專利名稱：風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片。另夕卜，本發(fā)明還涉及包括轉(zhuǎn)子轂和 風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
當(dāng)前風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的 一個發(fā)展目標(biāo)是將作用在葉片內(nèi)部和渦輪自 身的負(fù)荷減到最小?，F(xiàn)有葉片平面形狀中，為了減小這樣的負(fù)荷，葉片的外 部變得相當(dāng)細(xì)長，從而使得葉片外部產(chǎn)生的負(fù)荷相當(dāng)?shù)汀４送?，為了抑制葉 片上負(fù)荷產(chǎn)生的振蕩，現(xiàn)有技術(shù)中在葉尖附近提供了一種阻尼手段，例如，
液體減震阻尼器(liquid sloshing damper)。例如，在WO00/06898A1或 WO02/084114A1中4皮露了這樣的液體減震阻尼器。在US2007/0041829A1中 披露了機械阻尼器。如果沒有阻尼手段，通常通過在葉片中添加材料來增加 其承載能力，從而減小產(chǎn)生振蕩的負(fù)荷的不利作用。

發(fā)明內(nèi)容
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的就是提供一種改進的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片 和一種改進的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片包括能安裝到轉(zhuǎn)子轂 的根端，位于根端相對位置的尖端，從根端延伸至尖端的前緣和從根端延伸 至尖端的后緣。由從根端直線延伸至尖端的線所限定的展向，垂直于展向并 位于延伸穿過前緣和后緣的平面內(nèi)的弦向。葉片還包括限定為最大弦向跨度 點的肩，和從肩延伸至尖端的翼部，其具有弦向跨度在其展向跨度主要部分 上的負(fù)荷最優(yōu)化分布，其中弦向跨度從肩向尖端處減小。本發(fā)明的風(fēng)力渦輪 轉(zhuǎn)子葉片還包括翼部，其包括一個從尖端之前開始并延伸至或接近尖端的展 向區(qū)間。在所述區(qū)間上，翼部弦向跨度分布與負(fù)荷最優(yōu)化分布背離，從而相 對于弦向跨度的負(fù)荷最優(yōu)化分布而言，其弦向長度得到增加。尤其是，翼部 弦向跨度的分布在展向區(qū)間的至少一部分上保持常量，或者在展向區(qū)間的至
少一部分上甚至向著尖端增加。
相比于弦向的負(fù)荷最優(yōu)化分布，在區(qū)間上增加葉片的弦長改變了葉片尖 端或其附近的空氣動力學(xué)，從而提供葉片尖端區(qū)域的氣動阻尼。因此，在葉 片內(nèi)部沒有采用阻尼手段便減小了負(fù)荷產(chǎn)生的振蕩。同時，本發(fā)明的葉片也 不需附加提高葉片承載能力的強化材料。
本發(fā)明是基于如下觀察
如介紹部分所描述的那樣，現(xiàn)有風(fēng)力渦輪的最優(yōu)化平面形狀中，為了減 小作用在葉片內(nèi)部和渦輪自身的負(fù)荷，葉片外部通常會非常細(xì)長。然而,這 樣的設(shè)計使得葉片外部的氣動阻尼作用減弱，從而導(dǎo)致更高的結(jié)構(gòu)負(fù)荷。因 此，葉片外部具有小弦寬的負(fù)荷最優(yōu)化葉片平面形狀往往不能達(dá)到期望的負(fù) 荷減小值，因為葉片外部無法充分氣動地減弱其運轉(zhuǎn)在湍流區(qū)域時產(chǎn)生的振 動，從而趨于持續(xù)振動，有時隨著時間情況會變得更糟。
相比于現(xiàn)有技術(shù)，即所介紹的用于葉片的阻尼手段，本發(fā)明提供了通過 改變?nèi)~片尖端區(qū)域的平面形狀從而提高了氣動阻尼。雖然本發(fā)明中，轉(zhuǎn)子葉 片尖端區(qū)域更大的弦長將稍微增加葉片此部分的靜態(tài)負(fù)荷，然而所述區(qū)間中 增加的氣動阻尼將作用于整個葉片，足以抵銷所述區(qū)間中少許增加的靜態(tài)負(fù) 荷。最終的結(jié)果就是當(dāng)運轉(zhuǎn)于湍流風(fēng)場時，葉片上的動態(tài)負(fù)荷將得到減小。
在所述尖端區(qū)域之外，風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片具有一個弦長的分布，其使得 負(fù)荷最優(yōu)化，也就是，葉片具有一個形成于所述尖端區(qū)域之外的負(fù)荷最優(yōu)化 平面形狀。
有利地，該展向區(qū)間不從根端測得的轉(zhuǎn)子葉片展向跨度的80%之前開 始。優(yōu)選地，其不從展向跨度的90%之前開始。換句話說，所述區(qū)間僅僅形 成于翼部展向跨度的較小部分。通過這樣的措施，在不增加作用于葉片的靜 態(tài)負(fù)荷超過所必須的情況下將獲得氣動阻尼作用。
當(dāng)所述展向區(qū)間延伸至接近尖端，位于所述區(qū)間和所述尖端之間的翼部 弦向跨度將根據(jù)弦向跨度的負(fù)荷最優(yōu)化分布進行分布。
如果所述展向區(qū)間沒有延伸至尖端，其優(yōu)選地延伸至從根端開始測量的 轉(zhuǎn)子葉片展向跨度的至少95%處。
本發(fā)明的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子轂和本發(fā)明的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子 具有任意數(shù)量的轉(zhuǎn)子葉片，即，至少一個。特別地，現(xiàn)代風(fēng)力渦輪通常具有 三個葉片。
本發(fā)明更多的特征、特性和優(yōu)點將結(jié)合附圖在如下的本發(fā)明具體實施方 式的說明中進行描述。


圖1示出了一個風(fēng)力渦輪。
圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片狀態(tài)。 圖3示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的第 一實施例。 圖4示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的第二實施例。 圖5示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的第三實施例。 圖6示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的第四實施例。 圖7示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的第五實施例。 圖8示出了圖7中轉(zhuǎn)子葉片的細(xì)節(jié)。 圖9示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的第六實施例。
具體實施例方式
圖1中示出了具有本發(fā)明轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪。此風(fēng)力渦輪包括塔l和位于 塔1頂部的轉(zhuǎn)子3。轉(zhuǎn)子3包括安裝在搶(圖中未示出)內(nèi)的轉(zhuǎn)子轂5，艙 位于塔1的頂部并裝載著風(fēng)力渦輪的發(fā)電機。三個轉(zhuǎn)子葉片7從轉(zhuǎn)子轂5處 徑向向外延伸。注意，轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)量可以少于或多于三個，這取決于風(fēng)力 渦輪的設(shè)計。盡管如此，雙葉片的轉(zhuǎn)子，特別是，三葉片的轉(zhuǎn)子都是現(xiàn)有風(fēng) 力渦輪中的常用設(shè)計。
每個轉(zhuǎn)子葉片7都包括具有用于安裝到轉(zhuǎn)子轂5上的根端11的根部9。 示出了各種轉(zhuǎn)子葉片7實施例的圖3-7中，可以最清楚地看到根端11。每個 轉(zhuǎn)子葉片7還包括作為葉片徑向最外部的尖端13。旋轉(zhuǎn)方向R(如圖l所示) 上的前緣就是逆風(fēng)緣17,然而相對緣，或者說后緣就是順風(fēng)緣19。
從根端11的中心延伸至尖端13的虛線15表示轉(zhuǎn)子的徑向方向，稱為"翼 展"15。轉(zhuǎn)子葉片上垂直于翼展15從前緣17到后緣19的延伸距離稱為"弦"。 可以通過沿著翼展15的弦分布來描述轉(zhuǎn)子葉片的平面形狀，即，定義翼展 上每個位置的弦長。這種弦分布中最大弦長處稱為"肩，，，并用數(shù)字21表示。
葉片的翼部從肩21延伸到尖端13。
現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)子葉片107，如圖2所示，沿著翼展115的弦分布，即
弦向跨度的分布，為弦長從肩121向尖端113連續(xù)減小，從而形成轉(zhuǎn)子葉片 的負(fù)荷最優(yōu)化平面形狀。注意，涉及現(xiàn)有技術(shù)葉片107中各特征的參考數(shù)字 是相對于本發(fā)明的參考數(shù)字增加100。
相對于現(xiàn)有技術(shù)的葉片，本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片弦向跨度的分布在翼部的展向 區(qū)間23處與負(fù)荷最優(yōu)化分布相背離，從而使得區(qū)間23處的弦長與弦向跨度 的負(fù)荷最優(yōu)化分布相比有所增加。區(qū)間23靠近尖端，即，位于/人#>端11量 起葉片展向跨度的80%與尖端13之間，優(yōu)選地，位于葉片展向跨度的90% 與尖端13之間。 一些實施例中，區(qū)間延伸至尖端13,在其它的實施例中， 區(qū)間非完全地延伸至尖端13。然而，優(yōu)選地，區(qū)間延伸至從根端11量起轉(zhuǎn) 子葉片展向跨度的至少95%處。
下面結(jié)合圖3-9，對本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片的各種實施例進行描述。
圖3示出了本發(fā)明轉(zhuǎn)子葉片7的第一實施例，其中區(qū)間23從葉片7展 向跨度的大約95%處一直延伸至尖端13，其中弦分布相比于負(fù)荷最優(yōu)化平 面形狀增加了 100%，也就是說，與如果區(qū)間之外的弦分布繼續(xù)至尖端13相 比，弦分布得到了增加。通過這種方式，尖端13附近的氣動作用區(qū)域擴大， 從而加強了葉片7中的減震阻尼。
圖4示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片7的第二實施例。在這個實施例中， 區(qū)間23的延伸超過了葉片展向跨度的10%，也就是從葉片7展向跨度的90% 延伸至尖端13，即展向跨度的100%處。區(qū)間23處的弦向跨度分布類似于 弧形，即從區(qū)間的起點增加并向區(qū)間23的終點減小。于是增加了尖端13附 近葉片7的氣動作用區(qū)域。類似于第一個實施例，增加的區(qū)域增強了轉(zhuǎn)子葉 片7的氣動減震阻尼。
圖5示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片7的第三實施例。類似于第二實施 例，區(qū)間23從葉片7展向跨度的卯％處延伸至展向跨度的100%處，即尖端 13。區(qū)間23處弦向^爭度的分布為，向著尖端13方向，弦長再度增加。相比 于負(fù)荷最優(yōu)化弦分布，這樣的增加同樣擴大了氣動作用區(qū)域，但比第二實施 例的程度小。然而，如圖5所示，微小的增加，使得氣動作用區(qū)域靠近到尖 端13處并增強了風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片7的氣動減震阻尼。然而，由于與負(fù)荷 最優(yōu)化平面形狀的背離不及第二實施例明顯，因此這樣的背離所引起的靜態(tài) 負(fù)荷也就同樣小于第二實施例。
圖6示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片7的第四實施例。在這個實施例中，
區(qū)間23從葉片展向跨度的卯％延伸至95°/。。區(qū)間23處弦向跨度的分布設(shè)計 成，弦長相比于負(fù)荷最優(yōu)化弦長分布增加了-50%。在區(qū)間末端和轉(zhuǎn)子葉片7 的尖端13之間，弦分布又回到了負(fù)荷最優(yōu)化平面形狀的弦分布。
圖7示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片7的第五實施例。在這個實施例中， 區(qū)間23從轉(zhuǎn)子葉片7展向^爭度的95%延伸至100%,即至尖端13處。在區(qū) 間上，弦向跨度的分布為，葉片7的弦長保持常量貫穿區(qū)間，除了葉片的最 尖端可能例外。圖8示出了本實施例中區(qū)間23以及尖端13的放大。注意， 為了更加清楚，圖8對區(qū)間23之前弦長的減小進行了放大。
圖9示出了本發(fā)明風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片7的第六實施例。這個實施例非常 類似于圖7中的實施例，其不同僅在于弦向跨度的分布在區(qū)間上不是常量， 而是向著尖端13方向輕微地減小著。然而，其減小幅度小于區(qū)間23之間弦 長的減小幅度，也就是說小于負(fù)荷最優(yōu)化平面形狀。如圖9所示，為了更清 楚，對區(qū)間23之外的弦長的減小進行了放大。圖9中的實施例是所有所示 的實施例中由于與負(fù)荷最優(yōu)化平面形狀背離而引起的靜態(tài)負(fù)荷增加得最少 的實施例。
通過這些實施例，描述了本發(fā)明的多個風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片，它們具有不 同程度阻尼的增加和靜態(tài)負(fù)荷的增加。實際用于個別的風(fēng)力渦輪的平面形狀 取決于各種情況，例如，風(fēng)力渦輪處預(yù)期的湍流度或轉(zhuǎn)子直徑?？偟膩碇v， 所選的平面形狀是局部增加的靜態(tài)負(fù)荷與整體增加的阻尼之間的折中，并從 而總體上減小動態(tài)負(fù)荷。
雖然所述的實施例;波此之間明顯不同，所有的實施例都具有一個共同 點，就是相比于區(qū)間以外翼部前緣和后緣上形成的平滑、線性或非線性延伸 的弦向跨度，即相對于圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)中葉片107的負(fù)荷最優(yōu)化平面形 狀，葉片弦向跨度在區(qū)間23上得到了增加。
權(quán)利要求
1、一種風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7)，包括-能安裝到轉(zhuǎn)子轂(5)上的根端(11)，-位于根端(11)相對位置的尖端(13)，-從根端(11)延伸至尖端(13)的前緣(17)，-從根端(11)延伸至尖端(13)的后緣(19)，-由從根端(11)直線延伸至尖端(13)的線所限定的展向(15)，-垂直于展向(15)并位于延伸穿過前緣(17)和后緣(19)的平面內(nèi)的弦向，-限定為最大弦向跨度位置的肩(21)，和-從肩(21)延伸至尖端(13)的翼部，其具有弦向跨度在其展向跨度主要部分上的負(fù)荷最優(yōu)化分布，其中弦向跨度從肩(21)向尖端(13)處減小，其特征在于，翼部包括一個從尖端(13)之前開始并延伸至或接近尖端(13)的展向區(qū)間(23)，其中翼部弦向跨度分布與負(fù)荷最優(yōu)化分布背離，從而與弦向跨度的負(fù)荷最優(yōu)化分布相比，其弦向跨度得到增加。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7)，其特征在于展向區(qū) 間(23)開始于從根端(11)測量起轉(zhuǎn)子葉片(7)展向跨度的80%處或之 后。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7),其特征在于展向區(qū) 間(23)開始于從根端(11)測量起轉(zhuǎn)子葉片(7)展向跨度的90%處或之 后。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7)，其特征 在于翼部弦向跨度的分布在所述展向區(qū)間(23)的至少一部分上向著尖端(13)增加。
5、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7)，其特征 在于翼部弦向跨度的分布在所述展向區(qū)間(23)的至少一部分上保持常量。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7)，其特征 在于， -所述展向區(qū)間(23)延伸至尖端(13)附近，和-位于區(qū)間(23)和尖端(13)之間的翼部弦向跨度分布根據(jù)弦向跨度 的負(fù)荷最優(yōu)化分布進行。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7),其特征在于所述區(qū) 間(23 )延伸至從根端(11 )測量起轉(zhuǎn)子葉片(7 )展向跨度的至少95%處。
8、 一種風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子(3),包括轉(zhuǎn)子轂(5)和前述權(quán)利要求中任一項 所述的風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(7)。
全文摘要
一種風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子，該葉片包括能安裝到轉(zhuǎn)子轂上的根端，位于根端相對位置的尖端，從根端延伸至尖端的前緣，從根端延伸至尖端的后緣，由從根端直線延伸至尖端的線所限定的展向，垂直于展向并位于延伸穿過前緣和后緣的平面內(nèi)的弦向，限定為最大弦向跨度位置的肩，和從肩延伸至尖端的翼部，其具有弦向跨度在其展向跨度主要部分上的負(fù)荷最優(yōu)化分布，其中弦向跨度從肩向尖端處減小，翼部包括一個從尖端之前開始并延伸至或接近尖端的展向區(qū)間，在其中翼部弦向跨度分布與負(fù)荷最優(yōu)化分布背離，從而與弦向跨度的負(fù)荷最優(yōu)化分布相比，其弦向跨度得到增加。
文檔編號F03D1/06GK101387262SQ200810168669
公開日2009年3月18日 申請日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月20日
發(fā)明者佩德·B·埃尼沃爾德森, 索倫·約爾特, 魯恩·魯巴克 申請人:西門子公司