[发明专利]具有窄肩和相对厚的翼型型面的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及用于具有基本水平转子轴的风力涡轮机的转子的叶片，所述转子包括毂，叶片当被装至毂时基本在径向方向上从毂延伸，叶片具有横向方向和具有末梢端和根部端的纵向方向，叶片还包括：成型轮廓，成型轮廓包含压力侧和吸力侧、以及前缘和后缘并带有具有在前缘与后缘之间延伸的弦长的弦，成型轮廓当被入射气流冲击时产生升力，其中成型轮廓被分为：具有最接近毂的基本圆形或椭圆形型面的根部区域、具有最远离毂的升力产生型面的翼型区域、以及在根部区域与翼型区域之间的过渡区域，过渡区域具有从根部区域的圆形或椭圆形型面到翼型区域的升力产生型面在径向方向上逐渐改变的型面、以及具有肩宽并且位于过渡区域与翼型区域之间的边界处的肩（shoulder），其中叶片具有叶片长，以及成型轮廓包括被定义为最大型面厚度与弦长之间的局部比率的局部相对厚度。

背景技术

风力涡轮机制造商一直致力于提高他们的风力涡轮机的效率以便于最大化年发电量。此外，风力涡轮机制造商对延长他们的风力涡轮机模型的寿命感兴趣，因为开发新的风力涡轮机模型花费长时间和许多资源。一种提高风力涡轮机的效率的显而易见的方法是提高风力涡轮机叶片的效率，致使风力涡轮机能在给定风速下产生较高的功率输出。然而，风力涡轮机模型的叶片不能被人用其他更具效率的叶片任意地替换。风力涡轮机模型被从转子与叶片将尺寸定到特定的负载范围。因而，必须确保的是新的风力涡轮机叶片遵从风力涡轮机模型的设计规格，而且还必须确保的是风力涡轮机叶片自身遵从保修（warranty）问题，而且被制造成维持至少一定年数而不损坏。

发明内容

本发明的目的是得到新的风力涡轮机叶片，其被设计成遵从某先前的设计规格或给现有的叶片提供有用的代用品。

根据本发明的第一方面，所述目的通过前述类型的风力涡轮机叶片获得，其中肩宽与叶片长之间的比率小于或等于0.075，且在0-0.8L的叶片长区间中的相对厚度为至少22％。

因而，看得见本发明提供细长且相对厚的风力涡轮机叶片。所以，最小化叶片的负载是可能的，因为叶片的总面积被最小化，因而降低了例如风暴负载。此外，相对厚的叶片更坚硬，由于负载携带结构进一步地被间隔开，这继而意味着叶片壳体可以被制造得更薄。因而总体质量可以被控制（keep down）。然而，使用窄的肩宽和相对厚的叶片型面的组合已被惊人地发现明显增加这样的叶片的年发电量（AEP），尤其因为如果设有这样的叶片的风力涡轮机上施加近似相同负载，则叶片可以被制造地比现有叶片更长。然而，如果有人仅使用这两个措施中的一个来减少负载，则AEP会降低。

肩在此处被定义为风力涡轮机叶片具有其最大弦长的位置。从根部端到末梢端定义长度区间，因而根部端定位于r=0处，而末梢端定位于r=L处。

优选地，叶片是预弯曲的或预应力的。在这样的一种具体实施方式中，叶片朝叶片的压力侧被弯曲，即被弯曲致使叶片当被安装在逆风风力涡轮机上时（至少在相对低的风速下）远离风力涡轮机的塔架弯曲。在例如设计风速下操作时，叶片由于进风以及叶片的压力侧（或相应地逆风或上风侧）和叶片的吸力侧（或相应地顺风或下风侧）上各自的压力分布而伸直，因而最大化了转子平面中由叶片扫过的面积。预弯曲叶片使甚至进一步降低叶片的硬度成为可能，从而减少所需的材料并从而也减少叶片的负载。

总而言之，看得见具有相对高厚度而且设有结合的预弯曲的细长的叶片或窄肩提供具有比现有技术叶片低的负载的叶片。

在一种具体实施方式中，肩宽与叶片长之间的比率小于或等于0.073，且有利地小于或等于0.0725，并且更有利地小于或等于0.072。这些具体实施方式都提供相对细长，即具有小的最大弦长的叶片。

在另一种具体实施方式中，在0-0.8L的叶片长区间中的相对厚度为至少23％，有利地为至少23.5％，且更有利地为至少24％。这样的型面具有比常规叶片明显更大的相对叶片厚度，尤其是在从0.65L-0.8L的区域中。

在又一种有利的具体实施方式中，在0-0.8L的叶片区间中的相对叶片厚度为至少25％，或至少26％。

有利地，叶片长为至少40米，更有利地为40米与50米之间。已发现提出的细长度和厚度特别适于这些叶片长。