技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
风力涡轮机叶片，特别涉及一种部分变桨距风力涡轮机叶片。
背景技术
[0002] 风力涡轮机叶片通常包括
翼型，该翼型具有相对圆形的前缘和相对窄的尾缘，该叶片具有吸力侧（曝露于相对低的气压）和压力侧（曝露于相对高的气压）。
[0003] 在斯科尔特·瓦辛克（Scholte-Wassink）转让给GE
能源（GE Energy）的美国
专利申请号US 2009/0148285公开了一种具有多
片段叶片的风力涡轮机，其中，外片段可相对内片断
俯仰。美国专利No.5263846中公开了一种用于飞机机翼的桨距控制组件。
[0004] 图1示出了部分变桨距风力涡轮机叶片的放大的俯仰连接位片段。部分变桨距分力涡轮机叶片100包括在俯仰连接位通过桨距系统106联接在一起的内叶片段102和外叶片段104。通过桨距系统106的转动，外叶片段104可相对于内叶片段102俯仰。通过俯仰外叶片段104进入或远离涡轮机处的风的方向，外叶片段104的桨距
角可控制，以调节风力涡轮机的运转。
[0005] 参见图2，造成叶片性能的效率损失的部分变桨距叶片的一个特征是，沿着叶片的纵轴凸出时，邻近的叶片段的尾缘之间的产生的间隙。图2中，内、外叶片段段102，104具有共同的前缘108，和各自的尾缘110a，110b，整个叶片100的压力侧用112表示，整个叶片100的吸力侧用114表示。当外叶片段104相对于内叶片段102俯仰时，沿着叶片100的长度方向可见，两个尾缘110a，110b之间的总体叶片翼型中形成间隙（用116表示）。
[0006] 由于间隙116意味着外叶片段104的压力侧和邻近的内叶片段102的吸力侧之间没有障碍物，该尾缘间隙116的出现导致从叶片100的压力侧112至吸力侧114的空气泄露。
[0007] 弗里伯格（Friberg）转让给麦克唐纳道格拉斯（McDonnel Douglas）公司的美国专利US 5518210中公开了飞机机翼的邻近部分之间间隙的封合。D1描述了一种机翼，其中，封板附接于翼型，使得偏转副翼产生的流向间隙被
覆盖。通过表面和翼型之间的间隙防止气流泄露，降低了空
气动力学阻力，提高了飞行效率。
[0008] 本发明的目的是提供一种部分变桨距叶片设计，在风力涡轮机运行中，降低了这种尾缘间隙的负面影响。
发明内容
[0009] 因此，提供一种至少35米长的部分变桨距风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片具有
空气动力学翼型，该翼型具有前缘和尾缘，该风力涡轮机叶片包括：
[0010] 内叶片段；和
[0011] 外叶片段，
[0012] 该内叶片段和外叶片段在俯仰连接位处联接，使得外叶片段可相对于内叶片段俯仰，其中，风力涡轮机叶片包括设于所述俯仰连接位处的截平的翼型，其中，该截平的翼型设于尾缘处。
[0013] 俯仰连接位处的截平的翼型，用于缩小或防止内、外叶片段的尾缘之间的间隙的形成，当沿着叶片翼型的纵向方向看时，是指尾缘间隙。当一个叶片段的压力侧的表面相交于另一个叶片段的吸力侧表面时，产生这种间隙，因此，当沿着叶片的纵向方向看时，在邻近的叶片段的尾缘之间形成间隙。防止这种尾缘间隙的形成，阻止了在俯仰连接位处产生漩涡，并且防止由于间隙的出现，从叶片的压力侧至叶片的吸力侧的空气
泄漏。
[0014] 例如，设置所述截平的翼型，使得，当沿着叶片的纵轴凸出时，对于大于预定角度的外叶片段的桨距角，第一个所述叶片段的压力侧的表面相交于第二个所述叶片段的吸力侧的表面，对于低于所述预定角度的桨距角，防止叶片段的尾缘之间的俯仰连接位处形成尾缘间隙。设定俯仰连接位处的截平部的尺寸，使得对于起初的预定范围的桨距角，可防止形成尾缘间隙或翼型间隙。如果这种预定范围的桨距角覆盖了涡轮机在可预测的风力条件下的最有可能的桨距角，则对于风力涡轮机产生的大多数总
能量而言，出现在尾缘间隙的低效不会发生，该低效是由于尖端损失等等而产生。
[0015] 典型地，所述预定桨距角在4至12度之间，例如，在6至10度，或8度，或大约8度之间。
[0016] 因此，对于0度的桨距角和预定桨距角之间的角度，例如，8度的俯仰，一个叶片段的表面侧和另一叶片段的压力侧之间没有交叉，这防止了尾缘间隙的形成以及任何相关的漩涡等等。优选地，在任何正的和负的预定桨距角之间，例如，-8度至+8度之间，防止形成尾缘间隙。
[0017] 例如，所述内叶片段和所述外叶片段包括在所述俯仰连接位处的截平的叶片翼型，所述翼型在其尾缘处截平，其中设置所述截平的尾缘，使得当所述外叶片段相对于所述内叶片段俯仰时，沿着叶片的纵轴凸出的所述外叶片段的截平的尾缘表面相交于内叶片段的截平的尾缘表面。
[0018] 这个
实施例中，内、外叶片段都包括截平部，以防止俯仰时形成尾缘间隙。边缘表面之间的相交或重叠，确保了叶片俯仰时不会形成间隙。
[0019] 例如，设置所述截平的尾缘，使得当所述外叶片段在0至10度的桨距角俯仰时，例如0至8度，所述截平的尾缘表面产生凸出的相交。
[0020] 这覆盖了大多数风力涡轮机的运转情形，以及最大部分的年度能量消耗。相交包括边缘表面完全成直线，或者沿着从涡轮机末端能看见的高度，沿着涡轮机纵向方向观看，边缘表面在一点交叉。
[0021] 例如，
[0022] 内叶片段包括在所述俯仰连接位处的截平的叶片翼型，该截平的叶片翼型在其尾缘处截平，以及，所述外叶片段包括在所述俯仰连接位处的未截平的叶片翼型；或[0023] 内叶片段包括在所述俯仰连接位处的未截平的叶片翼型，以及，外叶片段包括在所述俯仰连接位处的截平的叶片翼型，该截平的叶片翼型在其尾缘处截平；
[0024] 其中，设置所述截平的尾缘表面，使得当所述外叶片段相对于所述内叶片段俯仰时，沿着叶片的纵向方向凸出时，所述截平的尾缘表面相交于未截平的叶片翼型的表面。
[0025] 这个实施例中，叶片的内叶片段或外叶片段中仅有一个是截平的。设置截平部，使得未截平叶片段的尾缘与截平的尾缘表面重叠，以防止形成尾缘间隙。截平的尾缘表面可相交于未截平叶片段的压力侧表面或吸力侧表面，这取决于哪个叶片段是截平的，以及俯仰的方向。例如，表面之间的重叠至少在外叶片段的俯仰角小于8度时产生，也就是，在涡轮机的大多数总能量产生时确保出现表面之间的重叠/相交。
[0026] 在一个实施例中，所述内叶片段包括在所述俯仰连接位处的截平的翼型。
[0027] 在这个实施例中，优选地，所述内叶片段包括截平的叶片翼型和未截平的叶片翼型，其中，所述截平的叶片翼型的弦长大致等于邻近的所述内叶片段的邻近的未截平的叶片翼型的弦长。
[0028] 如果内叶片段是截平的，优选地，截平部在邻近叶片的俯仰连接位产生，当移动远离俯仰连接位时，内叶片段相对未截平。
[0029] 附加地或可选择地，所述外叶片段包括在所述俯仰连接位处的截平的叶片翼型。
[0030] 一些实施例中，所述外叶片段包括截平的叶片翼型和未截平的叶片翼型，以及所述截平的叶片翼型和未截平的叶片翼型之间的过渡区域。
[0031] 可以理解的是，外叶片段上的任何截平部可设定尺寸，以近似于邻近的内叶片段的弦长。因此，如果大多数外叶片段具有比内叶片的相对小的弦长，则可沿着叶片的纵向长度方向，利用过渡区域为叶片翼型提供平滑的调整。
[0032] 截平段可设于一个叶片段或两个叶片段上。
[0033] 例如，所述俯仰连接位处的内叶片段的弦长大致等于所述俯仰连接位处的外叶片段的弦长。
[0034] 为了提高叶片设计的效率，优选地，在邻近的叶片段的
空气动力学翼型之间，没有大量的不连续部。
[0035] 例如，叶片包括设于所述俯仰连接位处的
外壳件，其中所述外壳件形成具有所述截平的尾缘的空气动力学翼型。
[0036] 截平段可以以在俯仰连接位处或周围设置适当的外壳件或导流件的形式，对现有的叶片设计进行改进。
[0037] 例如，所述外壳件可设于至少一个叶片段周围，或设于俯仰连接位处的所述叶片段之间的间隙中。
[0038] 一个实施例中，设于所述俯仰连接位处的所述截平的翼型包括在所述俯仰连接位处的约4-5米之间的弦长，其中，所述翼型的截平末端的高度在所述俯仰连接位处至少为30厘米。
[0039] 优选地，至少一个叶片段在尾缘处包括在俯仰连接位处的截平的叶片翼型，其中，所述截平的翼型从所述俯仰连接位处延伸，延伸的距离等于所述至少一个叶片段的总的纵向长度的2%至50%之间，例如，5%至25%之间，或5%至15%之间，或5%至10%之间。
[0040] 实施例中，内叶片段包括截平的翼型，优选地，截平部沿着所述内叶片段从所述俯仰连接位纵向延伸，延伸的距离大致等于所述内叶片段的总的纵向长度的2%至50%之间，例如，5%至25%之间，或5%至15%之间，或5%至10%之间。可以理解的是，使用的实施例中，截平部甚至沿着大于内叶片段的总的纵向长度的50%或70%或90%，直至约100%的长度上延伸。
[0041] 实施例中，外叶片段包括截平的翼型，可选择地，截平部沿着所述外叶片段从所述俯仰连接位纵向延伸，延伸的距离大致等于所述外叶片段的总的纵向长度的2%至50%之间，例如，5%至25%之间，或5%至15%之间，或5%至10%之间。
[0042] 可选择地，截平部设于俯仰连接位区域内，远离该区域的叶片段的翼型大致未改变。
[0043] 例如，风力涡轮机叶片的空气动力学翼型具有最大厚度T和从翼型的的前缘至尾缘的弦长C，其中，进行截平，使得T/C至少为0.1或至少为0.2或至少为0.3。例如，一个实施例中，截平翼型，使得该翼型具有最大1.1米的厚度，以及从前缘至截平的尾缘的弦长为5米。
[0044] 一个实施例中，设于所述俯仰连接位处的所述截平的翼型包括在所述俯仰连接位处约4-5米之间的的弦长，其中，所述翼型的截平末端的高度在所述俯仰连接位处至少为30厘米。
[0045] 进一步的增强的实施方式包括，但不限于以下的组合：内叶片段和/或外叶片段的整个长度被截平；内叶片段的翼型包括
失速控制的叶片翼型，外叶片段包括俯仰控制的叶片翼型；所述内叶片段的表面积大致等于所述外叶片段的表面积；所述内叶片段约是整个风力涡轮机叶片长度的1/3；风力涡轮机叶片进一步包括至少一个设于所述俯仰连接位处的失速
围栏；风力涡轮机叶片进一步包括至少一个设于所述俯仰连接位处的桥接件，以在所述俯仰连接位处大致覆盖邻近的叶片段之间的空间。
[0046] 还提供一种风力涡轮机，包括根据如上所述的任何实施例的叶片。
[0047] 这种风力涡轮机包括涡轮机
塔架，设于所述塔架顶部的
机舱，转动安装于所述机舱上的
转子轮毂，以及至少两个设于所述转子轮毂上的风力涡轮机叶片。
附图说明
[0048] 现在将描述本发明的实施例，仅通过举例方式，并参考相应的附图，其中：
[0049] 图1是
现有技术的部分变桨距叶片的已知的俯仰连接位的放大立体图；
[0050] 图2是俯仰时图1的俯仰连接位的横截面视图；
[0051] 图3是双叶片部分变桨距风力涡轮机的立体图；
[0052] 图4是根据本发明用于图3的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的立体图；和[0053] 图5是俯仰时图4的叶片的俯仰连接位的横截面视图；
[0054] 图6是由外壳件环绕以提供截平的尾缘的基本叶片的横截面视图。
具体实施方式
[0055] 参见图3，部分变桨距双叶片风力涡轮机总体上用10表示。风力涡轮机10包括风力涡轮机塔架12，设于所述塔架12顶部的机舱14，设于所述机舱14处的转子轮毂16。第一和第二部分变桨距
转子叶片18，20设于所述转子轮毂16相对的两侧。图2中，示出的塔架12设于风力涡轮机基体22上，基体22可包括任何合适的风力涡轮机
基座。可以理解的是，虽然示出的实施例描述本发明用于岸上风力涡轮机，但可以理解的是，本发明可同样应用于离岸环境的风力涡轮机。
[0056] 第一和第二部分变桨距转子叶片18，20各自包括叶片主体，该叶片主体具有安装于所述转子轮毂16的根末端18a，20a和远部尖端18b，20b。转子叶片18，20包括设于所述根末端18a，20a处的各自的内叶片段24，26，以及设于所述远部尖端18b，20b处的各自的外叶片段28，30。转子叶片18，20进一步包括设于每个叶片的内叶片段24，26和外叶片段28，30之间的连接位处的桨距系统（未示出）。
[0057] 桨距系统用于相对于内叶片段24，26俯仰外叶片段28，30。图3中，示出的转子叶片18未俯仰（也就是，外叶片段28，30以0度的桨距角俯仰）。可以理解的是，内叶片段24，26和外叶片段28，30包括大致圆形的末端片段，用于联接至相应的圆形的桨距系统。
[0058] 虽然示出的实施例是双叶片风力涡轮机设计，可以理解的是，本发明同样可应用于具有任何数量的部分变桨距叶片的风力涡轮机，例如，三叶片部分变桨距分力涡轮机。
[0059] 图4示出部分变桨距风力涡轮机叶片18，其具有根末端18a和尖端18b，以及内、外叶片段24，28。如参见图3所述，内、外叶片段24，28在俯仰连接位（用32表示）联接在一起，其中，内叶片段24的俯仰连接位末端24a和外叶片段28的俯仰连接位末端28a联接至桨距系统34，使得外叶片段28相对于内叶片段24俯仰。
[0060] 叶片18包括空气动力学翼型，其具有用36表示的前缘（其总体上面向风）和用38表示的尾缘（其总体上远离风）。叶片18的上表面是叶片18的吸力侧（用40表示），叶片的下表面是压力侧（用42表示）。在叶片18的转动过程中，压力侧42将会在叶片主体的相对高的压力侧上，吸力侧40曝露于比压力侧42低的空气压力下。
[0061] 叶片18包括在俯仰连接位32区域内的截平的叶片翼型。内叶片段24包括邻近俯仰连接位32的截平的尾缘44，以及外叶片段28包括邻近俯仰连接位32的截平的尾缘46。设于俯仰连接位32处的截平部44，46确保当外叶片段28俯仰时，至少在俯仰角的起初范围内，邻近的叶片段24，28的尾缘之间不形成的尾缘间隙。
[0062] 参见图5，当外叶片段28相对于内叶片段24俯仰时，示出在俯仰连接位34处的叶片18的横截面。设计截平的尾缘44，46，使得当外叶片段28向上俯仰至预定最大角度（在用箭头A所示的正向），邻近的叶片翼型的尾缘会在纵向方向上重叠，以防止在俯仰连接位32处形成尾缘间隙。这防止了在俯仰连接位32处发生从叶片18的压力侧42至吸力侧40的空气泄漏。预定角度通常在4至12度之间，例如，在6至10度之间，或8度。
[0063] 截平的表面44，46可设计为一个高度，使得叶片翼型重叠，以在正常运转下，防止在外叶片段28的任何典型桨距角形成尾缘间隙。可选择地，设定截平的表面44，46的尺寸，以确保在起初的预定桨距角范围内没有尾缘间隙形成，也就是，在涡轮机运转过程中最可能用到的桨距角。可选择地，桨距角可由这种正常运转下的最大预定角度限制。预定角度通常在4至12度之间例如，在6至10度之间，或8度。桨距角的范围是正向和负向。
[0064] 风力涡轮机叶片翼型包括从前缘36，38至尾缘44，46的弦长C，最大厚度T（通常朝向翼型的前缘36）。翼型的截平部通常在叶片上执行，T/C比例为至少20%，例如，翼型厚度约1米，弦长约5米。
[0065] 在一个例子中，设于俯仰连接位的截平的翼型包括在所述俯仰连接位处约4-5米的弦长，其中，所述翼型在所述俯仰连接位处的截平的尾缘表面末端的高度至少为30厘米。这种实施例确保在-8度至+8度的桨距角之间没有尾缘间隙形成，该桨距角提供了一个范围的桨距角，该范围的桨距角覆盖了大多数特定风力涡轮机的总能量产生。
[0066] 图4示出的实施例中，外叶片段28包括变尖的过渡区域，该区域从邻近俯仰连接位32的内叶片段28的截平部46的相对长的弦长过渡，外叶片段28的剩余部的相对短的弦长朝叶片18的尖端18b延伸。在内叶片段24处，叶片18具有沿着内叶片段24的大多长度的的大致相同的弦长，远离圆形根末端18a。截平部44处的弦长大致等于邻近的未截平部的弦长。可以理解的是，本发明的其他实施例可采用替代设计的截平部，在具有不同弦长的叶片的部分之间，可以包括或不包括过渡区域，这取决于期望的叶片设计构造。
[0067] 在替代的实施例中，尾缘的截平部可仅应用于叶片段24，28中的一个叶片段，也就是，内叶片段24是截平的，则外叶片段28是未截平的，反之亦然。这种情形下，未截平的叶片段的尾缘延伸越过截平的叶片段的截平的尾缘。设置截平部，使得当外叶片段俯仰时，至少在起初范围的桨距角，不形成尾缘间隙。
[0068] 如图4所示，叶片18的截平的片段从俯仰连接位32沿着叶片尾缘38的一部分延伸一段短的距离。例如，截平的尾缘从俯仰连接位32延伸的距离大致等于所述的叶片段的长度的约10%。进一步可选择地，截平的尾缘可沿着内叶片段24的尾缘的整个长度延伸。
[0069] 如图6所示，叶片可设置为
基础叶片48，其具有尖的尾缘50并不具有截平的尾缘，以及在所述俯仰连接位处环绕一个或两个所述内和外叶片段的外壳件52或导流罩。所述外壳件52可成型为，在俯仰连接位处呈现具有截平的尾缘（44，64）的空气动力学翼型。使用外壳件52的好处是，截平的尾缘（44，64）可在现有的部分变桨距叶片设计上改进得到。
[0070] 本发明提供可一种新的部分变桨距叶片设计，其改进了风力涡轮机的运转性能。由于设定截平部尺寸，使得当外叶片段俯仰时，防止形成尾缘间隙，减轻了俯仰连接位处的漩涡和空气泄漏的影响，导致叶片效率提高。
[0071] 本发明不限于本文描述的实施例，可在不脱离本发明的范围内
修改和适用。
