风能设备转子叶片和风能设备的制作方法

1.本发明涉及一种风能设备转子叶片以及一种具有对应的转子叶片的风能设备。


背景技术：

2.因为风能设备的转子叶片不受保护地经受所有天气条件，所以在特定温度下可能引起转子叶片的结冰。为了阻止这种情况，可以使用转子叶片加热装置。在此要么可以在外部在转子叶片处设有加热装置，要么可以在转子叶片内设有经加热的空气。
3.wo 2017/021350 a1示出一种具有转子叶片根部区域和转子叶片尖部区域以及转子叶片加热装置的风能设备转子叶片。此外，沿着转子叶片的纵向方向设有至少一个腹板。在腹板处可以设有呈腹板液滴形件形式的偏转单元，以便减少在偏转时的空气的涡流。
4.wo 2018/211055示出一种具有转子叶片的转子叶片加热装置的风能设备的转子叶片，所述转子叶片具有腹板并且在转子叶片尖部处具有偏转单元，以用于偏转经加热的空气。


技术实现要素：

5.本发明的目的是，提出一种风能设备转子叶片，所述风能设备转子叶片可以实现转子叶片的改进的加热。
6.所述目的通过根据本发明的风能设备转子叶片来实现。
7.因此，提出一种风能设备转子叶片，所述风能设备转子叶片具有转子叶片根部区域、转子叶片尖部区域、压力侧、吸力侧、前缘、后缘，以及在压力侧与吸力侧之间的并且沿着转子叶片的纵向方向的至少一个腹板。此外，在空气引导部的流动障碍物中或在空气引导部的流动障碍物处设有具有至少两个偏转弧形部的偏转单元。
8.通过具有多重偏转弧形部的偏转单元，可以在空气流的方向改变或分叉的情况下实现压力损失的明显减小。与至今已知的具有一个偏转弧形部的偏转单元相比，可以实现20％的压力损失的降低。
9.根据本发明的一个方面，也可以在用于在转子叶片的内部中的空气流的分叉的情况下使用根据本发明的偏转单元。在此，通过偏转单元的根据本发明的设计方案也可以实现压力损失的明显减小。借此可以在保持不变的风扇功率的情况下增加用于加热转子叶片的体积流。
10.根据本发明的一个方面，空气引导部具有在压力侧与吸力侧之间并且沿着转子叶片的纵向方向延伸的至少一个腹板。(具有至少两个偏转弧形部的)偏转单元设置在至少一个腹板的端部与例如转子叶片尖部区域或另一腹板之间并且设计用于，偏转从转子叶片根部区域沿着至少一个腹板流动的经加热的空气。
11.根据本发明的另一方面，空气引导部具有分叉部。根据本发明的偏转单元设置在分叉部处并且用于减小分叉部的区域中的压力损失。
12.根据本发明，空气引导部中的流动障碍物可以是空气引导部的分叉部或空气引导
部的区域的端部(例如腹板的端部)，在那里需要进行空气流的偏转。
13.本发明还涉及一种风能设备，所述风能设备具有至少一个上文中描述的风能设备转子叶片和转子叶片加热装置。
14.根据本发明的一个方面，(通过转子叶片加热装置产生的)用于加热转子叶片的暖的或经加热的空气可以被引入或流入到转子叶片根部区域中。然后，经加热的空气可以沿着转子叶片的长度流动通过空气引导部。空气引导部可以设置在前缘与第一腹板之间的区域中，使得经加热的空气沿着前缘和腹板从转子叶片根部区域朝向转子叶片尖部区域流动。替选于此，经加热的空气可以在后缘与另一腹板之间的区域中从转子叶片根部区域朝向转子叶片尖部区域流动。在腹板中的一个腹板处设有具有至少两个偏转弧形部的偏转单元。
15.因此，提出一种风能设备转子叶片，所述风能设备转子叶片具有转子叶片根部区域、转子叶片尖部区域、压力侧、吸力侧以及沿着转子叶片的纵向方向延伸的至少一个腹板。在传统的转子叶片中，虽然转子叶片尖部典型地中空地设计，但是其用填充材料起泡。借此妨碍转子叶片尖部的有效的加热。这可能引起尤其在转子叶片尖部的区域中的冰沉积物，并且可能由于转子叶片尖部的高的速度引起危险的冰脱落。此外，在转子叶片尖部区域中设有具有所调整的偏转的可加热的叶片尖部。此外，可以可选地设有腹板舱壁。为了进一步改进，可以在腹板中的一个腹板中或腹板中的一个腹板处设有旁路导气罩(bypass-hutze)，所述旁路导气罩优化偏转区域中的流动，在所述偏转区域中抽吸腹板端部处的边界层流，从而可以减少流动分离和涡流。
16.根据本发明，可以增大叶片加热装置的体积流，而不增加风扇的功率。借助于根据本发明的转子叶片可行的是，在每个流动速度的情况下最优地偏转空气流以及减小压力损失。借助于根据本发明的转子叶片可以减少偏转区域中的或分叉部的区域中的流动分离以及涡流。尤其可以减小在腹板的与偏转单元相邻的端部处形成的死气区域(totluftgebiet)。可以对转子叶片或转子叶片尖部进行除冰，以便减少冰脱落。
17.借助于根据本发明的转子叶片，以简单的和不复杂的方式和方法改进转子叶片加热装置的空气流，而在此不负面地影响避雷。
18.相对于此附加地或替选地，可以设有偏转元件，所述偏转元件具有尽可能小的横截面变化，其中在安装偏转单元之后，流动通道具有小的横截面变化。
19.根据本发明，提出一种风能设备转子叶片，所述风能设备转子叶片沿着转子叶片的纵向方向具有至少一个、优选地两个腹板。为了加热转子叶片，沿着腹板可以设有空气流。空气流在转子叶片根部区域中开始，并且优选地经加热的空气沿着第一腹板和/或第二腹板流动并且必须偏转。这通过具有至少两个偏转弧形部的偏转单元来实现。两个偏转弧形部分别具有第一端部和第二端部连同所述第一端部与所述第二端部之间的中间区域。中间区域设计为弧形部，所述弧形部分别具有半径。
20.可选地，可以设有中空的转子叶片尖部，在所述转子叶片尖部上游设有另一偏转单元，所述另一偏转单元在偏转单元与转子叶片的壳之间使第一空气通道和第二空气通道自由，使得可以加热或借助于暖空气穿流中空的转子叶片尖部。
21.本发明的其他设计方案是下文的主题。
附图说明
22.下面参照附图详细阐述本发明的优点和实施例。
23.图1示出根据本发明的风能设备的示意图，
24.图2示出图1的风能设备的转子叶片的示意性的和部段的示图，
25.图3示出根据本发明的转子叶片的部段的示意图，
26.图4示出用于图解说明偏转单元的压力损失与体积流的相关性的图形，以及
27.图5a和图5b示出在根据现有技术和根据本发明的转子叶片中的偏转单元的情况下的压力损失的示意性图解说明。
具体实施方式
28.图1示出根据本发明的风能设备的示意图。风能设备100具有塔102和塔102上的吊舱104。在吊舱104处设有空气动力学转子106，所述空气动力学转子具有三个转子叶片200和整流罩110。空气动力学转子106在风能设备运行时通过风置于旋转运动中，从而也使发电机的转子或转动件旋转，所述转子或转动件直接或间接地与空气动力学转子106耦联。发电机设置在吊舱104中并且产生电能。转子叶片200的桨距角可以通过相应的转子叶片200的转子叶片根部处的变桨马达来改变。
29.图2示出图1的风能设备的转子叶片的示意图的和部段的示图。转子叶片200具有转子叶片根部区域200a、转子叶片尖部区域200b、转子叶片尖部240、前缘201、后缘202、压力侧200c和吸力侧200d。在转子叶片200内设有空气引导部，所述空气引导部具有至少一个流动障碍物。可以在转子叶片根部区域200a的区域中设有转子叶片加热装置300。转子叶片加热装置300具有至少一个空气过滤器并且产生暖空气，所述暖空气被引导到转子叶片的内部中。
30.至少一个腹板210在转子叶片内沿着转子叶片200的纵向方向l延伸，所述腹板是空气引导部的一部分或出于其他原因已经存在，并且空气引导部仅是次级功能。例如可以设有两个腹板211、212，所述两个腹板最初可以平行地和可选地在转子叶片尖部240的区域中彼此会聚地设计。在此，第一腹板211的长度可以小于第二腹板212的长度。转子叶片尖部240可以可选地设计为单独的部件，并且紧固在转子叶片200的其余部分处。
31.通过转子叶片加热装置加热的空气可以沿着——作为空气引导部的一部分的——腹板朝向转子叶片尖部240被引导并且然后偏转。可选地，转子叶片尖部240可以至少部分中空地设计，使得经加热的空气的一部分可以流动通过转子叶片尖部240，以便对转子叶片尖部240进行除冰。
32.根据本发明的一个方面，要么可以借助于转子叶片加热装置300在转子叶片根部区域中产生经加热的空气，在所述转子叶片根部区域中借助于加热单元300加热空气，要么将经加热的空气在转子叶片根部区域200a中输送给转子叶片200。
33.根据本发明的一个方面，空气引导部可以具有分叉部，以便例如可以向转子叶片内的不同的部段供给经加热的空气。在分叉部的区域中设有根据本发明的具有至少两个偏转弧形部的偏转单元250，使得应借助于分叉部分叉的经加热的空气也流动通过偏转单元从而偏转。
34.图3示出根据本发明的转子叶片的部段的示意图。转子叶片200具有两个腹板211、
212，所述两个腹板例如可以如图2中所示的那样延伸。在第一腹板211处或替选地在第二腹板212处设有偏转单元250。偏转单元250应用于偏转在前缘与第一腹板211之间、在第一腹板211与第二腹板212之间或在第二腹板212与后缘之间从转子叶片根部朝向转子叶片尖部流动的经加热的空气。经加热的空气可以通过转子叶片加热装置300在转子叶片根部的区域中产生。
35.在现有技术中仅设有一个偏转弧形部，而偏转单元250具有至少两个偏转弧形部251、252。在此，第一偏转弧形部251可以具有比第二偏转弧形部252更大的半径。在第一腹板211的端部211a与第二偏转弧形部252之间设有自由空间，使得暖空气可以通过第二偏转弧形部252被偏转。在距第二偏转弧形部252一定间距中设有第一偏转弧形部251，所述第一偏转弧形部具有比第二偏转弧形部252更大的半径。如在图3中可以看出，第一偏转弧形部251具有第一端部251a、弧形部段251b和第二端部251c。第一端部251a伸到前缘201与第一腹板211之间的区域中。第二端部251c伸到第一腹板211与第二腹板212之间的区域中。可选地，第一偏转弧形部251的第一端部251a可以具有延长部，使得第一偏转弧形部251的第一端部251a至少部分地邻接于前缘201的壁。第二偏转弧形部252具有第一端部252a和第二端部252c以及在所述第一端部与所述第二端部之间的弧形部段252b。
36.图4示出用于图解说明偏转单元的压力损失与体积流的相关性的图形。在图4中示出根据用于具有第一偏转弧形部和第二偏转弧形部的偏转单元250的体积流的压力损失a。此外示出用于仅具有一个偏转弧形部的偏转单元的压力损失b。因此，从图4中获知，与现有技术相比，根据本发明可以明显减小通过偏转单元引起的压力损失。
37.图5a和图5b示出在根据现有技术和根据本发明的转子叶片中的偏转单元的情况下的压力损失的示意性图解说明。在图5a中示出具有带有唯一的偏转弧形部的偏转单元250的转子叶片200的部段。在图5b中示出具有根据本发明的偏转单元250的转子叶片200的部段，所述偏转单元具有第一偏转弧形部251和第二偏转弧形部252。如从图5a中获知，经加热的空气10沿着第一腹板211流动，并且撞击到偏转单元250上，所述经加热的空气在那里偏转到第一腹板211与第二腹板212之间的区域中。然而，在此在腹板211的端部处产生死气区域11。
38.如在图5b中可看出，具有至少两个偏转弧形部251、252的根据本发明的偏转单元引起死气区域11的明显减小。这引起通过偏转单元引起的压力损失的在图4中示出的减小。借此可以明显改进根据本发明的转子叶片的加热。