[发明专利]转子叶片和风能设备

说明书

本发明涉及一种风能设备(100)的转子叶片(108)，所述转子叶片具有转子叶片长度(R)、在所述转子叶片长度(R)上分布的转子叶片深度(C)、在所述转子叶片长度(R)上分布的转子叶片厚度(Th)，以及所述转子叶片的后缘(208)的在所述转子叶片长度(R)上分布的厚度(T)，其中在所述转子叶片长度(R)的区域中，所述转子叶片(108)同时具有带有预定长度(L)的分隔板(230)和带有预定高度(H)的格尼襟翼(220)，其中在所述转子叶片长度(R)的方向上的确定位置处，所述格尼襟翼(220)的高度(H)与所述分隔板(230)的长度(L)的比选择为，使得低于随着相对翼型厚度减小的阈值，所述相对翼型厚度定义为转子叶片厚度(Th)与转子叶片深度(C)之比。

技术领域

本发明涉及一种风能设备的转子叶片、一种相关的风能设备和一种相关的方法。

背景技术

风能设备的用于提高空气动力学效率的转子叶片的附件是已知的。其中涡流发生器，也称为湍流发生器是已知的，所述涡流发生器通常安置在靠近轮毂的区域中，优选安置在转子叶片的吸力侧上，并且确保边界层流的完全混合，由此在发生流动分离之前，流动在更长的行进路径上保持靠近转子叶片表面。

延迟的流动分离能够实现更高的迎角，进而实现与此相关的更高的在翼型剖面上的最大的升力系数。

除了涡流发生器以外，其它空气动力学的附件也是已知的。例如使用空气动力学襟翼或所谓的扰流板，其在专业文献中也称为格尼襟翼。

格尼襟翼在此优选在转子叶片的靠近轮毂的区域中安置在后缘的区域中，意即优选安置在流动分离之前不远的区域中的柱形或椭圆形的翼型上。

图2示意性地和示例性地示出风能设备的转子叶片的翼型剖面200。吸力侧202与压力侧204相对置并且将前缘206与后缘208连接。具有转子叶片深度C的翼弦在前缘206和后缘208的中心之间延伸。在该示例中，其涉及具有较厚的后缘208的翼型，所述较厚的后缘具有厚度T。厚度T定义为垂直于转子叶片深度C。倾斜的厚的后缘208也是可设想的，其中为了比较，对转子叶片深度C的垂直线进行投影。格尼襟翼220和分隔板230都安置在后缘208的区域上或区域中。格尼襟翼220例如构成为板材角形件的形式，并且在该示例中与转子叶片深度C成直角。格尼襟翼220的高度H表示格尼襟翼220的从后缘208垂直于转子叶片深度C的延伸。分隔板230的长度L表示分隔板230平行于转子叶片深度C超出后缘208的尺寸。

图2相应地示出具有平坦的或钝的后缘208的示意性转子叶片翼型，其也称为平背翼型。

借助于格尼襟翼，在后缘上的翼型的曲率通常能够明显增加，这也能够引起显著的升力增加。然而，空气动力学力矩c_m和尤其还有阻力系数c_d也不利地增加。因此，在需要高的升力的情况下在该处使用格尼襟翼也是有意义的，但是低的阻力系数并不是绝对必要的。在风能设备中，这主要在转子叶片根部的区域中是这种情况。在该区域中还使用具有平坦的后缘的翼型。

例如在图2中示出的分隔板230大致垂直于后缘208，意即尤其沿弦方向安置，以用于减小阻力。该构件被称为分隔板，因为其将后缘208的尾流区分成两部分。分隔板230的使用防止在具有平坦的后缘208的翼型后方形成高能的周期性涡街。

在所谓的卡门涡街中的不稳定的涡流分离过程会从翼型环流中抽取能量并且引起高的流动阻力。在翼型后缘上，通常施加有相对于环境压力的负压，这引起：在翼型后缘上产生的力与翼型的运动方向相反地指向。目的是，通过有针对性地中断在平坦的后缘208上的涡流相互作用，通过两个或更多个稳定的涡流代替不稳定的涡流，这两个或更多个稳定的涡流从翼型环流中抽取明显更少的能量。在适宜的设计方案中，通过该措施能够显著降低平背翼型的阻力。该解决方案的缺点在于，由于分隔板230的解拱效应，必须接受轻微的升力损失。