风能设备的转子叶片和风能设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风能设备的转子叶片。此外本发明涉及一种风能设备。
【背景技术】
[0002]风能设备通常已知并且现今所谓的水平轴线风能设备已得到实施，本申请也基于所述水平轴线风能设备。现代风能设备匹配于在其架设地点所预期的风情。特别地，基本上在用于强风区域的风能设备和用于弱风区域的风能设备之间进行区分。必要时能够实行其它的划分方式。
[0003]用于弱风区域的风能设备相对于用于具有更高的平均风速的区域的风能设备具有更长的并且至少部分地也更精细的转子叶片。由此，这些更长的转子叶片能够掠过更大的转子面，以便由此也能够在风力弱的情况下从风中提取尽可能多的能量。因强风引起的强负荷相对少地出现。
[0004]对于这种转子叶片的构造而言需注意的是，这尤其在中部区域中是窄的，使得所述转子叶片具有尽可能小的重量，但是同时能够确保叶片的足够的承载能力。特别地，在转子叶片的中部区域中，关于转子的径向方向，会难以使所描述的关于转子叶片的稳定性和承载能力的要求与所需要的空气动力学的设计一致。
[0005]用于铺设空气动力学的轮廓的间隙在此有时能够是小的，使得虽然实现了具有良好特性的空气动力学的轮廓，但是这种最佳的空气动力学的轮廓的轻微偏差对于流动特性而言会是显著的。特别地，转子叶片的污物会引起所不期望的早期停转，所述早期停转在没有污物的叶片中不出现或者至少不在一定程度上出现。在此，间或的雨滴就足以成为叶片的显著的污物。
【发明内容】
[0006]本发明由此基于下述目的:解决上述问题中的至少一个。特别地，应提出一种用于改进转子叶片的空气动力学特性的解决方案。特别地，应改进用于弱风区域的风能设备的转子叶片、尤其使得其对于污物是较为不易受影响的。至少应提出一种替选于现有技术的解决方案。
[0007]德国专利商标局在关于本PCT申请的优先权申请中检索了下述现有技术:DE 10347 802 B3，US 2011/0211966 A1，US 2012/0051936 A1 和 EP 2 466 122 A2。
[0008]根据本发明，提出一种根据权利要求1所述的转子叶片。这种叶片、即空气动力学的转子的叶片，至少包括一个第一边界层整流栅和一个第二边界层整流栅。这些边界层整流栅的位置关于空气动力学的转子的径向方向专门与中部区域相配合。至少两个边界层整流栅的位置被选择为，使得这些边界层整流栅包围转子叶片的中部区域。
[0009]在此，基于如下考虑:转子叶片在毂附近的区域中即使在弱风设施中、即在用于弱风区域的风能设备中也能够宽地构成并且允许较为不易受影响的轮廓。在外部的区域中、即朝向转子叶片尖端，同样能够实行更坚稳的轮廓设计，因为在该外部的区域中，转子叶片的承载能力不是那么决定性地影响叶片设计。在此，在中部区域中，转子叶片的承载能力在该区域中起重要作用并且风对风能设备的效益的影响在此也是相当大的。此外，在中部区域中有时会因污物如雨而出现较大的影响，因为旋转速度在此不如在叶片的外部的区域中高并且因此雨水会更好地保持在表面上。
[0010]在该部位处应注意的是，在风能设备的转子叶片中使用边界层整流栅原则上是已知的。在本文中参考德国专利DE 103 47 802 B3。在那里设有边界层整流栅，以便防止在转子叶片的基本上圆柱形的根部区域至转子叶片的具有空气动力学的轮廓的外部部分之间的横向流动。为此，在那里提出在如下区域上的边界层整流栅，在所述区域上，转子叶片从其大约圆柱形的根部区域过渡为具有空气动力学的轮廓的区域。第二边界层整流栅能够设置用于辅助。
[0011]本发明与之相对涉及一个完全不同的问题、即防止尤其因叶片污物引起的停转或者至少将其限定到预定的范围。在此，本发明尤其涉及如下转子叶片，所述转子叶片直接在其根部区域中具有其最大的轮廓深度，以固定在转子毂上。换句话说，本发明尤其涉及如下转子叶片，所述转子叶片在其完整的轴线向或径向长度上具有空气动力学的轮廓。
[0012]为此提出:第一边界层整流栅设置在25%至40%的区域中并且第二边界层整流栅在转子叶片上设置在45%至60%的区域中。该说明涉及在风能设备的空气动力学的转子中常规使用时转子叶片的径向方向。因此，恰好在空气动力学的转子的旋转轴线中是为％的值并且在转子叶片的转子叶片尖端是100%的值。
[0013]优选地，第一边界层整流栅沿着径向方向设置在30 %至35 %的区域中并且此外或者替选地，第二边界层整流栅在转子叶片上沿着径向方向设置在50%至55%的区域中。由此，转子叶片的相应具体的中部区域设有这两个边界层整流栅，并且所述转子叶片的相应具体的中部区域夹在这两个边界层整流栅之间。所提出的措施由此能够具体地针对该中部区域。
[0014]优选地，第一和第二边界层整流栅分别设置在转子叶片的吸入侧。特别地，可以得知，在此大多问题会随着停转出现，使得尤其在此设有边界层整流栅。优选地，不仅各一个边界层整流栅设置在转子叶片的吸入侧上，而且每个边界层整流栅具有两个整流栅部段，其中一个整流栅部段设置在吸入侧上并且另一个整流栅部段设置在转子叶片的压力侧上。在此可以得知，通过压力侧的整流栅部段辅助吸入侧的边界层整流栅还能够改进所提出的空气动力学的措施。可能的停转现象由此能够被有效地限制到转子叶片的该中部区域上。
[0015]根据一个实施方式，每个边界层整流栅构成为，使得所述边界层整流栅的高度从叶片隆起部延伸至后缘地增加。就此而言，基于常用的转子叶片，所述转子叶片例如沿着运动方向具有叶片隆起部或者转子叶片隆起部并且背离该叶片隆起部、即基本上向后具有后缘。优选地，边界层整流栅的高度取决于流向叶片的空气的边界层的厚度。该边界层假设作为如下区域，在所述区域中迎流的空气速度具有距叶片表面大的距离，使得所述空气速度达到空气的不受限制的流动速度的90%。在此，基于空气相对于转子叶片在相关的部位处的流动速度。
[0016]现已发现，边界层从叶片隆起部至后缘具有渐增的间距。根据一个实施方式提出:边界层整流栅的高度取决于此。
[0017]关于边界层整流栅的高度的该实施方案以如下边界层整流栅为前提，所述边界层整流栅例如设计为平坦的、垂直于叶片表面并且相对于迎流方向纵向地构成的对象、即例如连接片状地构成。此外，当边界层整流栅分别在吸入侧上具有一个整流栅部段并且在压力侧上具有一个整流栅部段时，所述实施方案也可应用于边界层整流栅部段，所述边界层整流栅部段也简称为整流栅部段。
[0018]特别地，边界层整流栅从叶片隆起部附近开始，例如关于叶片轮廓的弦，在叶片隆起部后方的5%至10%中的相关部位处开始。在此，边界层整流栅或整流栅部段以0_至5mm的低的高度开始并且随后连续地升高直至超过15mm的高度、尤其超过20mm的高度。这种升高在第一边界层整流栅或其整流栅部段中升高到超过30mm。优选地，边界层整流栅在其后方的区域、尤其后三分之一中，在其高度上保持不变、即保持同样高。由此，该边界层整流栅能够匹配于边界层的位置并且避免不必要大的高度从而避免不必要的迎流面，并且最后相对于具有保持相同大的高度的变型形式也实现了材料节省。
[0019]优选地，由此每个边界层整流栅或整流栅部段构成为连接片并且该连接片具有基本部段和背部部段。通过基本部段，连接片固定在转子叶片表面上、即固定在吸入侧或压力侧上，并且连接片的另一个空闲侧形成背部部段。基本部段由此遵循叶片轮廓。背部部段同样如叶片轮廓那样构成，但是是在另一个位置处。对此，基于如下轮廓线，所述轮廓线在其形状上对应于叶片轮廓，但是所述轮廓线围绕旋转/转动轴线相对于叶片轮廓旋转/转动。这种解决方式以分别被观察的边界层整流栅的区域中的轮廓部段为出发点。由此首先假设遵循叶片轮廓、例如吸入侧上的叶片轮廓的轮廓线。由此假想地形成旋转轴线、优选在叶片隆起部的区域中形成。然后将该轮廓线假想地围绕该旋转轴线转动、尤其转动大约1°至3°的角，使得该轮廓线与叶片轮廓在旋转轴线中具有共同的点，但是除此之外向后朝向后缘连续地远离叶片轮廓、即在该实例中连续地远离吸入侧。边界层整流栅或边界层整流栅部段由此在叶片轮廓和这种旋转的轮廓线之间伸展。
[0020]当整流栅部段设置在压力侧上时，相应地，基于压力侧的轮廓线并且所述轮廓线形成连接板的基部的曲线并且此外旋转的轮廓线形成连接片的背部的曲线。在此，围绕同一轴线的旋转方向与吸入侧的边界层整流栅的构成方案相比正好是相反的。
[0021]在朝向叶片隆起部的前部区域中、即尤其在关于叶片的弦5%至10%的区域中，连接片的高度在此可能是小的，使得连接片不需要在该处构成，并且连接片仅在距叶片隆起部相应的距离处开始是足够的。这不仅适用于吸入侧而且适用于压力侧。
[0022]优选地，边界层整流栅的高度设定为以边界层在相应的区域中的位移厚度的二至五倍、尤其三至四倍大。
[0023]此外也得知，边界层整流栅朝向叶片隆起部的小的高度就能够是足够的，因为应当由所提出的措施来防止的停转仅在叶片或者叶片轮廓的中部的或者甚至的后部的区域中才出现。相应地，有利的是，随着位置越来越朝向后缘，边界层整流栅的高度增大。
[0024]另一个实施方式提出:第一和第二边界层整流栅具有不同的高度、尤其不同的平均高度。如果边界层整流栅构成为连接片，所述连接