CN104662287B - 具有成形阻流栅栏或偏流器的风力涡轮机叶片 - Google Patents
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Abstract
描述了一种风力涡轮机叶片,其中至少一个平面构件设置在叶片表面上,其中平面构件布置成相对于叶片的弦以一定角度延伸。平面构件用来重新引导叶片周围的气流,以提高风力涡轮机性能。平面构件可以是朝向叶片根端设置的阻流栅栏,进一步用来朝向叶片的根端转移气流,从而防止附着流的分离。作为补充或替代,平面构件可以是朝向叶片尖端设置的偏流器,以增加尖端区域的气流,用于改善性能和/或中断尖端涡流的形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有作为阻流栅栏(stall fence)或偏流器的成形平面构件的风力涡轮机叶片。
背景技术
在风力涡轮机叶片中,气流的横向流动有时候从叶片的根端沿着风力涡轮机叶片的纵向长度传播。这种横向流动作用成对叶片性能产生不利的冲击,特别是促进了气流与叶片表面的分离,从而影响叶片升力。
已知提供横向于纵向轴线贯穿风力涡轮机叶片的表面延伸的障碍物或阻流栅栏,以防止这种横向流动的形成。在美国专利No. 7,585,157中能够看到这种风力涡轮机叶片的示例。
尽管这种系统通过在叶片的相邻部段之间提供障碍物而防止了横向流动沿着叶片长度传播,但在风力涡轮机叶片的旋转期间,在旋转期间产生的离心力作用成沿着叶片的长度将气流推向尖端。这导致了在阻流栅栏朝向叶片的后缘的尾流中形成低压区域,从而使得流动分离和叶片性能的相应降低。
本发明的目的是提供一种具有突出构件的风力涡轮机叶片,该突出构件提供了优于现有的阻流栅栏系统的改进的性能。
发明内容
因此,提供了一种用于风力涡轮机的转子的风力涡轮机叶片,该转子具有大致水平的转子轴,所述转子包括:毂部,叶片在安装于毂部时从毂部大致沿径向方向延伸,叶片具有带尖端和根端的纵向方向、以及横向方向,叶片还包括:
型面轮廓,该型面轮廓包括压力侧和吸入侧以及前缘和后缘,具有弦长的弦线在前缘与后缘之间延伸,弦线横向于所述纵向方向,该型面轮廓在受到入射气流的冲击时产生升力,
其中,风力涡轮机还包括设置在所述风力涡轮机叶片的表面上的第一流动引导构件和所述第二流动引导构件,其中所述第一流动引导构件和第二流动引导构件在大致横向于叶片的纵向方向的方向上延伸,所述第一流动引导构件和第二流动引导构件限定所述前缘与所述后缘之间的流动通道,所述流动通道具有朝向所述前缘定位的第一端和朝向所述后缘定位的第二端,
其中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的一个的至少一部分以相对于所述弦线在+/- [15至60]度之间的角度沿着所述叶片的横向方向延伸,并且
其中,所述流动通道包括朝向所述第二端与所述第一端间隔开的至少一个收紧部,其中在所述至少一个收紧部处所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的距离小于在所述流动通道的第一端处所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的距离,
使得所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道中的从所述第一端到所述第二端的附着流通过所述至少一个收紧部而受到文丘里效应。
通过提供具有收紧部的流动通道,经过该流动通道的气流将由于收紧部的文丘里效应而被加速。由于文丘里效应,核心流(即,边界层外的气流)将加速,这将反过来向边界层流输送更多的能量。被激励的边界层流具有更大的可能性克服不利的压力梯度,因此将导致翼面周围的气流分离的延迟,从而使得叶片性能提高。与传统的阻流栅栏类似,会聚式的阻流栅栏将进一步起到限制横向流动的作用。
在优选实施方式中,所述至少一个收紧部位于所述流动通道的所述第二端处。
通过在第二端设置收紧部,气流将在流动通道的整个长度上得到加速。如果流动通道实质上沿着风力涡轮机叶片的整个弦线范围延伸,那么这将有助于延迟在叶片的整个宽度上的气流分离。
作为补充或替代,风力涡轮机叶片的流动通道可以包括位于所述第一端与所述第二端之间的至少一个收紧部。
通过沿着流动通道的长度的某个位置设置收紧部,能够在希望确保增加的流速将使与叶片的气流分离延迟的位置产生文丘里效应。将理解的是,可以沿着流动通道的长度设置多个收紧部。
在一个实施方式中,风力涡轮机叶片包括位于所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间的第一收紧部以及位于所述流动通道的所述第二端处的第二收紧部,
其中,所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道的宽度从所述第一端向所述第一收紧部逐渐变细,并且随后朝向所述第二端变宽,以提供对所述流动通道中的流动的第一文丘里效应;并且
其中,所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道的宽度随后朝向所述流动引导通道的第二端处的所述第二收紧部逐渐变细,以提供第二文丘里效应。
这种构型由于使用了两个单独的收紧部而允许叶片周围的气流的进一步加速。优选地,所述第二收紧部位于距流动通道的所述第二端为所述流动通道的长度的5%的范围内,但将理解的是,第二收紧部的长度可以根据所使用的翼面的厚度而变化。由于对于较厚的翼面,流动分离可能发生在早期,因此较厚的翼面可能需要相对较长的收紧部。
优选地,所述流动通道的所述第一收紧部大致在型面轮廓的具有最大厚度的区域处位于所述前缘与所述后缘之间。
通过将所述第一收集部定位在最大翼面厚度位置处或最大翼面厚度位置附近,叶片周围的流动可以由于该位置处的较高的加速度而被进一步加速。由于气流分离通常发生在翼面的最大厚度位置后面,因此,优选的是气流在经过翼面的最大厚度部段之后被加速。
优选地,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件包括相应的流动通道表面;在所述流动通道的两侧,所述第一流动引导构件的流动通道表面面向所述第二流动引导构件的流动通道表面,其中所述流动通道表面中的至少一个的至少一部分是弯曲的。
通过提供具有弯曲的锥形的表面,能够提供构件形状的逐渐变化。因此,流动引导构件能够成形为减小对整个叶片结构的空气动力学性能的任何不利影响,并且该曲率的最大厚度能够定位成满足或增强期望的空气动力学性能。
流动通道表面可以在大致横向于叶片的纵向方向的方向上沿着流动引导构件的范围弯曲和/或沿着流动引导构件的高度弯曲。将理解的是,流动通道表面可以包括相对于限定在所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件之间的流动通道的内部的内凹或外凸曲率,优选地,所述流动通道表面中的至少一个包括沿着所述流动通道的所述第一端和所述第二端之间的流动引导构件的长度的外凸曲率。作为补充或替代,至少一个流动引导构件的高度可以在大致横向于叶片的纵向方向的方向上变化,以满足或增强期望的空气动力学性能。
优选地,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件的至少一部分沿朝向所述流动通道的第二端的会聚方向延伸,以形成所述至少一个收紧部,使得所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件之间的所述流动通道中的附着流受到文丘里效应。
在一个实施方式中,所述流动通道包括大致矩形的横截面。可替代地,所述流动通道包括大致梯形的横截面。将理解的是,所述流动通道优选地是开口的流动通道。
在一个实施方式中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件两者的至少一部分以相对于横向于所述叶片的纵向方向的弦线成+/- [15至60]度之间的角度延伸。
可替代地,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的一个以相对于所述弦线成+/- [15至60]度之间的角度大致沿着所述叶片的横向方向延伸,其中所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的另一个平行于所述弦线/正交于所述叶片的纵向方向沿着所述叶片的横向方向延伸。
流动引导构件中的一个通过正交于叶片纵向方向的传统的横向阻流栅栏或障碍物形成,而流动引导构件中的另一个与横向方向成一定角度地布置,从而形成流动通道中的收紧部。
优选地,流动引导构件由从风力涡轮机叶片的表面突出的平面构件、例如阻流栅栏或阻流障碍物形成。流动引导构件可以形成为风力涡轮机叶片本体的整体的一部分,或者可以改装于已有的风力涡轮机叶片。
优选地,所述流动通道由设置在风力涡轮机叶片的吸入侧上的流动引导构件形成。
优选地,所述流动引导构件以大致直线在所述相应的第一端与所述相应的第二端之间延伸。
优选地,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件位于叶片的内侧部上,例如,位于距叶片的根端为叶片的长度的50%的范围内,优选地位于距具有叶片的最大弦长的位置为叶片的长度的20%的范围内,更优选地位于距具有叶片的最大弦长的位置为叶片的长度的10%的范围内。更优选地,流动引导构件可以位于气流在叶片上分离的任何位置处。
优选地,所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间的长度在所述流动通道的位置处的风力涡轮机叶片的弦长的大约50%-100%之间,优选地在大约75%-85%之间。
作为补充或替代,所述流动通道的所述第一端和/或所述第二端附近的流动引导构件的正交高度大约为零,即,流动引导构件与叶片的表面齐平。优选地,流动引导构件的高度从所述第一端处的所述零高度逐渐增大至所述第一端与所述第二端之间的第一高度,和/或从所述第一端与所述第二端之间的第一高度逐渐减小至所述第二端处的所述零高度。
由于流动引导构件可以在第一端和/或第二端处具有零高度,该零高度逐渐变化至流动引导构件的全高度,所以这能够为流动引导构件提供更平滑的空气动力学过渡,这不会显著地影响叶片的空气动力学性能。
作为补充或替代,所述流动通道的所述第一端位于叶片的前缘附近,优选地在所述流动通道的位置处的风力涡轮机叶片的弦长的大约20%的范围内,更优选地在弦长的大约10%的范围内。
作为补充或替代,所述流动通道的所述第二端位于叶片的后缘附近,优选地在所述流动通道的位置处的风力涡轮机叶片的弦长的大约20%的范围内,更优选地在弦长的大约10%的范围内。
优选地,所述流动通道在所述至少一个收紧部处的宽度在所述流动通道在所述第一端处的宽度的大约50%至80%之间。
在另一个方面,提供了一种用于风力涡轮机的转子的风力涡轮机叶片,该转子具有大致水平的转子轴,所述转子包括:毂部,叶片在安装于毂部时从毂部大致沿径向方向延伸,叶片具有带尖端和根端的纵向方向、以及横向方向,叶片还包括:
型面轮廓,该型面轮廓包括压力侧和吸入侧以及前缘和后缘,具有弦长的弦线在前缘与后缘之间延伸,该型面轮廓在受到入射气流的冲击时产生升力,
该风力涡轮机还包括设置在所述风力涡轮机叶片的表面上的至少一个平面构件,所述至少一个平面构件的至少一部分沿着所述叶片的横向方向以相对于所述弦线在+/-[15至60]度之间的角度延伸,优选地以相对于所述弦线在+/- [30至45]度之间的角度延伸,更优选地以相对于所述弦线在+/- [20至40]度之间的角度延伸,所述至少一个平面构件作用成引导所述叶片的所述型面轮廓周围的附着流。
倾斜的平面构件的使用允许叶片的表面周围的气流被朝向叶片的特定区段引导,以改善叶片性能,例如增大升力、减小阻力等。如果平面构件朝向叶片的根端设置,那么平面构件用作阻流栅栏以防止横向流动,并且用作朝向叶片的根端的压缩机,从而增加叶片根端处的压力。在平面构件的外端侧,压力将减小,并且因此延迟沿着叶片的外侧区段的流动分离。如果平面构件朝向叶片的尖端设置,则平面构件用作偏流器以使更多的气流朝向尖端区段流动,在该尖端区段处性能获益更大。
优选地,所述至少一个平面构件从与所述前缘相邻的第一端延伸至与所述后缘相邻的第二端,优选地,其中所述第一端位于距所述前缘为所述弦的长度的0%至5%的范围内,优选地,其中所述第二端位于距所述后缘为所述弦的长度的0%至5%的范围内。
由于平面构件大致在叶片的前缘与后缘之间延伸,这允许附着流被引导贯穿叶片轮廓的几乎整个弦长。所述至少一个平面构件可以布置成大致在叶片的根端方向上延伸,从而形成成形的阻流栅栏。作为补充或替代,所述至少一个平面构件可以布置成大致在叶片的尖端方向上延伸,从而形成偏流件。
优选地,所述至少一个平面构件的至少第一区段相对于所述弦线成角度α地延伸,其中所述角度α为相对于所述弦线在大约+/- [15至60]度之间,其中所述第一区段沿着型面轮廓的弦线范围的至少30%延伸,优选地沿着至少50%延伸,更优选地沿着至少70%延伸。
在本实施方式中,平面构件的一段对于叶片的弦长的至少一部分以相对于弦线的特定角度延伸。
优选地,所述至少一个平面构件相对于所述弦线成角度α地从所述第一端延伸至所述第二端,其中所述角度α为相对于所述弦线在大约+/- [15至60]度之间。
在本实施方式中,整个平面构件相对于叶片的弦线以一定的角度设置,使得能够实现叶片的气流的持续偏斜。
优选地,所述至少一个平面构件相对于所述弦线成角度α地从所述第一端延伸至所述第二端,其中所述角度α从所述第一端处的大约0度变化至所述第二端处的大约+/-[30至60]度,优选地为+/- 45度。
在本实施方式中,平面构件与叶片的弦线所成的角度随着沿平面构件的长度的距离而变化。平面构件具有朝向叶片的前缘的大约0度的角度α,以减小朝向叶片前缘的对空气动力学性能的任何影响。平面构件的第二端处的角度α可以选择为提供气流的最大偏斜,并使对空气动力学性能的影响最小。第二端处的角度α可以从以下角度中的任一个选择:大约15度、大约30度、大约45度。
在优选实施方式中,角度α在所述第一端与所述第二端之间线性地变化。
这提供了角度α沿着平面构件的长度的一致的变化。在替代性实施方式中,角度α的变化率可以沿着平面构件的长度从朝向平面构件的第一端的低变化率(例如,0-5%)变化至朝向平面构件的第二端的高变化率(例如,5%-50%)。
优选地,所述至少一个平面构件从所述风力涡轮机叶片的表面以相对于所述表面的恒定角度β突出,其中所述角度β从45度至135度之间的范围内选择。
阻流栅栏的突出角度可以是任何合适的角度,并且不限于相对于叶片的表面为90度角。
可替代地,所述至少一个平面构件从所述风力涡轮机叶片的表面以相对于所述表面的角度β突出,其中所述角度β从所述第一端处的大约0度变化至所述第二端处的大约45度至180度之间,优选地为90度至180度之间,优选地为90度至135度之间,可替代地为45度至90度之间。
平面构件可以是成形的或者包括扭转部以在重新引导叶片表面周围的气流时提供改进的性能。
优选地,所述角度β在所述第一端与所述第二端之间线性地变化。
作为补充或替代,所述至少一个平面构件的至少一段包括具有弯曲部的横截面。
平面构件的弯曲部允许气流在风力涡轮机叶片的表面周围被更高效地重新引导。
优选地,所述至少一个平面构件包括与所述叶片的表面相邻的基端以及远离所述表面的尖端,其中所述至少一个平面构件的至少一段包括位于所述基端与所述尖端之间的弯曲部,其中所述弯曲部的切向角θ在朝向所述基端的第一角度与朝向尖端的第二角度之间变化,其中所述第一角度大致正交于风力涡轮机叶片的表面,并且其中所述第二角度大致平行于风力涡轮机叶片的表面。优选地,所述第一角度为相对于风力涡轮机叶片的表面在45度至135度之间。优选地,所述第二角度为相对于风力涡轮机叶片的表面在135度至215度之间。
优选地,θ在叶片的根端方向上测量。在一个实施方式中,θ在相对于风力涡轮机叶片的表面的大约90度至180度之间变化。在该实施方式中,弯曲部的尖端大致指向风力涡轮机叶片的尖端方向。
在替代性实施方式中,θ在相对于风力涡轮机叶片的表面的大约90度至0度之间变化。在该实施方式中,弯曲部的尖端大致指向风力涡轮机叶片的根端方向。
在优选实施方式中,所述至少一个平面构件的所述至少一段沿着所述平面构件的整个高度在所述基端与所述尖端之间弯曲。
一致地弯曲的构件起到提供管道以引导气流经过叶片的作用。
可替代地,所述至少一个平面构件的所述至少一段包括设置在所述平面构件的基端处的大致笔直的部分和设置在所述平面构件的尖端处的弯曲的部分,所述大致笔直的部分具有相对于所述风力涡轮机叶片的表面的恒定的角度β,所述弯曲的部分具有变化的切向角θ。
作为替代,平面构件的仅仅一部分可以沿着平面构件的高度弯曲。这可以增加气流在平面构件的端头或尖端周围被引导的难度。
在一个实施方式中,所述至少一个平面构件可以由多个单独的区段形成。优选地,所述区段可以组装为形成单个连续的平面构件。可替代地,所述区段可以彼此间隔开地设置在所述风力涡轮机叶片上,所述间隔开的区段用来形成平面构件的阵列,所述阵列形成实质上的阻流栅栏或偏流器。
在另一个实施方式中,所述至少一个平面构件包括沿着平面构件的长度在所述平面构件的第一端与所述平面构件的第二端之间设置的至少一个间隙,其中所述间隙用来使所述至少一个平面构件上的压力均衡,从而降低所述至少一个平面构件导致的阻力效应。
在一个实施方式中,所述间隙通过设置在所述至少一个平面构件中的贯通通道而形成。
可替代地,所述平面构件由设置在风力涡轮机叶片的表面上的多个离散的平面构件组成部形成,所述离散的平面构件组成部基本上与标定的平面构件轮廓对齐,其中至少一个间隙通过相邻的离散的平面构件组成部之间的间距形成。
相邻的离散的平面构件组成部可以相对于标定的平面构件轮廓偏移以提供在标定的平面构件的宽度的一段上并且在标定的平面构件的长度的一段上延伸的间隙。
优选地,风力涡轮机叶片包括设置在风力涡轮机叶片的表面上的多个平面构件。作为补充或替代,所述至少一个平面构件可以设置在风力涡轮机叶片的压力侧的至少一段上。
优选地,所述至少一个平面构件包括设置在朝向所述叶片的根端的所述吸入侧上的至少一个阻流栅栏,其中所述至少一个阻流栅栏从与所述前缘相邻的第一端延伸至第二端,其中所述至少一个阻流栅栏的至少一段从所述第一端朝向所述第二端以沿叶片的根端方向看时相对于所述弦线的大致锐角延伸。
由于阻流栅栏的至少一段相对于弦线以朝向叶片的根端的角度布置,所以叶片轮廓周围的附着流将被朝向叶片的根端引导,从而延迟叶片旋转期间的气流分离。取锐角的意思是指当沿叶片的根端方向看时相对于叶片的弦线为0至90度之间的角度。
优选地,所述至少一个阻流栅栏从所述风力涡轮机叶片的表面以相对于所述表面的角度β突出,其中所述至少一个阻流栅栏大致沿风力涡轮机叶片的根端方向突出。
优选地,所述至少一个阻流栅栏在所述吸入侧上设置在距所述根端为所述风力涡轮机叶片的长度的0至50%的范围内。
成形的阻流栅栏位于叶片的根端所在的半部中,首先是为了防止沿着叶片的长度的长度方向的气流,其次是为了防止由于叶片的根端处的叶片的相对较厚的横截面导致的叶片根端处的气流分离。
优选地,所述至少一个阻流栅栏的所述第一端在所述吸入侧上位于距所述前缘为所述弦线的长度的0至5%的范围内。
可替代地,其中所述至少一个阻流栅栏的所述第一端突出超过所述前缘,所述第一端形成前缘偏流件,以将所述风力涡轮机叶片的前缘处的气流导向所述根端。
由于阻流栅栏布置成突出超过叶片的前缘,所以至少一个前缘偏流件的存在有助于减小沿着叶片的长度的向外气流。
优选地,所述前缘偏流件从所述第一端朝向所述叶片的根端延伸,所述前缘偏流件以相对于延伸超过所述前缘的标定弦线的锐角延伸。
由于前缘偏流件以一定角度设置,所以前缘偏流件提供了气流朝向叶片根端的进一步的重新引导,从而减小了叶片根端处的流动分离效果。
优选地,所述至少一个阻流栅栏的所述第二端在所述吸入侧上位于距所述后缘为所述弦线的长度的0至5%的范围内。
在该实施方式中,阻流栅栏在叶片的大致整个弦长上延伸。
优选地,风力涡轮机叶片包括设置在所述吸入侧上的朝向所述叶片的尖端的至少一个偏流器,其中所述至少一个偏流器从与所述前缘相邻的第一端延伸至第二端,其中所述至少一个偏流器的至少一段以相对于所述弦线的大致锐角朝向所述尖端延伸,以朝向所述尖端引导型面轮廓周围的层流。
偏流器用来增加朝向叶片的外部区域的气流,从而通过改变叶片尖端的涡流来改善叶片性能。
优选地,所述至少一个偏流器从所述风力涡轮机叶片的表面以相对于所述表面的角度β突出,其中所述至少一个偏流器大致沿所述风力涡轮机叶片的尖端方向突出。
还提供了这样一种风力涡轮机叶片:其具有从风力涡轮机叶片的表面突出的平面构件,优选地为阻流栅栏或偏流器,其中所述平面构件的至少一部分包括大致弯曲的横截面轮廓。
在这样的系统中,可以大致在叶片的后缘与前缘之间延伸的平面构件通过弯曲横截面的增设而被加强,如前面对于成形或倾斜平面构件系统所描述的。
提供了一种用于叶片的突出的平面构件,其可以设置成具有相对于叶片的弦平面的角度α和相对于叶片表面的角度β,该平面构件布置成使得值α和/或β在平面构件的第一端与第二端之间变化,优选地,沿着平面构件的长度的至少30%线性地变化。
作为补充或替代,还提供了这样一种风力涡轮机叶片:其具有设置在所述叶片的表面上的平面构件,该平面构件大致在所述风力涡轮机叶片的前缘与后缘之间延伸,其中所述平面构件的至少一部分包括弯曲的横截面。
将理解的是,具有弯曲的横截面的平面构件(例如,偏流器或阻流栅栏)的特征可以单独地实施于以相对于风力涡轮机叶片的弦平面的锐角设置的平面构件的布置。
还提供了一种具有至少一个如上所述的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
附图说明
现在将参照附图仅仅通过示例描述本发明的实施方式,在附图中:
图1示出了风力涡轮机;
图2示出了根据本发明的风力涡轮机叶片的示意图;
图3示出了图2的叶片的翼面轮廓的示意图;
图4示出了根据本发明的第一实施方式的具有至少一个平面构件的风力涡轮机叶片的平面图;
图5示出了图4的风力涡轮机叶片在受到入射气流的冲击时的平面图;
图6示出了根据本发明的第二实施方式的具有至少一个平面构件的风力涡轮机叶片的平面图;
图7示出了根据本发明的第三实施方式的具有至少一个平面构件的风力涡轮机叶片的平面图;
图8示出了根据本发明的第四实施方式的具有至少一个平面构件的风力涡轮机叶片。
图9示出了根据本发明的风力涡轮机叶片的平面构件的一系列截面图;
图10(a)和10(b)示出了具有根据本发明的其他方面构造的第一流动引导构件和第二流动引导构件的风力涡轮机叶片的一段的平面图;以及
图11(a)和11(b)示出了具有根据本发明的其他方面构造的第一流动引导构件和第二流动引导构件的风力涡轮机叶片的一段的放大的立体图。
具体实施方式
将理解的是,本发明的不同实施方式中共同的元件在附图中被提供了相同的附图标记。
图1示出了根据所谓的“丹麦构型”的传统的现代逆风式风力涡轮机2,其具有塔部4、舱体6和转子,转子具有大致水平的转子轴。转子包括毂部8和从毂部8辐射状地延伸的三个叶片10,每个叶片具有最接近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片端头14。转子具有标为R的半径。
图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统的风力涡轮机叶片的形状,并且包括:最靠近毂部的根部区域30;最远离毂部的型面或翼面区域34;以及位于根部区域30与翼面区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20,当叶片安装在毂部上时,前缘18面向叶片10的旋转方向,并且后缘20面向前缘18的相反方向。
翼面区域34(也称为型面区域)具有关于升力的产生方面的理想或近乎理想的叶片形状,而根部区域30由于结构方面的考虑则具有大致圆形或椭圆形横截面,例如使得能够将叶片10更容易且安全地安装至毂部。根部区域30的直径(或弦)一般是沿着整个根部区域30恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状40向翼面区域34的翼面轮廓50逐渐变化的过渡轮廓42。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r增加而大致线性地增加。
翼面区域34具有翼面轮廓50,该翼面轮廓50具有在叶片的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的距离r增加而减小。
应当注意,叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面内,因为叶片可以扭转和/或弯曲(即,预弯),从而提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面,这最常见的是为了补偿叶片的局部速度取决于距毂部的半径的情况。
图3示出了通过各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼面轮廓50的示意图,这些参数一般用来限定翼面的几何形状。翼面轮廓50具有压力侧52和吸入侧54,压力侧52和吸入侧54在使用期间(即在转子的旋转期间)通常分别面向迎风(或逆风)侧和背风(或顺风)侧。翼面轮廓50具有弦60,弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼面轮廓50具有厚度t,厚度t限定为压力侧52与吸入侧54之间的距离。翼面轮廓的厚度t沿着弦60变化。与对称式轮廓的偏离由拱形线62表示,拱形线62是穿过翼面轮廓50的中位线。该中位线能够通过绘制从前缘56到后缘58的内接圆而得到。该中位线遵循这些内接圆的中心,并且与弦60的偏离或距离称为拱高f。也可以通过使用称为上拱高和下拱高的参数来限定不对称性,其中上拱高和下拱高分别限定为从弦线60到吸入侧54和压力侧52的距离。
翼面轮廓通常通过下列参数来表征:弦长c,最大拱高f,最大拱高f的位置df,最大翼面厚度t(其为沿着中位拱线62的内接圆的最大直径),最大厚度t的位置dt,以及鼻部半径(未示出)。这些参数一般限定为与弦长c之比。
风力涡轮机叶片通常由纤维加强的塑料材料(即玻璃纤维和/或碳纤维)形成,这些塑料材料布置在模具中并且用树脂固化以形成固体结构。当今的风力涡轮机叶片的长度通常能够超过30米至40米,具有数米长的叶片根部直径。风力涡轮机叶片通常设计成为了相对较长的寿命并且承受显著的结构和动态负载。
参照图4,示出了根据本发明的风力涡轮机叶片10的实施方式。第一平面构件70和第二平面构件72从叶片10的吸入侧54的表面突出,第一平面构件70和第二平面构件72从与叶片前缘56相邻的相应的第一端70a、72a延伸至与叶片后缘58相邻的相应的第二端70b、72b。
第一平面构件70和第二平面构件72设置成阻流栅栏或障碍物,其从叶片表面突出以防止或阻碍如箭头A所示的沿着叶片10的纵向方向的气流。第一平面构件70和第二平面构件72朝向叶片10的根部区域设置,优选地位于距根端16为叶片的纵向长度的50%的范围内。
另外,第一平面构件70和第二平面构件72布置成从所述第一端70a、72a以沿叶片根端16的方向看时相对于叶片轮廓的弦平面的锐角朝向所述第二端70b、72b延伸,其中弦平面是正交于如箭头A所示的叶片10的纵向轴线的平面。第一平面构件70和第二平面构件72从前缘56处的所述第一端70a、72a以叶片10的根端16的方向上的锐角朝向后缘58处的所述第二端70b、72b延伸。
当叶片10在风力涡轮机2上旋转时,旋转的离心效应有效地将径向气流推向叶片10的尖端14,这导致根侧的气流分离,从而朝向尖端14移动。
参照图5,朝向叶片10的根端16的倾斜阻流栅栏70、72的设置用来偏转根部区域中的叶片10周围的气流(用箭头F表示),从而抵抗离心力朝向叶片10的根端16引导气流。因此,倾斜阻流栅栏70、72用来消除转子叶片产生的径向压力梯度,并且减小朝向叶片10的尖端14移动的气流分离。气流朝向根端16的这种重新引导用来调节叶片两侧的压力,从而延迟气流分离,并且提高叶片升力和相关的性能。成形的阻流栅栏能够进一步用来使叶片的根端处的紊乱的涡流(用G表示)最小化,从而通过减小阻力来提高性能。
在第一方面,第一和/或第二平面构件或阻流栅栏70、72与风力涡轮机叶片10的弦平面所成的角度可以沿着第一和/或第二阻流栅栏70、72的长度变化。例如,在图4的实施方式中,第一阻流栅栏70的角度α从阻流栅栏的第一端70a处的第一值α1变化至阻流栅栏的第二端70b处的第二值α2。
优选地,α1大约为0度,而α2在大约30度至60度之间。因此,阻流栅栏70变化为与叶片前缘56处的叶片10的弦平面大致对齐,并且从弦平面朝向后缘58相对地偏移。这允许阻流栅栏70的形状沿着阻流栅栏70的长度变化,从而使叶片10的前缘56处的叶片性能的影响最小化(因为与叶片的弦线的偏移最小化),同时提供叶片后缘58处的气流的充分的重新引导。
在图4的实施方式中,阻流栅栏70、72所成的角度α大致沿着阻流栅栏的长度变化,但将理解的是,可以采用替代构型。在第一方面,阻流栅栏70、72中的至少一个可以以相对于弦平面的恒定角度α延伸。作为补充或替代,阻流栅栏中的至少一个可以沿着阻流栅栏的长度的至少30%、优选为至少50%、更优选为至少70%以恒定的角度α延伸。α可以沿叶片10的根端16的方向选择为任何合适的角度,例如与弦平面成30度至60度之间的角度。
参照图6,根据本发明的风力涡轮机叶片的另一个实施方式用10a表示。在本实施方式中,第一和第二偏流器80、82设置为从叶片10的吸入侧54的表面突出的平面构件,其中第一和第二偏流器80、82从与叶片前缘56相邻的第一端80a、82a延伸至与叶片后缘58相邻的相应的第二端80b、82b。
第一和第二偏流器80、82布置成沿叶片尖端14的方向以相对于叶片轮廓的弦平面的锐角从所述第一端80a、82a延伸至所述第二端80b、82b。因此,第一和第二偏流器80、82从叶片表面突出,以朝向叶片10a的尖端14沿向外方向(沿箭头T的方向)偏转叶片周围的气流。第一和第二偏流器80、82朝向叶片10a的尖端区域设置,优选地在距尖端14为叶片的纵向长度的50%的范围内。
通过沿向外方向推动气流,叶片10a能够利用朝向叶片尖端14的提高的叶片升力性能,从而提高涡轮机整体性能。
与图4的实施方式一样,第一和第二偏流器80、82通常以相对于风力涡轮机叶片10a的弦平面的角度α延伸。在图6的实施方式中,α是沿叶片尖端14的方向从叶片10a的弦平面测量的锐角。
在第一方面,第一和第二偏流器80、82与风力涡轮机叶片10的弦平面所成的角度α可以沿着偏流器80、82的长度变化。例如,在图6的实施方式中,第一偏流器80的角度α从偏流器的第一端80a处的第一值α1变化至偏流器的第二端80b处的第一值α2。优选地,在叶片尖端14的方向上,α1大约为0度,而α2在大约30至60度之间。
因此,偏流器80变化为与叶片前缘56处的叶片10的弦平面大致对齐,并且朝向后缘58与弦平面相对地偏离。与图4的实施方式一样,这允许偏流器80形状沿着偏流器的长度变化,从而使叶片10的前缘56处的叶片性能的影响最小化(因为与叶片的弦线的偏移最小化),同时提供叶片后缘58处的气流的充分的重新引导。
在替代的实施方式中,偏流器80、82中的至少一个可以沿叶片尖端14的方向以相对于弦平面的恒定角度α延伸。作为补充或替代,偏流器中的至少一个可以沿着偏流器的长度的至少30%、优选为至少50%、更优选为至少70%以恒定的角度α延伸。α可以沿叶片10的尖端14的方向选择为任何合适的角度,例如与弦平面成30度至60度之间的角度。
在图4和图6的实施方式中,呈阻流栅栏70、72或偏流器80、82形式的平面构件布置成使得相应的第一端70a、72a、80a、82a与叶片前缘56相邻,并且相应的第二端70b、72b、80b、82b与叶片后缘58相邻。将理解的是,可以提供平面构件的任何合适的布置,例如,相应的第一端70a、72a、80a、82a可以设置在前缘56的0至5%的范围内,和/或相应的第二端70b、72b、80b、82b可以设置在后缘58的0至5%的范围内。
在替代性实施方式中,平面构件70、72、80、82可以仅仅沿着风力涡轮机叶片轮廓的弦范围的一部分延伸,例如在从前缘开始测量的轮廓的弦长度的大约0%至70%之间,在从后缘开始测量的轮廓的弦长度的0%至70%之间,或者在从前缘开始测量的轮廓的弦长度的15%至85%之间。
在本发明的另一个强化形式中,平面构件70、72、80、82的相应的第一端70a、72a、80a、82a可以突出超过风力涡轮机叶片10的前缘56。参照图7(a)和7(b),示出了具有风力涡轮机叶片10的风力涡轮机2的毂部8和舱体6区段的放大图,风力涡轮机叶片10具有第一平面构件90和第二平面构件92,所述第一平面构件90和所述第二平面构件92朝向风力涡轮机叶片10的根端16设置。突出的平面构件90、92的相应的第一端90a、92a突出到叶片10的前缘56之外,使得来自叶片的根端16的向外的气流和/或由于毂部8的存在而被转向的气流(如箭头F所示)被偏斜并被朝向叶片根端16引导,从而防止沿着叶片长度的进一步的横向流动,导致沿着叶片10的长度的附着流的随后分离。
在图7(a)中,突出的平面构件90、92示出为沿着叶片轮廓的弦长的一部分延伸,优选地,沿叶片的根端16的方向相对于叶片的弦平面成一定角度地延伸,如在图4的上述实施方式中所描述的。
在图7(b)中,突出的平面构件90、92示出为沿着叶片轮廓的几乎全部弦长延伸,优选地,沿叶片的根端16的方向相对于叶片的弦平面成一定角度地延伸,如在图4的上述实施方式中所描述的。另外,突出的平面构件90、92的相应的第二端90b、92b可以延伸超过叶片10的后缘58,以提供更大范围的流动重新引导。
在本发明的另一个强化形式中,平面构件70、72、80、82、90、92可以包括在这些构件中限定的通道、间隔或间隙,以提供构件的任一侧之间的气压的排放,从而减小或减轻由平面构件或者可能对叶片性能具有负面影响的任何其他特征产生的任何可能的阻力效应。
参照图8,示出了本发明的实施方式,其中第一和第二平面构件70、72设置为两个单独的区段,其中第一平面构件70设置为朝向叶片前缘56设置的第一阻流栅栏区段74和朝向叶片后缘58设置的第二阻流栅栏区段75,第二平面构件72设置为朝向叶片前缘56设置的第一阻流栅栏区段76和朝向叶片后缘58设置的第二阻流栅栏区段77。这些区段布置成使得在相应的第一阻流栅栏区段74、76与相应的第二阻流栅栏区段75、77之间限定了间隙78,这种间隙78允许一部分气流在第一和第二平面构件70、72的侧部之间排放或泄漏,从而提供侧部之间的压力均衡,并且因而减小与成形的阻流栅栏相关联的任何不利的升力特性。另外,将平面构件设置为单独的区段的组件提供了制造和组装时增大的容易程度,例如在将这种成形的平面构件改装至已有的风力涡轮机叶片的情况下。
在本发明的另一个方面中,平面构件的横截面可以成形为提供风力涡轮机叶片的改进的性能。图9示出了与本发明的任一实施方式使用的多种可能的平面构件横截面,其中平面构件100具有基端100a和末端100b,基端100a设置在风力涡轮机叶片10的表面102上。
图9(a)示出了从风力涡轮机叶片的表面102突出的平面构件100,其中平面构件100以相对于叶片表面102的正交角度β突出。
图9(b)示出了从风力涡轮机叶片的表面102突出的平面构件100,其中平面构件100以相对于叶片表面102的钝角β突出。图9(c)示出了从风力涡轮机叶片的表面102突出的平面构件100,其中平面构件100以相对于叶片表面102的锐角β突出。
优选地,平面构件布置成使得构件的尖端100b沿期望的流动重新引导方向突出,例如使得阻流栅栏70、72以沿叶片根端16的方向测量的相对于叶片表面102的锐角β突出。类似地,优选地,偏流器80、82以沿叶片尖端14的方向测量的相对于叶片表面102的锐角β突出(或者以沿叶片根端16的方向测量的钝角β突出)。优选地,平面构件100以相对于所述表面102的恒定的角度β突出,其中所述角度β从+/- [45至135]度之间的范围内选择。
图9(d)示出了从风力涡轮机叶片的表面102突出的平面构件100,其中平面构件100包括弯曲的横截面。在图9(d)中,平面构件100弯曲以使得基端100a大致正交于叶片表面102,而尖端100b大致平行于叶片表面102,即平面构件100的切向角度θ在所述基端100a处的大约90度与所述尖端100b处的大约180度之间变化。然而,将理解的是,也可以采用其他横截面弯曲形状。
平面构件的成形横截面的设置允许通过平面构件更有效地重新引导气流。
在本发明的另一个强化形式中,平面构件70、72、80、82、90、92的横截面形状可以在所述平面构件的相应的第一端与第二端之间变化。
在第一方面,平面构件100可以沿着平面构件的长度成形为使得角度β从平面构件的第一端处的大约0度(即,平面构件不突出超过风力涡轮机叶片的表面)变化至平面构件的第二端处的大约35度至180度之间(即,平面构件可以成形为沿着平面构件的长度以增加的有效性重新引导气流)。优选地,平面构件成形为使得平面构件的尖端大致指向平面构件的第二端处的期望流动方向,即,对于阻流栅栏的实施方式是朝向根端,而对于偏流器的实施方式是朝向尖端。
在另一个方面,平面构件100可以成形为具有弯曲的横截面,其中平面构件的弯曲程度可以在平面构件的第一端与第二端之间变化。弯曲段可以变化以具有朝向叶片的前缘的最小弯曲,因此减小了前缘处的平面构件的空气动力学冲击,并且可以具有朝向后缘的更显著的弯曲,从而具有朝向叶片的后缘的增加的重新引导效果。
在另一个方面,平面构件可以包括例如设置在平面构件的基端上的第一相对较直的部分以及例如设置在平面构件的尖端上的第二相对弯曲的部分。
将理解的是,用于叶片的突出的平面构件可以设置为具有相对于叶片的弦平面的角度α以及相对于叶片表面的角度β,其中平面构件布置成使得值α和/或β在平面构件的第一端与第二端之间变化,优选地,沿着平面构件的长度的至少30%线性地变化。作为补充或替代,突出的平面构件可以设置成具有至少一个弯曲区段,其具有切向角θ,其中平面构件布置成使得值θ在平面构件的第一端与第二端之间变化,优选地,沿着平面构件的长度的至少30%线性地变化。
参照图10和11,本发明的另一个方面可以涉及使用会聚式的阻流栅栏或障碍物来形成对在风力涡轮机叶片周围移动的气流的文丘里效应,以加速叶片周围的核心气流,从而延迟气流分离,其中阻流栅栏还用来防止叶片横向气流。
在图10(a)中示出了当沿着风力涡轮机叶片的长度的一部分从根端16观察时,风力涡轮机叶片10的内侧区段。在本实施方式中,第一和第二平面构件110、112(例如阻流栅栏或障碍物)设置在风力涡轮机叶片10的表面上,优选地设置在叶片的吸入侧上,在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸。平面构件110、112彼此相邻地设置,以形成相对的平面构件110、112之间的流动通道114。流动通道114从向叶片10的前缘18设置的第一端114a朝着向叶片10的后缘20设置的第二端114b延伸。与上述实施方式类似,平面构件110、112相对于叶片10的弦平面成一定角度地设置。然而,在图10的实施方式中,平面构件布置成沿会聚方向从流动通道114的第一端114延伸至第二端114b。
因此,流动通道114的宽度在第一端114a处比在第二端114b处大。这种构型意味着穿过流动通道114中的平面构件110、112之间的核心流受到相对的平面构件110、112之间的宽度的收紧,从而从流动通道114的第一端114a移动至第二端114b。流动通道114的这种收紧产生了施加在流动通道114中的气流上的文丘里效应,这将导致经过通道114的流速的增大。这将导致边界层内外的较高的流动动量。
由于气流分离通常朝向叶片的根端发生,而在根端处翼面相对较厚,因此,由于增加的平均流速导致的较高的气流动量,提供朝向风力涡轮机叶片的内侧部的这种文丘里效应应当起到通过减小该区域中的压力梯度效应而延迟该区域中的气流分离的作用。另外,平面构件继续限制沿着叶片的纵向方向的叶片横向流动。
为了提供文丘里效应所必需的收紧效果之间的平衡,优选地,平面构件中的至少一个以相对于叶片的弦平面的至少15度的角度延伸。尽管图10(a)的实施方式示出了如下构型,即两个平面构件110、112以相对于叶片的弦平面的锐角设置并且沿会聚方向朝向叶片的后缘20延伸,但将理解的是,平面构件中的仅仅一个可以以倾斜布置设置,以确保文丘里效应。
参照图10(b)的实施方式,第一平面构件110大致平行于叶片的弦平面设置,而第二平面构件112从前缘18相对于叶片的弦平面成一定角度地朝向后缘20延伸。因此,限定在平面构件110、112之间的流动通道114从相对较宽的第一端114a延伸至相对较窄的第二端114b。
在图11所示的两个实施方式中示出了本发明的另一个强化形式。这里,阻流栅栏或障碍物设置为第一和第二轮廓化构件116、118,其中在轮廓化构件116、118之间限定有流动通道120。流动通道120从朝向叶片前缘18设置的第一端120a延伸至朝向叶片后缘20设置的第二端120b。轮廓化构件116、118成形为使得构件116、118中的至少一个、优选为两个朝向相对的轮廓化构件116、118逐渐地延伸至流动通道120的第一端120a与第二端120b之间的点,优选地以逐渐弯曲的形式延伸。这种构型使得流动通道120的在第一端120a与第二端120b之间的区段(用122表示)具有相对收紧的宽度。该收紧部122提供了流动通道120内在第一端120a与第二端120b之间的文丘里效应。因此,流动通道120内的气流将被加速,其中增加的气流动量导致叶片10周围的气流分离延迟。
所述收紧部122的位置可以基于翼面的相对厚度而选择,其中收紧部122优选地大约设置在具有最大翼面厚度的位置处,例如,在沿着叶片的长度距具有最大翼面厚度t的位置为翼面的弦长的5%的范围内。
将理解的是,这种构型可以在众多不同的构型中实施。图11(a)示出了如下实施方式,其中:流动通道120从第一端120a变窄到122处的单个收紧部,然后变宽到第二端120b。在本实施方式中,流动通道120的第二端120b比第一端120a相对较宽,使得由收紧部122产生单文丘里效应。
参照图11(b),形成流动通道120的轮廓化构件116、118从收紧部122朝向第二端120b延伸,使得第二端120b比第一端120a相对较窄。因此,轮廓化构件116、118沿大致会聚方向从第一端120a延伸至第二端120b,从而由于第一端120a与第二端120b之间的流动通道120的变窄而有效地产生了两个收紧部,即位于流动通道120的第一端120a与第二端120b之间的收紧部122处的第一收紧、以及形成在流动通道120的第二端120b处的第二有效收紧。这种构型提供了双文丘里效应,起到了增加翼面周围的流速的作用。
将理解的是,可以使用轮廓化构件的任何合适的形状,以形成流动通道120中的任何数量或任何构型的收紧部。
优选地,构件110、112、116、118在叶片的前缘18与后缘20之间延伸,但将理解的是,平面构件110、112、116、118的长度可以基于需求来选择,例如为该点处的叶片的弦长的大约80%。
将理解的是,可以在单个风力涡轮机叶片上设置任一前述实施方式的元件的数量或任何组合,例如,图4的实施方式的阻流栅栏70、72可以与图6的实施方式的偏流器组合,平面构件110、112、116、118可以具有沿着其长度的可变的高度和/或曲率,等等。
本发明不限于此处描述的实施方式,并且可以在不偏离本发明的范围的情况下进行修改或改动。
Claims (18)
1.一种用于风力涡轮机的转子的风力涡轮机叶片,所述转子具有大致水平的转子轴,所述转子包括:毂部,所述叶片在安装于所述毂部时从所述毂部大致沿径向方向延伸,所述叶片具有带尖端和根端的纵向方向、以及横向方向,所述叶片还包括:
型面轮廓,所述型面轮廓包括压力侧和吸入侧以及前缘和后缘,具有弦长的弦线在所述前缘与所述后缘之间延伸,所述弦线横向于所述纵向方向,所述型面轮廓在受到入射气流的冲击时产生升力,
其中,所述风力涡轮机还包括设置在所述风力涡轮机叶片的表面上的第一流动引导构件和第二流动引导构件,其中所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件在大致横向于所述叶片的纵向方向的方向上延伸,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件限定所述前缘与所述后缘之间的流动通道,所述流动通道具有朝向所述前缘定位的第一端和朝向所述后缘定位的第二端,
其中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的一个的至少一部分以相对于所述弦线在+/- [15至60]度之间的角度沿着所述叶片的横向方向延伸,并且
其中,所述流动通道包括朝向所述第二端与所述第一端间隔开的至少一个收紧部,其中在所述至少一个收紧部处所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的距离小于在所述流动通道的所述第一端处所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的距离,
使得所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道中的从所述第一端到所述第二端的附着流通过所述至少一个收紧部而受到文丘里效应。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片,其中,所述至少一个收紧部位于所述流动通道的所述第二端处。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述风力涡轮机叶片的所述流动通道包括位于所述第一端与所述第二端之间的至少一个收紧部。
4.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述风力涡轮机叶片包括位于所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间的第一收紧部以及位于所述流动通道的所述第二端处的第二收紧部,
其中,所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道的宽度从所述第一端向所述第一收紧部逐渐变细,并且随后朝向所述第二端变宽,以提供对所述流动通道中的流动的第一文丘里效应;并且
其中,所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道的宽度随后朝向所述流动引导通道的第二端处的所述第二收紧部逐渐变细,以提供第二文丘里效应。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片,其中,所述流动通道的所述第一收紧部大致在所述型面轮廓的具有最大厚度的区域处位于所述前缘与所述后缘之间。
6.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件包括相应的流动通道表面;在所述流动通道的两侧,所述第一流动引导构件的流动通道表面面向所述第二流动引导构件的流动通道表面,其中所述流动通道表面中的至少一个的至少一部分是弯曲的。
7.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件的至少一部分沿朝向所述流动通道的第二端的会聚方向延伸,以形成所述至少一个收紧部,使得所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件之间的所述流动通道中的附着流受到文丘里效应。
8.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的一个以相对于所述弦线成+/- [15至60]度之间的角度大致沿着所述叶片的横向方向延伸,其中所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的另一个平行于所述弦线沿着所述叶片的横向方向延伸。
9.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述流动引导构件由从所述风力涡轮机叶片的表面突出的平面构件形成。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片,其中,从所述风力涡轮机叶片的表面突出的平面构件是阻流栅栏或阻流障碍物。
11.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述流动通道由设置在所述风力涡轮机叶片的吸入侧上的流动引导构件形成。
12.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件位于所述叶片的内侧部上。
13.根据权利要求12所述的风力涡轮机叶片,其中,所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件位于距所述叶片的根端为所述叶片的长度的50%的范围内。
14.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间的长度在所述流动通道的位置处的所述风力涡轮机叶片的弦长的50%-100%之间。
15.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述流动通道在所述至少一个收紧部处的宽度在所述流动通道在所述第一端处的宽度的50%至80%之间。
16.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片,其中,所述流动通道的所述第一端与所述叶片的所述前缘相邻地设置。
17.根据权利要求16所述的风力涡轮机叶片,其中,所述流动通道的所述第一端在所述流动通道的位置处的所述风力涡轮机叶片的弦长的大约20%的范围内。
18.一种风力涡轮机,具有至少一个根据权利要求1至17中任一项所述的风力涡轮机叶片。
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US10180125B2 (en) * | 2015-04-20 | 2019-01-15 | General Electric Company | Airflow configuration for a wind turbine rotor blade |
US10718311B2 (en) * | 2015-04-29 | 2020-07-21 | Universiti Brunei Darussalam | Low Reynolds number airfoil for a wind turbine blade and method thereof |
US11002246B2 (en) * | 2016-04-15 | 2021-05-11 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Rotor blade with a serrated trailing edge |
GB2564884A (en) * | 2017-07-26 | 2019-01-30 | Vestas Wind Sys As | Wind turbine blade with boundary layer fence |
EP3333416A1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-06-13 | LM WP Patent Holding A/S | A wind turbine blade comprising two blade parts and an aero-dynamic sleeve |
CN106704092A (zh) * | 2017-01-25 | 2017-05-24 | 北京博比风电科技有限公司 | 增效扰流板叶片 |
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CN111120200A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-08 | 薛冻 | 一种高效风力发电机桨叶 |
GB2588258A (en) * | 2020-03-26 | 2021-04-21 | Lm Wind Power As | Wind turbine blade with a flow controlling element |
GB202010416D0 (en) * | 2020-07-07 | 2020-08-19 | General Electric Renovables Espana Sl | Rotor blade assembly for mitigating stall induced vibrations |
EP4027008A1 (en) * | 2021-01-10 | 2022-07-13 | General Electric Renovables España S.L. | Wind turbine blades with deflector and method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1867771A (zh) * | 2003-10-10 | 2006-11-22 | 再生动力系统股份公司 | 用于风力设备的转子叶片 |
CN101842582A (zh) * | 2007-08-31 | 2010-09-22 | Lm玻璃纤维制品有限公司 | 具有沉没的边界层控制装置的风力涡轮机叶片 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US1446011A (en) * | 1921-07-05 | 1923-02-20 | Jackson Robert Cattley | Propeller |
US4128363A (en) | 1975-04-30 | 1978-12-05 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Axial flow fan |
DE3836673A1 (de) * | 1988-10-28 | 1990-05-03 | Michael Harriehausen | Verfahren und anordnung zur verminderung des induzierten widerstandes eines fluegels |
DE19815519A1 (de) * | 1998-03-31 | 1999-10-07 | Tacke Windenergie Gmbh | Rotorblatt für eine Windkraftanlage |
ITTO20020908A1 (it) * | 2002-10-17 | 2004-04-18 | Lorenzo Battisti | Sistema antighiaccio per impianti eolici. |
US8038396B2 (en) * | 2010-06-22 | 2011-10-18 | General Electric Company | Vortex generator assembly for use with a wind turbine rotor blade and method for assembling a wind turbine rotor blade |
US8777580B2 (en) * | 2011-11-02 | 2014-07-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Secondary airfoil mounted on stall fence on wind turbine blade |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1867771A (zh) * | 2003-10-10 | 2006-11-22 | 再生动力系统股份公司 | 用于风力设备的转子叶片 |
CN101842582A (zh) * | 2007-08-31 | 2010-09-22 | Lm玻璃纤维制品有限公司 | 具有沉没的边界层控制装置的风力涡轮机叶片 |
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