間)通常分別面朝上風(或逆風)側(cè)和下風(或順風)側(cè)。翼型50具有弦60，弦60具有在葉片的前緣56與后緣58之間延伸的弦長C。翼型50具有厚度t，厚度t被定義為壓力側(cè)52與吸力側(cè)54之間的距離。翼型的厚度t沿弦60變化。與對稱型面的偏離由彎度線62給定，彎度線62是穿過翼型型面50的中線。中線可以通過畫出從前緣56至后緣58的內(nèi)切圓找到。中線沿著這些內(nèi)切圓的中心且與弦60的偏離或離弦60的距離被稱為彎度f。不對稱還可以通過使用被稱為上彎度(或吸力側(cè)彎度)和下彎度(或壓力側(cè)彎度)的參數(shù)定義，上彎度和下彎度被定義為從弦60分別與吸力側(cè)54和壓力側(cè)52的距離。翼型型面經(jīng)常被表征為以下參數(shù):弦長C、最大彎度f、最大彎度f的位置df、為沿中彎度線62的內(nèi)切圓的最大直徑的最大翼型厚度t、最大厚度t的位置dt、以及尖端(nose)半徑(未示出)。這些參數(shù)一般被定義為與弦長c的比率。因而，局部相對葉片厚度t/c被給定為局部最大厚度t與局部弦長c之間的比率。此外，可以使用最大壓力側(cè)彎度的位置dp作為設(shè)計參數(shù)，且當然也可以使用最大吸力側(cè)彎度的位置。圖4顯示葉片的其他幾何參數(shù)。葉片具有總?cè)~片長L。如圖3所示，根部端位于位置r=0處，而末梢端位于r=L處。葉片的肩40位于位置r=Lw處，且具有在肩40處等于弦長的肩寬W。根部的直徑定義為D。過渡區(qū)域中的葉片的后緣的曲率可以通過兩個參數(shù)定義，即最小外曲率半徑r0和最小內(nèi)曲率半徑最小外曲率半徑r。和最小內(nèi)曲率半徑!Ti分別被定義為從外側(cè)(或在后緣的后方)可見的后緣的最小曲率半徑，和從內(nèi)側(cè)(或在后緣的前方)可見的最小曲率半徑。此外，葉片設(shè)有定義為的預(yù)彎曲，其對應(yīng)于從葉片的縱搖軸22平面偏移的位移(out)。實例:
以下給出根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的實例。風力渦輪機葉片設(shè)有關(guān)于長度、肩寬、針對后緣的最小曲率半徑以及根部柱體(cylinder)直徑的以下參數(shù):
權(quán)利要求
1.關(guān)于具有基本水平轉(zhuǎn)子軸的風力渦輪機(2)的轉(zhuǎn)子的葉片(10)，所述轉(zhuǎn)子包括轂(8 )，所述葉片(10 )當被裝至所述轂(8 )時基本在徑向方向上從所述轂(8 )延伸，所述葉片具有橫向方向和帶有末梢端(16)和根部端(14)的縱向方向(r)，所述葉片還包括: 一成型輪廓，其包含壓力側(cè)和吸力側(cè)、以及前緣(18)和后緣(20)并帶有具有在所述前緣(18)與后緣(20)之間延伸的弦長(c)的弦，所述成型輪廓當被入射氣流沖擊時產(chǎn)生升力，其中所述成型輪廓被分為: 一根部區(qū)域(30)，其具有最接近所述轂的基本圓形或橢圓形型面； 一翼型區(qū)域(34)，其具有最遠離所述轂的升力產(chǎn)生型面；以及 一在所述根部區(qū)域(30)與所述翼型區(qū)域(34)之間的過渡區(qū)域(32)，所述過渡區(qū)域(32)具有從所述根部區(qū)域的 所述圓形或橢圓形型面到所述翼型區(qū)域的所述升力產(chǎn)生型面在所述徑向方向上逐漸改變的型面，以及帶有 一肩(40)，其具有肩寬(W)且位于所述過渡區(qū)域(32)與所述翼型區(qū)域(34)之間的邊界處，其中 一所述葉片(10)具有葉片長(L)，以及 一所述成型輪廓包括局部相對厚度，所述局部相對厚度被定義為最大型面厚度(t)與所述弦長(c)之間的局部比率，其特征在于 一所述肩寬(W)與所述葉片長(L)之間的比率小于或等于0.075，以及 一在0-0.8L的葉片長區(qū)間中的所述相對厚度(t/c)為至少22%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機葉片，其中所述肩寬(W)與所述葉片長(L)之間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.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風力渦輪機葉片，其中在0-0.8L的葉片長區(qū)間中的所述相對厚度(t/c)為至少23%，有利地為至少23.5%，且更有利地為至少24%。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片長(L)為至少40米，有利地為40米與50米之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述根部區(qū)域具有在所述葉片的所述根部端處的根部直徑(D)，其中所述肩寬(W)與所述根部直徑之間的比率為1.6或更小。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述后緣具有在所述葉片的所述縱向方向上沒有任何中斷的光滑形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風力渦輪機葉片，其中所述后緣具有帶有于所述后緣外部的外半徑(r。)的曲率，在所有位置處的所述外半徑為至少0.2L，有利地為至少0.22L，且更有利地為至少0.24L。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的風力渦輪機葉片，其中所述后緣具有帶有于所述后緣內(nèi)部的內(nèi)半徑(A)的曲率，在所有位置處的所述內(nèi)半徑為至少0.2L，有利地為至少0.225L，且更有利地為至少0.25Lο 根據(jù)一種具體實施方式
，最小外半徑的位置位于0.16L與0.20L之間，有利地在0.19L與0.21L之間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項 所述的風力渦輪機葉片，其中所述肩位于0.18L與0.25L之間的區(qū)間中，有利地在0.19L與0.24L之間。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述前緣具有在所述葉片的所述縱向方向上沒有任何中斷的光滑形狀。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片包括縱搖軸，且其中所述前緣至所述縱搖軸之間的距離從所述根部端到所述肩增加不大于20%，有利地不大于15%。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述風力渦輪機葉片被朝所述葉片的所述壓力側(cè)預(yù)彎曲，且在所述葉片的所述末梢端處的預(yù)彎曲(」_7)為至少0.05L，有利地為至少0.06L，更有利地為至少0.65L，且甚至更有利地為至少0.07L。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片被預(yù)彎曲超過至少所述葉片外部的50%，有利地超過至少所述葉片外部的60%，甚至更有利地超過至少外部的70%，或甚至至少外部的75%。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片設(shè)有扭轉(zhuǎn)，且其中所述翼型區(qū)域包括扭轉(zhuǎn)角度朝所述葉片的所述末梢端減少的內(nèi)側(cè)部分和所述扭轉(zhuǎn)角度朝所述葉片的所述末梢端增加的外側(cè)部分，所述外側(cè)部分和內(nèi)側(cè)部分由扭轉(zhuǎn)拐折切線的位置分開。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的風力渦輪機葉片，其中所述扭轉(zhuǎn)拐折切線的所述位置位于0.8L與0.9L之間，有利地在0.82L與0.88L之間，更有利地在0.83L與0.87L之間，且甚至更有利地近似在0.85L處。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的風力渦輪機葉片，其中所述外側(cè)區(qū)域中的所述扭轉(zhuǎn)變化至少4度，有利地至少5度，且更有利地至少5.5度。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述內(nèi)側(cè)部分中的所述扭轉(zhuǎn)變化在8與12度之間，有利地在8.5與11.5度之間，且更有利地在9與11度之間。
18.力渦輪機葉片，其中所述葉片設(shè)有扭轉(zhuǎn)，所述扭轉(zhuǎn)在所述根部區(qū)域與所述過渡區(qū)域中朝所述末梢端增加。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的風力渦輪機葉片，其中在所述根部區(qū)域和過渡區(qū)域中的扭轉(zhuǎn)的所述增加在1.5與2.5度之間。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片包括第一翼型型面，所述第一翼型型面具有35%與37%之間的相對厚度和位于離所述前緣0.24c與0.30c之間，有利地位于0.25c與0.29c之間且更有利地在0.26c與0.28c左右的最大厚度的位置。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的風力渦輪機葉片，其中所述第一翼型型面包括位于離所述前緣0.24c與0.30c之間，有利地位于0.25c與0.29c之間，且更有利地在0.26c與0.28c左右的最大壓力側(cè)彎度的位置。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的風力渦輪機葉片，其中所述第一翼型型面位于0.23L與0.30L之間。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片包括第二翼型型面，所述第二翼型型面具有29%與31%之間的相對厚度和位于離所述前緣0.28c與0.32c之間，有利地為0.29c與0.31c之間的最大厚度的位置。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的風力渦輪機葉片，其中所述第二翼型型面包括位于離所述前緣0.28c與0.32c之間，有利地為0.29c與0.31c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。
25.根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的風力渦輪機葉片，其中所述第二翼型型面位于0.30L與0.36L之間。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片包括第三翼型型面，所述第三翼型型面具有26.3%與27.7%之間的相對厚度和位于離所述前緣0.28c與0.32c之間，有利地為0.29c與0.31c之間的最大厚度的位置。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的風力渦輪機葉片，其中所述第三翼型型面包括位于離所述前緣0.255c與0.295c之間，有利地為0.265c與0.285c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的風力渦輪機葉片，其中所述第三翼型型面位于0.36L與0.45L之間。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片包括第四翼型型面，所述第四翼型型面具有23.5%與24.5%之間，有利地為23.8%與24.2%之間的相對厚度和位于離所述前緣0.35c與0.39c之間，有利地位于離所述前緣0.36c與0.38c之間的最大厚度的位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的風力渦輪機葉片，其中所述第四翼型型面包括位于離所述前緣0.35c與0.39c之間，有利地為0.36c與0.38c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30所述的風力渦輪機葉片，其中所述第四翼型型面位于0.5L與0.85L之間，有利地沿從0.6L至0.8L的整個區(qū)間。
32.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所 述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片包括第五翼型型面，所述第五翼型型面具有20.6%與21.4%之間的相對厚度和位于離所述前緣0.35c與0.39c之間，有利地為0.36c與0.38c之間的最大厚度的位置。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的風力渦輪機葉片，其中所述第五翼型型面包括位于離所述前緣0.31c與0.35c之間，有利地為0.32c與0.34c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的風力渦輪機葉片，其中所述第五翼型型面位于0.85L與0.95L之間。
35.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片包括第六翼型型面，所述第六翼型型面具有17.7%與18.3%之間的相對厚度和位于離所述前緣0.37c與0.41c之間，有利地為0.38c與0.40c之間的最大厚度的位置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的風力渦輪機葉片，其中所述第六翼型型面包括位于離所述前緣0.37c與0.41c之間，有利地為0.38c與0.40c之間的最大壓力側(cè)彎度的位置。
37.根據(jù)權(quán)利要求35或36所述的風力渦輪機葉片，其中所述第六翼型型面位于0.95L與L之間的所述末梢處。
38.根據(jù)權(quán)利要求20-37的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中相鄰翼型型面之間的區(qū)域包括通過如通過高斯分布曲線在所述相鄰型面之間插補的在所述相鄰型面之間的光滑過渡。
39.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片設(shè)有流量改變器件，諸如擾流器，其中所述器件布置在具有至少30%的相對厚度的型面區(qū)段處。
40.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述葉片設(shè)有流量改變器件，諸如擾流器，其中所述器件布置在具有最大70%的相對厚度的型面區(qū)段處。
41.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的葉片，其中在所述肩處的所述葉片的所述相對厚度為40%與50%之間，有利地為42%與48%之間。
42.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的葉片，其中所述葉片包括殼體本體。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的葉片，其中所述殼體本體包括縱向延伸的負載攜帶結(jié)構(gòu)，諸如王層制件。
44.力渦輪機，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求的任一項所述的一定數(shù)目，優(yōu)選地兩片或三片的葉片，所述葉片從具有基本水平的中心軸的主軸上的轂基本徑向延伸，所述葉片連同所述轂構(gòu)成具有轉(zhuǎn)子平面的轉(zhuǎn)子，且所述轉(zhuǎn)子可被風驅(qū)使旋轉(zhuǎn)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的風力渦輪機，其中所述風力渦輪機為縱搖控制的。
46.根據(jù)權(quán)利要求44或45所述的風力渦輪機，其中所述風力渦輪機為功率調(diào)節(jié)的。
47.根據(jù)權(quán)利要求44-46的任一項所述的風力渦輪機，其中所述風力渦輪機的最大功率輸出為1.3麗與1.7麗之間 ，有利地為1.5麗左右。
全文摘要
一種用于具有基本水平轉(zhuǎn)子軸的風力渦輪機(2)的轉(zhuǎn)子的葉片(10)，所述轉(zhuǎn)子包括轂(8)，所述葉片(10)當被裝至所述轂(8)時基本在徑向方向上從所述轂(8)延伸，提出具有橫向方向和具有末梢端(16)和根部端(14)的縱向方向(r)的所述葉片。所述葉片還包括成型輪廓，所述成型輪廓包含壓力側(cè)和吸力側(cè)、以及前緣(18)和后緣(20)并帶有具有在所述前緣(18)和所述后緣(20)之間延伸的弦長(c)的弦，所述成型輪廓當被入射氣流沖擊時產(chǎn)生升力，其中所述成型輪廓被分為具有最接近所述轂的基本圓形或橢圓形型面的根部區(qū)域(30)、具有最遠離所述轂的升力產(chǎn)生型面的翼型區(qū)域(34)、以及在所述根部區(qū)域(30)與所述翼型區(qū)域(34)之間的過渡區(qū)域(32)，所述過渡區(qū)域(32)具有從所述根部區(qū)域的所述圓形或橢圓形型面向所述翼型區(qū)域的所述升力產(chǎn)生型面在徑向方向上逐漸改變的型面。具有肩寬(W)的肩(40)位于所述過渡區(qū)域(32)與所述翼型區(qū)域(34)之間的邊界處。所述葉片(10)具有葉片長(L)，以及所述成型輪廓包括被定義為最大型面厚度(t)與所述弦長(c)之間的局部比率的局部相對厚度。所述肩寬(W)與所述葉片長(L)之間的比率小于或等于0.075，且在0-0.8L的葉片長區(qū)間中的所述相對厚度(t/c)為至少22％。
文檔編號F03D1/06GK103097722SQ201080068992
公開日2013年5月8日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者J.馬德森, C.F.安德森, P.福格桑 申請人:Lm 玻璃纖維制品有限公司