[发明专利]一种风力涡轮机和风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机叶片和相关的风力涡轮机，特别涉及一种部分变桨风力涡轮机叶片（partial-pitch wind turbine blade）。

背景技术

风力涡轮机运行过程中，由于叶片在空气动力的运作下旋转，风力涡轮机叶片根部承受着大量的载荷。这种疲劳载荷在风力涡轮机结构中产生相当大的应力和应变，考虑到用于涡轮机结构、加固等等中的材料的强度，要求明显的设计限制。因此，有意义的是，研发特殊的能减少这种载荷的风力涡轮机设计，为减少整个涡轮机结构的设计限制做准备。

一个特殊的风力涡轮机结构是一种部分变桨风力涡轮机叶片。部分变桨风力涡轮机包括多个具有内叶片段和外叶片段的风力涡轮机叶片。外叶片段相对于内叶片段是可俯仰的，使得风力涡轮机的输出功率可被控制，以对不同的风速保持额定输出功率。部分变桨风力涡轮机的实施例包括丹麦Nibe A风力涡轮机，以及美国国家航空和宇宙航行局（NASA）开发的MOD-2风力涡轮机。

同样地，在专利文献中，描述了部分变桨叶片。这些专利文献包括DE 91754US2009/0236857，其公开了一种部分变桨风力涡轮机，该风力涡轮机具有可相对于彼此俯仰的内叶片段和外叶片段。

对于这些部分变桨风力涡轮机叶片，普遍的是，他们具有沿着叶片连续变化的空气动力学型面，甚至当内叶片段和外叶片段最大可能的对准时。

当外片段未俯仰时（提供一致的全翼展叶型），部分变桨叶片呈现单一的连续叶型，并且在高风力状况下，外叶片段可顺桨，以减少极端载荷。然而，部分变桨叶片在正常运转中，持续经受大量的疲劳载荷。

本发明的目的是，提供一种新的部分变桨风力涡轮机叶片和相关的风力涡轮机，其在提供运行效率的同时，进一步减低了风力载荷的负面影响。

本发明的目的是，提供一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片在提供减小的根部力矩的同时，可更有效率的运转或控制。

本发明的进一步的目的是，同时，大致上针对所有额定功率输出的风速范围，为内叶片段提供增加的功率产量。

发明内容

因此，提供一种至少35米长的部分变桨风力涡轮机叶片，该叶片包括：

内叶片段；

外叶片段，其在俯仰连接位联接于所述内叶片段，所述外叶片段相对于所述内叶片段俯仰，其中，

所述内叶片段包括用于失速控制的空气动力学叶片的第一叶型，其中，所述外叶片段包括用于俯仰控制的空气动力学叶片的第二叶型，并且其中，所述叶片包括不连续部，其设在所述第一和第二叶型之间的所述俯仰连接位处。

特别地，提供一种至少35米长的部分变桨风力涡轮机叶片，该叶片包括：

内叶片段；

外叶片段，其在俯仰连接位联接于所述内叶片段，所述外叶片段相对于所述内叶片段俯仰，其中，

所述内叶片段包括第一叶型，该第一叶型用于具有第一空气动力学型面的失速控制的空气动力学叶片，该第一空气动力学型面在面向所述俯仰连接位的端部具有第一最大升力系数（CLmax1）和第一弦长（Ch1），并且其中，

所述外叶片段包括第二叶型，该第二叶型用于具有第二空气动力学型面的俯仰控制的空气动力学叶片，该第二空气动力学型面在面向所述俯仰连接位的端部具有第二最大升力系数（CLmax2）和第二弦长（Ch2），并且其中，

所述叶片包括不连续部，该不连续部设在所述第一和第二叶型之间的所述俯仰连接位处，该不连续部使得[(CLmax1)x(Ch1)]值至少比[(CLmax2)x(Ch2)]值大20%。

因此，内片段设计用于失速控制，外片段设计用于俯仰控制，部分变桨叶片为部分俯仰运转提供最佳性能，同时最小化叶片的根部载荷。

进一步发现，对于所述的具有不连续部的空气动力学型面的叶片，不需要完整的过渡区域，因此，提供一种叶片，其更明显的具有失速特征和俯仰特征，并因此允许更灵敏和更精确的控制。

进一步，两个叶片段的[(CLmax)x(Chord)]值的不连续性，提供一种叶片构造，该构造适于使用合适的控制方法，以在额定风力功率输出下，俯仰外叶片段脱离风，其中，由于风速增大超过叶片产生额定功率时的风速，内叶片段继续产生增大的升力（并因此增加功率产量）。被发现的是，[(CLmax)x(Chord)]值的变化目的是保证尽可能长的抑制内叶片段的失速，以大致上在所有额定功率输出的风速范围，为内叶片段提供增加的功率产量。