[发明专利]转子叶片和风能设备

说明书

本发明涉及一种风能设备(100)的转子叶片(108)、一种相关联的风能设备(100)和一种相关联的方法。本发明尤其涉及一种用于风能设备(100)的转子叶片(108)，所述转子叶片在纵向方向上以翼型变化曲线从叶片接口延伸至叶片尖端，其中翼型变化曲线具有升力系数的变化曲线，所述转子叶片包括邻接叶片接口的毂部段(108a)和邻接叶片尖端的尖端部段(108c)、邻接毂部段(108a)和尖端部段(108c)的中间部段(108b)，其中中间部段基本上具有如下翼型截面，所述翼型截面具有在20％和30％之间的相对翼型厚度，所述相对翼型厚度定义为由最大翼型厚度与翼型深度构成的比，并且其中中间部段(108b)具有升力系数的变化曲线的局部最小值。

技术领域

本发明涉及一种风能设备的转子叶片、一种相关联的风能设备和一种相关联的方法。

背景技术

风能设备是原则上已知的，所述风能设备从风中产生电功率。现代风能设备通常涉及所谓的水平轴线风能设备，在所述水平轴线风能设备中，转子轴线基本上水平地设置，并且转子叶片扫过基本上垂直的转子面。除了设置在吊舱处的转子之外，风能设备通常包括塔，具有转子的吊舱围绕基本上竖直定向的轴线可旋转地设置在所述塔上。转子通常包括一个、两个或多个相同长度的转子叶片。转子叶片具有气动翼型，通过所述气动翼型，每个转子叶片承受升力，从而转子通过风置于旋转运动中。

此外，在设计用于风能设备的转子叶片时，必须在尽可能大的升力、空气阻力和转子叶片的稳定性之间找到折衷。原则上已知，在低的风速中产生高的升力的转子叶片的翼型通常在较高的风速中具有高的空气阻力。此外，除了转子叶片的气动特性外，在设计时附加地确保：转子叶片满足结构要求，例如在暴风雨中承受风压力并且具有长的使用寿命。尤其地，在具有大的毂高度和目前达160米的大的转子直径的轻型风能设备中，对转子叶片的结构要求高。在中间和靠近毂的转子叶片区域中产生的弯矩主要需要转子叶片的特殊的结构设计，借此可以吸收产生的弯矩和由此产生的力，并且不引起转子叶片的失效。现有的转子叶片提供不同的优点，然而期望进一步的改进。

通常，风能设备的转子叶片由所谓的翼型族创建。所述翼型族涉及一系列具有例如不同相对厚度的翼型，转子叶片从所述翼型中从通常具有高的相对厚度的叶片根部伸展直至具有小的相对厚度的叶片尖端。这种翼型族的翼型在其特性上通常是相似的，并且针对几何兼容性进行优化，其中厚度储备是重要的因素。这引起在翼型族内通常不发生从一个翼型到相应的相邻翼型的厚度储备的更大的变化。由此得出转子叶片处厚度储备关于半径的近似恒定或单调的变化曲线。

德国专利商标局在关于本申请的优先权申请中检索了如下现有技术：DE 10 2012206 109 B3、DE 10 2008 052 858 A1、DE 10 2013 202 666 A1、DE 10 2017 124 861 A1、DE 20 2013 004 881 U1、EP 2 284 389 A2、EP 3 343 024 A1。

发明内容

在所述背景下，本发明的目的是提供一种风能设备的转子叶片、一种相关联的风能设备和一种相关联的方法，所述转子叶片、所述风能设备和所述方法减少或消除所提及的缺点中的一个或多个缺点。尤其地，本发明的目的是提供一种转子叶片，所述转子叶片在提高气动性能时同时可以实现改进的结构设计。

根据第一方面，所述目的通过一种用于风能设备的转子叶片来实现，所述转子叶片在纵向方向上以翼型变化曲线从叶片接口延伸至叶片尖端，其中翼型变化曲线具有升力系数的变化曲线，所述转子叶片包括邻接叶片接口的毂部段和邻接叶片尖端的尖端部段、邻接毂部段和尖端部段的中间部段，其中中间部段基本上具有如下翼型截面：所述翼型截面具有在20％和30％之间的相对翼型厚度，所述相对翼型厚度定义为由最大翼型厚度与翼型深度构成的比，并且其中中间部段具有升力系数的变化曲线的局部最小值。

翼型变化曲线包括有限数量的翼型截面。翼型截面尤其对应于转子叶片在纵向方向上在叶片接口与叶片尖端之间的任意部位处的横截面。所述横截面的特征尤其在于，所述横截面的面正交线基本上平行于转子叶片的纵向方向定向。