[发明专利]风轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种使疲劳和极值载荷最小化的风轮机叶片，更具体地，涉及一种在叶片的中跨部分使疲劳和极值载荷最小化的风轮机叶片。

背景技术

在风轮机行业中，当前的挑战是能提供一种使疲劳和极值载荷最小化的叶片设计，从而允许叶片的材料、重量和价格的减少。

风轮机叶片上的翼型部分(airfoil sections)在正常生产中从低迎角到高迎角的迎角范围内操作，在所述低迎角处，在升力与迎角关系曲线的线性部分上升力低，在所述高迎角处，翼型部分恰好处于失速前(before stall)或失速中(in stall)。

空气动力载荷的变化可以随着空气动力升力和空气动力阻力的摆动进行测量。数据组或时间序列的标准偏差统计值通常用作摆动的良好指示。升力和阻力的高的标准偏差表示空气动力载荷的变化高，导致较高的疲劳载荷。

尤其是大型叶片，叶片的不同部分将承受不同的载荷。在桨距控制(pitch controlled)型风轮机中，当达到额定功率时或在高风速时，叶片向着降低升力系数的横桨位置(feathered position)变化桨距来移除过多的能量。在这种情况下，可能发生叶片的根部具有正升力而梢部具有负升力，从而导致高疲劳载荷，尤其是在叶片的中跨部分。

在其它的操作情况中，为了让转子慢下来并最终停止风轮机，风轮机叶片向着横桨位置移动。在那种情况中，希望在叶片中产生负升力，但在转换期间，极大的负升力可能会导致叶片或风轮机中任何其它部件中的极大载荷。

遭遇高疲劳载荷的另一种情况是在引入桨距变化以使阵风和大规模大气紊流的影响最小化的过程中。当所述紊流涉及风速增加，叶片桨距增加，减小迎角从而减少空气动力载荷。风速增加后通常跟随着风速减小，其需要较低的节面角(pitch angles)和较大的迎角来产生相同的转矩。在这个过程中，可能会发生叶片的部分，通常是外侧，在非常短的时间内从正迎角转变为负迎角，或与之相反。由于这表示叶片的那部分将处于升力与迎角关系曲线的负升力区域，并且将在非常短的时间内转变到正区域，从载荷的角度来看，这个过程对叶片施加了随着时间改变方向的载荷。

本发明旨在提供解决这些问题的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种使疲劳和极值载荷最小化的风轮机叶片，尤其是在叶片的中跨部分。

本发明的另一个目的是提供一种风轮机叶片，其允许在风轮机的其它部件上使疲劳和极值载荷最小化。

本发明的这些和其它目的通过提供一种具有空气动力学轮廓的风轮机叶片来实现，所述空气动力学轮廓具有前缘、后缘以及前缘与后缘之间的吸入侧和压力侧，风轮机叶片还包括一个在压力侧上的修正区域，所述修正区域成形用于减少负升力系数并且在一优选实施例中位于对应于翼弦位置的两部分之间，从所述前缘测量，处于翼弦长度的1％-20％的范围内，最优选地，处于翼弦长度的5％-20％的范围内。

在一个优选实施例中，所述修正区域沿着叶片的一部分设置，从叶片的梢部测量，在叶片长度的20％-50％之间延伸。因此，获得允许减少疲劳和极值载荷的叶片，而不需要沿着叶片的整个长度延伸所述修正区域。

在另一个优选实施例中，所述修正区域通过将例如失速带的装置附着到叶片上来完成。因此，通过廉价装置的方式来获得允许减少疲劳和极值载荷的叶片，所述廉价装置无论在叶片制造过程中还是之后均能容易地附着到叶片上。

在另一个优选实施例中，所述修正区域通过将一可变形装置和致动器装置附着或插入叶片内来完成，所述致动器装置用于在其中提供形状和尺寸的改变。因此，通过主动控制装置的方式来获得允许减少疲劳和极值载荷的叶片。

本发明的其它特征和优点将从下面结合附图的详细说明中得以理解。

附图说明

图1是现有风轮机叶片轮廓的示意图；

图2是根据本发明的风轮机叶片轮廓的示意图；

图3显示了对应于图1中所示轮廓的升力系数与迎角关系曲线；

图4显示了对应于图2中所示轮廓的升力系数与迎角关系曲线；

图5是根据本发明的具有附着装置的叶片平面图；

图6a、6b、6c、6d、6e显示几种横截面的失速带。

具体实施方式

在风轮机叶片的传统轮廓设计中，目的是尽可能地得到最佳的轮廓性能，其通常被理解为具有高的升力和低的阻力。