CN103790769A - 具有偏移的吸力侧的风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机，其包括风力涡轮机塔架、设置在风力涡轮机塔架上的机舱、可旋转地安装至机舱的转子轮轴、以及一片或多片风力涡轮机叶片；该风力涡轮机叶片具有安装至转子轮毂的叶根、尖端、通过前缘和后缘相互连接的压力侧和吸力侧。该风力涡轮机叶片包括数个沿着风力涡轮机叶片的相对长度设置的横断面轮廓，其中该横断面轮廓的外周确定了吸力侧和压力侧的表面。该横断面轮廓根据吸力侧的表面设置，使得吸力侧的表面形成具有预定曲率的线，该线弯向风力涡轮机叶片的压力侧并/或沿着相对长度的至少一部分形成近似直线。该线穿过每个横断面轮廓压力侧的特定点，在该点测得该轮廓垂直于其弦线的最大相对厚度。这种结构使得风力涡轮机叶片具有改进的叶片设计，在正常运作期间，通过消除了在吸力侧的主载荷路线形成的局部弯曲载荷，减小风力涡轮机叶片产生的应力。

Description

具有偏移的吸力侧的风力涡轮机

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机，其包括：

‐风力涡轮机塔架；

‐机舱，该机舱设置在风力涡轮机塔架上；

‐转子轮毂，该转子轮毂可旋转地安装至机舱；

‐一片或更多风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片具有安装至转子轮轴的叶根以，以及尖端，其中风力涡轮机叶片进一步包括通过前缘和后缘相互连接的压力侧和吸力侧，其中该风力涡轮机叶片的相对长度为1。

本发明进一步涉及上述风力涡轮机的具体用途。

技术背景

近年来，风力涡轮机的尺寸和功率随着其效率而变大。同时，风力涡轮机叶片的尺寸和长度增大，并且气动外形也发生了变化。风力涡轮机叶片具有翼型的横断面轮廓，其中翼型轮廓的尺寸朝向风力涡轮机叶片的尖端逐渐减小。风力涡轮机叶片的另一端连接至风力涡轮机转子轮毂，其中这一端通常具有圆形横断面轮廓和加强结构。

图1示出了一种示范性风力涡轮机叶片1的示意图，该叶片1沿风力涡轮机叶片的长度方向具有数个横断面轮廓。风力涡轮机1具有气动型的结构，其包括前缘2和后缘3。风力涡轮机1包括连接至风力涡轮机转子轮毂（未示出）的叶根4。风力涡轮机1的自由端5为收拢该气动外形的尖端。每个横断面轮廓形成一个内切圆，该内切圆确定了共有中心直线6，沿风力涡轮机叶片1的纵向延伸，其中该中心线6平行于风力涡轮机叶片1限定的旋转平面。图2示出了从叶根4向尖端5看到的不同横断面轮廓。如图所示，叶根4具有圆形的轮廓，该轮廓转变为更佳的气动外形7，其中该气动外形的尺寸朝着尖端5逐渐变小。由此在吸力侧和压力侧两种轮廓之间形成过渡区域，其中轮廓的厚度朝着尖端5非线性递减，即形成如图7所示的从中心线看到的凹面。风力涡轮机1具有扭曲的纵向轮廓，其中不同横断面轮廓的弦线相对例如尖端5的参照弦线8，成递增/递减的角度，使得冲击的角度沿风力涡轮机叶片1的长度最优化。在此结构中，主导的气动载荷使风力涡轮机叶片弯向风力涡轮机塔架。风力涡轮机叶片随之会像梁一样，其吸力侧被压缩，压力侧张紧。这样会增加风力涡轮机叶片击打到风力涡轮机塔架的风险，并会减少风力涡轮机叶片的扫掠面积。从而降低风力涡轮机的效率。风力涡轮机叶片的弯曲，特别在吸力侧，可导致风力涡轮机叶片波动（弯曲），导致叶片失效。

国际专利99/14490A1公开了一种具有预先弯曲的风力涡轮机叶片的风力涡轮机，该风力涡轮机叶片尖端朝着远离风力涡轮机塔架的方向向外弯曲。作用在压力侧的风会将尖端往回压，使得叶片变直，从而增大扫掠面积。这种设置具有以下缺点：当风载荷出现时，沿风力涡轮机叶片的长度叶片轮廓的厚度分布造成在过渡区域的吸力侧的翼梁盖处形成S型主载荷路线。这会导致层压体沿翼梁盖预弯曲；由此形成层压体缺陷，当风载荷持续时该偏差会无限增大。这会导致压力载荷伴随有局部弯曲载荷，该局部弯曲载荷形成在沿S区域的层压体中；这会导致风力涡轮机叶片较早失效。

德国专利20120324U1公开了一种风力涡轮机，其具有三片风力涡轮机叶片，，每片该风力涡轮机叶片沿其翼展方向具有平直的压力侧表面和吸力侧凹面。该叶片在过渡区域形成相对大的凸起部分，紧接着是相对大的凹陷部分，该形状确定了吸力侧的主载荷路线。这会增加吸力侧的压力载荷，并且由于作用在风力涡轮机叶片的风载荷，因此会增加这些部分的弯曲载荷。这会增加层压体弯曲的风险，并导致失效。

美国专利2008/0112813A1公开了一种具有预先弯曲的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。为减少压力载荷，该风力涡轮机叶片的横断面轮廓的厚度分布朝着尖端线性递减。这在压力侧和吸力侧均形成平直表面。横断面轮廓根据中心线对齐，该中心线沿风力涡轮机叶片的长度方向延伸，其中该中心线的一部分相对叶根处的中心线成锐角。此叶片轮廓并未规定风力涡轮机叶片最内部分的厚度或长细。

发明目的

本发明的目的在于提供一种已改进的涡轮机叶片设计，减小运行时风力涡轮机叶片上的应力。

本发明的目的在于提供一种风力涡轮机叶片，其具有最小曲率的叶片层压体，在正常运行期间承受压力载荷。

本发明的目的在于提供一种风力涡轮机叶片，该叶片在具有风载荷期间消除了主压力载荷曲线中的局部弯曲载荷的产生。

本发明的目的在于提供一种具有更高强度/重量比的风力涡轮机叶片。

发明内容

本发明的目的可通过具有以下特征的风力涡轮机实现：

‐风力涡轮机叶片包括数个沿着风力涡轮机叶片的相对长度设置的横断面轮廓，该横断面轮廓确定了吸力侧的外表面和压力侧的外表面；以及

‐该横断面轮廓根据吸力侧的外表面对齐，使得吸力侧的外表面形成具有至少一条预定的有限曲率的第一线，该第一线沿一个或多个支撑元件的中心延伸，该支撑元件沿吸力侧的外表面的长度方向设置，以及每个该横断面轮廓的至少一个内切圆的圆心形成中心线，该中心线相对叶根的中心朝着吸力侧的方向偏移。

这种设置使得风力涡轮机叶片具有改进的叶片设计，减小了运行期间风力涡轮机叶片上的应力，并增加了叶片强度。该气动横断面轮廓相对叶根偏移，并且根据吸力侧的外表面对齐，而不是根据叶根处的中心线对齐。该对齐可从沿风力涡轮机叶片的长度的前缘看出。吸力侧的外表面形成一条线，即第一线，沿翼梁盖的中心从叶根向尖端延伸。该线可为具有一个或多个曲率弯向压力侧的曲线，并/或为直线。这使得吸力侧的翼梁盖形成笔直的翼梁盖或弯向压力侧的翼梁盖。翼梁盖的曲率可由一个、两个或多个内切圆确定，该内切圆的圆心靠着压力侧。

通过将横断面轮廓根据吸力侧对齐，通常在吸力侧的翼梁盖产生的S型主压力载荷路线将变成直线。中心线穿过风力涡轮机叶片的横断面轮廓，并由此朝着吸力侧偏移，这样形成了从吸力侧看着近似的凹面或S型线。该中心线的偏移与风力涡轮机叶片的相对长度呈函数关系。这消除了通常发生在吸力侧的局部弯曲载荷，由此在吸力侧的翼梁盖的整个长度上更平均地分布压力，并且增加了破坏层压体的载荷水平。这延长了风力涡轮机叶片的寿命，并增大了载荷承受能力。这种结构进一步使得后缘的轮廓变直，这样消除了在吸力侧的后缘产生弯曲或使之显著减小。

吸力侧可形成直线或至少一部分沿风力涡轮机叶片的长度的近似直线，该直线平行于叶根的中心线。这使得风力涡轮机叶片在弯向压力侧之前从转子轮毂笔直向外伸出。在此装置中，风力涡轮机叶片可为平直的风力涡轮机叶片，在尖端的吸力侧与叶根处的吸力面对齐或大体对齐。尖端可确定由安装在转子轮毂上的风力涡轮机叶片扫过的扫掠面积的外圆周。不同于德国专利20120324U1的叶片具有直的压力侧和凹的吸力侧，该平直风力涡轮机叶片的压力侧可形成凹面。。

根据本发明的一个实施例，第一线至少一部分长度弯向风力涡轮机叶片的压力侧。

这使得吸力侧形成单个或多个曲线，该曲线仅仅弯向沿风力涡轮机叶片的长度的压力侧，或弯向该长度的至少一部分。在此结构中，风力涡轮机叶片可为预先弯曲的风力涡轮机叶片，其尖端相对叶根处的吸力侧向压力侧偏移。风力涡轮机叶片由此在吸力侧形成凸面，在压力侧形成凹面。这降低了尖端在旋转时击打到风力涡轮机塔架的风险，因为通过预弯曲风力涡轮机叶片使从尖端至风力涡轮机塔架的距离变大。风力涡轮机叶片的扫掠面积也可增大，因为风压将尖端往回压，并由此使得叶片轮廓在其纵向上变直。吸力侧的表面可根据中间横断面轮廓与尖端之间的半径曲线偏移，由此减小预弯曲部分并可选择地减少尖端的偏移量。叶根与中间横断面轮廓之间的吸力侧的表面可如前述形成直线。预弯曲部分从相对长度为0.04±10%或更小处开始，优选为0.04±10%。风力涡轮机叶片从叶根到尖端的相对长度为1。该叶片结构能够更有效地捕获风，并由此使每个单位成本的涡轮机具有更高的产能。

根据本发明的一个实施例，横断面轮廓的压力侧的表面相对于叶根处的压力侧的表面，向吸力侧偏移，该偏移与风力涡轮机叶片的相对长度成函数关系。

这使得横断面轮廓的压力侧朝着吸力侧偏移，并依照风力涡轮机叶片的长度。吸力侧与压力侧之间的距离定义了叶片轮廓的厚度分布。这使得压力侧的表面沿风力涡轮机叶片的长度跨越叶根的中心线至少一次，因为横断面轮廓根据它们的吸入侧而对齐。压力侧的表面可在相对长度为0.37±10%处跨越叶根的中心线。中心线可朝着吸力侧继续偏移，直至预定点，在该点预弯曲，即吸力侧的偏移，使偏移改变方向，然后如此使得中心线偏向压力侧。

根据本发明的一个实施例，压力侧朝着吸力侧的最大偏移量是在相对长度为0.45±10%处的988毫米±10%。

如果风力涡轮机叶片为预弯曲叶片时，这点存在。如果风力涡轮机叶片不是预弯曲的，那么压力侧将会继续偏向吸入侧直至尖端。上述结构使得压力侧在相对长度为0.52±10%处再次跨越叶根的中心线。该最大偏移量的点可在压力侧没有跨越叶根的中心线的情况下出现。压力侧可形成单个或多个曲线，其中确定曲率的内切圆圆心靠近压力侧。

根据本发明的一个实施例，尖端相对叶根处的吸入侧，朝向压力侧的偏移量为2至4米。

该点出现在该吸力侧的预弯曲最大处。尖端可设置为使得围绕尖端的气流更优化，并可选地在尖端产生更少噪音。尖端可为降噪尖端，其可具有与风力涡轮机叶片的其它部分不同的气动外形。可将从压力侧和/或吸力侧向外伸出的一个或多个法兰连接至尖端。将感光元件连接至尖端或在尖端形成。感光元件可通过设置在风力涡轮机内的导电通路电连接至接地。

根据本发明的一个实施例，每个横断面轮廓包括弦线，该横断面轮廓的弦线相对于处于尖端处或靠近尖端处的弦线，向着叶根以递增的角度设置，该角度与风力涡轮机叶片的相对长度成函数关系。

这使得前缘转向或扭向该方向，由此使得每个横断面轮廓的迎风方向的攻角得到优化，由此提高风力涡轮机叶片的效率。

根据本发明的一个实施例，相对于在相对长度为0.96±10%处的弦线，在相对长度为0.04±10%处的弦线具有最大角度30°±10%。

这使得风力涡轮机叶片沿风力涡轮机叶片的长度具有最优攻角。该角度可根据每个横断面轮廓的旋转速度确定。

根据本发明的一个实施例，风力涡轮机叶片的厚度分布和/或弦分布与风力涡轮机叶片的相对长度成函数关系。

这使得该厚度从叶根附近的最大厚度沿着风力涡轮机叶片的长度逐渐变薄。该厚度定义为，垂直于弦线，从吸力侧的表面至压力侧的表面所测得的距离。风力涡轮机叶片的弦会向尖端逐步递减。这使得叶根处的横断面轮廓很快变为更佳的气动外形，然后向着尖端按比例缩小。

根据本发明的一个实施例，横断面轮廓的最大厚度为在相对长度0.04处的1895毫米±10%，并/或横断面轮廓的最大弦长为在相对长度为0.20±10%处的2668毫米±10%。

该厚度也可定义为根据横断面轮廓的最大弦长计算得出的相对厚度。在相对长度为0.04处的最大厚度等于0.71±10%的相对厚度。

根据本发明的一个实施例，风力涡轮机叶片的长度为45米至50米，优选为47.5米至49.5米，更优为48.5米至49.0米。

这使得风力涡轮机叶片的长度适于风力涡轮机的所需功率输出和所需扫掠面积。

根据本发明的一个实施例，风力涡轮机叶片的数值公差为±7.5%、±5%、±2.5%或0%。

所引用的数值的公差可考虑到风力涡轮机叶片制造过程中产生的任何公差。当压力侧和吸力侧的表面的任何瑕疵在生产过程中的最后工序被研磨掉，一些公差会减小。

根据本发明的一个实施例，风力涡轮机的功率容量为1.4兆瓦至1.8兆瓦。

该风力涡轮机叶片的结构提供一种改进的叶片设计，其减小了具有上述功率的风力涡轮机中产生的疲劳载荷。该功率可定义为风力涡轮机的额定功率或标称功率输出。

本发明进一步涉及具体用途，其中该风力涡轮机应用于低风速区域，在转子轮毂的高度处的年平均风速低于6.5米/秒、6米/秒、5.5米/秒、5米/秒、4.5米/秒、4米/秒或3.5米/秒。

这种风力涡轮机设置提供了一种叶片设计，其根据IEC标准在属于低风速类的地区的气动效率更高。

该叶片根部包括数个沿叶根的外周设置的连接元件。该连接元件安装至数个容置连接元件，例如设置在转子轮轴的孔。该连接元件可为T型螺栓或钉，用于安装至或粘到叶根。或者，T型螺栓或钉可设置在转子轮轴内。60至70套，优选为64至66套的连接元件，可沿叶根的外周设置。使用T型螺栓使得至转子轮轴的安装简易，而且T型螺栓的静载荷和疲劳载荷的可靠性很高。螺栓进一步允许螺栓的预拉伸量增大，从而减小了在维护过程中一直张紧螺栓的必要，并减小了螺栓在运作期间出现松动的风险。该螺栓可构成例如直径为1800毫米±10%的螺栓分布圆，其大小与风力涡轮机叶片的最大厚度几乎相同。

附图说明

本发明参照附图仅通过实施例进行说明，其中：

图1示出了一种示范性风力涡轮机叶片的示意图，该风力涡轮机叶片沿风力涡轮机叶片的长度具有不同的横断面轮廓；

图2示出了图1所示的，从转子轮毂端向尖端看到的不同横断面轮廓；

图3示出了一种风力涡轮机的示范性实施例；

图4示出了根据本发明的风力涡轮机叶片的第一实施例的示意图；

图5示出了图4所示的风力涡轮机叶片的横断面轮廓的第一实施例，其中吸力侧没有偏移；

图6示出了图4所示的风力涡轮机叶片的横断面轮廓的第二实施例，其中吸力侧有偏移；以及

图7示出了相对风力涡轮机叶片长度，图5和6所示的两种叶片轮廓的吸力侧和压力侧的位置曲线图。

图8示出了图4所示的风力涡轮机叶片的沿翼展方向的剖视图与两种已知风力涡轮机叶片的相同位置剖视图对比。

在下文中，将对附图逐一描述，图中所见的不同部分和不同位置在不同附图中将具有相同的标号。特定附图中表明的所有部分和位置并非都必须与该附图一并论述。

具体实施方式

图3示出了一种风力涡轮机8的实施例，该风力涡轮机8包括风力涡轮机塔架9和机舱10，该机舱10安装至风力涡轮机塔架9顶端。风力涡轮机塔架9可包括一个或多个安装至彼此的顶端的塔节。转子轮毂11可通过转轴可旋转地安装至机舱10。一片或多片风力涡轮机叶片12可通过从转子轮毂的中心向外伸出的轴安装至转子轮毂11。两片或三片风力涡轮机叶片12可安装至转子轮毂11，该风力涡轮机叶片12形成旋转平面。风力涡轮机塔架9可安装至从地平面14凸起的平台或地基13上。

风力涡轮机叶片12可包括安装至转子轮毂11的叶根15。风力涡轮机叶片12可包括设置在叶片12的自由端的尖端16。风力涡轮机叶片12沿叶片的长度具有气动外形。风力涡轮机叶片12可由纤维增强塑料或复合材料制成，该塑料或复合材料具有例如由玻璃纤维、碳纤维或有机纤维制成的纤维，并形成层压体。该层压体可由外部系统供给的树脂注入，例如环氧树脂，该外部系统例如真空灌注系统。

叶片根部15可包括数个设置在叶根15外周附近的连接元件（未示出）。该连接元件可安装至数个容置连接元件，例如设置在转子轮毂11上的孔。该连接元件可为T型螺栓或钉，用以安装至或粘至叶根15，并安装至转子轮毂11。

图4示出了根据本发明的风力涡轮机叶片12的第一实施例的示意图。风力涡轮机叶片12可包括压力侧17和吸力侧18，彼此通过前缘19和后缘20连接起来。风力涡轮机叶片12可包括多个横断面轮廓21，形成压力侧17和吸力侧18的外表面。横断面轮廓21可沿风力涡轮机叶片12的长度分布。如图所示，后缘20可为截断的形状，形成平坦的背面板20a，从位于或接近叶根15处的第一横断面轮廓21a延伸到距尖端16有一段距离的第二横断面轮廓21b。后缘20可为薄的向外伸出的形状，从第二横断面轮廓21b延伸至尖端16。

一个或多个翼梁盖（未示出）可沿压力侧17和吸力侧18的长度或至少一部分长度设置。该翼梁盖可集成或封装入构成压力侧17和吸力侧18的壳体部分。一个或多个为腹板形式（未示出）的支撑元件可设置在翼梁盖之间。腹板可构成翼梁盖的一部分或通过粘合剂连接至翼梁盖。

在一个优选实施例中，风力涡轮机叶片12从叶根15至尖端16的长度为48.5米至49.0米，等于相对长度1.00，其中0.00定义为在叶片根部15处的长度值。风力涡轮机叶片12的横断面轮廓21可在相对长度为0.00与0.04±10%之间，优选为0.04±10%处具有1895毫米±10%的最大厚度。风力涡轮机12的横断面轮廓21可在相对长度为0.20±10%处具有2668毫米±10%的最大弦长。平坦的背面板20a可形成两个边缘，分别连接至压力侧17和吸力侧18的外表面，其中横断面轮廓21的弦线（未示出）可定义为穿过前缘19和位于离前缘19最远的边缘的线。

图5示出了图4所示的风力涡轮机叶片12的横断面轮廓21的第一实施例，其中吸力侧18没有偏移。横断面轮廓21是自叶根15向风力涡轮机叶片12中部所看到的。第一线22沿压力侧17的外表面延伸，并可连接至每个横断面轮廓21。第二线23沿吸力侧18的外表面延伸，并可连接至每个横断面轮廓21。第一线22和第二线23可定义翼梁盖的中心线，该中心线沿风力涡轮机叶片12的长度延伸。在这个实施例中，第二线23可在叶根15附近形成S型曲线，其中该线23，从叶根15看去，首先弯向压力侧17，然后弯向吸力侧18。另一条线22也形成S型曲线，其中该线22与线23曲率相同，但是是反向的。第三线24可定义压力侧17和吸力侧18的外表面之间的横断面轮廓21的厚度（仅示出了叶根15的厚度）。在这个实施例中，翼梁盖可遵循线22、23的弯曲。

风力涡轮机叶片12可为预先弯曲的风力涡轮机叶片，其中尖端16可朝着压力侧17的方向偏移。风力涡轮机叶片12的至少一部分可朝着压力侧17的方向预弯曲。线23可形成弧线，该曲线在中间的横断面轮廓21c与尖端16之间弯向压力侧17。在这个实施例中，中间横断面轮廓21c可位于第一线22以及第二线23的S型曲线之后。

风力涡轮机叶片12可为扭曲的风力涡轮机叶片，其中叶根15可相对尖端16扭转，反之亦然。横断面轮廓21的弦线相对叶根15的弦线成增角。平坦的背面板20a可沿长度遵循横断面轮廓的扭转。

图6示出了图4所示的风力涡轮机叶片12’的横断面轮廓25的第二实施例，其中吸力侧18相对叶根15的吸力侧有偏移。在这个实施例中，横断面轮廓25可根据吸力侧18对齐，而不是如图5所示的根据叶根15的中心线对齐。横断面轮廓25的外表面可对齐，使得集成或封装入吸力侧18中的翼梁盖形成平直的翼梁盖，沿风力涡轮机叶片12’的长度延伸。设置翼梁盖，使得在吸力侧18产生的压力载荷可沿翼梁盖的整个长度分布，而不是如图5所示，通常使用翼梁盖都伴随着负载弯曲载荷。平直的翼梁盖可形成直线26，从叶根15延伸向尖端16。集成或封装入压力侧17中的翼梁盖可形成S型曲线，其中两个弯曲点可遵循风力涡轮机的厚度分布。在这个实施例中，翼梁盖可形成与图5所示的S型弯曲相比更大的和/或不同的S型的曲线。位于压力侧17的翼梁盖可形成线27，遵循沿风力涡轮机叶片12长度的翼梁盖的曲线。

风力涡轮机叶片12’可为预先弯曲的风力涡轮机叶片，其中尖端16可朝着压力侧17的方向偏移。风力涡轮机叶片12’的至少一部分可朝着压力侧17的方向预弯曲。线26可形成弧线，其在中间横断面轮廓21d与尖端16之间弯向压力侧17。线26可在叶根15与中间横断面轮廓21d之间形成直线。在这个实施例中，比起图5所示的相同的面或点，中间横断面轮廓21d可更接近叶片根部15。

风力涡轮机叶片12’可为扭曲的风力涡轮机叶片，其中叶根15可相对尖端16扭转，反之亦然。横断面轮廓25的弦线相对叶根15的弦线成增角。平坦的背面板20a可沿长度遵循横断面轮廓25的扭转。

在优选的实施例中，风力涡轮机叶片12’的横断面轮廓25可具有压力侧17，该压力侧17在相对长度为0.45±10%处，相对叶根15的压力侧17，向吸力侧18的最大偏移量为988毫米±10%。压力侧17的偏移可在相对长度为0.37±10%处跨越叶根15的中心线，并在相对长度为0.52±10%处再次跨越。风力涡轮机叶片12的尖端16的偏移量可设置为2至4米，例如2.5至3.5米之间，例如3米，该偏移量为在相对长度为0.98±10%或0.96±10%处，相对叶根15的吸力侧18测量得出。风力涡轮机叶片12’的弦线可在相对长度为0.00处，相对于尖端16的弦线的最大扭转角为34°±10%，或在相对长度为0.04±10%处，相对于在相对长度为0.96±10%处的弦线的最大扭转角为30°±10%。

图7示出了图5和图6所示的风力涡轮机叶片12、12’的，相对长度为1处的压力侧17和吸力侧18的d点曲线图。X轴表示从转子轮毂11的中心开始测量的风力涡轮机叶片12、12’的长度，以米为单位。Y轴表示叶根15处的中心线28到吸力侧18的外表面的距离，以米为单位。线26（以方框标识）表示如图6所示的叶片轮廓的吸力侧18的外表面。线27（以方框标识）表示如图6所示的叶片轮廓的压力侧17的外表面。线26、27沿翼梁盖中心延伸，该翼梁盖沿风力涡轮机叶片12’的长度设置。线23（以三角形标识）表示如图5所示的叶片轮廓的吸力侧18的外表面。线22（以三角形标识）表示如图5所示的叶片轮廓的压力侧17的外表面。线22、23沿翼梁盖中心延伸，该翼梁盖沿风力涡轮机叶片12的长度设置。

如线26所示，横断面轮廓25会首先相对叶根15向吸力侧18偏移，使得图6的翼梁盖的线26可在进入预弯曲部分之前形成直线。如图7所示，图5的翼梁盖的线23可在进入预弯曲部分之前形成S型曲线。线23、26都可形成半径曲线，在预弯曲部分弯向压力侧17。图6的翼梁盖可形成半径曲线或单向线，仅弯向压力侧17，而图5的翼梁盖可形成双半径曲线或双向线，同时弯向压力侧17和吸力侧18。如线22、27所示，横断面轮廓25在图5和6所示的叶片轮廓的压力侧17均形成S型翼梁盖。如图7所示，压力侧17处的翼梁盖的线27可跨越叶根的中心线28至少一次。压力侧17的偏移会在点27a改变方向，该点确定压力侧17的最大偏移量。

由于横断面轮廓25向吸力侧18偏移，图6的翼梁盖的线26比起图5的翼梁盖的线23具有更宽的预弯曲部分。

在优选的实施例中，图6所示的风力涡轮机叶片12’的吸力侧18可在相对长度为0.04±10%处进入预弯曲部分。图5所示的风力涡轮机叶片12吸力侧18可在相对长度为0.40±10%处进入预弯曲部分。

根据设置在风力涡轮机叶片12’内部的支撑元件所需的结构，以及所选择的制造工艺，尺寸（厚度、弦、扭转）和长度（相对长度）的公差可为±10%或更小。

测试表明，参照图6‐7的风力涡轮机叶片12’的实施例特别适用于风力涡轮机8，该风力涡轮机8的功率，例如额定功率或标称功率输出，在1.4至1.8兆瓦之间。测试进一步表明，上述参照图6‐7的风力涡轮机叶片12’特别适用于某地理位置，在该地理位置在转子轮毂11的高度处的年平均风速为6.5米/秒或更低。该高度定义为从转子轮毂11的中心到地基13的上表面的距离。

图8示出了风力涡轮机叶片12’的沿翼展方向的剖视图与两种已知风力涡轮机叶片29、30的相同位置剖视图对比。如图8所示，风力涡轮机叶片12’的横断面轮廓根据吸力侧26对齐。由线26确定的吸力侧形成沿风力涡轮机叶片12’长度延伸的平面。由线27确定的压力侧形成沿风力涡轮机叶片12’长度延伸的凹面。叶片轮廓的中心线31穿过每个横断面轮廓的内切圆的圆心，并且相对叶根的中心线28朝着吸力侧26偏移。如图8所示，中心线31沿叶片轮廓延伸形成近似S型线或凹线。

风力涡轮机叶片29为传统的叶片轮廓，其中横断面轮廓根据叶根的中心线28对齐，正如国际专利99/14490A1所公开。如图8所示，风力涡轮机叶片29的吸力侧32和压力侧33均形成近似凹面，沿风力涡轮机叶片29的长度延伸。此叶片轮廓的中心线34形成直线，沿风力涡轮机叶片29的长度延伸。

风力涡轮机叶片30为楔形叶片轮廓，正如美国专利2008/0112813A1所公开的，最外面的叶片剖面没有预弯曲。如图8所示，风力涡轮机叶片30的吸力侧35和压力侧36形成倾斜的表面，沿风力涡轮机叶片30的长度延伸。此风力涡轮机叶片30的叶片轮廓为沿风力涡轮机叶片30长度延伸的直线。

风力涡轮机叶片12’和风力涡轮机叶片29均具有相对短的过渡区域，在该区域叶片横断面轮廓相对快速地从圆形或椭圆形的轮廓变为更佳的优选气动轮廓。风力涡轮机12’的叶片轮廓在吸力侧26的压缩载荷分布更均匀，而由于在翼梁盖曲线的点33a、33b处的变动，风力涡轮机叶片29的压力载荷伴随着局部的层压体弯曲。如图8所示，风力涡轮机叶片30的叶片轮廓具有相对长的过渡区域，在该区域的叶片轮廓缓慢变为更佳的气动外形。

Claims (15)

1.风力涡轮机（8）包括：

‐风力涡轮机塔架（9）；

‐机舱（10），所述机舱（10）设置在风力涡轮机塔架（9）上；

‐转子轮毂（11），所述转子轮毂（11）可旋转地安装至机舱（10）；

‐一片或多片风力涡轮机叶片（12），所述风力涡轮机叶片（12）具有安装至转子轮毂（11）的叶根（15），以及尖端（16），其中所述风力涡轮机叶片（12）进一步包括通过前缘（19）和后缘（20）相互连接的压力侧（17）和吸力侧（18），其中所述风力涡轮机叶片（12）的相对长度为1；

其特征在于：

‐风力涡轮机叶片（12）包括数个沿着风力涡轮机叶片（12）的相对长度设置的横断面轮廓（25），其中所述横断面轮廓（25）外周确定了吸力侧（18）的外表面和压力侧（17）的外表面；以及

‐所述横断面轮廓（25）根据吸力侧（18）的外表面对齐，使得吸力侧（18）的外表面形成具有至少一个预定的有限曲率的第一线（26），其中所述第一线（26）沿一个或多个支撑元件的中心延伸，所述支撑元件沿吸力侧（18）的外表面的长度设置，以及每个所述横断面轮廓（25）的至少一个内切圆的圆心形成中心线（31），所述中心线相对叶根（15）的中心（28）朝着吸力侧（18）的方向偏移。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述第一线（26）至少一部分长度弯向风力涡轮机叶片（12）的压力侧（17）。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述横断面轮廓（25）的压力侧（17）的表面相对叶根（15）处的压力侧（17）的表面，朝着吸力侧（18）偏移，所述偏移与风力涡轮机叶片（12）的相对长度成函数关系。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述压力侧（17）朝着吸力侧（18）在相对长度0.45±10%处，具有最大偏移量988毫米±10%。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述尖端（16）相对于叶根（15）处的吸入侧（18），朝向压力侧（17）的偏移量为2至4米。

6.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于，每个所述横断面轮廓（25）包括弦线，其中所述横断面轮廓（25）的弦线相对于位于或接近尖端（16）的弦线，向着叶根（15）以递增的角度设置，所述角度与风力涡轮机叶片（12）的相对长度成函数关系。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述弦线相对于在相对长度为0.96±10%处的弦线，在相对长度为0.04±10%处，具有最大角度30°±10%。

8.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述风力涡轮机叶片（12）的厚度分布与风力涡轮机叶片（12）的相对长度成函数关系。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述横断面在相对长度为0.04处具有最大厚度1895毫米±10%。

10.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述风力涡轮机叶片（12）的弦分布与风力涡轮机叶片（12）的相对长度成函数关系。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机（8），其特征在于，所述横断面在相对长度为0.20±10%处具有最大弦长2668毫米±10%。

12.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于所述风力涡轮机叶片（12）的长度为45米至50米，优选47.5米至49.5米，更优为48.5米至49.0米。

13.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于所述风力涡轮机叶片（12）的数值公差为±7.5%、±5%、±2.5%或±0%。

14.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8），其特征在于所述风力涡轮机（8）的功率为1.4至1.8兆瓦。

15.根据权利要求1所述的风力涡轮机（8）在低风速区域的使用，所述低风速区域在转子轮轴高度处的年平均风速低于6.5米/秒、6米/秒、5.5米/秒、5米/秒、4.5米/秒、4米/秒或3.5米/秒。

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