CN117280113A - 风力涡轮机叶片 - Google Patents

Abstract

一种具有至少100米的长度的风力涡轮机叶片包括：根部端(和梢部端，叶片在翼展方向上从根部端延伸到梢部端，根部端具有带有根部端直径的基本上圆形的轮廓，并且叶片的轮廓从根部端朝向梢部端过渡成在翼展方向上移动的升力产生轮廓；前缘和后缘，叶片在翼弦方向上沿着翼弦从前缘延伸到后缘；内侧区域，该内侧区域在翼展方向上从根部端延伸到远端，内侧区域具有限定在根部端与远端之间的长度；其中，在内侧区域中，叶片的翼弦在根部端直径的5％内，并且内侧区域具有叶片的至少10％跨度的长度。

Description

风力涡轮机叶片

本发明涉及一种风力涡轮机转子叶片。具体地，本发明涉及这样一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片具有超过100米的长度并且在叶片的靠近该叶片的根部的内侧区域中具有有益的结构特性。

风力涡轮机将风的动能转换为电能。发电机将由具有一个或多个转子叶片的转子所捕获的风能转换成电能，该电能通常被供应至市政电网。发电机与操作和优化风力涡轮机性能所需的各种部件一起容纳在机舱中。塔架支撑机舱和转子提供的负载。在水平轴线风力涡轮机(HAWT)中，这些转子叶片从中央轮毂径向向外延伸，中央轮毂围绕总体上水平排列的纵向轴线旋转。在操作中，叶片被配置为与通过的气流相互作用以产生升力，该升力使转子在基本上垂直于风向的平面内旋转。常规的转子叶片由外壳以及外壳所界定的中空空间中的一个或多个内翼梁制成。一个或多个翼梁用于将负载从旋转叶片传递到风力涡轮机的轮毂。这种负载包括由叶片的圆周运动引起的沿着叶片的长度引导的拉伸负载和压缩负载以及在叶片的厚度方向(即，从叶片的上风侧至下风侧)上引导的由风引起的负载。翼梁通常可具有中空管状部分，例如，大致为矩形的中空管状部分，或者其可以是例如具有在翼梁盖之间延伸的一个或多个剪切腹板的I形梁或C形梁。翼梁盖可结合到外壳中，或者可附接到外壳。

风力涡轮机工业中的总体趋势是使风力涡轮机叶片变得更长。这些叶片越长，转子越大，并且可以捕获的风能越多，从而改进单个风力涡轮机的效率。然而，转子叶片的长度的增加导致转子叶片上的结构负载的增加以及叶片的质量的增加。

本发明的目的是提供一种具有低质量的结构有效的风力涡轮机叶片。

发明内容

根据本发明，提供了一种具有至少100米的长度的风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片包括：根部端和梢部端，该叶片在翼展方向上从根部端延伸到梢部端，根部端具有带有根部端直径的基本上圆形的轮廓，并且叶片的轮廓从根部端朝向梢部端过渡成在翼展方向上移动的升力产生轮廓；前缘和后缘，所述叶片沿翼弦方向从所述前缘延伸到所述后缘；内侧区域，所述内侧区域在所述翼展方向上从所述根部端延伸到远端，所述内侧区域具有限定在所述根部端与所述远端之间的长度；其中，在所述内侧区域中，所述叶片的翼弦在所述根部端直径的5％内，并且所述内侧区域具有所述叶片的至少10％跨度的长度。

本发明的叶片具有这样的几何形状，其中在内侧区域中，叶片的翼弦是基本上恒定的。表述“在5％内”是指该内侧区域中的翼弦可以变化高达该根部端直径的±5％。例如，如果根部端的直径为5米，则内侧区域中的翼弦可以在4.75米与5.25米之间并且不在该范围之外。

在内侧区域中为叶片提供基本上恒定的翼弦提供了与叶片在内侧区域中的结构效率相关的多个优点。叶片几何形状更直，这允许从叶片的梢部端朝向叶片的根部的更有效的负载路径。具体地，该后缘在内侧区域中遵循一条基本上直的线，这降低了后缘屈曲、或在后缘处的粘性接头上的剥离力的风险。基本上恒定的翼弦还导致在叶片上使用较少的材料并且因此减小了质量。在长度超过100米的叶片上，由于叶片的极端长度，叶片上的负载非常高。通过提供基本上直线的有效负载路径，能够在负载关键区域中不使用过量的材料的情况下生产大的叶片。

非常长的叶片(即，长度超过100米的叶片)可能难以运输。通过提供具有基本上恒定翼弦的叶片，叶片的面积被限制，这允许多个叶片以紧密布置堆叠在一起。这对于叶片以阵列堆叠的船舶特别有益。对于海上风力场，通过允许更多的叶片堆叠在单个船上，在港口和海上风力场之间需要较少的行程。

内侧区域的长度可以是叶片的至少20％跨度。换言之，叶片的翼弦对于叶片的至少20％跨度是基本上恒定的。替代地，内侧区域的长度可以是至少15％跨度、25％跨度或30％跨度。通过增加内侧区域的翼展方向长度，可以实现结构更有效的叶片。然而，内侧区域的长度增加得太远可能导致叶片的空气动力学性能降低。因此，优选地，内侧区域的长度小于叶片的35％跨度。

在内侧区域中，叶片的翼弦可以在根部端直径的2％内，或在根部端直径的1.5％内或在根部端直径的1％内。这导致内侧区域的翼弦被保持在根部直径的窄边缘内，这将增加内侧区域的结构效率。

在内侧区域的远端，叶片轮廓的厚度翼弦比(thickness to chord ratio)可小于75％，或其可小于60％，或其可小于55％，或其可小于50％。优选地，在内侧区域的远端，叶片轮廓的厚度翼弦比小于50％，例如45％。在根部端，叶片具有基本上圆形的轮廓，并且因此根部端的厚度翼弦比是100％。通过沿着内侧区域减小厚度翼弦比，该轮廓可以过渡成更加空气动力学的升力产生形状。随着厚度翼弦比的更快速减小，叶片的空气动力学特性可以在更靠近根部端处得到改进。

优选地，在内侧区域中，叶片轮廓的厚度翼弦比从3％跨度或更小严格地减小到内侧区域的远端。尽管叶片在内侧区域中具有基本上恒定的翼弦，但是通过确保厚度翼弦比总是减小意味着该轮廓可以快速地过渡成更有效的升力产生轮廓。

优选地，叶片的翼弦从根部端到梢部端从未大于根部端直径。这意味着，从叶片的整个翼展方向的长度来看，翼弦从未大于根部直径。这有助于提供沿着后缘的直的负载路径，这进一步减少了后缘屈曲的风险，或者在后缘处的粘合接头上的剥离力。

优选地，翼弦从根部端到梢部端单调地减小。换言之，当从根部端移动到梢部端时，叶片的翼弦从未增加。有利地，这提供了在内侧区域中沿着后缘的直的负载路径。

优选地，在内侧区域中，叶片包括具有平背型(flatback)后缘的轮廓。提供具有平背型后缘的轮廓允许叶片区段较厚，从而增加其结构强度。此外，平背型翼型具有有益的空气动力学特性，其补偿内侧区域中翼弦长度的损失。

当在平面图中观察时，前缘可具有凹形形状。凹形形状可以从叶片的根部端延伸到梢部端。有利地，这允许叶片中的加强结构定位在叶片中的最佳位置处，使得每个叶片区段的第二惯性矩最大化。前缘在平面图中不是必须是弯曲的，其可以由共同有助于凹形形状的直区段构成。

表述“当在平面视图中观察时”是指观察者在叶片上向下朝向吸入侧或朝向压力侧观看。换言之，观察者在叶片的厚度方向上观察。叶片可沿着其翼展方向长度被扭曲，或者它可被预弯曲，但是观察者仍然在叶片的抽吸或压力侧上向下观察。

当在平面视图中观察时，后缘和/或前缘可以在内侧区域中遵循基本上直的线。有利地，这导致内侧区域中的更直且更有效的负载路径，其防止对叶片产生结构损坏的风险。

在本说明书中，当使用表述“基本上直线”时，这意味着直线或者具有最小偏差的线。叶片可以沿着其翼展方向长度扭曲，或者它可以是预弯曲的，使得当在不在平面图中的方向上观察时，线可以不是直的。例如，如果叶片被预弯曲并且整个叶片朝向压力侧弯曲，则当在翼弦方向上朝向前缘或后缘观察叶片时，后缘和前缘将遵循该预弯曲的曲线。然而，如所描述的，参考基本上直线是相对于叶片在厚度方向上的平面视图所取的。

叶片可包括主加强结构和后加强结构，并且后加强结构在平面视图中可以是基本上直的。后加强结构可以邻近后缘延伸。有利地，通过提供直的后加强结构，意味着叶片上的负载可有效地传递到叶片的根部，使得材料使用量被最小化。主加强结构和/或后加强结构可包括翼梁盖。优选地，翼梁盖包括诸如拉挤碳纤维复合材料的材料的拉挤纤维条。由拉挤条制成的直的加强结构是有益的，这是因为它不要求条在平面内方向上弯曲。

涡流发生器可定位在叶片的内侧区域中的吸入侧上。涡流发生器用于使得内侧区域中的叶片的轮廓抵抗表面粗糙度而是鲁棒的并且在叶片的前缘处发生表面粗糙度的情况下维持叶片的空气动力学特性。

可以提供水平轴线风力涡轮机，该水平轴线风力涡轮机包括转子，该转子至少具有如上所述的叶片。转子可包括多个叶片，例如三个叶片，这些叶片在它们的根部端连接到轮毂上。

在本说明书中，使用诸如前缘、后缘、压力侧、吸入侧、厚度、以及翼弦的术语。虽然这些术语是本领域技术人员熟知和理解的，但为了避免疑问，以下给出了定义。

术语前缘用于指叶片的边缘，当叶片在风力涡轮机转子的正常旋转方向上旋转时，该边缘将位于叶片的前部处。术语后缘用于指风力涡轮机叶片的边缘，当叶片在风力涡轮机转子的法向旋转方向上旋转时，该边缘将位于叶片的后部处。后缘具有固定的几何形状。

叶片的翼弦是在垂直于叶片翼展方向的给定截面中从前缘至后缘的直线距离。在具有平背型后缘的截面的情况下，翼弦限定在前缘和平背的中间之间。

风力涡轮机叶片的压力侧(或迎风侧)是叶片的处在前缘与后缘之间的一侧，其在使用中具有比叶片的吸入侧更高的压力。风力涡轮机叶片的吸入侧(或背风侧)是叶片的在前缘与后缘之间的一侧，当使用时，其将具有比压力侧更低的压力作用于其上。

风力涡轮机叶片的厚度垂直于叶片的翼弦进行测量，并且是在垂直于叶片翼展方向的给定截面中压力侧与吸入侧之间的最大距离。

术语翼展方向用于指从风力涡轮机叶片的根部端到叶片的梢部端的方向，反之亦然。当风力涡轮机叶片安装在风力涡轮机轮毂上时，翼展方向和径向方向将基本上相同。

附图说明

为了可以更容易地理解本发明，现在将仅通过举例并参考以下附图来描述本发明，在附图中：

图1是水平轴线风力涡轮机的视图；

图2a是根据本发明的风力涡轮机叶片的立体图，并且图2b是图2a中的叶片的平面视图；

图3a是根据现有技术的风力涡轮机叶片的立体图，并且图3b是图3a中的叶片的平面视图；

图4示出了叶片的翼弦分布；

图5示出了叶片的翼弦分布和厚度分布；

图6a示出了叶片的平面视图并且图6b是沿着线b-b的截面。

具体实施方式

图1示出了水平轴线风力涡轮机10。风力涡轮机10包括支撑机舱14的塔架12，转子16安装到机舱14。转子16包括从中央轮毂19径向延伸的多个风力涡轮机叶片18。在这个示例中，转子16包括三个叶片18。

图2a是根据本发明的叶片18中的一个叶片的立体图(这里称为“改进的叶片”以将其与下面描述的现有技术的叶片区分开)。改进的叶片18在纵向翼展方向上从基本上圆形的根部端20延伸到梢部端22，并且在横向翼弦方向上在前缘24与后缘26之间延伸。改进的叶片18包括主要由纤维增强塑料(FRP)形成的壳。叶片18包括吸入侧28和压力侧29。

改进的叶片18从圆形轮廓过渡到远离叶片18的根部端20朝向梢部端22移动的翼型轮廓。改进的叶片18具有厚度朝向梢部端22逐渐减小的轮廓。翼弦线连接前缘24和后缘26。在根部端20处，圆形轮廓的直径可以等同于该区段处的翼弦。叶片的根部端20可通过螺栓附接到轮毂19。

图2b是图2a所示的改进的叶片18在吸入侧28上向下看的平面图。

为了比较，图3a和图3b示出了根据现有技术的常规风力涡轮机叶片118。在图3a和图3b的常规叶片118中，常规叶片在纵向翼展方向上从基本上圆形的根部端120延伸到梢部端122，并且在横向翼弦方向上在前缘124与后缘126之间延伸。常规叶片118包括吸入侧128和压力侧129。常规叶片118从圆形轮廓过渡到从常规叶片118的根部端120朝向常规叶片118的肩部125移动的翼型轮廓，该肩部是常规叶片118的最宽部分，在该最宽部分中，常规叶片118具有其最大翼弦。常规叶片118在该常规叶片118的从常规叶片118的肩部125延伸到梢部122的外侧部分中具有厚度逐渐减小的翼型轮廓。

与常规叶片118(在图3a和图3b中示出)相比，可以看出改进的叶片18(在图2a和图2b中示出)具有一些差异。首先，改进的叶片18不具有肩部，这是因为从根部端向外不存在最大翼弦的位置。其次，存在叶片的从根部端开始的翼展方向长度，在根部端，翼弦长度基本上是恒定的。第三，当在平面图中观察时，叶片的前缘具有凹形形状。

图4示出了改进的叶片18和常规叶片118的翼弦分布的曲线图，以便沿着它们的翼展方向长度进行比较。在该图中，X轴线表示叶片的长度，其中0.0在根部端，1.0在梢部端。Y轴线表示翼弦长度。两个叶片的翼弦分布相对于相应叶片的根部端的直径被标准化。

实线30是改进的叶片18的翼弦分布，虚线32是常规叶片118的翼弦分布。如可从虚线32看到的，常规叶片118的翼弦从根部端增加，直到其到达叶片的肩部125，随之翼弦长度朝向叶片的梢部减小。改进的叶片18的由实线30示出的翼弦没有增加到肩部，相反，在朝向叶片的梢部减小之前，翼弦在叶片的远离叶片的根部端移动的一定长度上保持基本上恒定。

改进的叶片18的内侧区域34被限定为从叶片的根部端20延伸到远端35。应注意，内侧区域的远端位于叶片跨度中间的点处，并且不位于叶片的梢部端。在内侧区域34中，叶片18的翼弦在叶片的根部端的直径的5％内。在其他示例中，在内侧区域内，改进的叶片18的翼弦在叶片的根部端的直径的3％、2％、1.5％或1％内。

内侧区域34的远端35在图4中由虚线竖直线标记，并且在这个示例中是在20％跨度处。然而，内侧区域的远端可位于例如10％至30％跨度处。

改进的叶片18因此具有内侧区域34，在该内侧区域中翼弦长度与根部端的直径基本上相同。已经发现，与其中存在具有最大翼弦的肩部的常规叶片相比，这改善了负载沿着叶片的传递(从梢部端到根部端)。特别地，使用中的改进的叶片上的负载，随着改进的叶片在风力涡轮机上旋转，可以遵循基本上笔直的负载路径进入叶片的根部端和轮毂中。在长度超过100米的大型风力涡轮机叶片上，这导致负载的有效传递，使得在叶片中可以使用更少的材料(并且因此叶片的质量将减小)，并且同时在后缘处损坏叶片的风险显著减小，如下文进一步解释的。

图5示出了改进的叶片18沿其翼展方向长度的翼弦分布30和厚度翼弦比分布36的曲线图。在该图中，X轴线表示叶片的长度，其中0.0是根部端，1.0是梢部端。Y轴线表示翼弦长度和厚度翼弦比。翼弦长度已相对于叶片的根部直径被标准化。在根部端，叶片具有圆形截面，使得厚度翼弦比是1.0(或100％)。

虽然改进的叶片18在内侧区域(其被限定在根部端和其远端35之间)中的翼弦是基本上恒定的，但是内侧区域中的厚度翼弦比在从根部端到梢部端移动时逐渐减小。在这个示例中，可以看到内侧区域的远端35处的厚度翼弦比是约50％。换言之，内侧区域不仅仅是具有沿其长度的恒定截面的圆筒。相反，在内侧区域34中，叶片从圆形根部端20过渡到升力产生翼型轮廓。

如图5所示，内侧区域中的厚度翼弦比36从约3％严格减小(即，严格单调)到内侧区域的远端35。在0％跨度与约3％跨度(或更小)之间，叶片的根部可包括金属衬套以将叶片螺栓固定至轮毂。因此，在叶片的非常内侧的部分(例如，0％跨度至3％跨度)中，可能有必要保持恒定的截面以解决金属衬套。这些金属衬套可以仅仅延伸到比如1％跨度，并且因此在这个点之后厚度翼弦比将严格减小。

图6a示出了改进的叶片18的平面图，并且图6b示出了沿着线b-b的截面。改进的叶片18包括由吸入侧28和压力侧29形成的外壳，吸入侧28和压力侧29一起限定中空内部空间。

外壳可以是两个半壳，这两个半壳在接合在一起(在前缘24和后缘26处)以形成叶片18之前被分开地模制。应当理解，叶片壳不需要形成为随后接合在一起的两个半壳，而是可以在“一次注射”单壳处理中形成为整体壳结构。例如，叶片壳可包括诸如玻璃纤维和/或碳纤维的层压复合材料。

改进的叶片的内侧区域由附图标记34标识，并且内侧区域的远端由附图标记35标识。

与常规叶片相比，改进的叶片18在内侧区域34中具有减小的翼弦长度。这可以通过在内侧区域中截短轮廓的后缘侧以产生平背型的后缘来实现。

如图6b中可见，该轮廓不具有尖的后缘，而是该叶片具有钝的后缘，其中该轮廓的后部被截断以形成平背型的后缘。在此，压力侧28和吸入侧29通过叶片的后缘表面38连接。后缘表面38可以垂直于叶片的连接前缘24和后缘26的翼弦线C，或者它可以设置为如图6b所示的角度。对于具有钝的后缘的轮廓，翼弦被限定在前缘与后缘表面38的中间之间。

应注意，术语“平背型”还包括其中后缘表面38在垂直于叶片的翼展方向的平面中具有一些曲率的轮廓，例如，当从叶片外部观察时后缘板可以具有凸形的截面形状，使得其远离前缘向外凸出。

改进的叶片18在内侧区域34中的翼弦与常规叶片相比减小，常规叶片由于叶片的减小的表面面积通常会导致气动升力的损失。然而，在改进的叶片18中使用的平背型轮廓补偿了这种升力损失，这是因为当在叶片的尾流中发生压力恢复时加厚的后缘实际上导致了升力增加。此外，加厚的后缘还产生对粗糙度(例如，前缘侵蚀或污染)较不敏感的叶片轮廓，这是因为沿着叶片轮廓的翼弦的不利压力梯度减小了。

如上所述，改进的叶片18的根部端20具有圆形截面。然后，叶片的轮廓过渡到具有平背型后缘的截面。平背型轮廓的高度(即，其在叶片厚度方向上的尺寸)从改进的叶片的根部端朝向梢部端减小。在某一点(诸如40％跨度)，该平背型轮廓的高度已经减小到零，使得该叶片的截面具有带有尖后缘的常规翼型轮廓。

而且，如图6b中可见，在所示的叶片的位置处，叶片具有翼型截面。在图6b的示例中，所示的厚度翼弦比刚好大于50％，并且该厚度翼弦比将朝向叶片的梢部端移动减小。在一示例中，内侧区域的远端处的厚度翼弦比可以是50％或更小，例如45％。具有这些厚度翼弦比的翼型将仍然产生升力，并且因此内侧区域将有助于叶片的升力产生。

在这个示例中，叶片18包括第一加强结构40和第二加强结构50。第一加强结构40(其也可以被称为主加强结构或主翼梁结构)包括位于吸入侧上的主吸入侧翼梁盖41和位于压力侧上的主压力侧翼梁盖42。剪切腹板43连接主翼梁盖41和42。第一加强结构40的主翼梁盖41、42可以从内侧区域34朝向梢部端22基本上沿着叶片18的整个翼展方向长度延伸。主翼梁盖41、42可包括诸如拉挤碳纤维复合材料或其他碳纤维增强塑料材料的材料的拉挤纤维条。

在图6a和图6b所示的示例中，主翼梁结构40包括I形梁构造，其中，单个剪切腹板43位于两个主翼梁盖41、42之间。然而，其他构造也是可能的，诸如位于相对的翼梁盖之间的两个剪切腹板，或者紧密地布置在吸入侧和压力侧中的每一个上的两个主翼梁盖，其中相应的剪切腹板在吸入侧和压力侧之间延伸。

第二加强结构50(其也可以被称为后加强结构或后缘加强结构或后缘翼梁)包括位于吸入侧上的后吸入侧翼梁盖51和位于压力侧上的后压力侧翼梁盖52。后缘剪切腹板53连接后翼梁盖51和52。第二加强结构50的后翼梁盖51、52可以沿叶片18的长度从内侧区域34延伸到叶片上的中点。后翼梁盖51、52可包括诸如拉挤碳纤维复合材料或其他碳纤维增强塑料材料的材料的拉挤纤维条。

在这个示例中，示出了连接第二加强结构50的后翼梁盖的后缘剪切腹板53。然而，在其他示例中，可能不存在后缘剪切腹板，而是后翼梁盖为桁条的形式。

主翼梁盖和后翼梁盖在使用中主要承载作用在叶片上的襟翼负载。如图6a所示，主翼梁盖和后翼梁盖可以结合到叶片的外壳中，或者它们可以附接至外壳。剪切腹板可以由玻璃纤维增强塑料材料形成并且可以粘性地结合至翼梁盖的表面。

后翼梁盖包括单向纤维材料，并且优选地由碳纤维增强塑料的拉挤条形成。这些拉挤条布置成堆叠以形成每个后翼梁盖。这些拉挤条可以具有约100mm的宽度(在叶片的翼弦方向上)并且它们可以具有约5mm的厚度(在叶片的厚度方向上)。在一示例中，八个拉挤条可以堆叠在一起以形成后翼梁盖。这些拉挤条是预固化的物品，并且由于它们的几何形状，当它们被铺设到叶片模具中时，它们将在该模具表面上处于笔直构型，并且不可能在该叶片的翼弦方向上弯曲它们。如图6a中可见，在平面图中，翼梁盖沿叶片的翼展方向基本笔直。

在操作过程中，水平轴线风力涡轮机的转子叶片旋转穿过基本上竖直的平面。转子叶片自身的重量在其旋转时沿着其长度产生交替的拉伸力和压缩力，这导致每个转子叶片的循环负载。特别地，沿着叶片的前缘和沿着叶片的后缘经受交替的拉伸力和压缩力。这些负载在本领域中通常被称为“边缘负载(edgewise load)”。边缘负载是重力负载的结果并且这种边缘负载从叶片的梢部至叶片的根部增加。前缘和后缘都承受边缘负载。然而，由于后缘被定位为距转子叶片的中性轴线更远，它经受比前缘更高的边缘应力。

改进的叶片18在内侧区域34中具有相对笔直的后缘(与常规叶片相比)，从而使得后加强结构50与后缘26之间的距离可以保持较低。这个低距离导致沿着后缘的较小应变，并且因此减小或消除了后缘的边缘屈曲的风险。特别地，当后缘26处于压缩负载下时，由于其接近后加强结构50，后缘不太可能屈曲。此外，沿后缘26的应变随着其更接近改进的叶片的中性轴线而减小(与常规叶片相比)。

改进的叶片18的拉直的后缘26(与常规叶片的弯曲后缘126相比)也是有利的，因为它防止了在本领域中称为“呼吸”的故障机制。在常规叶片118中，当叶片转动时，沿着叶片的后缘承受交替的拉伸和压缩负载。肩部125沿着后缘126呈现弯曲负载路径。当后缘126经受拉伸负载时，肩部125处的后缘经受将其朝向前缘拉动的翼弦方向的力(chordwiseforce)。当后缘126经受压缩负载时，肩部125处的后缘经受将其推离前缘的翼弦方向的力。

当肩部125处的后缘126在沿边缘加载期间经受这些翼弦方向的力时，叶片的处在后缘和后加强结构之间的壳体变形到平面外。即，后翼梁与肩部之间的叶片蒙皮在叶片的厚度方向上变形到平面外，这是被称为“呼吸”的现象。该变形可导致在叶片的后缘126处的粘合剂粘合线处的剥离应力，这可导致结构故障。为了避免常规叶片上的这种情况，后缘可以在叶片的外侧和/或内侧上用玻璃纤维增强塑料覆盖以在这个区域中提供增加的强度。

改进的叶片18使后缘26变直(与常规叶片的高度弯曲的肩部125相比)，并且因此提供沿着后缘进入叶片的根部端的直的负载路径。因此，改进的叶片18的后缘26在翼弦向方向上不经受任何显著的力，因此避免了呼吸现象。这意味着后缘不必被叠置，这减少了改进叶片的质量并且减少了叶片的制造时间。

从图6a的平面图中可见，改进的叶片18的前缘24具有凹形形状并且其朝向后缘26弯曲。换言之，当在叶片的厚度方向上从吸入侧28或压力侧观察改进的叶片时，前缘24向内弯曲。这与常规叶片相反，在常规叶片中，随着翼弦在肩部区域中增加，前缘趋向于远离后缘向外凸出。通过提供具有凹形前缘24的改进的叶片18，意味着主翼梁盖可以以直线定向，这改进了叶片的可制造性。还有利的是，在叶片轮廓的最厚部分处设置主翼梁盖，以使叶片的每个截面的第二惯性矩最大化。为前缘24提供凹形形状允许主翼梁盖的最佳位置。

涡流发生器可以设置在吸入侧28上，位于改进的叶片18的内侧区域34中。参见图6b，在吸入侧28上示意性地示出了涡流发生器48。涡流发生器可以从根部端20沿直线定位并且延伸内侧区域34的长度至远端35。涡流发生器48也可以延伸经过远端35。提供涡流发生器以防止由于表面粗糙度(例如，前缘侵蚀、污染或昆虫)引起的平背型轮廓的空气动力学性能的损失。

再次参见图4，可以看出，改进的叶片18的平面形状小于常规叶片118的平面形状，并且这主要是由于在改进的叶片18上不存在肩部。较小的平面形状导致在叶片的制造中使用较少的材料并且因此导致较低质量的叶片。较低质量的叶片将向轮毂、机舱以及塔架赋予较低的负载，并且因此可以减小整个风力涡轮机的质量。此外，由于改进的叶片18具有较小的平面形状，其将经历较低的空气动力负载，导致叶片和风力涡轮机结构的其余部分上的应力较小。

在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以对上述示例做出许多修改。

Claims (15)

1.一种具有至少100米的长度的风力涡轮机叶片(18)，所述风力涡轮机叶片包括：

根部端(20)和梢部端(22)，所述叶片在翼展方向上从所述根部端延伸到所述梢部端，所述根部端具有带有根部端直径的大致圆形轮廓，并且所述叶片的轮廓从所述根部端朝向所述梢部端过渡成在所述翼展方向上移动的升力产生轮廓；

前缘(24)和后缘(26)，所述叶片在翼弦方向上沿着翼弦从所述前缘延伸到所述后缘；

内侧区域(34)，所述内侧区域在所述翼展方向上从所述根部端(20)延伸到远端(35)，所述内侧区域具有限定在所述根部端与所述远端之间的长度；

其中，在所述内侧区域中，所述叶片的翼弦在所述根部端直径的5％内，并且所述内侧区域具有所述叶片的至少10％跨度的长度。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述内侧区域具有所述叶片的至少20％跨度的长度，或至少25％跨度或至少30％跨度的长度。

3.根据权利要求1或权利要求3所述的风力涡轮机叶片，其中，所述内侧区域具有小于35％跨度的长度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，在所述内侧区域(34)中，所述叶片的翼弦在所述根部端直径的2％内，或在所述根部端直径的1.5％内或在所述根部端直径的1％内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，在所述内侧区域(34)的所述远端(35)处，所述叶片的轮廓的厚度翼弦比小于75％。

6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，在所述内侧区域(34)的所述远端(35)处，所述叶片的轮廓的厚度翼弦比小于55％，或小于45％。

7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，在所述内侧区域(35)中，所述叶片的轮廓的厚度翼弦比从3％跨度或更小严格地减小到所述内侧区域的所述远端。

8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述叶片的翼弦从所述根部端(20)到所述梢部端(22)从未大于所述根部端直径。

9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述翼弦从所述根部端(20)到所述梢部端(22)单调地减小。

10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，在所述内侧区域(34)中，所述叶片包括具有平背型后缘的轮廓。

11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，当在平面图中观察时，所述前缘(34)具有凹形形状。

12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，当在平面图中观察时，所述后缘(26)和/或所述前缘(24)在所述内侧区域(34)中遵循基本上直线。

13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，所述叶片包括主加强结构(40)和后加强结构(50)，所述后加强结构在平面图中基本上是直的。

14.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，涡流发生器(48)定位在所述叶片的所述内侧区域(34)中的吸入侧(28)上。

15.一种水平轴线风力涡轮机(10)，该水平轴线风力涡轮机包括具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的叶片(18)的转子(16)。