专利名称：用于风力涡轮机转子的叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于具有;Ut水平的转子轴的风力涡轮WH^的叶片，所述转 子包括毂，在该处，在沿着纵向轴线的纵向内看去，所述叶片包^^接ii^斤述 毂的才艮部区域、最远离毂的翼面区域和在所述根部区#所述翼面区域之间可 选的itj度区域，JL^该处，如>^躺内看去，所述叶片包括前^后缘以;Mt所述叶片的所述前^所iiJ^緣t间延伸的弦平面。
背景技术：
理想情况下，翼型的叶片形如典型的飞^*翼，其中随着到所i^:的距离 的减少，所述叶片的弦平面^1及其一阶导数持续增加。ii导致叶片在理想情 况下在所述毂的附近是相当宽的。这在必须将所述叶片安装到所i^jLh时再一 次导致出现若干问题，而J^E所述叶片安装好时由于所述叶片的表面面积教大 从而会引起较大的栽^i者如KJ^荷。因此，多年来，叶片的构造已经朝着一种形^L艮，即所述叶片包^ 接i^斤述毂的根部区域、最远离所#的翼面区域和介于所述根部区域与翼面 区域之间的过5度区域。所ii^面区域具有理想的或近乎理想的叶片形状，而另 一方面所述根部区域具有过圆形的横截面从而减小了g载荷并使得将叶片 安装到所ii^上更为容易且更安全。所述根部区域的直径优选地沿着整个根部 区J^Il恒定的。由于所述圆形横截面，因此所述根部区域无助于所iiX力涡轮 机的生产，而且，事实上，由于存在风阻力而使产量略为降低。正如其名称所 暗示的，所述^^渡区域具有>^^斤述根部区域的圆形形;{^新变为所述翼面区域 的翼面轮廓的形状。通常，所述过渡区域的宽度随着到所述毂的距离的增加而过线'fei^加。在高尔夫领域中，A^斤4^p的是，带凹痕(所谓的凹坑)的高尔夫球能够 比具有^Jf表面的高尔夫J^飞得更远。il是由于所述高尔夫來g飞^^空时经 受的空气动力学风阻力的减少。所述高尔夫球受到两种类型的风阻力。所述第 一种类型是由于在所iW移动通过空气时所受到的摩擦力，但摩擦力仅^释了所述高尔夫J^经受的总的风阻力的一小部分的原因。所逸吼阻力的主JNP分 归因于所ii^后方气流的分离，这被称为由于分离导致产生的压力损失.所述高尔夫球后方的分离间隙越大，所述高尔夫球后方的所述压力损M 大。因而，在所*的前面和后面之间的压差增加，且因此所述高尔夫经受的所^阻力H^t加。在层流气^t^ii^i体的情况下，在所述高尔夫^方的分离间隙相当大，而所述分离间隙对于湍流气流而言则M地较小。因此，高尔夫i^具有凹坑， 这导致围绕所述高尔夫球的气流^^流状向湍流狀变化，这还使得气流 在所述高尔夫^面上的时间更长，并减小了在所述高尔夫來昏方的分离间隙.发明内容本发明的目的A^风力涡4^^叶片^^新的和改进的构造。 才娥本发明，此目的是通过具有设置在至少所述根部区域内的若干凹絲/ 或^的表面区域而达到的，所述凹痕和/或^^形且具有一^x寸以改^it^斤述叶片的表面的风流动，即，减小在4H"旋转期间所述叶片的后^方(或根部区域)的分离间隙。因而利用了由所述高尔夫球关于产生湍流气流而4f^p的原理。这样，所述才艮部部分的空气动力学空气阻力减小，由此4^RL力渴轮机 的产量增加和所述叶片上的Ki^荷减小。iliL其是适用于特别宽大的叶片和 带有fe^伸件(hub extender)的叶片。M地，所ii^面区域包括大量的凹 #/或汰自也，所述叶片M形为由纤维增强聚合物制成的壳体。才緣本发明的叶片的一个M实施例，所述的表面区域^沿所述根部区 域的整^H^1^伸。因而，所述空气阻力沿所述根部区域的整^L度减小。净N&—个适当的实施例，所述根部区域具有;Ut圆形横截面。这样， 易将所述叶片锚定到所i^Ji。根据一*定的实施例，所*面区域包括第一区部分和第二区域部分， 沿一定角度方向看去，在该处第一和第二区域部分分别至少从30度延伸到150 度、以A^-30度延伸到-150度，或者分别从60度延伸到135度、以;S^-60>1^伸到-135度，或者分别从60>1^伸到120度、以A^-60度延伸到一 120度，在该处皿向轴线到前缘的线^^1义为0度，_&^^向轴线到后缘的线 被定义为180度(或-180度)。然而，所述凹#^/或突起可以沿整个角>1^ 向名卩布，即，从一180;^到一180度'相对于纵向轴线的0度可以基于由所述根部区域经受的生;W向进行定 义。因为生成风向是实际Kii和所述叶片局部逸变的累加矢量，因此所述第一 和所述第二区域部分的最佳位置取决于到毂的距离。因而，所述两个区域部分 的位置可以用同样方式沿纵向被扭曲。叶片的所述弦平面经常沿所述叶片的纵 向^t扭曲。才娥本发明的一个特定实施例，所i^面区域延伸i4x^斤述it;度区域。特 别是，所錄面区域至少延伸i^/v^:接近所錄的所述it;度区域，且^fi^大 致沿所iiit)度区域的所述整个纵向进行延伸。才|1#~"，选实施例，所^面区域仅沿着所述叶片半径的内部的50%、 或35%、或20%、或10%进行延伸。才Nt—个适当的实施例，在所述1±>度区域中的所述笫一区域部#所絲 二区域部分围，向于所述弦平面的点进行定位，在该处所述it;度区域的所述 轮廓具有最W度。才MH—个备泽实施例，最接^^斤#并因而经受了最低的生 ^的所述 翼面区域的至少""^t^具有多个凹#/或^。才^"~个^#实施例，多个凹#/或突起仅被设置在所述根部区域中.才娥按照本发明的所述叶片的一^i^实施例，所W面区域包括多个大 致均一的凹M^。根椐一个棒别俗l的实施例，所i^面区域包括多个;Ut圆形的、凹入的 凹痕。i^t应于高尔夫^Ui的凹坑。所述表面区域也可以包括多个六边形凹痕，其允itift—步减小空气阻力。 当然，所i^面区域也可以包括具有M形状的、诸如任意多边形的若干凹痕 或^的组合。jHW卜，所述凹#/或突起可具有不同的尺寸。可根提所述叶片的局部i^！ 选择所述尺寸，这可能意味着例如若干凹痕的各自面积和^/高度随着到所 *的增加的5巨离而增加。所述凹#/或突起可以根据预定的图案进^§&置，备择地，所述凹痕和/ 或^的相互位置可以是随机的。才W^错定实施例，所述凹#/或突起具有2-100毫米，3-50毫米 或4-20毫米的狄和1-20毫米、l-10毫iMU-5毫米的狄。才^本发明的一个M实施例，所述凹泉在所述，叶片的所^面上凹进。 因而，所&面结构可以在所述叶片的模制过程期间形成。^#地，所述凹#/或突起可以是一种1^物(诸如带或膜)的一部分，其设置在所述叶片的所#面上。这允^Ht助于现有的模具制造叶片，且在已 ^^制所述叶片^将所m盖物首先供应到所述叶片的所a面。,本发明，本目的Mil^于i^叶片的所^^面的薄膜或箔片ii^， 所述薄膜或箔片具有适于例如借助于粘合而紧固到所述叶片所^面的第一 面、且具有当所ii^膜被紧固到所述叶片时朝向远离所述叶片所^面的第二 面，在该处所ii^膜的所述第二面具有多个凹翻口/或^。
通it^附图中所示的若干实施例而在下面对本发明更^^地加以解释，其中图1示出了所it^型的一种理想叶片的顶视图， 图2示出了所ii^型的一种常规叶片的立体it^L图，和 图3a和3b示出了分别在一个3^球^^Ji和4^面上具有若干凹痕的一 个球^Ji的气流，图4示出了相魂本发明的一个叶片的第一实施例，图5示出了穿过才娥本发明的一个叶片的第二实施例的所述根部区域的横 截面视图，和图6示出了穿过4緣本发明的一个叶片的第二实施例的所iiit^度区域的横 截面一见图。
具体实施方式
图1示出了所^型的一种理想叶片101的一个实施例。所述叶片具有适 于固定到风力涡轮机的毂上的根部部分102。所ii3S想叶片IOI被设计为使得所 述叶片101的所述^1絲到所*的距离L的增加而减小。另外，所描述的 叶片101的所述狄的一阶导数也絲到所 : 101的距离的增加而减小，这 意味着，在理想情况下，所述叶片101在所述根部区域102处非常宽。这导致 对于将所述叶片101固定到所ii^h而言产生針问题。W卜，在安装时，由 于叶片101的宽大表面面积，所述叶片101用大Kj^载荷沖击所i^L因此，多年来，叶片的构造已经朝着一种形^艮，即所述叶片的外面 部分对应于所ii^想的叶片101，而所述根部区域的表面区域与理想的叶片相比 ^减小。此实施例用图1中的虚线图示，其透视图在图2中示出。如图2可见，常规的叶片201包^^接i^斤組的根部区域202、离所述 fe^L远的翼面区域204和^所述根部区域202和所述翼面区域204之间的过 渡区域203。所述叶片201包括当所述叶片安彭iJ所ii^Ji时，朝向所述叶片 201的旋转方向的前缘205、以及朝向与所述前缘205相反方向的后缘206。所 述翼面区域204具有一种理想的或近乎理想的叶片形状，而另一方面所述才艮部 区域202具有过圆形的滅面，这减小了KJ^载荷^H吏得将所述叶片201安 装到所ii^Ji更为容易且更安全。 &，所述根部区域202的直径沿所述整 个根部区域202恒定。所述过渡区域203具有vMJ斤述根部区域202的圆形形状 *变为所^面区域204的翼面轮廓的形状。所述过渡区域203的t^NL^ 到所*的距离L的增加而^线'ti^加。
所ii^面区域204具有一种带有在所述叶片201的所i^前缘205和所ii^ 缘206之间延伸的弦平面K的翼型。所述弦平面的f^随着到所i^t的距离L 的增加而减小。应该注意到所述弦平面不总是在其整个范围内笔JA艮，因 为所述叶片可以被扭曲和/或弯曲，因而给所述弦平面提供相应扭曲和/或弯曲 it^呈，i^最常见的情况以便4M尝取决于到所i^:的半径的所述叶片的局部速 度。
由于所述圓形横截面，所述根部区域202无助于所iiX力^^机的生产， 而且，事实上，由于风阻力而使产量略为降低。
图3a示出了经过^l体50的层流气流52，而图3b示出了经过带有若干凹 坑的球体60的湍流气流62。在层流气流52的情况下，在所ii^体50后方的分 离间隙51相对较大。因此，在所述球体后方存在较大的压降，且因而在所* 体5 0的前部和后^间的压差是相应较大的。所it^差导致作用力作用在所述 球体的所述后部上。在湍流气流62的情况下，在所述球体60后方的分离间隙 61 a^,小，且因而介于所述球体60的所述前部和所ii^r部之间的压差M i^小，且因此朝所述球体的所i^部作用的力也是较小的。
为何例如高尔夫球具有带若干凹M所谓的凹坑的表面的原因是基于改变 所ii^l的临界雷诺数的需要，所述临界雷诺数即在所述流动从层流变为瑞流条 件下的数值。对于图3b中所示的一个光滑表面，所述临界雷诺数比高尔夫, 动通过空气时所达到的平均雷诺数高得多。
对于具有经喷砂、处理表面的高尔夫球而言，其在临界雷诺数条降下风阻力 的减小大于带若干凹坑的高尔夫球的情况。但^_所1^阻力随着雷诺数的增加 而增加。然而，带有若干凹坑的高尔夫球具有较低的临界雷诺数，JL^"于比所述临界雷"^数更高的雷^数而言，所述阻力A^t恒定的。
换句"^i兌，所述的若干凹痕确保了所述临界雷诺数的减小，这导致所述流
动比光滑球体情;X^E更低的m4Ht下变为湍流。这4吏得所述气流在
所述高尔夫^t的表面上的时间更长，这导致风阻力的减小。
所錄面背后所基于的计划是才娥由高尔夫球e^^p的所ii^理，利用
此已>^效应，尤其是减小在所iiX力涡轮机叶片的那些部件的所逸RL阻力，
在该处所ii叶片不具有理想的翼面轮廓。
图4示出才緣本发明的一^K片1，其中所述根部区域2和所iiit)度区域3 具有多个凹痕和/或^ 7。下面，它们被称为凹痕或凹坑，但显而易见的是， 它们可以是凹AA凸起(即，狄)。所述叶片1的翼面区域不具有凹痕。所 述根部区域2沿^个纵向方向具有若干凹痕7，且所述凹痕7 ^ 己置为全 部围绕所述圆形根部区域2。所述过渡区域3被描述为沿^个纵向方向具有若 干凹痕。然而，最重要的是，位于最接ii^斤述根部区域2处的所述过渡区域3 的戶斤述区域J"有^f凹痕7， i^l因为所述横戴面轮廓的逸泉示出了与所iiS想 翼型的最大偏离。应该注意到为清晰起见，单个图示出的凹痕7不是^M^L 比例进^^^的站图中更大，且事实上它们通常絲地更小。
^i^，所述整个根部区域2在所述角度方向内具有^p凹坑7。但是因 为所述叶片的旋转方向相对于所iiX向(与高尔夫斜目反)被明确定义，将若 干凹坑提供给第一区域部分8和第二区域部分9可以R以满足需要的。所述 区域部分8、 9可以如图5所示的配置。从所述叶片1的所，向轴线10朝所 述叶片的所述前缘5的线M义为具有0度的角度，而vM^斤述叶片1的所g
区域部分8 #角度w到角度a2的角度方向内延伸，而所述第二区域部分9从 -a^'J-(X2的角度方向内延伸。>^i^，角度0^=30 "012=150度，但A^度 af60 JLR a2=135度可以K以满足需要的，且甚至于角度af60 >OL a2=120
^A以满;L需要的。
>^J^，在所述叶片1的所述前缘5和所i^缘6之间延伸的所述叶片的 所述弦平面K被定向为其J!U^Lt成的局部风向。因为it取决于所i^叶片的所述 局部歧，所述弦平面^i^Mt所述叶片1的所舰向方向L内扭曲。因而， 所述两个区域部分8、 9的所i^部位置也可以在所述叶片1的所iim向方向L 内扭曲。
图6示出了穿it^斤iiit;度区域3的剖面，其中所述轮廓的后缘6或多或少可以是钝的或截头的。在所图示的实施例中，所述凹痕7再次#^置在两个不 同区域部分8、 9中。^i^，所述区域部分围^^j于所述弦平面K的点进行 定位，在该处所述轮廓的厚度T最大'但^>在所述根部区域2中，所述凹痕7 ^^i^配置为全部围绕所iiit渡区域3、或至少从所述区域开始，其中所述轮廓 的所i^f度T狄大的，始终高i^斤述叶片1的所it^缘6。
为清晰M,图5和图6中图示的所述凹痕7同样不是按比例进^^J的， 且^^目对于所述轮廓的所狄寸显著更小。
所述凹痕7M地形如圆形、凹入的凹痕，对应于高尔夫^l上的凹坑。然 而，它们可以另_三角形的、矩形的、六边形的或具有M其它多边形形状。例 如，六边形形状比圆形凹痕进一步减小了所iiX阻力。所述凹痕也可以具有变 化的形状。
所述凹痕7也可以具有变化的尺寸。M地，在所述叶片1的尺寸以;sj斤 述叶片1所经受的m的M上选择所i^A寸。因为所述叶片1的局部逸变随 着到所ii^的距离L的增加而增加，所述生成的局部凤速也随着到所i^t的距 离的增加而增加。因而可基于到所g的距离L选择所述凹痕7的尺寸。所述
凹痕7的相互位置可以在预定的图案^g&置或可以Al^机的，
所述凹痕7可以在制i^斤述叶片1的过程中成形，即^^制过絲身期间。
它们也可以^jfc^制所述叶片^凹进。4#地，所述凹痕7通itl^用带有若
干凹痕的带或薄膜M所述叶片1的所*面而形成。
减小在所逸RL力渴轮机的塔上的所述X^^荷、而同时减小在所逸RL力涡
轮机叶片上的所述A^载荷，这可以^1有利的。通常，所述^Rr有:kJt圓形的
从而使得所述塔的所述横截面与所述构造"^具有降PJ^^廓(drag reduction profile)的形状，即大致对称的液滴形，可以获得相当大的风暴载荷的减少， 如^^以构型中所示。所述构造必须以一种方M转i^k^接到塔上，所述方式即 其自动^目对于风向进行自定向从而使得所述"滴尖端"指向所im向。
本发明已经结M选实施例加以说明。可以构思到许多修改而不会由jH^ 离本发明的范畴。对^域的技术人员显而易见的修f文和变化^t认为是属于本 发明的范畴。
附图才射己列表 1,101,201 叶片2, 102, 202根部区域
3,203逸度区域
4,204翼面区域
5,205前缘
6， 206后缘
7凹坑
8第一区域部分
9第二区域部分
10纵向轴线
50絲球体
51分离间隙
52气流
60带凹坑的3^体
61分离间隙
62气流
ai第一角度
a2第二角度
纵向方向
K弦平面
T厚度
权利要求
1、一种用于具有大致水平的转子轴的风力涡轮机转子的叶片(1)，所述转子包括毂，在该处，在沿着纵向轴线(10)的纵向内看去，所述叶片(1)包括最接近所述毂的根部区域(2)、最远离毂的翼面区域(4)和在所述根部区域(2)和所述翼面区域(4)之间可选的过渡区域(3)，且在该处，如在横向内看去，所述叶片(1)包括前缘(5)和后缘(6)以及在所述叶片(1)的所述前缘(5)和所述后缘(6)之间延伸的弦平面(K)，其特征在于，带有多个凹痕(7)和/或突起的表面区域被设置在至少所述根部区域(2)中，所述凹痕和/或突起成形且具有一定尺度从而改进越过所述叶片(1)的表面的风流动。
2、 H5U'虔求1所述的叶片，*#机在于，在所述叶片(1)的纵向内的 表面区域^Jt沿所述才艮郎区域(2)的#^^伸。
3、 械矛决求1或2所述的叶片，其特絲于，所述根部区域(2 )具有 :Ut圓形的横栽面。
4、 H5U'虔求1到3任一项所述的叶片，其特征在于，所ii^面区域包括 第一区域部分(8)和第二区域部分(9)，在一定角度方向内看去，其中第一 区域郎分(8 )和笫二区域部分(9 )分别至少从30度延伸到150度以及从-30 度延伸到—150度，或者分别从60度延伸到135度以M- 60度延伸到—135 度，或者分别从60度延伸到120度以及从-60度延伸到-120度，在该处vMJ^ 向轴线(10)到前缘(5)的线^Ul义为0度，_^^向轴线(10)到后缘(6) 的线被定义为180度。
5、 h3l矛虔求2到4任一项所述的叶片，其特征在于，所ii4面区域延伸 i4x^斤iiit;度区域(3)。
6、 W矛j^求4或5所述的叶片，其特征在于，在所述1±>度区域(3)内 的所述第一区域部分(8 )和所述第二区域部分(9 )围绕横向于所述弦平面(K) 的点进4亍定位，在该处所述过渡区域(3 )的所述轮廓具有最大厚度。
7、 械矛虔求5或6所述的叶片，^#絲于，最接i^斤ii^:位的所述 翼面区域(4)的至少1分具有多个凹痕(7)和/或^。
8、 如前i^U，虔求的^^项所述的叶片，^HiE^于，所ii4面区域包括 多个U均一的凹痕(7)或^。
9、 如前i^5L矛虔求的^项所述的叶片，其特征在于，所*面区域包括 多个;^圓形的、凹入的凹痕。
10、 如前i^K利要求的^—项所述的叶片，其特M于，所ii^面区域包括多个六边形凹痕。
11、 如前i^'J要求的fr"项所述的叶片，^#絲于，所述凹痕(7)和 /或突起具有2到100亳米、3到50毫M 4到20毫米的宽度以及1到20毫米、 1到10毫M 1到5毫米的'l变。
12、 如前it^利要求的^r^项所述的叶片，*#絲于，所述凹痕(7)在 所述叶片(1)的表面上凹进。
13、 如权禾'J^求1到11的f项所述的叶片，^#絲于，所述凹痕(7 ) 和/或突^A诸如带或薄膜的遮盖物的一部分，所i^A物设置在所述叶片的表 面上。
14、 一种用于M叶片表面的薄膜，所述薄膜具有适于例如借助于粘合而 紧固到所述叶片所ii^面的第一面、且具有当所i^膜被紧固到所述叶片上时 朝向远离所述叶片所ii^面的第二面，其特征在于，所i^膜的所述第二面具 有多个四#/或^。
全文摘要
一种用于具有大致水平的转子轴的风力涡轮机转子的叶片(1)，所述转子包括毂，在沿着纵向轴线(10)的纵向方向看去，所述叶片(1)包括最接近所述毂的根部区域(2)、最远离毂的翼面区域(4)和在所述根部区域(2)和所述翼面区域(4)之间的过渡区域(3)。沿横向看去，所述叶片(1)包括前缘(5)和后缘(6)以及在所述叶片(1)的所述前缘(5)和所述后缘(6)之间延伸的弦平面(K)。带有多个凹痕(7)和/或突起的表面区域被设置在至少所述根部区域(2)中，所述凹痕和/或突起成形且具有一定尺度从而改进越过所述叶片(1)的表面的风流动。
文档编号F03D11/00GK101321949SQ200680045596
公开日2008年12月10日 申请日期2006年12月5日 优先权日2005年12月5日
发明者P·格拉鲍 申请人:Lm玻璃纤维制品有限公司