风能设备的转子叶片和风能设备的制造方法_3

文档序号:9568321阅读:来源:国知局
。转子半径在此分别涉及如下转子,所述转子具有至少一个安装在转子的转子毂上的转子叶片。相应的转子叶片的长度从转子叶片根部向转子叶片尖端延伸。转子叶片开始于其转子叶片根部,例如在归一化的转子半径的值为0.05时,并且结束于其转子叶片尖端,在归一化的转子半径的值为1时。在转子叶片尖端的区域中,归一化的转子半径的值大致对应于相关的转子叶片的百分比长度。特别地,归一化的转子半径的值1等于转子叶片长度的100%。
[0057]在图表中可以看到两个曲线图100和102。曲线图100描述了用于弱风区域的风能设备的相对轮廓厚度的曲线,并且曲线图102描述了用于具有较高的平均风速的区域的风能设备的曲线。根据所述图可以看到,曲线图102的相对轮廓厚度的曲线基本上单调下降地伸展。曲线图102在转子叶片根部的区域中、即在为0.0和0.1的归一化的转子半径之间在低于45%的相对轮廓厚度中开始。相对轮廓厚度的值持续减小。
[0058]弱风设施的曲线图100在明显更高的相对轮廓厚度中开始。并且仅在归一化的转子位置的大约15%中才下降到低于相对轮廓厚度的所表示的45%标记并且仅在归一化的半径的大约50%时才离开该区域。在大约45%的归一化的径向位置中,根据曲线图100的弱风设施和根据曲线图102的强风设施之间的相对轮廓厚度的差别最大。
[0059]由此所述视图示出:在弱风设施中,与强风设施相比,相对厚度的减小非常远地向外转移。尤其对于40%至45%的区域提出,设有边界整流栅,其中在该区域处与强风设施相比相对厚度最大,所述边界整流栅能够围住该区域和/或在此设有涡流发生器。
[0060]在图3中示出如下图表,所述图根据转子半径定性地示出轮廓深度(在图表中简称为深度),其值被归一化到分别所基于的转子的最大半径上。曲线图200示出用于弱风设施的曲线,所述弱风设施也基于图2的视图,反之曲线图202示出强风设施的曲线,所述强风设施也基于图2。其中可以看到,弱风设施相对于强风设施极其早地、当大约在整个半径的一半上时,就已经具有相对小的深度。
[0061]图4示出如下图表,其中关于图3的轮廓深度分别示出轮廓厚度(在图表中简称为厚度)。在此也仅定性地示出在归一化的半径之上的用于弱风设施的图300和用于强风设施的曲线图402。曲线图100,200和300和曲线图102,202和402分别基于相同的风能设备。
[0062]可以看到,用于这两个设施类型的厚度曲线300和302是完全近似的,以便确保相应的结构稳定性。但是对于弱风设施而言,此时在外部的转子区域中预设更小的深度,以便将特殊的条件考虑在内,如图3的曲线图200相对于曲线图202所示出的那样。由此得到根据曲线图100的相对厚度的特征曲线,所述特征曲线在围绕大约40%的区域中具有平台,如图2所示出的那样。
[0063]图5示出具有塔402的风能设备400,所述塔建立在基座403上。吊舱404 (机器舱)位于上部的、与基座403相对置的端部处,所述吊舱具有转子405,所述转子基本上由转子毂406和安置在其上的转子叶片407、408和409构成。转子405与吊舱404内部中的发电机耦联以将机械功转换为电能。吊舱404可旋转地安装在塔402上,其基座403提供必要的稳定性。
[0064]图6示出在一个实施方式的转子叶片500的在其整个长度1上、即从0%至100%的侧视图。转子叶片500在一个端部上具有转子叶片根部504并且在背离其的端部上具有转子叶片尖端507。转子叶片尖端507在连接区域505处与转子叶片的其余部分连接。在转子叶片根部504上,转子叶片具有大的轮廓深度。反之,在连接区域505中并且在转子叶片尖端507处,轮廓深度小得多。轮廓深度从转子叶片根部504起,直至中部区域506明显减小,所述转子叶片根部也能够称为轮廓根部504。在中部区域506中能够设有分开部位(未示出)。从中部区域506直至连接区域505,轮廓深度近似恒定。
[0065]转子叶片500在转子叶片根部504的区域中具有一分为二的形状。转子叶片500由此由基本轮廓509构成,在转子叶片根部504的区域中另一个部段508设置在所述基本轮廓上以提高转子叶片500的转子叶片深度。部段508在此例如粘接到基本轮廓509上。这种一分为二的形状在运输至架设地点时的操作方面是更简单的并且可更简单地生产。
[0066]此外,在图6中可以看到毂连接区域510。转子叶片500经由毂连接区域510连接到转子毂上。
[0067]图7示出图6的转子叶片500的另一个侧视图。可以看到如下转子叶片500,所述转子叶片具有基本轮廓509、用于提高转子叶片深度的部段508、中部部段506、转子叶片根部504和毂连接区域510以及朝向转子叶片尖端507的连接区域505。转子叶片尖端507构成为所谓的小翼。由此减少转子叶片尖端处的涡流。
[0068]图1至7首先在不示出边界层整流栅的情况下并且也在不示出涡流发生器的情况下图解说明转子叶片或风能设备。图8图解说明会在作为基础的弱风设施的叶片中出现的问题。所述视图示出局部的功率系数的两个不同的曲线,所述曲线定性地关于转子叶片的相对半径、即关于作为基础的转子的最大半径R的当前半径r绘制。由此,值1、即100%,对应于叶片尖端的位置,并且值0、即0%,对应于作为基础的转子的旋转轴线。因为叶片不伸展至零点,所以所述视图例如在0.15处开始。该研究基于为9的叶尖速比(λ = 9)。
[0069]这两个曲线是三维计算流体动力学的模拟结果。所述曲线针对两个相同的、但是不同地被污染地转子叶片定性地示出局部的功率系数。上部的曲线700示出基本上最佳的转子叶片的结果,所述转子叶片尤其不具有污物。这相应地设有名称“层流-湍流(laminar-turbulent) ”。下部的曲线701示出基本上相同的转子叶片的结果,但是所述转子叶片不具有最佳的状态、即具有污物,所述污物也能够涉及叶片上的雨水或者雨滴。这在图8中表示为“全瑞流(vollturbulent) ”。
[0070]在不利的前提下,在转子叶片的中部区域中会出现局部的功率系数的扰动。
[0071]图9示出第一边界层整流栅810和第二边界层整流栅820。这两者具有吸入侧部段811或821和压力侧部段812或822。这些部段811、812、821或822的每一个都构成为连接片并且具有基础部段B和背部部段R,所述基础部段和背部部段在此简化地以它们自身的字母表示,以便强调功能上的类似性。每个基础部段B由此同时表明叶片在相应示出的轮廓剖面中的轮廓、即针对吸入侧801或压力侧802的轮廓。所有的整流栅部段811、812、821和822的高度从转子叶片隆起部803附近的区域朝向后缘804连续地增加。附图标记801至804就此而言对于这两个边界层整流栅810和820是相同的,因为它们涉及相同的转子叶片,仅在图9的这两个视图中在不同的径向位置上示出。
[0072]图9也针对这两个边界层整流栅810和820示出旋转轴线806,压力侧轮廓或吸入侧轮廓围绕所述旋转轴线旋转,以便获得相关的背部部段R的轮廓。这仅针对第一边界层整流栅810图解说明并且在该处仅针对吸入侧部段811图解说明,但是按意义来说,可推及压力部段812并且也可推及边界层整流栅820,即按意义来说可分别推及吸入侧部段821和压力侧部段822。
[0073]背部部段R的轮廓由此以旋转角度α旋转并且这相应地可在端部区域808处最明显地看出。旋转角度α针对不同的边界层整流栅部段811、812、821和822能够是不同的。由此,通过这种设计,对于整流栅部段相对于相应的叶片表面产生高度h。高度h沿着相应的连接片改变、即从叶片隆起部803朝向后缘804增加。该高度h由此沿着相应的连接片改变并且对于不同的整流栅部段811、812、821和822也能够是不同的。但是为了图解说明功能上的关系,对于每个整流栅部段811、812、821和822选择变量h。
[0074]图10示出转子叶片800的两个视图、即吸入侧801的俯视图和压力侧802的俯视图。在此,转子叶片800从根部区域807指向叶片尖端808并且相应的俯视图涉及叶片尖端808的区域。根部区域807在此相对于叶片尖端区域808扭转,这能够为45°至50°,使得根部区域807不像是最宽的区域、即不像具有最大的轮廓深度,但是这仅是该扭转的区域的立体图的一个现象。
[0075]图10示出第一边界层整流栅810和第二边界层整流栅820的位置,并且由此示出压力侧的这两个整流栅部段811和821和压力侧的整流栅部段812和822的位置。在所示出的实例中,基于转子的具有46m的半径的转子叶片800。关于转子的半径,第一边界层整流栅810在此设置在15m的位置中,并且第二边界层整流栅820设置在25m的位置处。
[0076]图10此外示意性地示出吸入侧801上的吸入侧和压力侧的位置线851及压力侧802上的吸入侧和压力侧的位置线852,所述位置线分别表示沿着涡流发生器853或854设置的线。也称为涡旋发生器的涡流发生器853和854同样仅简示并且与所示出的相比尤其能够以明显更高的数量设置。在任何情况下,该设计方案仅在第一和第二边界层整流栅810或820之间的区域中示出吸入侧801上的涡流发生器853。由此在压力侧802上同样设有涡流发生器854,所述涡流发生器在该处也能够
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