[发明专利]风力涡轮机和用于风力涡轮机的叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括具有至少一个叶片的转子的风力涡轮机，以及涉及一种用于这种风力涡轮机的叶片。更具体地，本发明涉及一种针对诸如前缘缝翼和/或后缘襟翼的辅助叶片部分作出的改进，以增加推力(lift)。

背景技术

通常期望风力涡轮机转子能够在给定的风速下产生尽可能多的能量。然而，风力涡轮机转子叶片的内部部件必须满足与结构、制造和运输有关的约束条件，这会抵消针对优化推力的措施。结构化约束包括风力涡轮机叶片的厚度必须向着叶片根部区段增加。

风力涡轮机转子的转数、它们的功率输出以及风力涡轮机叶片上的负载通常通过控制叶片的桨距即控制叶片在风中的扭转程度来管理。通常地，降低的桨距角会增加风力涡轮机转子叶片上的负载并且由此增加在给定风速下从风中获得的能量值。然而，桨距需要保持在限定值之内，从而避免空气动力学失速或者叶片上的过载。为了优化功率输出，大多数现代风力涡轮机都装配有桨距控制系统，用于根据测量的或者估计的参数诸如输出功率来控制叶片的桨距角。

风力涡轮机设计中的一项关注内容是在极端风力条件下、在强风发生时、或者在风向突然改变时保护受到作用力和转矩的部件避免发生过载。

发明内容

本发明实施例的目的是提供风力涡轮机和风力涡轮机叶片配置的改进，以增大功率输出。本发明的实施例主要关注于增大根部附近即叶片轮毂区段附近叶片上的推力。更具体地，本发明实施例的目的是以避免叶片与塔架之间碰撞的方式增大风力涡轮机叶片的弦长和/或平面形状面积，即便是在桨距可控风力涡轮机中。本发明实施例的另一个目的是便于叶片的运输。本发明实施例的另一个目的是提供风力涡轮机控制，这会降低在突然的极端风向改变时机械过载的风险。

在第一方面，本发明提供一种风力涡轮机，具有安装到轮毂区段(hub section)上的转子，所述转子包括多个叶片并且可以绕着所述风力涡轮机的主轴线旋转，其中所述轮毂区段可以绕着轮毂轴线旋转，所述轮毂轴线与所述风力涡轮机的所述主轴线固定地同轴对齐，所述转子的所述多个叶片中的至少一个叶片包括：

-主叶片区段，所述主叶片区段被布置成由风驱动以绕着所述主轴线旋转，所述主叶片区段可选地是可变浆距的；

-辅助叶片区段，所述辅助叶片区段被安装到所述轮毂区段并且被布置成由风驱动以绕着所述主轴线旋转；

其中，所述辅助叶片区段被布置在所述主叶片区段的前缘和/或后缘的区域内，使得每个叶片由此具有由所述辅助叶片区段形成的前缘缝翼或者后缘襟翼，从而增大所述叶片的平面形状面积并且增大空气动力学推力。

归因于辅助叶片区段，叶片的平面形状面积被增大，从而增大推力。为了避免在叶片运行期间主叶片区段和/或辅助叶片区段的根部/轮毂部分在变浆距状态下与塔架发生碰撞，辅助叶片区段优选分开地安装到轮毂上，从而使得它可以相对主叶片独立地变浆距，或者辅助叶片区段以固定的不可变浆距方式安装。替代地，由于辅助叶片区段具有减小的弦长的主叶片可以相对辅助叶片区段独立地变浆距并且避免塔架碰撞。而且，由于辅助叶片区段可以单独地运输，因此主叶片减小的弦长可以更便于运输。由此，叶片在它们的使用配置下(即当被安装到风力涡轮机上时)可具有相对较大的弦长，当主叶片区段和辅助叶片区段是分开的并且由此可被单独运输时，叶片在它们的运输配置下可具有较小的弦长。

通常地，辅助叶片区段优选地设置或者配置成使得穿过叶片的任何横截平面包括主叶片区段的弦线以及辅助叶片区段的弦线。换句话说，辅助叶片区段的弦线平面优选地也是主叶片区段的弦线平面。

每个辅助叶片区段优选地配置以及设置成使得它形成用于主叶片区段的前缘缝翼或者后缘襟翼。由此，由于辅助叶片区段基本上在主叶片区段的前缘和/或后缘形成为主叶片区段的延伸部，因此主叶片区段和辅助叶片区段可提供协同作用的空气动力学效应。在本发明实施例中，主叶片区段包括前缘区域内的一个单个辅助叶片区段和/或后缘区域内的一个单个辅助叶片区段。

在一个实施例中，其中辅助叶片区段被设置为可变浆距后缘，风力涡轮机的控制系统可被配置成在叶片通过塔架时调节桨距从而确保不会发生碰撞。替代地，辅助叶片区段的桨距可被限定从而避免塔架碰撞。在另一个替代方案中，如上所述，后缘以不可变浆距方式固定到轮毂。