风力涡轮机叶片的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其长度大于49.9米且小于50.9米，例如50.5米，所述叶片的相对长度为1，所述风力涡轮机叶片进一步包括叶片根端部和尖端部，所述风力涡轮机叶片包括整体的空气动力学形状，该空气动力学形状包括若干个空气动力学形状的剖面（横截面），这些剖面由至少剖面厚度、翼弦及扭转来确定。本发明的风力涡轮机叶片在自叶片根端部特定的相对距离处，具有一组特定的翼弦长度±10%。具有如上所述的翼弦长度的风力涡轮机叶片具有许多优点，满足了具有风力发电的高效能力的风力涡轮机叶片的要求，同时这种叶片可以降低疲劳负载，因为沿着叶片长度方向的翼弦长度的构成是最佳的。
【专利说明】风力涡轮机叶片
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其长度大于49.9米且小于50.9米，例如50.5米。所述叶片的相对长度为1，所述风力涡轮机叶片进一步包括叶片根端部和尖端部，所述风力涡轮机叶片包括整体的空气动力学形状，该空气动力学形状包括若干个空气动力学形状的剖面(横截面)，这些剖面通过至少剖面厚度、翼弦及扭转来确定。本发明进一步涉及一种风力涡轮机，其包括至少两个，优选地三个所述风力涡轮机叶片。
【背景技术】
[0002]在风力涡轮机运行的过程中，由于叶片在空气动力作用下旋转，风力涡轮机叶片的根端部承受巨大的负载。这种疲劳负载在风力涡轮机结构内产生相当大的应力和应变，对用于涡轮机构造、加强等的材料的强度要求显著的设计限制。因此，开发特定的风力涡轮机设计，这是有利的，其可以减小这种负载，为整体风力涡轮机结构提供减小的设计限制。
[0003]随着时间的推移，许多不同的风力涡轮机叶片已经设计出，并在全球范围内使用。但人们仍然希望开发出更有效的、甚至更优化的叶片，使市场上现有的风力涡轮机叶片更加有效。
[0004]发明目的
[0005]本发明的一个目的是，提供一种风力涡轮机叶片及相关的风力涡轮机，其进一步提高了风力涡轮机运作的效果。
[0006]本发明的又一个目的是，提供一种风力涡轮机叶片，当提供降低的疲劳负载时，其是更有效的，同时是可操作或可控制的。
【发明内容】
[0007]如上所述，本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其长度大于49.9米且小于50.9米，例如50.5米，所述叶片的相对长度为I，所述风力涡轮机叶片进一步包括叶片根端部和尖端部，所述风力涡轮机叶片包括整体的空气动力学形状，该空气动力学形状包括若干个空气动力学形状的剖面(横截面)，这些剖面由至少剖面厚度、翼弦及扭转来确定。
[0008]根据本发明的风力涡轮机叶片具有:
[0009]-在自所述叶片根端部相对距离为0.20处，翼弦长度为2670毫米土 10% ；
[0010]-在自所述叶片根端部相对距离为0.41处，翼弦长度为1916毫米±10% ；
[0011]-在自所述叶片根端部相对距离为0.71处，翼弦长度为910毫米±10% ；
[0012]-在自所述叶片根端部相对距离为0.90处，翼弦长度为680毫米土 10%。
[0013]具有如上所述的翼弦长度的风力涡轮机叶片具有许多优点，满足了具有风力发电的高效能力的风力涡轮机叶片的要求，同时这种叶片可以降低疲劳负载，因为沿着叶片长度方向的翼弦长度的构成是最佳的。
[0014]尤其是用于低风速区域时，在涡轮机的轮毂高度处，其全年平均风速低于6.5、6、
5.5、5、4.5、4或者甚至低于3.5米/秒，此时本发明的叶片相对于现有技术中已知的叶片具有优势。除了其他之外的优点是，风力涡轮机每成本单位有明显的更高的能量产出。这一事实导致了本发明的风力涡轮机叶片更为有利，因为叶片设计的总结果是，与现有技术中叶片设计相比，产生了更便宜、且更抗疲劳的方案。
[0015]至今，仅在涡轮机的轮毂高度处，全年平均风速高于6米/秒的区域建立风力涡轮机，这是很普遍的事。由于本发明的主要目的是，为了能够在年平均风速更低如低于6米/秒的区域获得风能，对叶片的设计进行了修改，并满足高效叶片的要求，其与已知的叶片结构相比，更便宜、且更耐疲劳。
[0016]根据本发明的几何设计的设计参数的结合，产生了整体优化的设计，其尤其适用于，例如中国的低风速市场。
[0017]根据本发明的风力涡轮机叶片可以包括翼弦长度，其公差为±7.5%、±5%、±2.5%或甚至±0%。翼弦长度的所述公差可以根据具体要求进行选择。然而，应该理解，为相对低风速设计的叶片对于公差更敏感，因此，尽可能低的公差将获得最高效的叶片。
[0018]在本发明的优选实施方式中，本发明的风力涡轮机叶片的螺栓圆周直径为1800毫米。对于设计用于上述的全年平均风速的叶片，当涉及到结构强度、质量和总体性能时，1800晕米的螺检圆周直径是最有效的。
[0019]根据本发明的风力涡轮机叶片包括:位于叶片根端部，用于64组紧固装置的孔。所述孔可以包括设置在叶片纵向方向上的钢套管，或者孔可以设置在叶片的纵向方向上，其中所述孔与设置在所述叶片根端部的壁内的第二组孔相对应，其中所述第二组孔与第一组孔垂直。第二组孔可以包括一组套管，该套管与紧固装置相互作用，用于紧固所述叶片，至例如轮毂和/或至桨距轴承或其他结构零件。
[0020]根据本发明风力涡轮机叶片主要由嵌入环氧树脂的玻璃纤维制备而成。
[0021]本发明进一步包括一种风力涡轮机，其包括至少两个、优选地为三个上述风力涡轮机叶片。
[0022]这种风力涡轮机的优点是，具有1.6兆瓦特土 15%的额定输出功率，具有如上所述叶片及这种输出功率的风力涡轮机尤其适用于低风速区域。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]仅以实施例的方式参考附图，对本发明的实施方式进行描述，其中:
[0024]图1显示了具有三个叶片的风力涡轮机。
[0025]图2显示了风力涡轮机叶片内的多个翼型剖面的轮廓。
[0026]图3显示了用线条表示的翼弦的翼剖面。
[0027]图4显示了用线条表示厚度的翼剖面。
[0028]图5显示了风力涡轮机叶片的轮廓。
[0029]图6显示了具有不同扭转度的三个翼型剖面。
[0030]附图标记列表:
[0031]I 一风力涡轮机
[0032]2—塔架
[0033]3—机舱
[0034]4 一轮毂[0035]5—风力涡轮机叶片
[0036]6—翼型剖面/剖面
[0037]7—叶片尖端部
[0038]8—根端部
[0039]9 一最大翼弦长度
[0040]10—翼弦-翼弦线
[0041]11一前缘
[0042]12—后缘
[0043]13—厚度-厚度线
[0044]14 一纵轴
[0045]15—0度扭转线
【具体实施方式】
[0046]由图1可见，风力涡轮机I包括塔架2、及在所述塔架2顶部的机舱3。在机舱3的一端，轮毂4设在图中未示出的主轴上。在轮毂4上安装有三个风力涡轮机叶片5。
[0047]图2显示了风力涡轮机叶片5的多个翼型剖面6的轮廓。图2的风力涡轮机叶片是弯曲的，用这种方式，当叶片5安装时，叶片尖端部7指向远离塔架2的方向，向着风。像这样的叶片也称为弯曲或者预弯曲风力涡轮机叶片5。
[0048]本图图示的目的是，风力涡轮机叶片5包括若干不同形状的截面或翼型剖面6。
[0049]图2示出了从根端部8向着叶片尖端部(也叫末梢)7看到的叶片5。在根端部8，该剖面大约为圆形、很厚，离根端部8—段距离处，可见最大翼弦长度9，在最大翼弦长度处，叶片5最宽，接着翼弦长度和剖面厚度减小，且向着叶片尖端部7变得越来越小。
[0050]由图3可见，翼型剖面6具有从前缘11延伸至后缘12的翼弦线10。术语前缘11和后缘12是公知术语，设计风力涡轮机叶片5的本领域的技术人员对这些很熟悉。
[0051]因此，翼弦10是一般且公知的参数，其可以从图2所示的每个翼型剖面6计算出来。根据风力涡轮机叶片5的结构和空气动力学，非常精心地计算具体的翼型剖面的翼弦10的长度，使其尽可能高地提升、同时结构负载处于最低水平是有利的。
[0052]图4可见用线条示出另一个叶片参数，表示特定空气动力学剖面6的厚度13。同样精心地计算厚度13，因为当涉及叶片5的空气动力学性能和结构性能时，这非常重要。因此，对于风力涡轮机叶片5，尤其是对于本发明的风力涡轮机叶片来说，翼弦10的长度和剖面6的厚度都是很重要的参数；因为该叶片用于具有相对低的年平均风速的区域，在这些区域，风力涡轮机叶片5即使是非常小的变化，也会造成其效率较低。
[0053]图5显示了具有纵轴14的风力涡轮机叶片的轮廓，其中用虚线表示三个不同的翼型剖面6’、6”、6’”。每个翼型剖面6具有翼弦10’、10”、10’”。
[0054]在图6中，如在图5中可见的，沿着轴14可见相同的三个不同的翼型剖面6’、6”、6，”和翼弦10，、10”、10，”。在本图中清楚可见，翼型剖面6，、6，，、6，”相对于彼此扭转，并相对于O度扭转线15扭转。同样地，当涉及到风力涡轮机叶片5的效率时，这个参数是很重要的，当风力涡轮机I建立在前面所述的低风速区域时，该参数甚至更重要。
[0055]各种不同的特定翼型剖面的扭转是根据风速和其他参数计算的，以获得与叶片相关的风袭击的最可能的角度，及其在沿着纵向方向的特定位置的相对速度。
[0056]本发明并不限于这里所描述的实施方式，在不脱离本发明范围的前提下，可以对本发明进行变化或修改。
【权利要求】
1.一种风力涡轮机叶片，其长度大于49.9米且小于50.9米，例如50.5米，所述叶片的相对长度为1，所述风力涡轮机叶片进一步包括叶片根端部和尖端部，所述风力涡轮机叶片包括整体的空气动力学形状，该空气动力学形状包括若干个空气动力学形状的剖面(横截面)，这些剖面由至少剖面厚度、翼弦及扭转来确定；其特征在于:所述叶片具有: -在自所述叶片根端部相对距离为0.20处，翼弦长度为2670毫米土 10% ； -在自所述叶片根端部相对距离为0.41处，翼弦长度为1916毫米±10%; -在自所述叶片根端部相对距离为0.71处，翼弦长度为910毫米土 10% ； -在自所述叶片根端部相对距离为0.90处，翼弦长度为680毫米土 10%。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述翼弦长度具有±7.5%的公差。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述翼弦长度具有±5%的公差。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述翼弦长度具有±2.5%的公差。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述翼弦长度具有±0%的公差。
6.根据权利要求1至5任一项所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述风力涡轮机叶片的螺栓圆周直径为1800毫米。
7.根据权利要求1至6任一项所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述风力涡轮机叶片包括位于叶片根端部，用于64组紧固装置的孔。
8.根据权利要求1至7任一项所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述风力涡轮机叶片主要由嵌入环氧树脂的玻璃纤维制备而成。
9.一种风力涡轮机，其包括至少两个，优选地为三个权利要求1-7任一项所述风力涡轮机叶片。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述风力涡轮机的额定输出功率为1.6兆瓦特±15%。
【文档编号】F03D1/06GK103939278SQ201310022597
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月21日 优先权日:2013年1月21日
【发明者】沃特·瑞杰特 申请人:远景能源（江苏）有限公司