[发明专利]用于风力涡轮机的转子叶片的气动装置

说明书

关于联邦政府资助开发的声明

本发明的开发由美国能源部授予的合同No.DE-EE0005493部分地支持。因此，美国政府具有本发明的一定权利。

技术领域

本发明涉及一种设备，包括风力涡轮机的转子叶片和气动装置。气动装置通过连接器件与转子叶片连接。

背景技术

众所周知，通过诸如襟翼、平板等气动装置可以改进风力涡轮机的转子叶片。一方面，这种气动装置可以增加风力涡轮机的效率。另一方面，这种气动装置还可以减少由流过转子叶片的气流产生的噪音。

通常，气动装置增加了转子叶片的升力，这总体上有益于风力涡轮机。然而，增加转子叶片的升力的缺点是增加了风力涡轮机的疲劳载荷极限。这意味着风力涡轮机的部件上的负荷可能会超过相应部件的设计负荷极限，致使必须考虑重新设计部件。如果不对部件进行重新设计，则将气动装置应用于转子叶片可能会限制最大风速和湍流等级，针对最大风速和湍流等级，验证并出售具有修改的转子叶片(包括气动装置)的更新的风力涡轮机。

更具体地，所述气动装置通常改变转子叶片的升力系数相对于转子叶片的迎角的依赖性。升力系数通常取决于气流撞击转子叶片的前缘部处的迎角。示例性地，在从相对于转子叶片压力侧的-5度(相当于转子叶片抽吸侧的5度)到相对于转子叶片压力侧的10度的范围内的迎角，升力系数会增加。升力系数的增加可以通过升力系数相对于迎角的斜率进行表征和量化。

第一组常规气动装置导致升力系数在所提及的迎角范围(从抽吸侧的5度到压力侧的10度)中的斜率增加。换句话说，由气动装置产生的额外升力增加以增加迎角。

在第二组常规气动装置中，通过引入气动装置，升力系数相对迎角的斜率保持不变。然而，升力系数同样在迎角的整个考虑范围内增加。换句话说，气动装置使得升力在迎角的整个考虑范围内同等地增加。

两组常规气动装置的缺点是：对于高迎角(风力涡轮机上的总负荷接近风力涡轮机上的可接受负荷的上限)，气动装置甚至会增加该总负荷。

已进行各种努力以试图提供一种在低迎角时增加升力而在高迎角时仅轻微增加升力或根本不增加升力的气动装置。在高迎角时减小升力的已知系统包括含有例如可变形后缘或后缘襟翼的主动系统。通过基于输入信号启动襟翼，减小了负荷。输入信号可以是叶片根部弯矩、局部迎角值、局部升力值或类似参数。

然而，这些主动系统需要比较复杂的技术实施。而且，这些系统必须在转子叶片的容易地超过25年的寿命内承受恶劣的工作条件。此外，这些系统需要定期的保养和维护。

因此，期望提供一种克服了上述缺点的增加转子叶片的升力的气动装置。

发明内容

该目的通过独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本发明的有利发展和改进。

根据本发明，提供了一种设备，包括风力涡轮机的转子叶片、气动装置以及用来连接气动装置和转子叶片的连接器件。转子叶片包括具有转子叶片压力侧、转子叶片抽吸侧、转子叶片后缘部和转子叶片前缘部的翼面部。气动装置包括具有装置压力侧、装置抽吸侧、装置后缘部和装置前缘部的翼面轮廓。气动装置定位在靠近转子叶片抽吸侧的区域中。气动装置通过槽与转子叶片间隔开。槽的槽宽小于5厘米。

转子叶片可包括具有根部的根部区域。根部布置并准备成安装到风力涡轮机的毂。优选地，根部具有圆形横截面。

而且，转子叶片包括由沿转子叶片的翼展的横截面表征的翼面部，各横截面显示出翼面轮廓。

具有带翼面轮廓的翼面部的优点是，转子叶片能够在气流沿其表面流过时产生升力。

翼面部可以延伸直到转子叶片的离根部区最远的顶部区。顶部区包括转子叶片的顶部。

转子叶片的位于根部区和翼面部之间的部分称为转子叶片的过渡部。

转子叶片的靠近转子叶片顶部区的部分称为转子叶片的外侧部。转子叶片的靠近转子叶片根部区的部分称为转子叶片的内侧部。

翼面部可以由转子叶片的肩部定界，转子叶片的肩部由转子叶片的最大弦长的翼展位置限定。

转子叶片的翼展限定为转子叶片的从根部区向顶部区延伸的纵轴。

弦长定义为弦线的长度，由此，弦线垂直于翼展，是位于转子叶片后缘和转子叶片前缘之间的直线。

转子叶片后缘由转子叶片后缘部围绕，转子叶片前缘由转子叶片前缘部围绕。

转子叶片前缘和转子叶片后缘将转子叶片的翼面部的表面分为转子叶片压力侧和转子叶片抽吸侧。

类似地，转子叶片周围的区域分为两个区域，一个区域靠近转子叶片抽吸侧，另一个区域靠近转子叶片压力侧。气动装置定位在靠近转子叶片抽吸侧的区域中。