專利名稱：具有細(xì)長(zhǎng)葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)的制作方法
具有細(xì)長(zhǎng)葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)力渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子有翼形部分，該翼形部分具有在升 力變化和平均升力之間的減小比例。 引言&定義
風(fēng)力渦輪機(jī)可以是水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)或垂直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)，
包括轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有轉(zhuǎn)子葉片，其中，N表示轉(zhuǎn)子葉片的數(shù)目，R 表示葉片半徑。由于旋轉(zhuǎn)，葉片尖端在半徑R處獲得葉尖速度v葉尖， 該葉尖速度v葉尖等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速co和轉(zhuǎn)子半徑R的乘積v葉尖-coR。未 干擾風(fēng)速V是當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)沒(méi)有干擾流動(dòng)時(shí)在轉(zhuǎn)子軸線位置處的風(fēng) 速。在v ^和V之間的比例是葉尖速度比X=oR/V。翼形部分是氣動(dòng) 優(yōu)化型面，它在前緣處為圓的，在后緣處尖銳或進(jìn)行切除。翼形部分 的一側(cè)是上側(cè)或吸力側(cè)，另 一側(cè)是底側(cè)或壓力側(cè)。
經(jīng)過(guò)在翼形部分內(nèi)與底側(cè)和上側(cè)都接觸的圓的圓心的曲線稱為上 彎線(camber line )。在前緣處，該線與翼形部分的輪廓連續(xù)。連接上 彎線的最前側(cè)部分和最后側(cè)部分的線部分是弦c或在半徑位置r處的 局部弦cr。轉(zhuǎn)子葉片可以有在相同半徑位置處的多個(gè)翼形部分。在這
種情況下，翼形部分的弦的總和將認(rèn)為是局部弦Cr。
翼形部分的前緣位于0%弦處(0% c)，后緣位于100。/。c處。在 上彎線和弦之間的最大距離是曲度。在翼形部分的最大圓的直徑和弦 之間的比例是翼形部分的厚度t。翼形部分的后部部分的柔性或可位 置控制部分(它可以相對(duì)于前緣運(yùn)動(dòng)超過(guò)2.5%)并不是弦的一部分。 翼形部分的升力L=l/2pU2 c,c和阻力D=l/2pU2 c,c與線c成比例，并 分別與升力系數(shù)c,和阻力系數(shù)cd成比例。
弦從等式OM中得出。這里，M是無(wú)量綱動(dòng)量損失。C是弦數(shù)， 該弦數(shù)對(duì)于水平軸線渦輪機(jī)是Nrcrc^2/(27rR2)，對(duì)于垂直軸線渦輪機(jī) 是NrCrC^2/R2。該數(shù)規(guī)定了參數(shù)N、 cr、 c,、 r、 R和k應(yīng)當(dāng)怎樣選擇，以便在流動(dòng)中實(shí)現(xiàn)特定無(wú)量綱動(dòng)量損失。接近旋轉(zhuǎn)軸線時(shí)，弦數(shù)并不
提供良好值，因此該數(shù)主要在開始于0.3R-0，6R和終止于0.9R-1.0R 的范圍內(nèi)使用。水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)的實(shí)例是M-3/4。當(dāng)設(shè)計(jì)人員選 擇R-50m、 k=8、 N二3和cp0.9時(shí),隨后得到cr r=68.2m2，因此，在 25m半徑位置處，弦應(yīng)當(dāng)為大約2.73m。在例如0.5R至0.9R范圍內(nèi) 中的平均弦數(shù)為
5=(1/0.4R) j" (NrCrC,X2)/( 2ttR2) dr
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的弦還可以通過(guò)等式Ncrrk2/ R2=8;ia (l-a)/c,計(jì) 算，其中，a是根據(jù)Lanchester-Betz原理的軸向引入(induction )。 在等式左手側(cè)的術(shù)語(yǔ)是弦數(shù)D，它在例如0.4R至0.95R的范圍內(nèi)的平 均值為
D=(1/0.55R) J* (Nrc^2)/( R2) dr
功率系數(shù)CP=P/(l/2pAV3)，其中P是根據(jù)Lanchester-Betz原理從 流體流中抽取的功率，p是空氣密度，A是掃過(guò)面積ttR2。由于傳遞 損失，抽取功率P將高于電功率Pe。對(duì)于在0.5P標(biāo)稱和P標(biāo)稱之間的Pe 值(其中，P標(biāo)稱是標(biāo)稱或額定功率)，假定P4.2Pe。當(dāng)在0.99R處的 局部弦位于葉片旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)時(shí)，傾斜角為0° 。當(dāng)葉片朝著葉片位置傾 斜時(shí)，該角度變得正向更大。攻角是在2D情況下在弦和未干擾入流 之間的角度。當(dāng)葉片產(chǎn)生零升力時(shí)的攻角為O升力角。對(duì)于較小攻角 (例如在-0.8°和+0.8°之間)升力(系數(shù))近似隨攻角線性增加。大部 分可調(diào)傾斜可變速度的渦輪機(jī)在低于額定風(fēng)速的情況下都基本以恒定 葉尖速度比k或接近恒定葉尖速度比X而工作。渦輪才幾可以偏離該恒 定X而工作，例如以避免特定本征頻率或降低聲發(fā)射。它還對(duì)于特定 人設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，翼形部分平均在攻角a設(shè)計(jì)下工作，該攻角a設(shè)計(jì)提供最 佳性能。在a設(shè)計(jì)下，翼形部分形成升力系數(shù)c,，設(shè)計(jì)，并有升阻比L/D沒(méi)計(jì)。 當(dāng)實(shí)際渦輪機(jī)在非極端情況下在額定風(fēng)速時(shí)產(chǎn)生電力，攻角的平均值 和升力系數(shù)的平均值接近設(shè)計(jì)值。由于湍流、偏轉(zhuǎn)、切變等，這些參 數(shù)的瞬間實(shí)現(xiàn)是隨機(jī)的。確定風(fēng)力渦輪機(jī)性能的普通方法是收集(bin)參數(shù)，例如10分鐘平均功率、攻角或升力系數(shù)，作為10分鐘平均風(fēng)
速的函數(shù)。當(dāng)多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在各收集器中收集并平均時(shí)，將獲得對(duì)這些 參數(shù)的平均值的精確程度不同的估計(jì)。在特定風(fēng)速下所獲得的(例如)
升力系數(shù)值是平均升力系數(shù)或IO分鐘平均升力系數(shù)。當(dāng)渦輪機(jī)根據(jù)該 設(shè)計(jì)來(lái)制造時(shí)，這些平均或IO分鐘平均值對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)值。因此，參數(shù) 例如升力系數(shù)或攻角的設(shè)計(jì)值、IO分鐘平均值和平均值基本相等。翼
形部分失速或表面流動(dòng)分離時(shí)的角度取決于翼形部分。普通的失速角
為+10°,在該失速角下，升力系數(shù)為大約l.O至1.6。在更大角度下， c,稍微增加或者甚至降低，同時(shí)ca增加，這樣，轉(zhuǎn)子葉片的效率降低。
流動(dòng)分離可以通過(guò)升力增強(qiáng)裝置來(lái)避免，例如在文獻(xiàn)中已知。這 樣的升力增強(qiáng)裝置的示例是渦流產(chǎn)生器(VG)、輪床折片、弦拉長(zhǎng)、 彎度增加、邊界層抽吸、靠近前緣或靠近后緣的折片、在翼形部分后 鄉(xiāng)彖處的柔性部分變形、施加Magnus效應(yīng)、FCS (例如在Sinha, S.K., WO03067169中所述)、合成射流(該合成射流將能量供給邊界層中， 例如由Gerhard, L., US4674717已知)和MEM平移凸片。這些選擇 的大部分可以以被動(dòng)和主動(dòng)情況來(lái)施加，在所述主動(dòng)情況下，控制可 以通過(guò)氣動(dòng)、液壓、電磁、壓電、或者通過(guò)MEM平移凸片或由文獻(xiàn) 中已知的其它控制方法來(lái)進(jìn)行。所有這些升力增強(qiáng)裝置主要可以作為 單獨(dú)元件來(lái)安裝在葉片上，或者能夠與葉片形成一體。
VG是產(chǎn)生渦流的元件，它將能量供給邊界層中。VG可以是或多 或少浸沒(méi)在表面中的元件，并已知多種不同形狀。實(shí)例是翼形部分表 面自身的特定曲線(例如凹腔)或者從翼形部分表面伸入流體流中的 表面的特定曲線?？赡芘cVG連接的連接部分(例如基座)并不認(rèn)為 是VG的一部分。VG的弦位置涉及VG的、在最小弦位置的部分。 基座可以基本扁平或遵循局部翼形部分形狀。VG的已知形狀可以在 以下文獻(xiàn)中找到Waring, J.， US5734990; Kuethe， A.M., US3578264; Kabushiki， K.T., EP0845580; Grabau， P" WO00/15961; Corten, G.P" NL1012949; Gyatt, G.W.， DOE/NASA/0367-1等。VG的長(zhǎng)度可以是 弦的大約3%,高度是弦的大約1%,相互距離是弦的大約5%。 VS使得失速延遲至更大攻角。具有VG的翼形部分通常在例如+12°至 +25°的攻角下達(dá)到1.5-2.5的升力系數(shù)。以規(guī)則間隔基本安裝在與垂直 于流動(dòng)方向的線偏離小于30。的線中的三個(gè)或更多VG定義為VG的 基線。切線(tangential)是在適當(dāng)?shù)囊硇尾糠值男D(zhuǎn)平面中環(huán)繞旋轉(zhuǎn) 中心的圓。 缺點(diǎn)
風(fēng)力渦輪機(jī)的成本很高，因?yàn)樵撠?fù)載需要大量材料。因此，風(fēng)力 渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)者想要以較低負(fù)載產(chǎn)生較高電力?，F(xiàn)有的風(fēng)力渦輪機(jī)的 缺點(diǎn)是風(fēng)的負(fù)載變化，且該變化導(dǎo)致附加成本。不利的負(fù)載變化的極 端情況是葉片彎曲，以致于使它撞上塔。在高于V截?cái)嗟娘L(fēng)速下，渦輪 機(jī)必須停止以避免過(guò)載，這降低了生產(chǎn)量，并增加了預(yù)期生產(chǎn)的不確 定性。另一缺點(diǎn)與在渦輪機(jī)通常停止時(shí)的高風(fēng)速相關(guān)。在葉片上的風(fēng) 壓產(chǎn)生高負(fù)載，因?yàn)闇u輪機(jī)葉片所需的弦較大。還一缺點(diǎn)是當(dāng)渦輪機(jī) 在其它渦輪機(jī)的尾流中工作時(shí)負(fù)載增加，因此需要布置成相互遠(yuǎn)離， 這產(chǎn)生空間成本和附加電纜長(zhǎng)度的成本。
現(xiàn)有渦輪機(jī)的另一缺點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子葉片的氣動(dòng)特征很難預(yù)計(jì)，因此， 新樣機(jī)在它們實(shí)現(xiàn)之前通常經(jīng)歷較長(zhǎng)和較昂貴的測(cè)試和改型階段。
而且，當(dāng)渦輪機(jī)在降低的葉尖速度比下工作，以便滿足特定聲音 發(fā)射水平時(shí)，效率將大大降低，因?yàn)閷?shí)際上葉片需要在這種情況下進(jìn) 行改變。
還一缺點(diǎn)是，當(dāng)為細(xì)長(zhǎng)葉片時(shí)，較高力矩需要大量和堅(jiān)固的材料。 通過(guò)使用較厚的翼形部分來(lái)克服該缺點(diǎn)可能導(dǎo)致流動(dòng)分離，從而有更 大阻力和更小升力。實(shí)際風(fēng)力渦輪機(jī)的另 一缺點(diǎn)是在風(fēng)力渦輪機(jī)的中 心附近的引入小于外側(cè)。在轉(zhuǎn)子中心的這一"泄漏"減小了在轉(zhuǎn)子上的 壓力差，從而降低了功率。
現(xiàn)有轉(zhuǎn)子的還一缺點(diǎn)是葉片性能將由于污染而大大降低。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是降低在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的升力變化和平均升力之 間的比例，特別是克服上述缺點(diǎn)。該目的通過(guò)用一種翼形部分代替現(xiàn)
10有技術(shù)翼形部分而實(shí)現(xiàn)，該翼形部分在0.5R和0.95R之間的范圍內(nèi)具 有超過(guò)1.1的10分鐘平均升力系數(shù)，更優(yōu)選是超過(guò)1,2,特別優(yōu)選是 超過(guò)1.4，優(yōu)選是超過(guò)1.6。在除了極端情況的一部分工作范圍內(nèi)，特 定優(yōu)點(diǎn)通過(guò)使用在0.4R和0.95R之間具有高于1.5的平均升力系數(shù)的 翼形部分而獲得，特別是高于1.75，更特別是高于2.0。
因?yàn)橐硇尾糠值纳九cc,和c成比例，因此乘積cc,應(yīng)當(dāng)有用 于達(dá)到所需升力的最小值。設(shè)計(jì)人員可以自由選擇c和C|，只要乘積 cc,大于該最小值。在不預(yù)先知道的情況下，設(shè)計(jì)人員將相同理論用于 升力變化，這是不正確的。令人驚訝的是，升力變化與升力不同，基 本獨(dú)立于升力系數(shù)c,。當(dāng)設(shè)計(jì)人員利用該新的理解時(shí)，它將降低c和 增加c,，這樣，升力變化變小。這特別與轉(zhuǎn)子的外部部分(r>0.5R) 相關(guān)。
這樣，由于湍流、風(fēng)切變、渦輪機(jī)錯(cuò)配、葉片運(yùn)動(dòng)、控制誤差等 引起的升力變化可能降低超過(guò)30%。這減輕疲勞和極端負(fù)載，這有利 于整個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)(包括地基)。它能夠在高湍流地點(diǎn)使用渦輪機(jī)。 在風(fēng)力農(nóng)場(chǎng)中，人們可以在渦輪機(jī)之間選擇更小間隔。
下文中介紹本發(fā)明很多優(yōu)選實(shí)施例的背景技術(shù)，后面的權(quán)利要求 也參考這些優(yōu)選實(shí)施例。
當(dāng)翼形部分應(yīng)用為在與0升力角偏離超過(guò)10。的IO分鐘平均攻角 下工作時(shí)，將獲得進(jìn)一步的益處，特別是超過(guò)12°，更特別是超過(guò)14。， 優(yōu)選是大約16°。
對(duì)于功率系數(shù)Cp在1/3和16/27之間的風(fēng)力渦輪機(jī)，無(wú)量綱動(dòng)量 損失M可以以多種方式來(lái)確定。 一 種特別有利的方法是 M=-1.19+9.74CP-21.01CP2 +17.50CP3。通過(guò)將這樣獲得的M設(shè)置成等 于弦數(shù)C，并由N、 r、 c,、人、R代替，可以確定局部弦cr。當(dāng)Q選 擇為小于在假定cpl.l (特別是1.3，更特別是1.5,特別優(yōu)選是1.7) 時(shí)得到的值時(shí)，可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)例標(biāo)準(zhǔn)的水平軸線渦輪機(jī)具有翼形部分，該翼形部分靠近頂 端處具有-3°的0升力角，在10°攻角下的最大升力系數(shù)1.3，且升力系數(shù)在這些角度之間為O.l每度的線性。高于10°攻角時(shí)，翼形部分失 速，效率大大降低。假定平均攻角為7°，且由于湍流，它變化±3°，這 時(shí)，升力系數(shù)從0.7變化至1.3,且它的平均值為1.0。升力變化是 0.6/1.0=60%的平均值。這是對(duì)于在葉片、傳動(dòng)裝置、軸承、塔、地基 等上的負(fù)載變化的測(cè)量值，且各處的成本增加。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例， 我們將具有VG的翼形部分選擇為使得失速延遲至更大攻角。這時(shí)， 最大升力系數(shù)例如為在15°攻角下的1.8。轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成平均攻角為12°, 平均升力系數(shù)為1.5。因?yàn)閷?duì)于較小a,升力與弦和升力系數(shù)的乘積成 比例，因此我們選擇弦減小系數(shù)1.5，這樣，升力和因此的產(chǎn)量相等。 由于湍流，攻角在本例中在沒(méi)有失速的情況下在9°和15°之間變化。 而且同樣假定升力系數(shù)在1.2和1.8之間變化。令人驚訝的是，變化只 為平均值的0.6/1.5=40%，或者是非本發(fā)明的負(fù)載變化的2/3。還有， 由于偏轉(zhuǎn)流入或風(fēng)切變而引起的負(fù)載變化更小。通過(guò)使葉片在高于V截?cái)?時(shí)停止，將不會(huì)達(dá)到最大正升力，且升力優(yōu)選是為負(fù)值，在葉片上的 負(fù)載更小，減小系數(shù)大約與弦減小相同。特別有利的停止位置是當(dāng)傾 斜角設(shè)置在30°- 100°之外時(shí)。
根據(jù)本發(fā)明負(fù)載減輕的還一優(yōu)點(diǎn)是需要更少(更便宜)的渦輪機(jī) 控制選擇。普通的主動(dòng)控制選擇是傾斜控制(對(duì)于葉片或?qū)τ谑? 和可變轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例考慮了風(fēng)力渦輪機(jī)具有從所述主動(dòng) 控制選擇中選定的2個(gè)(特別是l個(gè)，或者更優(yōu)選是0個(gè))主動(dòng)控制 選擇。
當(dāng)升力增強(qiáng)裝置例如VG用于轉(zhuǎn)子葉片上(這些裝置作為單獨(dú)部 件安裝在轉(zhuǎn)子葉片上)時(shí)，或者當(dāng)這些裝置與轉(zhuǎn)子葉片成一體時(shí)，將 獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域中通過(guò)應(yīng)用VG來(lái)改正具有較差性能的轉(zhuǎn) 子。這種情況在Corten， G.P., "Flow Separation on Wind Turbine Blades", ISBN 90-393-2582-0中介紹。在新近設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子中，專家反 對(duì)使用VG，因?yàn)樗鼈兊暮μ幨窃黾恿嗽胍艉妥枇?，而沒(méi)有進(jìn)一步的 優(yōu)點(diǎn)。由風(fēng)洞試驗(yàn)公知，對(duì)于小攻角，沒(méi)有VG的翼形部分的阻力小 于具有VG的相同翼形部分的阻力。令人驚訝的是，該意見(jiàn)并不正確，是基于不正確的試驗(yàn)。沒(méi)有VG的翼形部分應(yīng)當(dāng)與具有VG且具有減 小弦的翼形部分(它達(dá)到相同升力)比較。
實(shí)例假定沒(méi)有VG的翼形部分具有c, =1.0， cd=0.01和c=lm, 且具有VG的翼形部分具有c,=1.5， cd=0,012和c=2/3m。兩個(gè)翼形部 分產(chǎn)生相同的升力，因?yàn)槌朔ecc,恒定。沒(méi)有VG的翼形部分的阻力與 ccd=0.01 x 1=0.01成比例，而具有VG的翼形部分的阻力是ccd =0.012 x 2/3=0.008。因此，具有VG時(shí)阻力更小，即^f吏在阻力系數(shù)更高時(shí)。 另外，阻力系數(shù)也可以通過(guò)安裝VG而減小。還可以獲得進(jìn)一步的優(yōu) 點(diǎn)，因?yàn)閂G大大調(diào)整了邊界層，因此污染物的效果相對(duì)不重要。這 使得在污染時(shí)生產(chǎn)損失更小。
因?yàn)榛驹谖?cè)應(yīng)用升力增強(qiáng)裝置將增加正角度的最大升力，
同時(shí)負(fù)攻角的最大升力基本不變，因此將獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明 的優(yōu)選實(shí)施例的比例c,，最大/c,^、小于-1.2 -0.2%彎度，特別是小于-1.4 -0.2%彎度，其中，d，最大是在正攻角的最大升力，c,，最小是在負(fù)攻角的最 大升力，而％彎度是彎度(弦的百分?jǐn)?shù))，這樣，當(dāng)彎度為6%時(shí)，所 述比例優(yōu)選是大于2.2,特別是2.4。因此，在氣動(dòng)吸力側(cè)只需要更少 的措施(附加泡沫材料或應(yīng)用更高百分?jǐn)?shù)的第二類型纖維)來(lái)避免彎 曲。
通過(guò)應(yīng)用碳纖維而獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，該碳纖維適于在氣動(dòng)吸力 側(cè)增加剛性和吸收拉伸負(fù)載。這將使質(zhì)量降低，并使葉尖偏離更小， 這將降低整個(gè)渦輪機(jī)的成本。對(duì)于第一類型和第二類型纖維的定義， 可以參考Bech， A. e.a.的WO2004/078465。在該專利中，已經(jīng)注意了 不對(duì)稱層疊部分。不過(guò)它并沒(méi)有特別澄清什么是不對(duì)稱，也沒(méi)有澄清 不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的爭(zhēng)論，同時(shí)這些爭(zhēng)論(不對(duì)稱氣動(dòng)性能)也沒(méi)有出現(xiàn)， 直到使用本發(fā)明的葉片。
通過(guò)在翼形部分中在吸力側(cè)在5 % c和6 0 % c之間應(yīng)用空氣進(jìn)口例 如狹槽，可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。這些進(jìn)口優(yōu)選是位于0.05R至0.5R 的徑向范圍內(nèi)。這些進(jìn)口與葉片中的槽道連接，該槽道延伸至更大的 徑向位置，且該槽道具有在葉片后緣處的開口。在槽道中的空氣上的離心力提供了自然抽吸。通過(guò)使徑向位置差異超過(guò)10%的進(jìn)口與不同 槽道連接，可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)進(jìn)口可以通過(guò)使用MEM凸片 或壓電裝置而主動(dòng)打開或關(guān)閉時(shí)，可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)顛倒地應(yīng)用葉片(吸力側(cè)作為壓力側(cè)，而壓力側(cè)作為吸力側(cè))， 特別是在風(fēng)速高于12m/s或更特別是高于14m/s時(shí)，可以獲得進(jìn)一步 的優(yōu)點(diǎn)。在工作術(shù)語(yǔ)中，這意味著渦輪機(jī)使葉片傾斜大約150°，且渦 輪機(jī)停止和以另一旋轉(zhuǎn)方向再次起動(dòng)。也可選擇，吊艙偏轉(zhuǎn)180°，這 樣，轉(zhuǎn)子從逆風(fēng)方向轉(zhuǎn)變成順風(fēng)方向。在本例中，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向保 持相同。通過(guò)使葉片上下顛倒，由整個(gè)葉片產(chǎn)生的升力變化更小，極 端升力更小，且升力作用在更小的徑向位置上，因此偏轉(zhuǎn)和葉片根部 力矩更小。這些是V截?cái)鄰?5m/s的標(biāo)準(zhǔn)值增加至30m/s或35m/s或更 高值的原因。
隨著渦輪機(jī)尺寸的增加，使用的材料比產(chǎn)量更快地增加，因此， 對(duì)于更大的渦輪機(jī)，節(jié)省材料更重要。因此，本發(fā)明特別與轉(zhuǎn)子直徑 大于60m的渦輪機(jī)相關(guān)，特別是大于80m,更特別是大于100m。
在恒定相對(duì)厚度下，根據(jù)本發(fā)明的減小弦可能需要更多材料來(lái)承 載負(fù)載。為了用更少的材料來(lái)承載負(fù)栽以及增加葉片的剛性，葉片可 以在例如0.2R-0.7R處分成上部葉片和底部葉片。當(dāng)在壓力側(cè)的第一
一步的優(yōu)點(diǎn)。也可選擇，在葉片的未分開外部部分的吸力側(cè)的第一類 型纖維在底部葉片中連續(xù)。當(dāng)上部和底部葉片達(dá)到至少5。/。R相互距 離(特別是至少10%R)時(shí)可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。葉片的不對(duì)稱氣 動(dòng)性能導(dǎo)致上部葉片主要承受壓力負(fù)載，底部葉片主要承受拉伸負(fù)載。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例，底部葉片優(yōu)選是弦比上部葉片(在相等徑向位置 處)短20%，特別是40%，更特別是60%。還一優(yōu)點(diǎn)是，增加底部 和上部葉片的弦將增加產(chǎn)量，因?yàn)閷⒈苊鈴膲毫?cè)向吸力側(cè)的"泄漏"。 通過(guò)應(yīng)用相對(duì)較厚的翼形部分來(lái)以更少材料承載負(fù)載和增加剛 性，從而獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。原因是通過(guò)可能安裝在兩側(cè)的VG，流 動(dòng)分離可以避免，這樣，厚翼形部分可以在較大攻角范圍內(nèi)具有很高效率。至少t=25%c的翼形部分可用于徑向位置X).55R處，特別是徑 向位置X).65R處，更特別是在徑向位置X).75R處。
通過(guò)在壓力側(cè)應(yīng)用VG來(lái)避免流動(dòng)分離，從而獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。 這樣，最大負(fù)升力并不增加或稍微增加，因?yàn)閂G優(yōu)選是布置成靠近 后緣在大于30%c的弦位置處，特別是大于50%c,更特別是大于 70%c。
通過(guò)使用彎度大于6%c的翼形部分(特別是大于8%c，更特別 是大于10。/。c)，可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。增加彎度避免了在較大攻角 下的較深吸力峰值，這降低了對(duì)于污染物的敏感性。而且，具有較高 彎度的翼形部分通常在較大攻角下具有較高L/D比例。
當(dāng)多個(gè)VG或VG的基線沿流動(dòng)方向一個(gè)定位在另一個(gè)后面時(shí)， 我們可以稱為前部、中部和后部VG。前部VG對(duì)應(yīng)于在最小弦位置 處的VG，后部VG對(duì)應(yīng)于在最大弦位置處的VG,且在它們之間的 VG是中間VG。當(dāng)在中間的VG大于前部VG,特別是當(dāng)它們也大于 后部VG時(shí)，將獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)將一些附加VG布置在VG基線的上游，將獲得進(jìn)一步的優(yōu) 點(diǎn)。附加VG保持流動(dòng)更長(zhǎng)地附連到基線下游。這些附加VG降低了 C| -a關(guān)系的滯后(當(dāng)a經(jīng)過(guò)失速角度時(shí))。這些VG可以位于壓力側(cè) 的3。/oc和吸力側(cè)的10。/。c之間，特別是在吸力側(cè)的0。/。c和5。/。c之間。 優(yōu)選是，沿流動(dòng)方向一個(gè)位于另一個(gè)后面的VG產(chǎn)生相同旋轉(zhuǎn)方向的 渦系。
通過(guò)將VG安裝在翼形部分上并在停滯點(diǎn)位置和吸力峰值位置 (在5°的攻角下)之間，將獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。在該范圍，優(yōu)點(diǎn)是 VG位于在較小攻角下的低速區(qū)域中。當(dāng)攻角增加時(shí)，吸力峰值(最 大流速的位置)朝著VG移動(dòng)，因此這更有效。因此，VG在較小角 度時(shí)有較低活動(dòng)性(因此阻力增加很小)，當(dāng)需要時(shí)在較大角度下有較 高活動(dòng)性。
為了降低所述c, -a的滯后，人們還可以應(yīng)用較長(zhǎng)VG,該較長(zhǎng)VG 沿弦方向延伸例如超過(guò)10%，或者甚至超過(guò)30%。在該設(shè)計(jì)中，葉片
15表面提供有與流體流成 一 定角度的肋，該肋的上游部分優(yōu)選是位于比 下游部分更小的徑向位置處。
當(dāng)為垂直軸線渦輪機(jī)時(shí)，攻角在沒(méi)有湍流的情況下也變化。攻角
變化與葉尖速度比1成反比。為了使攻角變化保持在-10°至+10°的范 圍內(nèi)，X應(yīng)當(dāng)不小于大約4V2。對(duì)于更低X值，翼形部分將失速。使用 在兩側(cè)有VG的翼形部分將延遲失速至更大攻角，這樣，可以在沒(méi)有 失速的情況下使用4、 3V2、 3或者甚至272的VAT渦輪機(jī)(當(dāng)用 于空氣中或水中時(shí))的還一優(yōu)點(diǎn)是它能夠通過(guò)將VG安裝在翼形部分 或水翼部分的吸力側(cè)和壓力側(cè)上少于20%c (特別是少于15%c,更特 別是少于10%)而自己起動(dòng)。
通過(guò)使用高升力系數(shù)獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗軌蛟诟腿~尖 速度比下工作，這降低了噪音。
優(yōu)選是，多個(gè)VG (1、 2、 4或其它數(shù)目)和接地板制造為單件， 或者甚至制造為柔性材料條，例如橡膠、聚氨酯或彈性體(可以有阻 擋UV輻射的添加劑)。這稱為VG元件，并優(yōu)選是由PVDF、 FEP、 PEEK、 PI、 PEI、 PES和PFTE族塑料來(lái)制造。
VG元件可以通過(guò)任意已知的技術(shù)來(lái)安裝在轉(zhuǎn)子葉片上。特別優(yōu) 選是提供接地板，該接地板局部有雙面粘合劑，局部有流體粘接劑， 例如氰基丙烯酸鹽粘合劑。雙面粘合劑提供了直接固定，然后流體膠 水有時(shí)間固化。VG可以通過(guò)鉸鏈安裝，并只有在葉片安裝在渦輪機(jī) 上之后向外折疊。接地板的、將安裝在葉片上的側(cè)面可以稍微凹形， 且曲率半徑小于葉片在安裝位置的曲率半徑。
還優(yōu)選是，VG具有沿流動(dòng)方向的曲率，這樣，在沒(méi)有VG干擾 的流體流和VG之間的角度沿流動(dòng)方向增加優(yōu)選是5°至15°，特別是 增加2°至30°的范圍內(nèi)是有效的。該曲率避免VG的Kelvin-Helmholtz 不穩(wěn)定性，因此提高耐久性。
通過(guò)使用升力更少依賴于攻角的翼形部分(換句話說(shuō)，在4°至7° 的攻角范圍內(nèi)，該翼形部分的dc/da小于1,1,特別是小于1.05，更特 別是小于l.O)，將獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)用本發(fā)明的新轉(zhuǎn)子更換現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)的舊轉(zhuǎn)子，將獲得進(jìn) 一步的優(yōu)點(diǎn)。該新轉(zhuǎn)子可以在相同負(fù)載水平下更大，因此可以提高生
產(chǎn)量。舊轉(zhuǎn)子優(yōu)選是由新轉(zhuǎn)子代替，該新轉(zhuǎn)子在0.6R至0.95R的范圍 內(nèi)的弦在等徑向位置處小至少10%，優(yōu)選是小至少20%，更特別是在 該范圍內(nèi)提供有VG。
本發(fā)明的還 一 優(yōu)點(diǎn)是，根據(jù)本發(fā)明制造的葉片的特性可以通過(guò)改 變升力增強(qiáng)裝置，特別是VG圖形相關(guān)位置、類型、相互間隔、尺寸 等而進(jìn)行變化。當(dāng)希望可以進(jìn)一步延遲失速時(shí)，VG圖形改變?yōu)樵?加VG尺寸(例如25% )、降低在VG之間的間隔(例如25% )、布置 更多VG(例如附加基線)、增大在流體流和VG之間的角度(例如5° )、 改變VG位置(例如5%c)等。特別是，當(dāng)渦輪機(jī)的聲音發(fā)射太高時(shí)， 葉尖速度比可以降低。這時(shí)，優(yōu)選是葉片改變成在更高攻角下更好地 工作。相關(guān)改變的其它情況是大約相同設(shè)計(jì)的葉片用于不同風(fēng)力氣候 或不同渦輪機(jī)。
通過(guò)應(yīng)用可控制的VG，可以獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。這可以用于減 小高于額定風(fēng)速時(shí)的最大升力，這可能是增加截?cái)囡L(fēng)速的原因。它還 可以用作在故障、緊急停止或人工停止時(shí)降低轉(zhuǎn)子扭矩的方法，這降 低了其它制動(dòng)系統(tǒng)的成本。VG可以轉(zhuǎn)換至優(yōu)選是低分離延遲時(shí)的有 效狀態(tài)，在并不低分離延遲時(shí)轉(zhuǎn)換至無(wú)效狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施例，VG通過(guò)壓電裝置或通過(guò)MEM凸片來(lái)控制，特別是通過(guò)能夠 使渦流發(fā)生器直接旋轉(zhuǎn)例如15°的氣缸MEM裝置或壓電裝置來(lái)控制。 VG可以安裝在該壓電裝置或MEM裝置上，這樣，它相對(duì)于流體流 的方位可以從無(wú)效轉(zhuǎn)變成有效。有效可以通過(guò)改變?cè)赩G和流體流之 間的角度、通過(guò)將它折入或者通過(guò)使它或多或少縮回至翼形部分表面 中來(lái)進(jìn)行控制。與傾斜葉片相比，可控制VG的優(yōu)點(diǎn)是更快速地響應(yīng)。
渦輪機(jī)。
通過(guò)使本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片提供有至少 一個(gè)增強(qiáng)點(diǎn)(例如提升點(diǎn)) 而獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，該增強(qiáng)點(diǎn)適合升高葉片，其中，該點(diǎn)優(yōu)選是位于葉片的質(zhì)心小于1個(gè)弦長(zhǎng)度。這避免了對(duì)VG的損害，因?yàn)樵诎惭b 葉片的過(guò)程中不需要環(huán)繞葉片的提升帶。
通過(guò)使VG對(duì)齊成在大約0升力角土3。處平行于局部未干擾(由 VG)流體流，或者平行于切線，從而獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)增加攻 角，吸力側(cè)的流體流將徑向向外彎曲，這樣，在VG和流體流之間的 角度增加，并產(chǎn)生更強(qiáng)的渦流。這樣，VG在需要時(shí)在高攻角下為活 動(dòng)的，而當(dāng)它們不需要時(shí)在較小攻角下幾乎不增加阻力。
當(dāng)VG的上游側(cè)定位在比下游側(cè)更小的徑向位置，這樣，VG迫 使流體流向更大徑向位置，從而增加在邊界層中的自然徑向流分量時(shí)， 將獲得進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)。
附圖

下面的附圖表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖l表示了升力相對(duì)于攻角的關(guān)系；
圖2表示了具有逆風(fēng)轉(zhuǎn)子的水平軸線渦輪機(jī)；
圖3是翼形部分的剖視圖4是翼形部分的剖視圖5是翼形部分的剖視圖6是翼形部分的剖視圖7是翼形部分的剖視圖8表示了圖3的水平軸線渦輪機(jī)，其中葉片上下顛倒； 圖9表示了具有2葉片轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)； 圖IO表示了風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片； 圖ll表示了風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片。
圖l表示了升力L相對(duì)于攻角a的曲線圖。曲線3表示了沒(méi)有升 力增強(qiáng)裝置的普通翼形部分的關(guān)系圖。為了達(dá)到給定升力4,流體將 在攻角5下進(jìn)入翼形部分。由于例如風(fēng)中的湍流，攻角在范圍6中變 化，因此升力將在范圍7中變化。具有更高升力系數(shù)和更短弦的本發(fā) 明翼形部分的性能類似曲線8，它將達(dá)到相同升力4。這在更大攻角9 下實(shí)現(xiàn)。假定在風(fēng)中的湍流相同，攻角在與范圍6 —樣寬的范圍10
18中變化。這時(shí)，令人驚訝的是具有更高升力系數(shù)的翼形部分的升力 變化ll小于普通翼形部分的升力變化7。
圖2表示了作為本發(fā)明實(shí)例的、具有塔14和吊艙15的逆風(fēng)渦輪 機(jī)13。半徑R的渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括輪轂16和葉片18，該葉片18具有 葉尖19和葉根17。 VG安裝在葉片的后側(cè)，該VG在圖中不可見(jiàn)。葉 片沿切線20方向旋轉(zhuǎn)，并包括前緣21和后緣22。圖3至7表示了翼 形部分沿圖2中的線I-I的剖視圖。該剖視圖表示了吸力側(cè)34和壓 力側(cè)35。圖3表示了攻角a27、延伸弦25和未干擾流體流26。通過(guò) 圓36的中心的線是彎度線37。該線與長(zhǎng)度39的弦38相交。翼形部 分的前緣由21表示，后緣由22表示。在吸力側(cè)使用前部42、中間43 和后部44VG，在壓力側(cè)4吏用VG41。圖4表示了采用在較小弦位置 的VG 45和在更大弦位置的VG 44的另一實(shí)施方式。以在范圍50內(nèi) 的兩個(gè)位置表示的柔性后緣49并不認(rèn)為是弦29的一部分(當(dāng)范圍50 相對(duì)于前緣大于2.5%c時(shí))。葉片包括在吸力側(cè)46和壓力側(cè)47處的 第一類型纖維，該第一類型纖維垂直于剖面延伸。剪切腹板48位于吸 力側(cè)和壓力側(cè)之間。
圖5表示了兩斜排的VG，其中，在圖中上部線的前部VG 61定 位在底部線的最后部VG 62的上游。優(yōu)選是，VG61和62產(chǎn)生相同 旋轉(zhuǎn)方向的渦流。圖6表示了具有VG63的前部基線和具有VG64的 后部基線。圖7表示了在弦的相對(duì)較大部分上面延伸的VG 65。圖8 表示了圖2的渦輪機(jī)15,恰好在具有VG68的葉片18轉(zhuǎn)動(dòng)至上下顛 倒位置之后(由箭頭68表示)。在葉片的這樣上下顛倒應(yīng)用中，氣動(dòng) 壓力側(cè)和吸力側(cè)的功能交換，轉(zhuǎn)子沿相反方向旋轉(zhuǎn)。實(shí)際VG比圖中 所示更小和使用更大數(shù)量。圖9表示了具有2葉片轉(zhuǎn)子的渦輪機(jī)15， 該2葉片轉(zhuǎn)子的葉片18在分開線75處劈開成上部葉片77和底部葉片 76，它們?cè)谥鬏S78的延伸部分處連接。在圖9和10中，空氣可以流 過(guò)在上部葉片和底部葉片之間的自由空間79，該上部葉片和底部葉片 在相同徑向位置處達(dá)到距離74。局部弦是在相等徑向位置處的上部葉 片的弦和底部葉片的弦的總和。圖IO表示了具有葉尖19和根部17的葉片18。在結(jié)構(gòu)壓力側(cè)的基本第一類型纖維81從葉片根部通過(guò)上 部葉片76和分開線75朝著葉尖延伸。在結(jié)構(gòu)拉伸側(cè)的第一類型纖維 80從根部17通過(guò)底部葉片77和分開線75朝著葉尖19延伸。間隔器 82位于上部葉片和底部葉片之間。圖ll表示了風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片18， 它有在徑向位置n處的進(jìn)口 85,該進(jìn)口 85在邊界層中抽吸空氣，該 抽吸由槽道87中的空氣的離心力來(lái)驅(qū)動(dòng)，該槽道87延伸至在徑向位 置 處的出口 86。進(jìn)口 88相對(duì)于進(jìn)口 85定位在更大的徑向位置r2 處，優(yōu)選是具有比進(jìn)口 85更強(qiáng)的吸力，因此，該進(jìn)口具有單獨(dú)槽道 90，該槽道90優(yōu)選是沿徑向方向延伸至比槽道87更遠(yuǎn)。槽道90將抽 吸的空氣輸送至在徑向位置rn處的出口 89。
對(duì)于參數(shù)例如風(fēng)速(變化)、阻力和升力系數(shù)、額定風(fēng)速、攻角變 化等，給出了數(shù)字值。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，這些值只是示意性 的，實(shí)際上將取決于翼形部分、轉(zhuǎn)子和風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)以及工作條 件。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)知道，本文中的渦輪機(jī)是指垂直軸線和水 平軸線渦輪機(jī)，它只是類型指示，并不規(guī)定軸線的方位。本領(lǐng)域技術(shù) 人員還立即可以知道，本發(fā)明將有利于基于升力工作的所有已知類型 風(fēng)力渦輪機(jī)恒定和可變速度渦輪機(jī)、傾斜葉片和傾斜失速控制渦輪 機(jī)、失速控制渦輪機(jī)，以及所有已知類型的飛行渦輪機(jī)，例如旋翼飛 機(jī)型渦輪機(jī)和階梯型渦輪機(jī)，所述階梯型渦輪機(jī)是特殊類型的垂直軸 線渦輪機(jī)(US6072245),它的整個(gè)葉片將卑徑向位置R處工作。前文 中包括對(duì)于流動(dòng)現(xiàn)象的物理解釋。應(yīng)當(dāng)知道，這些解釋的有效性并不 與附加權(quán)利要求的有效性相關(guān)。本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然知道，當(dāng)本發(fā)明 與其它風(fēng)力渦輪機(jī)概念組合時(shí)，也是很有利的，這些風(fēng)力渦輪機(jī)概念 例如循環(huán)傾斜、控制風(fēng)力(US2006131889 )以及熱量與流量 (US2006232073 )。
權(quán)利要求
1. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括葉片，該葉片具有氣動(dòng)型面，其特征在于所述型面在0.2R至0.95R、特別是0.5R至0.95R的范圍內(nèi)具有大于1.1的10分鐘平均升力系數(shù)cl，特別是大于1.2，更特別是大于1.4，更特別優(yōu)選是大約1.6。
2. —種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括葉片，其特征在于除了極端狀態(tài)、例 如起動(dòng)中之外的工作范圍覆蓋一個(gè)部分，其中，所述葉片在從0.4R至0.95R范圍內(nèi)的型面的平均升力系數(shù)高于1.5，特別是高于1.75,更特 別是高于2.0。
3. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在0.5R 至0.95R范圍內(nèi)的所述型面在一個(gè)IO分鐘平均攻角時(shí)工作，該10分 鐘平均攻角與所述型面的0升力角的不同超過(guò)10、特別是超過(guò)12°, 更特別是超過(guò)14°，更特別優(yōu)選是大約16°。
4. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中對(duì)于未 干擾風(fēng)速在8m/s和10m/s之間的葉尖速度比入，所述葉片在0.5R和 0.8R之間的弦數(shù)D ( = NcrrX2/ R2 )和/或在0.5R和0.8R之間的范圍內(nèi) 的平均弦數(shù)萬(wàn)小于3.00，特別是小于2.75,更特別是小于2.50。
5. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述直徑小于5m的風(fēng)力渦輪機(jī)， 其中對(duì)于未干擾風(fēng)速在8m/s和10m/s之間的葉尖速度比X,所述葉 片在0.5R和0.8R之間的弦數(shù)D ( = NcrrX2/R2)小于4.50，特別是小 于4肌更特別是小于3.50。
6. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在功率 系數(shù)1/3〈Cp〈16/27之間，M=-1.19+9.74CP-21.01CP2十17.50Cp3的情況 下，且對(duì)于水平軸線渦輪才幾徑向范圍在0.5R和0.9R之間和對(duì)于垂直 軸線渦輪機(jī)在0.8R和R之間的情況下，局部弦小于由等式C=M獲得 的值，和/或在所述范圍內(nèi)的平均弦小于由等式f二M獲得的值，假定 Cl=l.l，特別是c「1.3,更特別是c「1.5,特別優(yōu)選它大約是1.7。
7. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在從(0.4R至0.95R，特別是從0.5R至0.8R的范圍內(nèi)，升力增強(qiáng)裝置與所 述葉片一體制成，或者作為單獨(dú)元件安裝在該葉片上，特別是，所述升力增強(qiáng)裝置認(rèn)為是渦流產(chǎn)生器。
8. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，還包括第一 類型纖維，該第一類型纖維位于氣動(dòng)壓力側(cè)和氣動(dòng)吸力側(cè)上在5%c 和70。/。c之間，其中，在0.3R和0.7R的徑向范圍中，所述纖維在吸 力側(cè)(46)的截面比所述纖維在壓力側(cè)(48)的截面大至少20%，特 別是大30%，更特別是大40%。
9. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，還包括第一 類型纖維，該第一類型纖維位于5%c和70%c之間，其中，在0.3R 和0.7R的徑向范圍的截面中，在氣動(dòng)壓力側(cè)的所述單向纖維包括至少 25%的碳纖維，特別是，在氣動(dòng)吸力側(cè)的所述單向纖維包括至少25% 的玻璃纖維。
10. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在吸 力側(cè)有進(jìn)口 (85),該進(jìn)口 (85)位于5。/。R和7(T/oR之間的徑向位置 處，其中，所述進(jìn)口 (85)通過(guò)槽道(87)而與出口 (86)連接，該 出口 (86)的徑向位置比進(jìn)口大至少系數(shù)0.9a/2，特別是大系數(shù)々2, 更特別是大系數(shù)a/3。
11. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在吸 力側(cè)有在徑向位置n處的進(jìn)口 (85)和在徑向位置1"2處的進(jìn)口 (88)， 該徑向位置h比n大至少10%R,其中，在n處的所述進(jìn)口 (85)與 在 處的所述出口 (86)連接，在r2處的所述進(jìn)口 (88)與在徑向 位置1*22處的所述出口 (89)連接，該徑向位置1"22比r 大至少10%R。
12. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，還包括吸 力側(cè)和壓力側(cè)，當(dāng)吸力側(cè)用作吸力側(cè)，且壓力側(cè)用作壓力側(cè)時(shí)，將達(dá) 到Cp>0.40，特別是C,0.50,在通過(guò)所述渦輪機(jī)進(jìn)行風(fēng)能發(fā)電的過(guò)程 中，所述葉片也上下顛倒應(yīng)用吸力側(cè)用作壓力側(cè)，壓力側(cè)用作吸力 側(cè)。
13. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中轉(zhuǎn)子的直徑大于60m,特別是大于80m,更特別是大于100m。
14. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪 機(jī)為水平軸線類型，其中所述葉片沿從葉尖朝著葉根(17)的方向 在0.7R和0.2R之間的徑向位置處在分開線(75)處分開成上部葉片(76)和底部葉片(77),在它們之間有自由空間(79)，上部葉片和 底部葉片有助于氣動(dòng)升力，特別是，在特定徑向位置，在底部葉片和 上部葉片之間的距離(74)大于5。/。R,特別是大于10%R。
15. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 葉片包括至少25%厚度的型面，它用在大于0.55R的徑向位置處，特 別是大于0.65R，更特別是大于0.75R。
16. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 葉片包括位于型面的壓力側(cè)的渦流發(fā)生器(41 )，該渦流發(fā)生器優(yōu)選是 比25。/。c更厚，特別是比30。/。c更厚，更特別是比35。/。c更厚。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述渦流發(fā)生器 (41)位于比30%c更大，特別是比50%c更大，更特別是比70%c更大的弦位置處。
18. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 葉片包括翼形部分，該翼形部分的彎度大于6%c，特別是大于8。/。c， 更特別是大于10%c。
19. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 葉片包括翼形部分，該翼形部分至少包括沿流動(dòng)方向的前部渦流發(fā)生 器(42 )和后部渦流發(fā)生器(44 )以及一個(gè)或多個(gè)中間渦流發(fā)生器(43 )， 其特征在于所述前部渦流發(fā)生器的高度小于中間渦流發(fā)生器的平均 高度，特別是，所述后部渦流發(fā)生器的高度也小于所述中間渦流發(fā)生 器的平均高度。
20. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 葉片包括翼形部分，該翼形部分具有渦流發(fā)生器(42、 45)，該渦流發(fā) 生器(42、 45)位于壓力側(cè)的3。/。c和吸力側(cè)的10。/。c之間，特別是在 吸力側(cè)的0%c和5%c之間。
21. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 葉片包括翼形部分，該翼形部分具有渦流發(fā)生器(65)，該渦流發(fā)生器(65)的長(zhǎng)度大于10%c，特別是大于2(T/。c，更特別是大于30。/。c。
22. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪 機(jī)為垂直軸線類型，其中葉尖速度比k小于31/2，特別是小于3，更 特別是小于2V2。
23. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī),其中所述 渦流發(fā)生器包括塑料PVDF、 FEP、 PEEK、 PI、 PEI、 PES和PFTE 中的一個(gè)的表面，特別是，所述渦流發(fā)生器整個(gè)由所述塑料構(gòu)成。
24. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 渦流發(fā)生器布置成與旋轉(zhuǎn)中心的切線所成的角度小于10°,特別是小 于50。
25. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中超過(guò) 70%的所述渦流發(fā)生器的上游側(cè)離旋轉(zhuǎn)中心的距離比下游側(cè)短。
26. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中在具 有渦流發(fā)生器的基線的上游，額外的渦流發(fā)生器安裝在更大間隔距離 處。
27. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中渦流 發(fā)生器安裝成這樣的圖形，它在弦位置中沿葉片的縱向方向增加至少 一倍，特別是至少兩倍。
28. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中沿流 動(dòng)方向布置成一個(gè)在另一個(gè)后面的渦流發(fā)生器產(chǎn)生相同旋轉(zhuǎn)方向的渦 流。
29. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中渦流 發(fā)生器的有效性可以這樣調(diào)節(jié)，即通過(guò)改變位置、或者使它們向外打 開至更大或更小程度、或者使它們局部浸沒(méi)在葉片表面中、和特別是 通過(guò)由MEM凸片或壓電裝置驅(qū)動(dòng)渦流發(fā)生器。
30. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，還包括翼 形部分截面，其中，比例c,，最大/d，最小小于-1.2 -0.2%彎度，特別是小于-1.4-0.2%彎度。
31. 根據(jù)前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其中所述 渦輪機(jī)具有2個(gè)主動(dòng)控制選擇，特別是具有1個(gè)主動(dòng)控制選擇，更特 別是沒(méi)有主動(dòng)控制選擇，所述控制選擇在傾斜控制和可變轉(zhuǎn)速控制的 組中。
32. —種方法，通過(guò)該方法，除去現(xiàn)有的渦輪機(jī)的第一葉片，并 用其它葉片更換，其中，具有所述其它葉片的所述現(xiàn)有渦輪機(jī)是根據(jù) 前述任意一個(gè)權(quán)利要求所述，特別是，所述其它葉片在0.7R至0.95R的范圍內(nèi)包括局部弦Cr，該局部弦Cr比所述第一葉片的局部弦C,J、至少10%，特別是至少20%。
33. —種用于制造風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括葉片， 其中，對(duì)于未干擾風(fēng)速在8m/s和10m/s之間的葉尖速度比X，所述葉 片在r-0.5R和F0.8R之間的弦數(shù)D ( = NcrrX2/R2)小于3.00，特別 是小于2.75,更特別是小于2.50。
34. —種用于制造葉片風(fēng)力渦輪機(jī)的方法，該葉片風(fēng)力渦輪機(jī)包 括葉片，其中，對(duì)于未干擾風(fēng)速在8m/s和10m/s之間的葉尖速度比X, 所述葉片在r=0.5R和r二0.8R之間的弦數(shù)D( = Ncrrk2/ R2 )小于3.00, 特別是小于2.75,更特別是小于2.50。
全文摘要
一種風(fēng)力渦輪機(jī)具有轉(zhuǎn)子葉片，其中，所述葉片對(duì)于湍流相對(duì)不敏感，因?yàn)樗痊F(xiàn)有技術(shù)的葉片更細(xì)長(zhǎng)，而且能夠通過(guò)流動(dòng)增強(qiáng)裝置來(lái)產(chǎn)生足夠的升力，該流動(dòng)增強(qiáng)裝置例如抗流體分離的渦流發(fā)生器。細(xì)長(zhǎng)形由弦數(shù)C和D來(lái)確定，該C定義為C＝Nc_rc_lrλ²/R²，其中，N是葉片數(shù)目、c_r是局部弦，c_l是升力系數(shù)，r是徑向位置，λ是葉尖速度比，R是轉(zhuǎn)子半徑。隨后，弦將小于由等式C＝M得出的值，其中，M＝-1.19+9.74C_p-21.01C_p²+17.50C_p³，C_p是功率系數(shù)。本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)與普通設(shè)計(jì)相比工作負(fù)載小大約2-12％，并降低了殘余風(fēng)速負(fù)載大約5-40％。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101454564SQ200780019244
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月2日
發(fā)明者古斯塔夫·保羅·克爾滕 申請(qǐng)人:古斯塔夫·保羅·克爾滕