具有渦流發(fā)生器的轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風力渦輪機，并且涉及一種風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片。具體而言，本發(fā)明涉及就空氣動力學和結(jié)構(gòu)方面而言如何能夠改善轉(zhuǎn)子葉片和包括這樣的轉(zhuǎn)子葉片的風力渦輪機的問題。
【背景技術(shù)】
[0002]給飛行器(S卩，飛機)的機翼提供渦流發(fā)生器從飛行器的領(lǐng)域是已知的。渦流發(fā)生器是在特定條件下改進機翼的氣動效率的簡單裝置。渦流發(fā)生器是一種氣動附加裝置，其能夠例如被安裝到已完成的機翼，或其能夠被結(jié)合到新機翼的制造過程中。
[0003]還已知渦流發(fā)生器對風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片而言可具有有益的效果。例如，國際專利申請WO 2006/122547 Al公開了一種風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片，其在轉(zhuǎn)子葉片的背風面?zhèn)?即，吸力側(cè))處具有湍流發(fā)生裝置。
[0004]常規(guī)的渦流發(fā)生器除其他外具有以下技術(shù)效果:由于邊界層的重新供能(re-energizat1n)而延遲了轉(zhuǎn)子葉片上的失速。所述邊界層是與轉(zhuǎn)子葉片的表面相鄰的氣流層。在風力渦輪機的操作期間，失速的延遲是高度有利的，這是由于因此就能夠以較大范圍的攻角來操作風力渦輪機。所述攻角指的是轉(zhuǎn)子葉片的弦線和沖擊轉(zhuǎn)子葉片的進入氣流的方向之間的角度。
[0005]常規(guī)的渦流發(fā)生器的另一技術(shù)效果是增加轉(zhuǎn)子葉片的升力。如果例如由于轉(zhuǎn)子葉片的污染，轉(zhuǎn)子葉片的升力系數(shù)已經(jīng)降低，則這可能是特別有利的。轉(zhuǎn)子葉片的升力系數(shù)表征當氣流以一定的攻角沖擊所述轉(zhuǎn)子葉片時能夠產(chǎn)生的升力。在其他參數(shù)之中，所述升力系數(shù)一般取決于轉(zhuǎn)子葉片是潔凈的還是污染的。轉(zhuǎn)子葉片的污染指的是可由蟲子、昆蟲、灰塵等造成的粗糙表面。污染經(jīng)常發(fā)生在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處。概括地說，在污染的轉(zhuǎn)子葉片的情況下，升力系數(shù)的增加通常被視為對所有相關(guān)的攻角有利。
[0006]然而，升力系數(shù)的增加也可能是不利的，如果它使轉(zhuǎn)子葉片的最大升力朝向高于沒有渦流發(fā)生器的轉(zhuǎn)子葉片的最大升力的值增大。例如，對設(shè)置渦流發(fā)生器增大最大升力的潔凈的轉(zhuǎn)子葉片而言就是這種情況。在這種背景下，最大升力的增加通常被視為是不利的，因為轉(zhuǎn)子葉片的載荷增加，并且因此，可能必須復查對轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的要求。
[0007]因此，將需要提供一種風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片，其被配置成使得它至少部分地克服具有風力渦輪機的常規(guī)渦流發(fā)生器的常規(guī)轉(zhuǎn)子葉片的所述缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]此目標通過獨立權(quán)利要求來解決。從屬權(quán)利要求描述有利的發(fā)展和修改。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片包括配置成產(chǎn)生主渦流的主渦流發(fā)生器以及配置成產(chǎn)生第二渦流的副渦流發(fā)生器。所述主渦流發(fā)生器的高度大于所述副渦流發(fā)生器的高度。此外，所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器關(guān)于彼此被配置和布置成使得: a)對小于所述副渦流發(fā)生器的高度的邊界層厚度而言，所述副渦流發(fā)生器降低、特別是抵消所述主渦流發(fā)生器對所述轉(zhuǎn)子葉片的升力的影響，以及
b)對大于所述副渦流發(fā)生器的高度的邊界層厚度而言，所述轉(zhuǎn)子葉片的升力基本上不受所述副渦流發(fā)生器的存在影響。
[0010]原則上，渦流發(fā)生器需要被理解為適于產(chǎn)生渦流的設(shè)備或附加裝置。發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片包括至少兩個渦流發(fā)生器:主渦流發(fā)生器和副渦流發(fā)生器。所述兩個渦流發(fā)生器的高度是不同的。所述高度指的是渦流發(fā)生器在渦流發(fā)生器所安裝到的轉(zhuǎn)子葉片的特定位置處垂直于轉(zhuǎn)子葉片的表面的延伸。換句話說，渦流發(fā)生器遠離轉(zhuǎn)子葉片的表面突出，并且渦流發(fā)生器的高度被當作渦流發(fā)生器到轉(zhuǎn)子葉片的表面的最遠點的最小距離。應當注意的是，在所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器之間的高度上的差異意在是超過所述主渦流發(fā)生器的高度的10%的高度上的差異。換句話說，按照本專利申請中的理解，例如由制造偏差造成的自然地出現(xiàn)的高度上的微小差異不足以作為所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器之間的合格的高度差。特別地，所述主渦流發(fā)生器的高度超過所述副渦流發(fā)生器的高度的兩倍。
[0011]本發(fā)明的關(guān)鍵方面在于，對小的邊界層厚度而言，所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器被選擇成使得所述副渦流發(fā)生器取消或至少降低所述主渦流發(fā)生器的效果或影響；但是，對大的邊界層厚度而言，所述副渦流發(fā)生器是"不可見的〃，即不起作用的(inactive)。因此，包括所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器的渦流發(fā)生器布置的效果取決于邊界層厚度。
[0012]所述邊界層表示與轉(zhuǎn)子葉片的表面相鄰的流層(flow layer)，并且其中，氣流的速度從其所謂的外流速向下變化至所述表面處的零值。特別地，對于遠離所述表面的距離增加，氣流的速度增加(例如，單調(diào)地)。所述邊界層的厚度被限定成使得氣流的速度達到自由流(free-stream)氣流速度的99%?，F(xiàn)代風力禍輪機的轉(zhuǎn)子葉片的典型的邊界層厚度在幾毫米一直到幾厘米的范圍中。這些值表示針對具有例如4米的最大弦長和50米的沿葉展方向的長度的轉(zhuǎn)子葉片的示例性的值。注意，邊界層的厚度除其他參數(shù)外取決于攻角。所述邊界層的厚度還取決于轉(zhuǎn)子葉片是潔凈的還是污染的。
[0013]對小于所述副渦流發(fā)生器的高度的邊界層厚度而言，所述副渦流發(fā)生器被布置和制備成用于選擇性地降低所述主渦流發(fā)生器對轉(zhuǎn)子葉片的升力的影響。然而，要注意的是，即使是對于小于副渦流發(fā)生器的高度的邊界層厚度，結(jié)果也可能是所述主渦流發(fā)生器對轉(zhuǎn)子葉片的升力仍然具有一定的影響，即作用。同樣，即使是對于大于副渦流發(fā)生器的高度的邊界層厚度，盡管副渦流發(fā)生器完全地沒入邊界層內(nèi)，結(jié)果也可能是副渦流發(fā)生器仍然使主渦流發(fā)生器的影響降低。渦流發(fā)生器在空氣動力學上無效的界限高度也被稱為轉(zhuǎn)子葉片的粘性次層(viscous sub-layer)。
[0014]在本發(fā)明的一個實施例中，所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器位于轉(zhuǎn)子葉片的吸力側(cè)上。
[0015]渦流發(fā)生器放置在轉(zhuǎn)子葉片的吸力側(cè)上是有利的，這是因為與轉(zhuǎn)子葉片的壓力側(cè)相比，主要失速的渦流發(fā)生器的有效影響在轉(zhuǎn)子葉片的吸力側(cè)處更加相關(guān)(morerelevant)。
[0016]在本發(fā)明的另一實施例中，所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器基本上位于轉(zhuǎn)子葉片的相同的葉展向位置處。
[0017]所述葉展向位置涉及轉(zhuǎn)子葉片的葉展。轉(zhuǎn)子葉片的葉展在轉(zhuǎn)子葉片的根部部分和轉(zhuǎn)子葉片的末端部分之間延伸。轉(zhuǎn)子葉片的葉展也被稱為其縱向軸線。關(guān)于配置成當它們一旦被安裝到風力禍輪機的輪轂時圍繞俯仰軸線(pitch axis)傾斜的轉(zhuǎn)子葉片，所述葉展可有利地基本上相當于轉(zhuǎn)子葉片的俯仰軸線。但是，在彎曲的或曲形的(sw印t)轉(zhuǎn)子葉片的情況下，所述葉展依循轉(zhuǎn)子葉片的形狀，并且因此也是彎曲的或曲形的。
[0018]在本發(fā)明的另一實施例中，所述主渦流發(fā)生器和所述副渦流發(fā)生器之間的距離小于所述轉(zhuǎn)子葉片在所述主渦流發(fā)生器的葉展向位置處的弦長的10%、特別地小于所述弦長的5%、甚至更特別地小于所述弦長的2%。
[0019]主渦流發(fā)生器和副渦流發(fā)生器之間相對小的距離的優(yōu)點在于副渦流發(fā)生器對主渦流發(fā)生器的影響較強。換句話說，副渦流發(fā)生器和主渦流發(fā)生器之間的距離必須足夠小，使得在其中副渦流發(fā)生器基本上超出邊界層的情況下，副渦流發(fā)生器對主渦流發(fā)生器的氣動效率具有影響。
[0020]在下文中，給出了所述主渦流發(fā)生器的有利的尺寸。
[0021]第一方面涉及所述主渦流發(fā)生器關(guān)于其在轉(zhuǎn)子葉片的表面上的弦向和葉展向位置的定位。所述主渦流發(fā)生器可以位于沿轉(zhuǎn)子葉片的整個葉展的任何位置處。換句話說，在轉(zhuǎn)子葉片的根部和轉(zhuǎn)子葉片的末端之間的任何位置都是合適的。關(guān)于弦向位置，所述主渦流發(fā)生器在轉(zhuǎn)子葉片的弦長的5%和60%之間的位置是優(yōu)選的。注意，給出的值表示從轉(zhuǎn)子葉片的前緣測量沿所述弦線所確定的位置。還要注意，由于轉(zhuǎn)子葉片的弦長通常沿葉展變化，所以給出的值表示在安裝所述主渦流發(fā)生器的葉展向位置處的弦長。
[0022]在第一優(yōu)選實施例中，從轉(zhuǎn)子葉片的根部測量，所述主渦流發(fā)生器位于轉(zhuǎn)子葉片的葉展的50%和100%之間。關(guān)于其弦向位置，從轉(zhuǎn)子葉片在所述主渦流發(fā)生器的葉展向位置處的前緣測量，所述主渦流發(fā)生器位于轉(zhuǎn)子葉片的弦長的20%和55%之間。
[0023]在第二優(yōu)選實施例中，從轉(zhuǎn)子葉片的根部測量，所述主渦流發(fā)生器位于轉(zhuǎn)子葉片的葉展的5%和50%之間。關(guān)于其弦向位置，從轉(zhuǎn)子葉片在所述主渦流發(fā)生器的葉展向位置處的前緣測量，所述主渦流發(fā)生器位于轉(zhuǎn)子葉片的弦長的5%和40%之間。
[0024]在第三優(yōu)選實施例中，第一實施例和第二實施例被結(jié)合，從而產(chǎn)生了多個主渦流發(fā)生器，其中第一部分具有第一實施例的特性，并且第二部分具有第二實施例的特性。換句話說，提供了一種轉(zhuǎn)子葉片，其至少包括處于5%和50%之間的葉展向位置以及5%和40%之間的弦向位置處的第一主渦流發(fā)生器，并且至少包括處于50%和100%之間的葉展向位置以及20%和55%之間的弦向位置處的第二主渦流發(fā)生器。
[0025]第二方面涉及所述主渦流發(fā)生器的最大高度。所述主渦流發(fā)生器的高度表示所述主渦流發(fā)生器的沿垂直于轉(zhuǎn)子葉片的表面的方向在所述主渦流發(fā)生器被安裝到轉(zhuǎn)子葉片的所述表面上的位置處的延伸。由于一般而言，所述主渦流發(fā)生器具有擁有不同高度的形狀，例如從所述主渦流發(fā)生器的上游端向下游端觀察它具有增加的高度，所以所述最大高度指的是所述主渦流發(fā)生器的高度的最大值。
[0026]優(yōu)選地，