[发明专利]具有向前定向的流体引导装置的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机转子的叶片，所述风力涡轮机转子具有基本上水平的转子轴，所述转子包括轮毂，叶片在被安装于轮毂时所述叶片从轮毂基本上沿径向方向延伸，所述叶片具有带有末梢端(tip end)和根部端(root end)的纵向方向、以及横向方向，所述叶片还包括：成型轮廓(profiled contour)，其包含了压力侧和吸力侧、以及前缘和后缘并带有具有在其间延伸的弦长的翼弦(chord)，所述成型轮廓在受到入射气流冲击时产生升力，其中所述叶片设置有流体引导装置，其被加至所述叶片的压力侧上的所述叶片的成型轮廓，并且从所述叶片的压力侧上的所述叶片的成型轮廓突出。

背景技术

理想的是，将翼面(airfoil)类型的风力涡轮机叶片被成形为类似于飞机机翼的轮廓，其中叶片的翼弦平面宽度及其一阶导数随着离轮毂距离的减小而不断地增大。这导致叶片理想的是在轮毂附近较宽。这在必须将叶片安装至轮毂时又引发了问题，而且，这在叶片操作期间由于叶片的大表面面积而引起了极大的载荷，诸如暴风载荷。因此，多年以来，叶片的构造已朝向一定形状发展，其中叶片由离轮毂最近的根部区域、包括了离轮毂最远的升力产生轮廓的翼面区域、以及在根部区域与翼面区域之间的过渡区域构成。翼面区域具有就产生升力而言理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区域具有基本上圆形的横截面，这减小了暴风载荷并且使得将叶片安装至轮毂变得更容易和更安全。根部区域的直径优选为沿整个根部区域是恒定的。由于圆形的横截面，所述根部区域不会有助于风力涡轮机产生能量，并且实际上由于阻力而使其降低了少许。如其名称所暗示的那样，过渡区域具有从根部区域的圆形形状逐渐地改变至翼面区域的翼面轮廓的形状。通常，过渡区域中的叶片宽度随离轮毂距离增大而基本上线性地增大。

举例来说，用于风力涡轮机的叶片经过一定时间已变得越来越大，并且它们现在可能超过60米长，所以增加了对优化空气动力性能的需求。风力涡轮机叶片设计成具有至少20年的操作寿命。因此，对叶片总体性能甚至一些小的变化可在风力涡轮机叶片的寿命内累积到高增长的经济利益，这超过了与这些变化相关的附加制造成本。多年来，用于研究的焦点区域已指向于改善叶片的翼面区域，但在最近几年间，越来越多的焦点也已指向于改善叶片的根部区域和过渡区域的空气动力性能。

WO2007/065434公开了一种叶片，其中根部区域设置有凹进(indentation)和/或凸起(projection)，以便从叶片的该部分减少阻力。

WO2007/045244公开了一种叶片，其中将根部区域和过渡区域设计成以便具有至少两个单独的翼面轮廓来增大这些区域的升力。

WO0208600描述了一种风力涡轮机，其中通过在风力涡轮机的根部区段设置了部件来增大风力涡轮机的输出，该部件被设计成这样的方式：由该部件和根部区段组成的组件可吸收风能并增大风力涡轮机的总体效率。

WO2007/118581公开了一种叶片，其中叶片的内侧部分在叶片的压力侧上设置有流体引导装置，以便通过增加升力来提高叶片的空气动力性能。然而，由于三角形形状的横截面，所提出的设计是非常刚性的，并且因此流体引导装置在叶片弯曲时具有与叶片的表面分离的趋势。

EP1845258公开了一种叶片，其具有布置在叶片过渡部分中的格尼(Gurney)襟翼状装置。该格尼襟翼状装置具有凹曲率，并且被布置在叶片的压力侧上的后缘处。

发明内容

本发明的目的在于获得一种新的叶片，并且其克服或改进了现有技术的至少一个缺点或者其提供了有用的替换方式。

根据本发明的第一方面，叶片的流体引导装置具有前表面，前表面朝向迎面而来的气流，并且具有位于成型轮廓处的近端点以及位于离叶片成型轮廓有一段距离(即，有间隔)的远端点，其中成型轮廓在近端点处具有表面法线，并且其中流体引导装置的前表面包括至少一个第一部分，所述至少一个第一部分朝向迎面而来的气流形成角度，以便所述第一部分的平均切线或中线与表面法线形成大于0度的第一角。

显然，表面法线与平均切线或中线形成一个以上的角，但从以下描述中清楚的是，所提到的第一角位于表面法线与叶片前缘和叶片轮廓外之间的象限中。换言之，大于0度的角形成在表面法线的前方。