[发明专利]风能设备

说明书

本发明涉及一种风能设备(100)，其具有带有至少一个转子叶片(108)的空气动力学的转子(106)，转子叶片(108)具有主动的流控制装置，其构成用于主动地影响在转子叶片上的流，流控制装置(128)包括转子叶片表面上的开口，其称为转子叶片表面开口(130)，流控制装置(128)设置用于，通过转子叶片表面开口(130)以可控制的空气流抽吸和/或吹出空气，风能设备(100)具有控制器(112)，其设置用于，根据以下规则中的至少一项规则控制穿过转子叶片表面开口(130)的可控制的空气流的量：当超过转子的转速(n)的转速阈值时，随转速升高而逐渐提高最大可控制的空气流，当超过转子的扭矩(M)的扭矩阈值时，随扭矩升高而逐渐提高最大可控制的空气流。

技术领域

本发明涉及一种风能设备，其具有带有至少一个转子叶片的空气动力学的转子，其中转子叶片具有主动的流控制装置，所述流控制装置构成用于，主动地影响在转子叶片上的流。

背景技术

已知用作风能设备的转子叶片的被动的流控制措施的涡流发生器。所述涡流发生器基本上是用来延迟在转子叶片轮廓上的流的分离，或更确切地说是使所述流朝向更大的迎角移动。因此，通过使用涡流发生器可以在更大的迎角范围内运行转子叶片，而不会引起流分离。因此，大的迎角范围是有利的，因为风能设备处于非常不同的运行条件下，在某些情况下甚至偏离设计点。

因此，为了确保尽可能少波动并且同时最优的设备产能，必须确保在转子叶片上尽可能在所有工作点上都不会发生流分离，否则可能会导致风能设备中的显著的功率损失。

可能导致迎角关键性地增加的已知运行条件例如是：被雨水润湿或被其他污染的转子叶片，入流中的高涡流强度，当设备部分地遇到障碍时在入流中的地面边界层的高垂直剪切力，相对于设计空气密度降低的空气密度。为了能够抵挡所有这些影响因素，已将涡流发生器构造为低成本的且有效的被动的流控制装置。通常，将涡流发生器在转子叶片的吸力侧上直至相对转子半径r/R＝0.2-0.7的区域中安装，在个别情况下，也在压力侧上进行安装，并且越来越多地也在吸力侧上直至在r/R＝0.95-1的叶片尖部的区域中进行安装。

涡流发生器的安装然而在产能和噪声方面是非关键性的。涡流发生器在转子叶片上的边界层流中产生纵向涡流，这导致靠近叶片边界层中的壁的流速提高，由此实际上降低了边界层分离的风险，同时当然在此提高了摩擦阻力，这会造成滑动系数的显着下降。已知的是，滑动系数对设备功率的影响随着越来越靠近叶片尖部而显著增加。

已知的涡流发生器的缺点在于，其在例如因为没有下雨而不需要稳定作用的工作区域中或工作点处也具有降低功率的影响。由于存在固定的，即持久地安装的涡流发生器，因此，其产能低于其在如下工作点处能达到的产能，在所述工作点处存在于转子叶片上的迎角是足够小的且不会出现流分离的情况。

发明内容

在此背景下，本发明的目的是，提供具有改善的产能的风能设备。尤其，为此本发明的目的是，提供一种风能设备，其仅在存在流分离的风险时，才调取涡流发生器的稳定作用，其中在所有其他情况下放弃对边界层流的干扰性的干预。

根据本发明，所述目的通过一种风能设备实现，其具有带有至少一个转子叶片的空气动力学的转子。转子叶片具有主动的流控制装置，所述流控制装置构成用于，主动地影响在转子叶片上的流。流控制装置包括转子叶片表面上的开口，其称为转子叶片表面开口，其中流控制装置设置用于，通过转子叶片表面开口以可控制的空气流吸入和/或吹出空气。风能设备具有控制器，所述控制器设置用于，根据以下规则中的至少一项规则控制穿过转子叶片表面开口的可控制的空气流的量：a)当超过转子的转速的转速阈值时，随转速升高而逐渐提高最大可控制的空气流，和/或b)当超过转子的扭矩的扭矩阈值时，随扭矩增加而逐渐提高最大可控制的空气流。

根据本发明进一步提高转子叶片的产能。原则上，涡流发生器的稳定边界层流的作用仅在存在流分离的风险时才使用，为此设有主动的流控制装置。如果不存在所述风险，理想地应当放弃所有对边界层流进行干扰的干预。