[发明专利]具有可变后缘的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有基本上水平转子轴的风力涡轮机的转子的风力涡轮机叶片，所述叶片包括：型面轮廓，包括压力面和吸力面以及前缘和后缘，在前缘和后缘之间延伸的弦，型面轮廓当由入射气流冲击时产生升力，在与风力涡轮机叶片的长度方向垂直的风力涡轮机叶片剖面中，吸力面点定义在叶片后缘处的吸力面上，并且压力面点定义在叶片后缘处的压力面上。本发明还涉及一种包括这种风力涡轮机叶片的风力涡轮机，以及一种控制这种风力涡轮机叶片的方法。

背景技术

理想地，翼型类型的风力涡轮机叶片被成形为类似飞机机翼的型面，其中风力涡轮机叶片的弦平面宽度以及其一阶导数随着离毂的距离的下降而连续增大。这样导致叶片在毂附近理想地为相对较宽的。当必须将风力涡轮机叶片安装到毂时，这再次产生了问题，并且，这导致在风力涡轮机叶片的操作期间的大量载荷，例如风暴载荷，这由于风力涡轮机叶片的大表面面积。

因此，在过去的这些年，风力涡轮机叶片的结构已经发展向一种形状，即风力涡轮机叶片由最靠近毂的根部区域、包括最远离毂的升力产生型面的翼型区域以及在根部区域和翼型区域之间的过渡区域组成。翼型区域具有用于产生升力的理想的或几乎理想的型面轮廓形状，而根部区域具有基本上圆形剖面，其降低了风暴载荷并且使得容易和安全地将风力涡轮机叶片安装到毂。根部区域直径有利地可以是沿着整个根部为恒定的。由于圆形剖面，根部区域不对风力涡轮机的能源生产有贡献，并且事实上由于阻力使能源生产降低了一些。正如它的名称表明的，过渡区域具有从根部区域的圆形形状到翼型区域的翼型型面的逐渐变化的形状。通常，风力涡轮机叶片在过渡区域中的宽度随着到毂的距离的增大基本上线性地增大。

当风力涡轮机叶片受到入射气流冲击时，型面轮廓产生升力。当风力涡轮机叶片安装在风力涡轮机上时，风力涡轮机毂由于升力而开始转动。通过入射流表示在风力涡轮机叶片的正常使用，即在风力涡轮机转子上的旋转期间在型面轮廓部分的流入情况。因此，当由型面轮廓的局部部分观察时，进入流是由轴向风速和旋转分量的合量形成的流入。

由于随着时间的推移，例如用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片已经日益变大，并且现在可能超过60米长，因此对优化空气动力学性能的要求也已经提高。风力涡轮机叶片设计为具有至少20年的操作寿命。因此，即使对风力涡轮机叶片的整体性能的很小改变也会在风力涡轮机叶片的整个寿命期间累积为经济收益方面的高增长，其超过与这些改变相关的附加制造成本。

由于对风力涡轮机效率需求的增加，因此需要提高风力涡轮机叶片或风力涡轮机叶片的效率或性能。

弦的尺寸对于风力涡轮机叶片的性能、并且尤其对于在不同风速下的叶片性能是重要的。具有一个弦长的叶片对于一个相关型面可以在一个攻角下以一个给定的叶尖速比最佳地工作，而另一个弦长可以在另一个攻角下以另一个给定的叶尖速比最佳地工作。通过俯仰调节并且以其他方式改变叶片的空气动力学性能来至少部分地尝试克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于获得新的风力涡轮机叶片，其克服或者改善现有技术的至少一个缺点，或者其提供可以使用的替代。

根据第一方面，本发明提供一种根据前述种类的风力涡轮机叶片，其中吸力面点是相对于压力面点可移动的，并且所述叶片还具有移位设备，其构造成对压力面点和吸力面点进行移位以便可以改变吸力面点和压力面点之间的距离。

在一个实施例中，吸力面点和压力面点具有拦截点。这提供了通过主动改变风力涡轮机叶片的弦或拱曲的长度而改变风力涡轮机叶片的动力学性能的可能性。优选地，移位设备可以在两个极限位置之间变化，即在吸力面点与压力面点之间的距离最小的位置和在吸力面点与压力面点之间的距离最大的位置之间变化。优选地，移位设备能够在两个极限位置之间的任何位置停止，以便可以精确地改变特定部分的弦或升力。

移位设备提供了主动改变风力涡轮机的动力学性能的可能性。风力涡轮机叶片的改变可以允许对风力涡轮机叶片的升力的控制。这进一步允许对由流入情况引起的在风力涡轮机叶片上的载荷的控制。如果受到主动控制，其可用于确保与没有这个特征的风力涡轮机叶片相比，风力涡轮机叶片的运行能在增大的风情况中继续。因此，移位设备可以例如用来与叶片的设计点处的基础升力相比降低升力。因此，例如可以降低在叶片尖端附近的部分的升力，从而可以使用更长的叶片，和/或叶片可以使用在更高的风速。