專利名稱：：風(fēng)輪機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)包括具有特殊剖面和翼型設(shè)計(jì)的風(fēng)輪機(jī)葉片。更具體地，本發(fā)明涉及包括具有較低半徑比實(shí)度的風(fēng)輪機(jī)葉片的風(fēng)輪機(jī)，所述半徑比實(shí)度隨著距風(fēng)輪機(jī)葉片根部的距離不同而改變。本發(fā)明主要針對俯仰調(diào)整式風(fēng)輪機(jī)，所述俯仰調(diào)整式風(fēng)輪機(jī)在可變轉(zhuǎn)子速度下運(yùn)行，并具有長度大于約30米的葉片。
背景技術(shù)：
：風(fēng)輪機(jī)葉片橫截面通常稱為葉片剖面。剖面的形狀隨著距葉片根部的距離不同而變。葉片連接到放在轉(zhuǎn)子中心的輪轂上。剖面具有弦c和厚度t，如圖1所示。弦和厚度的尺寸及厚度與弦的比值隨半徑r一即從轉(zhuǎn)子中心到葉片橫截面的距離一的不同而改變。原則上，風(fēng)輪機(jī)葉片由多個(gè)連接的葉片剖面組成。葉片以及因此各個(gè)剖面在運(yùn)行期間都相對于轉(zhuǎn)子平面旋轉(zhuǎn)。到來的風(fēng)大致垂直于轉(zhuǎn)子平面，但因?yàn)槿~片在運(yùn)動(dòng)中，所以到來的風(fēng)的有效角度和速度(即與穩(wěn)態(tài)葉片相對應(yīng))取決于葉片的旋轉(zhuǎn)速度。有效角度也稱為迎角oc,如圖2所示。剖面所面對的有效風(fēng)速也稱為相對風(fēng)速w，如圖2所示。葉片的空氣動(dòng)力學(xué)剖面對到來的風(fēng)的響應(yīng)可以分成升力分量和阻力分量，上述升力分量與有效來風(fēng)垂直，而上述阻力分量與有效來風(fēng)平行。各分量的大小可以分別表示成升力系數(shù)Cl和阻力系數(shù)Cd,如圖2所示。一般地，希望有高的升力系數(shù)和低的阻力系數(shù)。在具有可變轉(zhuǎn)子速度的俯仰調(diào)整式風(fēng)輪機(jī)中，由風(fēng)速變動(dòng)引起的迎角a的變動(dòng)通過使各葉片繞縱向軸線旋轉(zhuǎn)也稱俯仰并且通過控制轉(zhuǎn)子速度進(jìn)行補(bǔ)償。因而平均迎角可保持接近平均風(fēng)速所希望的值。Cl-Cd曲線圖與C!7CD的最大比值相對應(yīng)的升力系數(shù)稱為設(shè)計(jì)升力系數(shù)C^，d。設(shè)計(jì)升力系數(shù)為在CL-CD曲線圖中通過點(diǎn)(0，0)與CL-CD曲線相切的對應(yīng)CL,如圖3所示。通常每個(gè)葉片橫截面都繞俯仰軸線輕微扭絞，以便每個(gè)剖面都在一迎角下運(yùn)行，所述迎角與用于7-llm/s間隔的來風(fēng)速度的設(shè)計(jì)升力系數(shù)CL，d相對應(yīng)。Ct-a曲線圖在圖4中，才艮據(jù)迎角oc的變化繪出升力系數(shù)CL?？梢钥闯觯珻l隨著迎角增加而增加，直至a失速，高于該值則葉片開始失速。最大升力系數(shù)CLmax與失速OC失速下的升力系數(shù)相對應(yīng)，最大升力系數(shù)CLmax隨雷諾數(shù)不同而改變。雷諾數(shù)定義為Re=wC/v式中w是相對風(fēng)速，v是空氣的運(yùn)動(dòng)粘度。最大升力系數(shù)Cu^也隨著尤其是前緣上的剖面表面的圓度不同而改變。本文所提到的升力系數(shù)值涉及具有經(jīng)受兩維氣流的光滑表面的剖面。與Ct，d相對應(yīng)的迎角稱為設(shè)計(jì)迎角OCd，該迎角可從一組CrCD曲線圖和相應(yīng)的CL-oc曲線圖中確定，如圖3和圖4中所示。現(xiàn)有技術(shù)中通常認(rèn)為，風(fēng)輪機(jī)應(yīng)在設(shè)計(jì)升力系數(shù)CL，d下或其附近運(yùn)行，以減少阻力和防止葉片偶然失速。換句話說，CL運(yùn)《產(chǎn)CL,d和a運(yùn)行=ocd,此處cx運(yùn)行和CL運(yùn)行分別是運(yùn)行期間的平均迎角和相應(yīng)的平均升力系數(shù)。陣風(fēng)俯仰調(diào)整不足以對各個(gè)陣風(fēng)快速響應(yīng)。因此，陣風(fēng)時(shí)的瞬時(shí)迎角oc陣風(fēng)比預(yù)定的oc運(yùn)行移動(dòng)一更大的迎角。因此，風(fēng)輪機(jī)葉片剖面通常設(shè)計(jì)成使得來自CLd的設(shè)計(jì)迎角Ctd顯著低于OC失速，因?yàn)檫@可防止葉片偶然失速，并因此增加對陣風(fēng)的耐受性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的風(fēng)輪機(jī)葉片實(shí)度(solidity)片所覆蓋的總面積的比值A(chǔ)葉"因此，組合實(shí)度一即葉片的實(shí)度總和一為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中n是風(fēng)輪機(jī)葉片的數(shù)量例如l、2、3或4，而R是轉(zhuǎn)子半徑。在圖5和圖6中，n是3。因此，實(shí)度是葉片細(xì)長度的量度，因?yàn)閷?shí)度越低，則葉片越細(xì)長。當(dāng)比較圖5和圖6中的風(fēng)輪機(jī)時(shí)，很顯然，圖5中的葉片具有比圖6中葉片更大的實(shí)度。實(shí)度還可針對從轉(zhuǎn)子中心開始的特定半徑(specificradius)r建立。風(fēng)^^機(jī)葉片的半徑比實(shí)度(radiusspecificsolidity)由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>式中Cr是在特定半徑處的弦(chord)?？梢钥闯?，除了在葉片的尖端附近和根部附近之外，半徑比實(shí)度一般與葉片的純線性標(biāo)度(scaling)無關(guān)，在所述尖端和根部附近是通過結(jié)構(gòu)考慮因素來決定實(shí)度的。按照本發(fā)明的上述目的的改進(jìn)通過一種風(fēng)輪機(jī)實(shí)現(xiàn)，該風(fēng)輪機(jī)能通過俯，卩調(diào)整(pitchregulation)和可變轉(zhuǎn)子速度(variablerotorspeed)運(yùn)4亍,并具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片。葉片的組合半徑比實(shí)度較低，而最大升力(lift)系數(shù)CLmax較高。優(yōu)選對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的70。/。來"i兌，Solr<0.018，而對于葉片的至少80半徑％并優(yōu)選葉片的至少90半徑％來說，CLmax>1.5。CLmax應(yīng)當(dāng)針對雷諾數(shù)Re-3.0xl06，以及針對兩維流和光滑的剖面表面進(jìn)行考慮。該改進(jìn)可以例如實(shí)現(xiàn)在電力生產(chǎn)基本相同的情況下減小極限載荷和/或疲勞載荷、提高風(fēng)輪機(jī)的葉片和/或其它結(jié)構(gòu)部件或電氣部件的耐久性、減少葉片的重量和/或用于制造葉片的材料的消耗，并且/或者減少重量和/項(xiàng)。然而，對于本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面，本技術(shù)技術(shù)人員會(huì)理解其它的優(yōu)點(diǎn)。下面參照示例性實(shí)施例和附圖更充分地說明本發(fā)明，在附圖中圖1示出風(fēng)輪機(jī)葉片的剖面，圖2示出在來風(fēng)下的剖面，圖3示出CirCD曲線圖，圖4示出CrOt曲線圖，圖5示出具有高實(shí)度葉片的風(fēng)輪機(jī)，圖6示出具有低實(shí)度葉片的風(fēng)輪機(jī)，和圖7示出用于優(yōu)選實(shí)施例的組合半徑比實(shí)度的曲線圖。具體實(shí)施例方式所有圖都高度概括并且不一定按比例示出，它們僅示出為說明本發(fā)明所必需的部分，其它部分省略或僅僅提出。討論所謂半徑％在本文中是指對應(yīng)于葉片的縱向長度的相同百分率的葉片部分。該部分不必是一個(gè)連續(xù)的部分，而是可以由剖面的多個(gè)部分形成。例如，當(dāng)轉(zhuǎn)子直徑為50m時(shí)，50半徑。/。相當(dāng)于25m的葉片，且50半徑％可以例如由5m的葉片根部與最外面的5m的葉片尖端和15m的中間葉片形成。葉片根部附近的條件在葉片根部段處的翼型主要取決于結(jié)構(gòu)考慮因素。這是可接受的，因?yàn)樵摳慷沃话傠娏ιa(chǎn)的很小一部分。因此，本發(fā)明只針對葉片最外面的60%~95%，而一些考慮在某些情況下同樣適用于根部段。葉片尖端附近的條件在尖端段也就是說最外面95%100%葉片處的翼型主要根據(jù)能使葉片平穩(wěn)地停止并且仍然保持該段噪聲低且盡可能高效來決定。尖端段的形狀很重要，因?yàn)槿绻谠O(shè)計(jì)尖端段過程中未適當(dāng)考慮噪聲問題，則尖端渦流產(chǎn)生的噪聲可能很明顯。疲勞載荷和極限載荷風(fēng)輪機(jī)的設(shè)計(jì)中一個(gè)重要問題是對疲勞損傷的抵抗力。一般，疲勞由弦尺寸引起，即弦越大則葉片上的疲勞載荷越高。另外，如果葉片失速，則所產(chǎn)生的振動(dòng)也增加疲勞損傷。因此，本發(fā)明的一個(gè)相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)是，盡管葉片在較高的設(shè)計(jì)迎角OCd下運(yùn)行，但改善了葉片的疲勞特性。風(fēng)速在70m/s以內(nèi)的極端陣風(fēng)在風(fēng)輪機(jī)上產(chǎn)生極限載荷。在極端風(fēng)速期間，風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)子惰轉(zhuǎn)，即緩慢旋轉(zhuǎn)或停止轉(zhuǎn)動(dòng)，其中葉片處于停止位置且不生產(chǎn)電力。極限載荷由弦尺寸引起，即弦越大則極限載荷越高。因此，本發(fā)明的另一個(gè)相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)是減小了極限載荷。具有低實(shí)度和高Ct,的風(fēng)輪機(jī)葉片隨著風(fēng)輪機(jī)和風(fēng)輪機(jī)葉片的尺寸的增加，在葉片中需要輕而剛性的材料，以便減輕葉片重量，并同時(shí)保持足以防止葉片在陣風(fēng)期間撞擊塔架的剛度。另外，對細(xì)長葉片的使用增加了對高強(qiáng)度材料的需求，因?yàn)槿~片的弦和厚度二者在不同橫截面中必須保持低于某一數(shù)值?，F(xiàn)已證明，碳纖維有助于這些性能。葉片中所需碳纖維的量隨葉片長度的增加而增加。對于細(xì)長葉片來說，大于30m才開始需要碳纖維。因此，使用大于30m的細(xì)長葉片和使用碳纖維之間有密切關(guān)系。感應(yīng)(induction)a是通過風(fēng)輪機(jī)的風(fēng)的速度減小的量度。通常，最佳運(yùn)行時(shí)的感應(yīng)約為0.33。翼型的感應(yīng)隨翼型的弦尺寸c和升力系數(shù)d的增加而增加。因此，CL，d的增加允許相應(yīng)減少弦尺寸，并因此使葉片的實(shí)度較低?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，Ct，d增加和實(shí)度減少的適當(dāng)組合可針對基本相同的電力生產(chǎn)減小疲勞載荷和極限載荷。載荷減小使得能在風(fēng)輪機(jī)中使用更廉價(jià)的元件，并因此總體改善了風(fēng)輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。極限載荷特別是疲勞載荷可以通過使用在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周期間單獨(dú)俯仰每個(gè)葉片俯仰的調(diào)整策略來減小。單獨(dú)俯仰控制的主要目的是減小在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周期間的迎角的波動(dòng)和/或周期性振動(dòng)，并由此減少載荷變動(dòng)。迎角的波動(dòng)和周期性振動(dòng)可能由正和/或負(fù)風(fēng)剪力、偏航誤差、各風(fēng)輪機(jī)處于彼此的尾流或半尾流中、轉(zhuǎn)子平面中的局部湍動(dòng)氣泡等引起。作為示例，正的迎角。這是由于這種情況下的風(fēng)速在轉(zhuǎn)子平面的頂部處比在底部處高。通過在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周期間引入周期循環(huán)的俯仰角變動(dòng)，可除去由正風(fēng)剪力引起的載荷變動(dòng)。單獨(dú)的俯仰控制只在保持葉片遠(yuǎn)離失速區(qū)一即在圖4的CL(oc)曲線的線性部分中運(yùn)行一時(shí)有效。發(fā)明人已認(rèn)識到，高升力剖面、遠(yuǎn)離失速運(yùn)行以及使用單獨(dú)俯仰控制的組合會(huì)令人吃驚地大大減小載荷，尤其是在疲勞載荷方面。載荷減小提高了葉片的設(shè)計(jì)自由度并且總體提高了風(fēng)輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。且意外地發(fā)現(xiàn)，對于低實(shí)度和高升力相結(jié)合的葉片來說，可在不顯著減小風(fēng)輪機(jī)葉片年產(chǎn)量(年發(fā)電量)的情況下提高對于疲勞載荷和極限載荷的耐受性。噪聲通常，盡可能地減少來自風(fēng)輪機(jī)的噪聲是很重要的，因?yàn)轱L(fēng)輪機(jī)附近的居民可能會(huì)被噪聲打擾。在許多風(fēng)場，對風(fēng)輪機(jī)所產(chǎn)生的最大噪聲級有具體的要求。有時(shí)對白天和夜晚中不同時(shí)段的最大噪聲級有不同的要求。仰調(diào)整式風(fēng)輪機(jī)的噪聲級。當(dāng)轉(zhuǎn)子速度下降時(shí)，迎角必須增加，以實(shí)現(xiàn)恒定的電力生產(chǎn)。這導(dǎo)致運(yùn)行更接近失速，而這一般是不希望的?，F(xiàn)已令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，通過使用具有高Cl目x的剖面，可在只較小地減少電力生產(chǎn)的情況下顯著地降低風(fēng)輪機(jī)的噪聲。另外，這可以在不像常規(guī)葉片那樣接近失速的情況下實(shí)現(xiàn)。表l示出在8m/s的平均風(fēng)速下分別適用于高升力剖面葉片和標(biāo)準(zhǔn)剖面葉片的不同最大聲能級的年產(chǎn)量的百分率差。方式0對應(yīng)于基于最大電力生產(chǎn)的運(yùn)行。方式3和方式5對應(yīng)于在為減少噪聲級而減少轉(zhuǎn)子速度的情況下運(yùn)行?？梢钥闯觯绞?產(chǎn)生的最大聲能級為105dB(A),而方式3和方式5分別對應(yīng)于103dB(A)和100dB(A)的最大聲能級。表l.在不同的聲能級下年產(chǎn)量的差別<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>將表1的結(jié)果進(jìn)行比較，很顯然，在降噪(噪聲減少)運(yùn)行方式中，對于相同的聲能級來說，具有較高升力剖面的風(fēng)輪機(jī)產(chǎn)生的電力較多。對于表l中的例子，標(biāo)準(zhǔn)剖面的葉片與具有高升力剖面的葉片相比，年產(chǎn)量減少約50。/。以上。計(jì)算機(jī)模型化表明，通常標(biāo)準(zhǔn)剖面葉片的年產(chǎn)量比按照本發(fā)明的高升力剖面的葉片降低約25%-75%以上。如上所述具有低實(shí)度的高升力剖面尤其有利，因?yàn)樗鼈儗⒔翟脒\(yùn)行與高疲勞性能相結(jié)合，并因此可用于更靈活的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。降噪運(yùn)行包括降低轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度和調(diào)節(jié)俯仰角，以使年產(chǎn)量的下降減至最少。對于高升力剖面葉片來說，這可比標(biāo)準(zhǔn)剖面葉片更有效。應(yīng)該看到，按照本發(fā)明的葉片也可以適用于失速調(diào)節(jié)式風(fēng)輪機(jī)。具有較好的耐久性，示例例Al本發(fā)明所涉及的風(fēng)輪機(jī)葉片可通過本領(lǐng)域公知的常規(guī)方法制造。然而，有利的是，葉片包括碳纖維基增強(qiáng)材料，優(yōu)選將碳纖維作為擠壓或皮帶壓緊固化的構(gòu)件加到葉片中，因?yàn)檫@支持通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的較多的風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)自由度，從而可得到甚至更好的葉片。例A2在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，一種可以通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，例如三個(gè)長約50米的葉片。對于葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的30-卯y。(葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30-90%)的至少50半徑％的葉片來說，葉片的組合半徑比實(shí)度是下面情況之間的線性插值在葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的30%處，Solr=0.035，在葉片半徑r二轉(zhuǎn)子半徑R的50%處，Solr=0.025，在葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的70%處，Solr=0.018，在葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的卯％處，Solr=0.011。在圖7中，上面的逐段線性線相應(yīng)于這種線性插值。換句話說，如果將按照本實(shí)施例的風(fēng)輪機(jī)葉片的葉片組合半徑比實(shí)度標(biāo)繪在圖7的曲線上，則與按照本實(shí)施例的風(fēng)輪機(jī)相對應(yīng)的曲線將處于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑的％的至少一半間隔中下面曲線的下方。與按照本實(shí)施例的風(fēng)輪機(jī)相對應(yīng)的關(guān)系曲線圖部分一即在圖7的線的下方的部分一可由多個(gè)段形成，所述多個(gè)段通過圖7的線上方的各段形成。因?yàn)橛欣鼐哂形挥趫D7的線下方的較大片斷，所以該實(shí)施例的優(yōu)選變型是葉片半徑F轉(zhuǎn)子半徑R的30-90%的葉片的至少75半徑°/。，甚至更優(yōu)選葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的30-卯％的葉片的至少95半徑％。例Bl按照本發(fā)明，提供了一種可通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)具有長度大于30米的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)葉片。對于葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑的70%的葉片來說，葉片具有的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.018。對于葉片的至少80半徑％,Re-1.5xl(^時(shí)的最大升力系數(shù)為CLmax>1.45，此處Cunax適用于通過光滑剖面表面的兩維流。例B2在例Bl所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型中，提供了一種可通過俯仰調(diào)整和可變的轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)具有兩或三個(gè)長度大于30米的葉片。對于葉片半徑F轉(zhuǎn)子半徑R的70%的葉片來說，該葉片的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.018。對于葉片的至少80半徑％，Re-3.0xl(^時(shí)的最大升力系數(shù)為CLmax>1.5,此處Cunax適合于通過光滑剖面表面的兩維流。例B3在例Bl所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型中，提供了一種可通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)具有兩或三個(gè)長度大于30米的葉片。對于葉片半徑F轉(zhuǎn)子半徑R的70%的葉片來說，該葉片的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.018。對于葉片的至少80半徑％，Re=5.0x106時(shí)的最大升力系數(shù)為CLmax>1.6，此處CLmax適用于通過光滑剖面表面的兩維流。例B4在例Bl所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型中，葉片的至少80半徑％在Re=7.0x106時(shí)具有的最大升力系數(shù)為CLmax>1.65,此處Q^ax適合于通過光滑剖面表面的兩維流。例B5在例Bl所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型中，葉片的至少80半徑％在Re=9.0x106時(shí)具有的最大升力系數(shù)為CLmax>1.68，此處CL則x適用于通過光滑剖面表面的兩維流。例B6在例Bl所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型中，葉片的至少80半徑％在Re-ll.O乂106時(shí)具有的最大升力系數(shù)為CLmax>1.7，此處CLmax適用于通過光滑剖面表面的兩維流。例B7例Bl-B6所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型包括例Bl-B6中的一個(gè)或多個(gè)最大升力系數(shù)要求，因此，葉片的至少80半徑％具有-最大升力系數(shù)(^^>1.45，其中Re=1.5x106，和/或畫最大升力系數(shù)CLmax>1.5，其中Re=3.0x106,和/或誦最大升力系數(shù)CLmax>1.6，其中Re=5,0x106,和/或-最大升力系數(shù)CLmax>1.65，其中Re=7.0x106，和/或國最大升力系數(shù)CL咖x〉1.68,其中Re=9.0x106，和/或-最大升力系數(shù)CLmax>1.7，其中Re-11.0x106，此處CLmax適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。例B8在例B7所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型中，葉片的至少卯半徑。/。具有按照例B了所述的最大升力。若有^f艮大一部分葉片具有高升力剖面，則增加了高升力剖面的優(yōu)點(diǎn)，即提高了降噪性能。例B9例Bl-B8所述風(fēng)輪機(jī)的一種變型包括例Bl-B6中的一個(gè)或多個(gè)最大升力系數(shù)要求，因此葉片的至少80半徑％并優(yōu)選90半徑％具有-最大升力系數(shù)Cl腦一1.5，其中Re=1.5x106，和/或-最大升力系數(shù)Ci^a,1.58，其中Re=3.0xl06，和/或-最大升力系數(shù)CLmax〉1.64，其中Re=5.0xl06,和/或-最大升力系數(shù)CLmax>1.68，其中Re=7.0x106,和/或-最大升力系數(shù)(^^>1.71,其中Re二9.0x;i06,和/或-最大升力系數(shù)CLmax>1.73，其中Re=11.0x106,此處CLmax適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。例BIO在例Bl-B9所述風(fēng)輪機(jī)的一種優(yōu)選變型中，對于葉片半徑^轉(zhuǎn)子半徑R的70。/。的葉片，該葉片具有的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.016。較低的實(shí)度增加了疲勞耐力。例C在B組例的風(fēng)輪機(jī)的變型中，其中提供最大升力要求的半徑范圍對應(yīng)于厚度與弦的比值為tA^24。/。至t/c>15%，但葉片半徑1>>轉(zhuǎn)子半徑R的96%所對應(yīng)的葉片尖端除外。在該風(fēng)輪機(jī)的一種變型中，半徑范圍對應(yīng)于t/c〈27。/。至t/c>15%,其中限制條件為r<R的96%。例Dl按照本發(fā)明，提供了一種可通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片。對于葉片半徑F轉(zhuǎn)子半徑R的50%的葉片來說，該葉片具有的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.025。對于葉片的至少80半徑％，優(yōu)選至少卯半徑％，最大升力滿足下列要求中的一個(gè)或多個(gè)誦最大升力系數(shù)CL則x〉1.5，其中Re=1.5x106，和/或畫最大升力系數(shù)CLmax>1.58，其中Re=3.0x106，和/或-最大升力系數(shù)CLma^1.64，其中Re=5.0xl06,和/或國最大升力系數(shù)CLmax〉1.68，其中Re=7.0xio6，和/或-最大升力系數(shù)(^^>1.71，其中Re=9.0xl06，和/或國最大升力系數(shù)CLmax〉1.73,其中Re=11.0xio6,此處C^ax適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。例D2在例Dl的風(fēng)輪機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例中，在葉片半徑p50。/。時(shí)Solr<0.023;更優(yōu)選在葉片半徑^50%時(shí)Solr<0.022。在一種優(yōu)選實(shí)施例中，在r為R的50%時(shí)葉片的組合半徑比實(shí)度為0.0225,對于葉片的85%,Re=1.5x106時(shí)CLmax=1.51-1.60。例D3按照本發(fā)明，提供一種可通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片。對于葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的90。/。來說，葉片具有的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.011。對于葉片的至少80半徑％并優(yōu)選至少90半徑％來說，最大升力滿足下列要求中的一個(gè)或多個(gè)-最大升力系數(shù)CLmax>1.45，其中Re=1.5xio6，和/或-最大升力系數(shù)CLmax>1.5，其中Re=3.0x106，和/或國最大升力系數(shù)CLmax>1.6,其中Re=5.0x106，和/或國最大升力系數(shù)CLmax>1.65，其中Re=7.0x106，和/或-最大升力系數(shù)<^^>1.68,其中Re=9.0x106,和/或畫最大升力系數(shù)CLmax>1.7，其中Re=11.0x106，此處CLmax適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。例D4在例Dl的風(fēng)輪機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例中，對于葉片半徑r=90%,Solr<0.010。在一個(gè)實(shí)施例中，在r-R的90。/o時(shí)葉片的組合半徑比實(shí)度為0.009，而對于葉片的85°/。，Re=1.5x106時(shí)，CLmax=1.45-1.50。例D5按照本發(fā)明，提供一種可通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片。對于葉片半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的30。/。來說，葉片具有的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.035。對于葉片的至少80半徑％并優(yōu)選葉片的至少卯半徑％來說，最大升力滿足下列要求中的一個(gè)或多個(gè)-最大升力系數(shù)CLmax>1.45，其中Re=1.5x106,和/或-最大升力系數(shù)<^^>1.5，其中Re=3.0xio6,和/或-最大升力系數(shù)0^,>1.6，其中Re=5.0x106,和/或-最大升力系數(shù)(^^>1.65,其中Re=7.0xio6，和/或-最大升力系數(shù)CLmax>1.68,其中Re=9.0x106，和/或畫最大升力系數(shù)CLmax>1.7,其中Re=11.0x106，此處Cunax可適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。在一個(gè)實(shí)施例中，在^R的30。/o時(shí)葉片的組合半徑比實(shí)度為0.034，而對于葉片的80%,在Re=1.5x106時(shí)，CLmax=1.45-1.50。例D6在例Dl的風(fēng)輪機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例中，對于葉片半徑r=30%，Solr<0.034。例D7在例Dl-D6的風(fēng)輪機(jī)的優(yōu)選實(shí)施例中，風(fēng)輪機(jī)葉片還滿足與例B、C及另外D的其中一個(gè)或多個(gè)相對應(yīng)的要求。例E在本發(fā)明的一個(gè)方面，與上述例子之一相對應(yīng)的風(fēng)輪機(jī)的組合半徑比實(shí)度在葉片的相當(dāng)大縱向部分上基本線性地減少?；揪€性是指組合半徑比實(shí)度以小于半徑比實(shí)度的2。/。并優(yōu)選小于半徑比實(shí)度的1%的線性度得到。在一個(gè)實(shí)施例中，組合半徑比實(shí)度在半徑r-轉(zhuǎn)子半徑R的60%至r=R的80%之間基本線性地減少。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，基本線性地減少是從約r=R的50%至約r=R的卯％。在一特別優(yōu)選的實(shí)施例中，基本線性地減少是從約r=R的40%至約r=R的90%?；揪€性地減少的有利之處使得設(shè)計(jì)和增強(qiáng)材料的布置簡單化，因?yàn)檫@種葉片的動(dòng)量通常也線性變動(dòng)。例F按照本發(fā)明，提供了一種可通過俯仰調(diào)整和可變的轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片。對于除了r>R的96%的尖端部分之外對應(yīng)于厚度與弦之比為tAK21。/。的半徑范圍的葉片外面部分，在對應(yīng)于通過光滑剖面表面的兩維流的Re=3.0-llxl06T，葉片具有的設(shè)計(jì)升力值為CM>1.3，優(yōu)選為CL,d>1.4。在這種風(fēng)輪^L葉片的各種優(yōu)選方案中，上述"^殳計(jì)升力值擴(kuò)大到葉片的更大部分，即除了與r>R的96%對應(yīng)的尖端部分以外的t/c<24%。例G按照本發(fā)明，提供了一種可通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。該風(fēng)輪機(jī)有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片。對于葉片半徑r=R的50%至r=R的80%的范圍內(nèi)的葉片的至少卯％，在對應(yīng)于通過光滑剖面表面的兩維流的Re=3.0-llxl06T,設(shè)計(jì)升力值為0^>1.3,優(yōu)選地為CL,d>1.4。在這種風(fēng)輪機(jī)葉片的各種優(yōu)選方案中，上述設(shè)計(jì)升力值擴(kuò)大到葉片的較大部分，即葉片半徑r=R的30%至r=R的90%的葉片的至少90%?？梢钥闯觯疚乃龅谋景l(fā)明實(shí)施例或例子的單個(gè)部件或多個(gè)部件的組合及其各種變動(dòng)都可與本文所述的另一些實(shí)施的部件組合或可與它們交換，除非該技術(shù)的技術(shù)人員直接意識到所產(chǎn)生的實(shí)施例實(shí)際上不可行。權(quán)利要求1.一種能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的70％來說，葉片的組合半徑比實(shí)度為Solr＜0.018，優(yōu)選為Solr＜0.016。2.可選地按照權(quán)利要求1所述的能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的50%來說，葉片的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.025，優(yōu)選Solr0.023,更優(yōu)選Solr<0.022。3.可選地按照權(quán)利要求1或2所述的能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的卯％來說，葉片的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.011，優(yōu)選Solr<0.010。4.可選地按照權(quán)利要求l-3之一所述的能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪4幾，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30%來說，葉片的組合半徑比實(shí)度為Solr<0.035，優(yōu)選Solr〈0.034。5.可選地按照權(quán)利要求l-4之一所述的能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30-90。/。的葉片的至少50半徑％來說，優(yōu)選對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30-90%的葉片的至少75半徑％來說，更優(yōu)選對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30-90%的葉片的至少95半徑％來說，組合半徑比實(shí)度在下述情況之間的線性插值下在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30%處，Solr=0.035，在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的50%處，Sol產(chǎn)0.025，在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的70%處，Solr=0.018，在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的90。/o處，Sol產(chǎn)O.Oll。6.可選地按照權(quán)利要求l-4之一所述的能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30-90%的葉片的至少50半徑％來說，優(yōu)選對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30-卯％的葉片的至少75半徑％來說，更優(yōu)選對于葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30-卯％的葉片的至少95半徑％來說，組合半徑比實(shí)度在下述情況之間的線性插值下在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的30%處，Solr=0.034，在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的50。/o處，Solr=0.022，在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的70。/o處，Sol產(chǎn)0.016，在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的90。/o處，Sol產(chǎn)O.OlO。7.按照權(quán)利要求l-4之一所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，-對于Re^.5xl06，最大升力系數(shù)Ci^—1.45，和/或畫對于Re=3.0X106，最大升力系數(shù)CLmax〉1.5，和/或-對于Re二5.0xl06，最大升力系數(shù)CLma^1.6,和/或國對于Re:7.0xl06,最大升力系數(shù)CL啦—1.65，和/或-對于Re-9.0xi06，最大升力系數(shù)CLmax〉1.68，和/或-對于Re^l.0xl06,最大升力系數(shù)Cunax〉1.7，此處對于葉片的至少80半徑°/。，優(yōu)選對于葉片的至少卯半徑。/o,CLmax適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。8.按照權(quán)利要求7所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，-對于Re^.5xl06，最大升力系數(shù)Ctma^1.5，和/或-對于Re-3.0xi06，最大升力系數(shù)CLmax〉1.58,和/或畫對于Re=5.0x106，最大升力系數(shù)CLma^1.64,和/或-對于Re-7.0xl06，最大升力系數(shù)CLma,1.68,和/或畫對于Re二9.0xl06，最大升力系數(shù)CLmax〉1.71，和/或畫對于Re^ll.Oxl06,最大升力系數(shù)CLmax〉1.73,此處對于葉片的至少80半徑％，優(yōu)選對于葉片的至少90半徑o/o,CLm^適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。9.按照權(quán)利要求l-8之一所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，-對于Re=1.5X106,最大升力系數(shù)CLmax〉1.45，和/或誦對于Re=3.0X106,最大升力系數(shù)CLmax〉1.5,和/或-對于Re-5.0xl06，最大升力系數(shù)CLma一1.6，和/或-對于Re-7.0xl06,最大升力系數(shù)CLmax〉1.65，和/或誦對于Re=9.0x106，最大升力系數(shù)CL咖x〉1.68，和/或國對于Re=11.0x106，最大升力系數(shù)CLmax〉1.7，此處對于以r<R的96%為條件與t/c〈24。/。至t/Ol5。/。相對應(yīng)的半徑范圍內(nèi)的剖面，優(yōu)選對于以r<R的96%為條件與t/c〈27。/。至t/Ol5。/。相對應(yīng)的半徑范圍內(nèi)的剖面來說，Cuax適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。10.按照權(quán)利要求9所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，-對于Re^.5xl06，最大升力系數(shù)CLma一1.5，和/或畫對于Re=3.0x106，最大升力系數(shù)CLmax〉1.58，和/或隱對于Re=5.0x106,最大升力系數(shù)CLmax>1.64,和/或-對于Re-7.0xl06，最大升力系數(shù)CLmax〉1.68，和/或畫對于Re二9.0xl06，最大升力系數(shù)CLmax〉1.71，和/或-對于Re^l.0xl06,最大升力系數(shù)CLmax〉1.73，此處對于以r<R的96%為條件與t/c〈24V。至t/Ol5。/。相對應(yīng)的半徑范圍內(nèi)的剖面，優(yōu)選對于以r<R的96%為條件與t/c〈27。/。至t/Ol5。/o相對應(yīng)的半徑范圍內(nèi)的剖面來說，CLmax適用于通過光滑的剖面表面的兩維流。11.按照權(quán)利要求1-10之一所述的風(fēng)輪機(jī)，其特征在于，組合半徑比實(shí)度在葉片半徑r為轉(zhuǎn)子半徑R的60°/。至r為R的80%之間，優(yōu)選從r為R的50%至r為R的卯％,更優(yōu)選從r為R的40%至r為R的卯％基本線性地減小。12.風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)可選地按照權(quán)利要求1-11之一所述并能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中對于與通過光滑剖面表面的兩維流相對應(yīng)的Re=3.0-llx106,以及對于以r>R的96%為條件的t/c〈21。/。優(yōu)選t/c〈24。/。來說，CL，d>1.3。13.按照權(quán)利要求12所述并且能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中對于與通過光滑剖面表面的兩維流相對應(yīng)的Re=3.0-llx106,以及對于以r>R的96%為條件的t/c〈21。/。優(yōu)選t/c〈24。/。來說，CL,d>1.4。14.風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)可選地按照4又利要求1-13之一所述并能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，對于與通過光滑剖面表面的兩維流相對應(yīng)的Re=3.0-llx106，以及對于在葉片半徑r為R的5(T/o至r為R的80%的范圍內(nèi)的葉片的至少90%,并優(yōu)選對于在葉片半徑r為R的30%至r為R的卯％的范圍內(nèi)的葉片的至少卯％來說，CL，d>1.3。15.按照權(quán)利要求14所述并能通過俯仰調(diào)整和可變轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)具有至少一個(gè)長度大于30米的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，對于與通過光滑剖面表面的兩維流相對應(yīng)的Re=3.0-llx106，以及對于在葉片半徑r為R的5(T/o至r為R的80%的范圍內(nèi)的葉片的至少90%,并優(yōu)選對于在葉片半徑r為R的30%至r為R的卯％的范圍內(nèi)的葉片的至少卯％來說，CL,d>1.4。16.風(fēng)輪機(jī)葉片，該風(fēng)輪機(jī)葉片用于按照權(quán)利要求1-15之一所述的風(fēng)輪機(jī)。17.按照權(quán)利要求16所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其特征在于，所述風(fēng)輪機(jī)葉片包括碳纖維。18.按照權(quán)利要求17所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其特征在于，碳纖維是風(fēng)輪機(jī)葉片的至少一段中的主要增強(qiáng)纖維。19.按照權(quán)利要求17所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其特征在于，碳纖維作為擠壓或者皮帶壓緊固化的構(gòu)件提供。20.按照權(quán)利要求16-19之一所述的風(fēng)輪機(jī)葉片的使用，其用于能通過單獨(dú)俯仰控制運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。21.按照權(quán)利要求16-19之一所述的風(fēng)輪機(jī)葉片的使用，其用于能通過遠(yuǎn)離失速條件的單獨(dú)俯仰控制運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。22.按照權(quán)利要求20或21所述的使用，其特征在于，單獨(dú)俯仰控制包括循環(huán)俯仰角變動(dòng)，優(yōu)選具有與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周相對應(yīng)的周期。23.按照權(quán)利要求16-19之一所述的風(fēng)輪機(jī)葉片的使用，其用于能通過失速調(diào)整運(yùn)行的風(fēng)輪機(jī)。24.按照權(quán)利要求1-15之一所述的風(fēng)輪機(jī)的使用，其用于降噪運(yùn)行，其中降低旋轉(zhuǎn)速度并且調(diào)節(jié)俯仰角，以使年產(chǎn)量的減少降至最低。25.按照權(quán)利要求1-15之一所述的風(fēng)輪機(jī)在降噪條件下的運(yùn)行方法，包括以下步驟-將旋轉(zhuǎn)速度調(diào)節(jié)到低于標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度，和-調(diào)節(jié)俯仰角以使年產(chǎn)量的減少降至最低。全文摘要本發(fā)明提供了一種風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)包括具有高升力和/或低實(shí)度的風(fēng)輪機(jī)葉片。該葉片用于俯仰調(diào)整式風(fēng)輪機(jī)，該風(fēng)輪機(jī)在可變轉(zhuǎn)子速度下運(yùn)行，并具有長度大于約30米的葉片。葉片例如有利地在于可在相同或接近相同的電力生產(chǎn)量下減少極限載荷和疲勞載荷。文檔編號F03D1/06GK101194102SQ200580049507公開日2008年6月4日申請日期2005年2月22日優(yōu)先權(quán)日2005年2月22日發(fā)明者K·B·戈德斯克,T·S·B·尼爾森申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司