[发明专利]具有优化高度的流动引导装置的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机转子的叶片，该转子具有基本水平的转子轴，所述转子包括毂，当被安装于该毂时叶片基本沿径向方向从该毂延伸，所述叶片具有纵向方向和横向方向且纵向方向上带有尖端和根部端，其中所述叶片还包括：成形轮廓，该成形轮廓包括压力侧和吸力侧以及前缘和后缘，具有在前缘和后缘之间延伸的弦长的弦，当被入射气流冲击时成形轮廓产生升力，其中成形轮廓被划分为：最接近毂的具有基本圆形或椭圆形外形的根部区域、具有最远离毂的具有升力生成外形的翼型区域以及在根部区域和翼型区域之间的过渡区域，所述过渡区域具有沿径向方向逐渐从根部区域的圆形或椭圆形外形变化到翼型区域的升力生成外形的外形。

背景技术

理论上，翼型类型的风力涡轮机叶片被成形为类似于典型飞机机翼，其中叶片的弦平面宽度及其一阶导数随着距毂距离的减小而连续增加。这导致了，在毂的附近，理论上叶片相当宽。这又导致了当必须将叶片安装于毂时的问题，并且此外，由于叶片具有大的表面面积，从而这导致了在叶片工作期间具有较大载荷，例如暴风载荷。

因此，多年间，叶片的构造朝向形状方面发展，其中叶片由最靠近毂的根部区域、最远离毂的包括升力生成外形的翼型区域以及在根部区域和翼型区域之间的过渡区域构成。关于生成升力，翼型区域具有理论或几乎理论的叶片形状，而根部区域具有基本圆形截面，这减小了暴风载荷并且使得更容易且安全地将叶片安装到毂。根部区域直径优选地沿整个根部区域是恒定的。由于圆形截面的原因，根部区域不对风力涡轮机的能量生产作出贡献，并且实际上由于阻力而使其少量减少。如名称所示，过渡区域具有从根部区域的圆形形状向翼型区域的翼型外形逐渐变化的形状。通常，在过渡区域中叶片的宽度随着距毂的距离增大而基本线性增大。

因为，例如，随着时间的推移，风力涡轮机的叶片变得越来越大并且现在可能已经超过60米长，因此对于优化空气动力学性能的需求逐渐增加。风力涡轮机叶片被设计成具有至少20年的工作寿命。因此，即使对于叶片总体性能的小的改变也会随风力叶片的工作寿命而累积成经济收益的大幅增加，其超过与这种改变相关的额外制造成本。许多年间研究的关注领域针对改进叶片的翼型区域，不过在近几年，也越来越多地关注改进叶片的根部区域和过渡区域的空气动力学性能。

WO2007/065434公开了一种叶片，其中根部区域具有凹口和/或突起以便减少来自叶片这个部分的阻力。

WO2007/045244公开了一种叶片，其中根部区域和过渡区域被设计成具有至少两个单独的翼型外形以便增加这些区域的升力。

WO2007/118581公开了一种叶片，其中叶片的内侧部分在叶片的压力侧上具有流动引导装置以便延迟气流的分离并且增加叶片的空气动力学性能。

WO02/08600公开了一种叶片，其包括用于连接风力涡轮机的毂的连接部分，其中所述连接部分具有从连接部分突出的肋，从而增加了风力涡轮机的整体效率。

发明内容

本发明的目标是获得一种新型叶片，并且其克服或改善了现有技术的至少一个缺点或者其提供了有用的替代品。

根据本发明的第一方面，叶片具有在叶片的压力侧被附加于叶片的成形轮廓的流动引导装置，所述流动引导装置具有入流表面，该入流表面具有附连到成形轮廓的起点以及位于距叶片的成形轮廓一段距离处的终点，该终点具有到叶片的成形轮廓的最小距离，其中所述流动引导装置沿过渡区域的至少纵向部分延伸并且被设置成当叶片被入射气流冲击时在流动引导装置和叶片的后缘之间的点处产生沿流动引导装置的至少中心纵向部分从叶片的压力侧的气流分离，其中在至少所述中心纵向部分内的流动引导装置被设置成使得终点具有从叶片的前缘观察的位于40%至92%的区间内的相对弦位置，并且处于至少所述中心纵向部分内的入流表面被成形为针对每个横向截面，从终点到成形轮廓的最小距离是在该截面内成形轮廓的最大厚度的至少10%。