[发明专利]具有凹槽的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于布置在风力涡轮机塔上的转子上的水平轴风力涡轮机叶片的技术。

背景技术

这种类型的具有叶片的风力涡轮机是已知的，其由利用玻璃加强的轻塑料、铝、薄的木制层等已知的材料制成。叶片的背面相比于正面更弯曲一些。除了对风力涡轮机的性能具有关键影响的长度之外，诸如宽度、厚度以及重量之类的其他因素也会对特征在于空气动力学设计上的需求与耐久性之间的平衡的转动的最大化具有影响。

风力涡轮机叶片以特定的方式设计和制造，布置在转子上，以最大程度地利用使叶片转动的经过其中的风能。通过叶片在轴上的转动，由发电机将动能(转动能)转化为电能。通过仅受风带来的压力团和阵风的影响而引发和进行这些叶片的旋转。根据实施的比例，可以将转速判定为负面的(经济上无收益的或危险的)或正面的(合适且有用的)。在空气分子向旋转叶片的正面碰撞的过程中，风速下降，导致叶片正面压力升高，背面压力降低，由此产生了漩涡和涡流。当叶片以足够高的速度旋转时，会在叶片背面产生显著的漩涡和涡流，从而造成对旋转有不利影响的压力差(非均匀分布)，进而妨碍风力涡轮机的正常操作和性能。最初，叶片从正面接受风的空气动力学压力，并导致叶片旋转。之后，正是由于主要表现在叶片背面的所产生的压力差的作用，产生了不利的空气动力学现象(漩涡和涡流)，从而导致了转动减速以及其他不利于理想旋转的复杂情况。因此，这些后果包括对风力涡轮机运行的不利影响，无法使其性能最大化。风撞击叶片产生的湍流越大，则从叶片向风传输的能量也就越大，反之亦然。叶片与风之间的这种能量相互作用是空气动力学阻力。更具体地，其包括水平方向的风阻(阻力)以及竖直方向的或动态的风上升力(升力)。水平方向的风阻(阻力)与风向相反地作用，从而降低叶片的旋转速率，导致压力差。力(表现为阻力形式或压力阻力)从具有较大压力的区域(叶片正面)指向具有较小压力的区域(叶片背面)。

发明内容

本发明的优点为，将半球形的凹槽以特定的顺序布置在风力涡轮机的叶片上，这是一种直接借鉴于布置在高尔夫球上的半球形或多边形(如六边形)凹槽的技术。这一技术充分利用了空气动力学现象，风最初在叶片正面撞击叶片，穿过叶片，最后从叶片内流出。本发明最大程度地管理这一过程，并在这些位置形成合适且可控的层流空气流，使叶片旋转得更稳定，从而提供了高质量、可靠、经济且安静的风力涡轮机运转。

将高尔夫球中的凹槽布置技术等同地应用于风力涡轮机叶片表面，是为了重现最可能的层流空气流的形成，并最终以最有效的方式管理所伴随的进入叶片的和流出叶片的风。从而以可能的最大限度减小叶片两侧间的压力差。

本发明所述的风力涡轮机叶片是成功的，因为它能产生可能的最快速叶片旋转(每分钟的旋转圈数更多)，使电能产量达到最大。通过在叶片的正反两面应用这种凹槽布置技术，加强了对风的管理，同时使收益最大化，且更系统地减小了容易出现的漩涡和涡流，以最有效的方式减小了水平风阻(阻力)对叶片背面的负面影响，减小了压力。通过应用这一特殊凹槽布置技术，风力涡轮机叶片进行最高速转速、最有效地管理撞击并流入叶片中的风，并且可以平衡在叶片背面产生的漩涡和涡流，进而使升力达到最大。换言之，在相同的风力负载被传递到风力涡轮机的情况下，会产生更多的电能，这正与高尔夫球上的情况类似，而这是由已经应用并被证明很成功的凹槽布置技术带来的。这种凹槽被应用在高尔夫球的表面，或者是半球形、或者是多边形的凹槽，尽可能多且彼此尽可能靠近地布置成排且相互交替，以完全地覆盖球体表面且使平整的表面最小化。在球手使用球杆以相同的力度击打球体时，这种高尔夫球运动的距离要显著高于表面平整的老式高尔夫球所运动的距离。因此，在特定的风力作用于风力涡轮机叶片表面的情况下，当应用了如高尔夫球中那样的相同布局的特定凹槽布置技术时，叶片的旋转将最终达到最大。根据本发明的风力涡轮机叶片的特征在于，其表面应用了如高尔夫球那样的凹槽布置技术。凹槽可以完全覆盖叶片的表面，或者也可以仅仅覆盖背面，以仅使其能够有效地对抗阻力现象。

一种简单的在风力涡轮机叶片上体现这种特殊凹槽布置技术的方式根据本发明通过使用尽可能多(凹槽的数量与所覆盖的表面成比例)的半球形或多边形(如六边形)凹槽而实现，这些凹槽尽可能彼此紧密地布置成排且相互交替，产生相切的形式，覆盖整个叶片的正反两面，从而最大程度地利用并管理了风在正面的正面撞击期间以及风朝向背面运动期间发生的空气动力学现象，使得升力最大化，同时消除了不利的阻滞压力(阻力)。