具有成形阻流柵欄或偏流器的風力渦輪機葉片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有作為阻流柵欄(stall fence)或偏流器的成形平面構件的風力渦輪機葉片。
【背景技術】
[0002]在風力渦輪機葉片中，氣流的橫向流動有時候從葉片的根端沿著風力渦輪機葉片的縱向長度傳播。這種橫向流動作用成對葉片性能產生不利的沖擊，特別是促進了氣流與葉片表面的分離，從而影響葉片升力。
[0003]已知提供橫向于縱向軸線貫穿風力渦輪機葉片的表面延伸的障礙物或阻流柵欄，以防止這種橫向流動的形成。在美國專利N0.7，585，157中能夠看到這種風力渦輪機葉片的示例。
[0004]盡管這種系統(tǒng)通過在葉片的相鄰部段之間提供障礙物而防止了橫向流動沿著葉片長度傳播，但在風力渦輪機葉片的旋轉期間，在旋轉期間產生的離心力作用成沿著葉片的長度將氣流推向尖端。這導致了在阻流柵欄朝向葉片的后緣的尾流中形成低壓區(qū)域，從而使得流動分離和葉片性能的相應降低。
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種具有突出構件的風力渦輪機葉片，該突出構件提供了優(yōu)于現(xiàn)有的阻流柵欄系統(tǒng)的改進的性能。

【發(fā)明內容】

[0006]因此，提供了一種用于風力渦輪機的轉子的風力渦輪機葉片，該轉子具有大致水平的轉子軸，所述轉子包括:轂部，葉片在安裝于轂部時從轂部大致沿徑向方向延伸，葉片具有帶尖端和根端的縱向方向、以及橫向方向，葉片還包括:
型面輪廓，該型面輪廓包括壓力側和吸入側以及前緣和后緣，具有弦長的弦線在前緣與后緣之間延伸，弦線橫向于所述縱向方向，該型面輪廓在受到入射氣流的沖擊時產生升力，
其中，風力渦輪機還包括設置在所述風力渦輪機葉片的表面上的第一流動引導構件和所述第二流動引導構件，其中所述第一流動引導構件和第二流動引導構件在大致橫向于葉片的縱向方向的方向上延伸，所述第一流動引導構件和第二流動引導構件限定所述前緣與所述后緣之間的流動通道，所述流動通道具有朝向所述前緣定位的第一端和朝向所述后緣定位的第二端，
其中，所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件中的一個的至少一部分以相對于所述弦線在+/_ [15至60]度之間的角度沿著所述葉片的橫向方向延伸，并且
其中，所述流動通道包括朝向所述第二端與所述第一端間隔開的至少一個收緊部，其中在所述至少一個收緊部處所述第一流動引導構件與所述第二流動引導構件之間的距離小于在所述流動通道的第一端處所述第一流動引導構件與所述第二流動引導構件之間的距離， 使得所述第一流動引導構件與所述第二流動引導構件之間的所述流動通道中的從所述第一端到所述第二端的附著流通過所述至少一個收緊部而受到文丘里效應。
[0007]通過提供具有收緊部的流動通道，經(jīng)過該流動通道的氣流將由于收緊部的文丘里效應而被加速。由于文丘里效應，核心流(即，邊界層外的氣流)將加速，這將反過來向邊界層流輸送更多的能量。被激勵的邊界層流具有更大的可能性克服不利的壓力梯度，因此將導致翼面周圍的氣流分離的延遲，從而使得葉片性能提高。與傳統(tǒng)的阻流柵欄類似，會聚式的阻流柵欄將進一步起到限制橫向流動的作用。
[0008]在優(yōu)選實施方式中，所述至少一個收緊部位于所述流動通道的所述第二端處。
[0009]通過在第二端設置收緊部，氣流將在流動通道的整個長度上得到加速。如果流動通道實質上沿著風力渦輪機葉片的整個弦線范圍延伸，那么這將有助于延遲在葉片的整個寬度上的氣流分離。
[0010]作為補充或替代，風力渦輪機葉片的流動通道可以包括位于所述第一端與所述第二端之間的至少一個收緊部。
[0011]通過沿著流動通道的長度的某個位置設置收緊部，能夠在希望確保增加的流速將使與葉片的氣流分離延遲的位置產生文丘里效應。將理解的是，可以沿著流動通道的長度設置多個收緊部。
[0012]在一個實施方式中，風力渦輪機葉片包括位于所述流動通道的所述第一端與所述第二端之間的第一收緊部以及位于所述流動通道的所述第二端處的第二收緊部，
其中，所述第一流動引導構件與所述第二流動引導構件之間的所述流動通道的寬度從所述第一端向所述第一收緊部逐漸變細，并且隨后朝向所述第二端變寬，以提供對所述流動通道中的流動的第一文丘里效應；并且
其中，所述第一流動引導構件與所述第二流動引導構件之間的所述流動通道的寬度隨后朝向所述流動引導通道的第二端處的所述第二收緊部逐漸變細，以提供第二文丘里效應。
[0013]這種構型由于使用了兩個單獨的收緊部而允許葉片周圍的氣流的進一步加速。優(yōu)選地，所述第二收緊部位于距流動通道的所述第二端為所述流動通道的長度的5%的范圍內，但將理解的是，第二收緊部的長度可以根據(jù)所使用的翼面的厚度而變化。由于對于較厚的翼面，流動分離可能發(fā)生在早期，因此較厚的翼面可能需要相對較長的收緊部。
[0014]優(yōu)選地，所述流動通道的所述第一收緊部大致在型面輪廓的具有最大厚度的區(qū)域處位于所述前緣與所述后緣之間。
[0015]通過將所述第一收集部定位在最大翼面厚度位置處或最大翼面厚度位置附近，葉片周圍的流動可以由于該位置處的較高的加速度而被進一步加速。由于氣流分離通常發(fā)生在翼面的最大厚度位置后面，因此，優(yōu)選的是氣流在經(jīng)過翼面的最大厚度部段之后被加速。
[0016]優(yōu)選地，所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件包括相應的流動通道表面；在所述流動通道的兩側，所述第一流動引導構件的流動通道表面面向所述第二流動引導構件的流動通道表面，其中所述流動通道表面中的至少一個的至少一部分是彎曲的。
[0017]通過提供具有彎曲的錐形的表面，能夠提供構件形狀的逐漸變化。因此，流動引導構件能夠成形為減小對整個葉片結構的空氣動力學性能的任何不利影響，并且該曲率的最大厚度能夠定位成滿足或增強期望的空氣動力學性能。
[0018]流動通道表面可以在大致橫向于葉片的縱向方向的方向上沿著流動引導構件的范圍彎曲和/或沿著流動引導構件的高度彎曲。將理解的是，流動通道表面可以包括相對于限定在所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件之間的流動通道的內部的內凹或外凸曲率，優(yōu)選地，所述流動通道表面中的至少一個包括沿著所述流動通道的所述第一端和所述第二端之間的流動引導構件的長度的外凸曲率。作為補充或替代，至少一個流動引導構件的高度可以在大致橫向于葉片的縱向方向的方向上變化，以滿足或增強期望的空氣動力學性能。
[0019]優(yōu)選地，所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件的至少一部分沿朝向所述流動通道的第二端的會聚方向延伸，以形成所述至少一個收緊部，使得所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件之間的所述流動通道中的附著流受到文丘里效應。
[0020]在一個實施方式中，所述流動通道包括大致矩形的橫截面?？商娲?，所述流動通道包括大致梯形的橫截面。將理解的是，所述流動通道優(yōu)選地是開口的流動通道。
[0021]在一個實施方式中，所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件兩者的至少一部分以相對于橫向于所述葉片的縱向方向的弦線成+/- [15至60]度之間的角度延伸。
[0022]可替代地，所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件中的一個以相對于所述弦線成+/_ [15至60]度之間的角度大致沿著所述葉片的橫向方向延伸，其中所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件中的另一個平行于所述弦線/正交于所述葉片的縱向方向沿著所述葉片的橫向方向延伸。
[0023]流動引導構件中的一個通過正交于葉片縱向方向的傳統(tǒng)的橫向阻流柵欄或障礙物形成，而流動引導構件中的另一個與橫向方向成一定角度地布置，從而形成流動通道中的收緊部。
[0024]優(yōu)選地，流動引導構件由從風力渦輪機葉片的表面突出的平面構件、例如阻流柵欄或阻流障礙物形成。流動引導構件可以形成為風力渦輪機葉片本體的整體的一部分，或者可以改裝于已有的風力渦輪機葉片。
[0025]優(yōu)選地，所述流動通道由設置在風力渦輪機葉片的吸入側上的流動引導構件形成。
[0026]優(yōu)選地，所述流動引導構件以大致直線在所述相應的第一端與所述相應的第二端之間延伸。
[0027]優(yōu)選地，所述第一流動引導構件和所述第二流動引導構件位于葉片的內側部上，例如，位于距葉片的根端為葉片的長度的50%的范圍內，優(yōu)選地位于距具有葉片的最大弦長的位置為葉片的長度的20%的范圍內，更優(yōu)選地位于距具有葉片的最大弦長的位置為葉片的長度的10%的范圍內。更優(yōu)選地，流動引導構件可以位于氣流在葉片上分離的任何位置處。
[0028]優(yōu)選地，所述流動通道的所述第一端與所述第二端之間的長度在所述流動通道的位置處的風力渦輪機葉片的弦長的大約50%-100%之間，優(yōu)選地在大約75%-85%之間。
[0029]作為補充或替代，所述流動通道的所述第一端和/或所述第二端附近的流動引導構件的正交高度大約為零，即，流動引導構件與葉片的表面齊平。優(yōu)選地，流動引導構件的高度從所述第一端處的所述零高度逐漸增大至所述第一端與所述第二端之間的第一高度，和/或從所述第一端與所述第二端之間的第一高度逐漸減小至所述第二端處的所述零高度。
[0030]由于流動引導構件可以在第一端和/或第二端處具有零高度，該零高度逐漸變化至流動引導構件的全高度，所以這能夠為流動引導構件提供更平滑的空氣動力學過渡，這不會顯著地影響葉片的空氣動力學性能。
[0031]作為補充或替代，所述流動通道的所述第一端位于葉片的前緣附近，優(yōu)選地在所述流動通道的位置處的風力渦輪機葉片的弦長的大約20%的范圍內，更優(yōu)選地在弦長的大約10%的范圍內。
[0032]作為補充或替代，所述流動通道的所述第二端位于葉片的后緣附近，優(yōu)選地在所述流動通道的位置處的風力渦輪機葉片的弦長的大約20%的范圍內，更優(yōu)選地在弦長的大約10%的范圍內。
[0033]優(yōu)選地，所述流動通道在所述至少一個收緊部處的寬度在所述流動通道在所述第一端處的寬度的大約50%至80%之間。
[0034]在另一個方面，提供了一種用于風力渦輪機的轉子的風力渦輪機葉片，該轉子具有大致水平的轉子軸，所述轉子包括:轂部，葉片在安裝于轂部時從轂部大致沿徑向方向延伸，葉片具有帶尖端和根端的縱向方向