[发明专利]具有沉没的边界层控制装置的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括具有根端和尖端的纵向方向且包括沿横向方向在前缘与后缘之间延伸的弦，所述叶片包括具有吸力侧和压力侧的控流表面。

背景技术

在许多情况下，都希望有一种可在这样的区域中阻碍或防止在流动介质与控流表面之间出现流分离的方法，在所述区域中，流介质的边界层会由于控流表面的外形轮廓(profile)而经受压力梯度的作用，而这种压力梯度足以导致产生流分离。

当粘性流体在风力涡轮机叶片上朝向后缘进行流动时，该流体从静压力较低的区域流向静压力较高的区域，在这一过程中，流体会经受不利的压力梯度的作用。这进一步导致产生了倾向于阻碍边界层的力，所述力足够大以便能够使流动停止或使流动反向，这可导致流体产生分离并出现不可预知的行为。这导致拖曳力由于在控流介质之后的被分离的流的剖面积的原因而增大了，这进一步减小了风力涡轮机叶片的升力且甚至会导致叶片停转。

通过将自由流与边界层混合的方式阻碍或防止流分离是众所周知的，这种混合是通过从控流表面伸出，即从风力涡轮机叶片的表面伸出，的涡流发生器实现的。涡流发生器的类型有许多种，例如轮叶型发生器，例如参见WO01/16482，或被成形为德尔塔形伸出件的涡流发生器，正如WO 00/15961所述地那样。然而，所有这些涡流发生器都存在拖曳力相对较高的缺点。此外，这些涡流发生器通常在叶片制成之后再被安装在风力涡轮机叶片的表面上，而存在在运输过程中折断的倾向，这可能会严重损伤叶片的功能性。

US4,455,045描述了另一种保持流动介质的流被附着在控流构件外部上的方式，其中大体上呈三角形的通道被下沉设置在控流构件表面中。该三角形通道具有面向流动介质的流的顶点部分，且该通道在该顶点部分的表面处显现出来。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机转子的新型叶片，所述叶片克服或改善了至少一个现有技术中所存在的缺点或者提供了另一种有用的可选方式。

根据本发明的第一方面，该目的是通过在控流表面中形成的多个边界层控制装置实现的，其中所述边界层控制装置包括被下沉设置在所述控流表面中的通道，所述通道具有面向所述前缘的第一端和面向所述叶片的所述后缘的第二端，所述通道包括：从所述第一端延伸至所述第二端的底表面；在所述控流表面与所述底表面之间延伸且在所述第一端与所述第二端之间延伸的第一侧壁，所述第一侧壁在所述第一侧壁与所述控流表面之间形成了第一侧壁边缘；和在所述控流表面与所述底表面之间延伸且在所述第一端与所述第二端之间延伸的第二侧壁，所述第二侧壁在所述第二侧壁与所述控流表面之间形成了第二侧壁边缘，且其中所述通道在所述第一端处包括适于对流进行加速的第一流加速通道区段，且在所述第二端处包括第二通道区段，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁朝向所述叶片的所述后缘是发散的。

当自由流在所述叶片的正常使用过程中，即在水平轴风力涡轮机叶片的转子中旋转的过程中，沿大体上横向的方向在所述风力涡轮机叶片上从所述叶片的所述前缘向所述后缘流动时，所述流首先在所述第一流加速通道区段中受到加速。在所述第二通道区段中，所述流由于这两个侧壁之间的发散角度而与所述第一侧壁和/或第二侧壁分离开来，这导致产生了强大的涡流。这些涡流将所述边界层推向所述控流表面且因此防止了所述边界层与所述风力涡轮机叶片的外部分离开来。所述第一流加速通道区段确保了产生强大的涡流，而涡度取决于流速-流速越高，涡度越大。这使得提供了一种风力涡轮机转子，其中可朝向所述叶片的后缘阻碍流的脱离或者完全防止流的脱离。因此，可提高所述风力涡轮机叶片的整体升力并提高其效率。

优选将多个边界层控制装置布置在所述叶片的所述吸力侧上。所述边界层控制装置，即所述涡流发生通道，通常沿所述叶片的顺翼展方向或纵向方向被布置成阵列。所述边界层控制装置还可沿弦向或横向方向，即沿弦的方向，呈级联布置。

根据一个有利实施例，所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述第一流加速通道区段中是不发散的，即，所述第一侧壁和所述第二侧壁可以是平行的或者会聚的。

根据所述边界层控制装置的一个实施例，所述第一流加速区段中的所述通道具有沿所述流的方向减小的剖面积。这使得可以简单的方式在到达该部分之前对所述流进行加速，其中所述通道的侧壁是发散的且其中产生了所述涡流。