具有成形阻流栅栏或偏流器的风力涡轮机叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有作为阻流栅栏(stall fence)或偏流器的成形平面构件的风力涡轮机叶片。
【背景技术】
[0002]在风力涡轮机叶片中，气流的横向流动有时候从叶片的根端沿着风力涡轮机叶片的纵向长度传播。这种横向流动作用成对叶片性能产生不利的冲击，特别是促进了气流与叶片表面的分离，从而影响叶片升力。
[0003]已知提供横向于纵向轴线贯穿风力涡轮机叶片的表面延伸的障碍物或阻流栅栏，以防止这种横向流动的形成。在美国专利N0.7，585，157中能够看到这种风力涡轮机叶片的示例。
[0004]尽管这种系统通过在叶片的相邻部段之间提供障碍物而防止了横向流动沿着叶片长度传播，但在风力涡轮机叶片的旋转期间，在旋转期间产生的离心力作用成沿着叶片的长度将气流推向尖端。这导致了在阻流栅栏朝向叶片的后缘的尾流中形成低压区域，从而使得流动分离和叶片性能的相应降低。
[0005]本发明的目的是提供一种具有突出构件的风力涡轮机叶片，该突出构件提供了优于现有的阻流栅栏系统的改进的性能。
【发明内容】
[0006]因此，提供了一种用于风力涡轮机的转子的风力涡轮机叶片，该转子具有大致水平的转子轴，所述转子包括:毂部，叶片在安装于毂部时从毂部大致沿径向方向延伸，叶片具有带尖端和根端的纵向方向、以及横向方向，叶片还包括:
型面轮廓，该型面轮廓包括压力侧和吸入侧以及前缘和后缘，具有弦长的弦线在前缘与后缘之间延伸，弦线横向于所述纵向方向，该型面轮廓在受到入射气流的冲击时产生升力，
其中，风力涡轮机还包括设置在所述风力涡轮机叶片的表面上的第一流动引导构件和所述第二流动引导构件，其中所述第一流动引导构件和第二流动引导构件在大致横向于叶片的纵向方向的方向上延伸，所述第一流动引导构件和第二流动引导构件限定所述前缘与所述后缘之间的流动通道，所述流动通道具有朝向所述前缘定位的第一端和朝向所述后缘定位的第二端，
其中，所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的一个的至少一部分以相对于所述弦线在+/_ [15至60]度之间的角度沿着所述叶片的横向方向延伸，并且
其中，所述流动通道包括朝向所述第二端与所述第一端间隔开的至少一个收紧部，其中在所述至少一个收紧部处所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的距离小于在所述流动通道的第一端处所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的距离， 使得所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道中的从所述第一端到所述第二端的附着流通过所述至少一个收紧部而受到文丘里效应。
[0007]通过提供具有收紧部的流动通道，经过该流动通道的气流将由于收紧部的文丘里效应而被加速。由于文丘里效应，核心流(即，边界层外的气流)将加速，这将反过来向边界层流输送更多的能量。被激励的边界层流具有更大的可能性克服不利的压力梯度，因此将导致翼面周围的气流分离的延迟，从而使得叶片性能提高。与传统的阻流栅栏类似，会聚式的阻流栅栏将进一步起到限制横向流动的作用。
[0008]在优选实施方式中，所述至少一个收紧部位于所述流动通道的所述第二端处。
[0009]通过在第二端设置收紧部，气流将在流动通道的整个长度上得到加速。如果流动通道实质上沿着风力涡轮机叶片的整个弦线范围延伸，那么这将有助于延迟在叶片的整个宽度上的气流分离。
[0010]作为补充或替代，风力涡轮机叶片的流动通道可以包括位于所述第一端与所述第二端之间的至少一个收紧部。
[0011]通过沿着流动通道的长度的某个位置设置收紧部，能够在希望确保增加的流速将使与叶片的气流分离延迟的位置产生文丘里效应。将理解的是，可以沿着流动通道的长度设置多个收紧部。
[0012]在一个实施方式中，风力涡轮机叶片包括位于所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间的第一收紧部以及位于所述流动通道的所述第二端处的第二收紧部，
其中，所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道的宽度从所述第一端向所述第一收紧部逐渐变细，并且随后朝向所述第二端变宽，以提供对所述流动通道中的流动的第一文丘里效应；并且
其中，所述第一流动引导构件与所述第二流动引导构件之间的所述流动通道的宽度随后朝向所述流动引导通道的第二端处的所述第二收紧部逐渐变细，以提供第二文丘里效应。
[0013]这种构型由于使用了两个单独的收紧部而允许叶片周围的气流的进一步加速。优选地，所述第二收紧部位于距流动通道的所述第二端为所述流动通道的长度的5%的范围内，但将理解的是，第二收紧部的长度可以根据所使用的翼面的厚度而变化。由于对于较厚的翼面，流动分离可能发生在早期，因此较厚的翼面可能需要相对较长的收紧部。
[0014]优选地，所述流动通道的所述第一收紧部大致在型面轮廓的具有最大厚度的区域处位于所述前缘与所述后缘之间。
[0015]通过将所述第一收集部定位在最大翼面厚度位置处或最大翼面厚度位置附近，叶片周围的流动可以由于该位置处的较高的加速度而被进一步加速。由于气流分离通常发生在翼面的最大厚度位置后面，因此，优选的是气流在经过翼面的最大厚度部段之后被加速。
[0016]优选地，所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件包括相应的流动通道表面；在所述流动通道的两侧，所述第一流动引导构件的流动通道表面面向所述第二流动引导构件的流动通道表面，其中所述流动通道表面中的至少一个的至少一部分是弯曲的。
[0017]通过提供具有弯曲的锥形的表面，能够提供构件形状的逐渐变化。因此，流动引导构件能够成形为减小对整个叶片结构的空气动力学性能的任何不利影响，并且该曲率的最大厚度能够定位成满足或增强期望的空气动力学性能。
[0018]流动通道表面可以在大致横向于叶片的纵向方向的方向上沿着流动引导构件的范围弯曲和/或沿着流动引导构件的高度弯曲。将理解的是，流动通道表面可以包括相对于限定在所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件之间的流动通道的内部的内凹或外凸曲率，优选地，所述流动通道表面中的至少一个包括沿着所述流动通道的所述第一端和所述第二端之间的流动引导构件的长度的外凸曲率。作为补充或替代，至少一个流动引导构件的高度可以在大致横向于叶片的纵向方向的方向上变化，以满足或增强期望的空气动力学性能。
[0019]优选地，所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件的至少一部分沿朝向所述流动通道的第二端的会聚方向延伸，以形成所述至少一个收紧部，使得所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件之间的所述流动通道中的附着流受到文丘里效应。
[0020]在一个实施方式中，所述流动通道包括大致矩形的横截面。可替代地，所述流动通道包括大致梯形的横截面。将理解的是，所述流动通道优选地是开口的流动通道。
[0021]在一个实施方式中，所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件两者的至少一部分以相对于横向于所述叶片的纵向方向的弦线成+/- [15至60]度之间的角度延伸。
[0022]可替代地，所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的一个以相对于所述弦线成+/_ [15至60]度之间的角度大致沿着所述叶片的横向方向延伸，其中所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件中的另一个平行于所述弦线/正交于所述叶片的纵向方向沿着所述叶片的横向方向延伸。
[0023]流动引导构件中的一个通过正交于叶片纵向方向的传统的横向阻流栅栏或障碍物形成，而流动引导构件中的另一个与横向方向成一定角度地布置，从而形成流动通道中的收紧部。
[0024]优选地，流动引导构件由从风力涡轮机叶片的表面突出的平面构件、例如阻流栅栏或阻流障碍物形成。流动引导构件可以形成为风力涡轮机叶片本体的整体的一部分，或者可以改装于已有的风力涡轮机叶片。
[0025]优选地，所述流动通道由设置在风力涡轮机叶片的吸入侧上的流动引导构件形成。
[0026]优选地，所述流动引导构件以大致直线在所述相应的第一端与所述相应的第二端之间延伸。
[0027]优选地，所述第一流动引导构件和所述第二流动引导构件位于叶片的内侧部上，例如，位于距叶片的根端为叶片的长度的50%的范围内，优选地位于距具有叶片的最大弦长的位置为叶片的长度的20%的范围内，更优选地位于距具有叶片的最大弦长的位置为叶片的长度的10%的范围内。更优选地，流动引导构件可以位于气流在叶片上分离的任何位置处。
[0028]优选地，所述流动通道的所述第一端与所述第二端之间的长度在所述流动通道的位置处的风力涡轮机叶片的弦长的大约50%-100%之间，优选地在大约75%-85%之间。
[0029]作为补充或替代，所述流动通道的所述第一端和/或所述第二端附近的流动引导构件的正交高度大约为零，即，流动引导构件与叶片的表面齐平。优选地，流动引导构件的高度从所述第一端处的所述零高度逐渐增大至所述第一端与所述第二端之间的第一高度，和/或从所述第一端与所述第二端之间的第一高度逐渐减小至所述第二端处的所述零高度。
[0030]由于流动引导构件可以在第一端和/或第二端处具有零高度，该零高度逐渐变化至流动引导构件的全高度，所以这能够为流动引导构件提供更平滑的空气动力学过渡，这不会显著地影响叶片的空气动力学性能。
[0031]作为补充或替代，所述流动通道的所述第一端位于叶片的前缘附近，优选地在所述流动通道的位置处的风力涡轮机叶片的弦长的大约20%的范围内，更优选地在弦长的大约10%的范围内。
[0032]作为补充或替代，所述流动通道的所述第二端位于叶片的后缘附近，优选地在所述流动通道的位置处的风力涡轮机叶片的弦长的大约20%的范围内，更优选地在弦长的大约10%的范围内。
[0033]优选地，所述流动通道在所述至少一个收紧部处的宽度在所述流动通道在所述第一端处的宽度的大约50%至80%之间。
[0034]在另一个方面，提供了一种用于风力涡轮机的转子的风力涡轮机叶片，该转子具有大致水平的转子轴，所述转子包括:毂部，叶片在安装于毂部时从毂部大致沿径向方向延伸，叶片具有带尖端和根端的纵向方向