CN105324577B - 风能设备的转子叶片和风能设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风能设备的空气动力学的转子的转子叶片(1)，所述转子叶片包括至少一个第一边界层整流栅和一个第二边界层整流栅(810，820)，其中所述第一边界层整流栅(810)设置在所述转子叶片上沿着关于所述转子的旋转轴线的径向方向的25％至40％的区域中，并且所述第二边界层整流栅(820)在所述转子叶片上关于所述转子的旋转轴线沿着径向方向设置在45％至60％的区域中。

Description

风能设备的转子叶片和风能设备

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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。

根据本发明，提出一种转子叶片。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。

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。

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 802B3。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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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0mm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。

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。

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。

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。

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。

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。

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，所述连接片具有遵循旋转的轮廓线的连接片背部，那么在连接片的整个长度上产生第一边界层整流栅相对于第二边界层整流栅的更高的高度。作为比较，简化地以这两个边界层整流栅的平均高度为基础，所述平均高度例如能够是相应的边界层整流栅的曲线的高度的算术平均值。如果边界层整流栅在压力侧上也具有整流栅部段，那么这种考虑和描述按意义来说可应用到相应的整流栅部段的高度上。

在任何情况下提出：第一边界层整流栅、即朝向转子毂更近地设置的那个，与第二边界层整流栅相比高至少30％、尤其至少50％。在此得知，对于外部的边界层整流栅而言小的高度就是足够的，这在空气动力学方面能够是有利的。

优选地，补充性地设有涡流发生器。这种涡流发生器例如设置在朝向叶片隆起部的前三分之一中并且优选位于转子叶片的吸入侧上，所述涡流发生器能够抵抗脱离效果、即抵抗叶片轮廓处的停转。特别地，所述涡流发生器能够引起：这种停转的位置进一步向后缘迁移从而至少减小因停转引起的空气动力学的缺陷。如果这种停转假想地成功移动至后缘，那么它实际上不再出现。

优选地提出：这些涡流发生器仅设置在第一和第二边界层整流栅之间。其作用由此限制于该区域并且该作用也因边界层整流栅而朝向转子叶片的外部区域或内部区域被屏蔽。特别地，在此也考虑如下问题：这种涡流发生器能够是所不期望的噪音源。通过仅在这两个边界层整流栅之间的该区域中的设置由此也能够限制噪音级，其方式是：避免/能够避免沿着径向方向不必要远地铺设涡流发生器。

优选地，设有设计用于弱风设施的转子叶片、即设计用于针对弱风区域的风能设备的转子叶片。由此，所提出的方案尤其针对弱风设施的这种转子叶片的有问题的中部区域。

优选地，基于如下转子叶片，所述转子叶片直接在其叶片根部处具有其最大的轮廓深度，以固定在转子毂上。也就是说，不使用如下转子叶片，所述转子叶片朝向毂进一步紧缩并且具有基本上圆柱形的不设计为叶片轮廓的区域。换句话说，所提出的解决方案由此不涉及任何在转子叶片的轮廓区域和转子叶片的非轮廓化的区域、即圆柱形的叶片根部之间出现的效果。

根据本发明，此外提出一种风能设备，所述风能设备装配有一个或多个根据上述实施方式中的至少一个所述的转子叶片。特别地，提出一种具有三个转子叶片的风能设备，其中每个转子叶片如根据上述实施方式中的一个所提出的那样构成。

风能设备的优选的转子叶片具有转子叶片根部以将转子叶片连接在转子毂上并且具有设置在背离转子叶片根部的一侧的转子叶片尖端。限定为轮廓厚度与轮廓深度的比的相对轮廓厚度在此在转子叶片根部和转子叶片尖端之间的中部区域中具有局部的最大值。在下文中将轮廓深度理解为轮廓的长度、即轮廓隆起部和轮廓后缘之间的间距。轮廓厚度表示轮廓上侧和轮廓下侧之间的间距。当轮廓厚度小和/或轮廓厚度大时，相对轮廓厚度由此具有小的值。

相对轮廓厚度在转子叶片根部和转子叶片尖端之间具有局部的最大值。局部的最大值位于转子叶片根部和转子叶片尖端之间的中部区域中，从转子叶片根部至转子叶片尖端来测量，优选位于转子叶片的总长的30％至60％的区域中。在例如60米的总长中，局部的最大值由此位于优选18米至36米的区域中。也就是说，相对轮廓厚度首先从转子叶片根部起减小并且随后在中部区域中再次升高至局部最大值、即至如下部位，在所述部位的周围环境中，相对轮廓厚度不具有更大的值。转子叶片的中部区域中的局部最大值尤其通过如下方式来实现：轮廓深度从转子叶片根部起至中部区域强烈地减小。同时或者替选地，轮廓厚度能够升高或者不像轮廓深度那样强烈地减小。由此实现了材料节省、尤其在转子叶片根部和中部区域之间的材料节省，从而实现了重量减轻。通过提高轮廓厚度产生转子叶片的高的稳定性。

可以得知，轮廓深度在中部区域中的减小虽然在该处能够引起承载能力的减小，但是同时实现了转子叶片的重量的减轻。为了实现更轻的重量不得不忍受转子叶片的效率可能变差。但是，在此，在中部区域中在效率尽可能好的情况下更强地聚焦于稳定性和强度并且在外部区域中更强地聚焦于高的效率。由此提出一种轮廓，其中轮廓深度从中部区域向外朝向转子叶片尖端与在中部区域中相比至少更弱地减小。

优选局部最大值的相对轮廓厚度为35％至50％、尤其40％至45％。通常，相对轮廓厚度在转子叶片根部处以100％至40％的值开始。大约100％的值在此表示，轮廓厚度几乎与轮廓深度相同。因此，所述值单调地减小。在一个根据本发明的实施方式中，所述值从转子叶片根部起首先减小，直至其到达局部最小值。在局部最小值之后，相对轮廓厚度升高，直至其为大约35％至50％。

在一个优选的实施方式中，转子叶片在中部区域中和/或在局部最大值的区域中具有从1500mm至3500mm、尤其大约2000mm的轮廓深度。当转子叶片在转子叶片根部的区域中具有大约6000mm的轮廓深度时，轮廓深度因此直至中部区域和/或直至局部最大值的区域下降大约三分之一。

优选地，转子叶片设计用于在8至11、优选9至10的区域中的叶尖速比。在此，叶尖速比被限定为转子叶片尖端处的圆周速度与风速的比。高的叶尖速比设计连同高的功率系数能够通过细长的、快速转动的叶片实现。

在另一个实施方式中，从转子叶片根部至转子叶片尖端来测量，转子叶片在转子叶片的总长度的90％至95％的区域中具有如下轮廓深度，所述轮廓深度例如对应于在转子叶片根部的区域中的轮廓深度的大约5％至15％、尤其大约10％。

通过在转子叶片尖端的区域中的这种减小的轮廓深度，作用于机械构造和塔的负荷、尤其空气动力学的负荷减小。基本上提出一种相对细长的转子叶片。

在一个优选的实施方式中，转子叶片在转子叶片根部中具有：至少3900mm的、尤其在3000mm至8000mm的范围中的轮廓深度，和/或从转子叶片根部起在总长度的90％至95％的、尤其90％的区域中的最大1000mm的轮廓深度、尤其在700mm至300mm的范围中的轮廓深度。

优选地，转子叶片在中部区域中、尤其在转子叶片的总长度的50％中和/或在局部最大值的区域中具有如下轮廓深度，所述轮廓深度对应于转子叶片根部的区域中的轮廓深度的大约20％至30％、尤其大约25％。如果转子叶片根部的区域中的轮廓深度例如为6000mm，那么局部最大值的区域中的和/或中部区域中的轮廓深度仅为大约1500mm。通过轮廓深度从转子叶片根部至中部区域的这种快速的下降，产生具有小的负荷、尤其空气动力学负荷的细长的轮廓。负荷与其它已知的转子叶片中的情况相比更小。在已知的轮廓中，转子叶片深度通常基本上线性下降。由此尤其在转子叶片根部和中部区域中存在较高的轮廓深度从而也存在更多的材料。

优选地，提出一种用于弱风区域的风能设备，所述风能设备具有至少一个根据上述实施方案中的至少一个所述的转子叶片。这种风能设备通过至少一个细长的并且快速转动的转子叶片由于高的叶尖速比设计和高的功率系数是经济有效的。风能设备由此尤其也适合于在部分负荷范围中的运行和/或适合于弱风从而也适用于内陆地区。风能设备优选具有三个转子叶片。

附图说明

接下来根据实施例参考附图示例性地阐述本发明。附图在此部分简化的、示意性的视图。

图1示出转子叶片的示意性的视图。

图2示出图表，其中定性地示出在归一化的转子半径上的相对轮廓厚度。

图3示出图表，其中定性地示出在半径上的深度。

图4示出图表，其中定性地示出在半径上的厚度。

图5示出风能设备的立体视图。

图6示出转子叶片的侧视图。

图7示出图6的转子叶片的另一个侧视图。

图8针对两个与转子叶片处的径向位置有关状态定性地示出局部功率系数cp_loc。

图9在转子叶片轴线向视图中示出第一和第二边界层整流栅。

图10示出转子叶片的两个视图。

图11示出转子叶片的一部分的立体视图。

图12示例性地示出一些涡流发生器的立体视图。

具体实施方式

图1示出一个实施方式的转子叶片1的不同的轮廓几何形状的分布。在转子叶片1中逐段地示出轮廓厚度2和轮廓深度3。转子叶片1在一个端部处具有转子叶片根部4并且在背离其的端部处具有连接区域5以安置转子叶片尖端。在转子叶片根部4处，转子叶片具有大的轮廓深度3。在连接区域5中，轮廓深度3反之小得多。轮廓深度从转子叶片根部4起明显下降直至中部区域6，所述转子叶片根部也能够称为轮廓根部4。在中部区域6中，能够设有分开部位(在此未示出)。从中部区域6直至连接区域5，轮廓深度3近似恒定。所示出的转子叶片1设置用于安置小的转子叶片尖端，所述转子叶片尖端小于所示出的转子叶片1的长度的1％从而在此能够被忽略。

图2示出图表，其中针对风能设备的两个不同的转子叶片分别表示在归一化的转子半径上的相对轮廓厚度。相对轮廓厚度、即轮廓厚度与轮廓深度的比，能够以单位％来提出，其中在此关键的是定性的曲线，并因此不记录任何值。为了定位仅绘入表示38％和45％的值。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％。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

图6示出在一个实施方式的转子叶片500的在其整个长度l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。

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。

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。

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。

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)。

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“全湍流(vollturbulent)”。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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在这两个边界层整流栅810和820之间的区域的外部朝向叶片根部807设置。

图11的立体视图基本上示出转子叶片800中的一个部分，所述部分基本上示出转子叶片800的吸入侧801。可看到的是吸入侧的边界层整流栅部段811和821的位置和设计方案。同样，涡流发生器853明确地设置在这些整流栅部段811和821之间。朝向转子叶片隆起部803，边界层整流栅或整流栅部段821或811是更小的并且朝向后缘804变大，也就是说，与朝向转子叶片隆起部803相比具有更大的高度。

边界层整流栅优选安置在叶片剖平面中，所述叶片剖平面与转子叶片纵轴线成90°角。其中因生产所引起的偏差应不超过2°至5°的公差角度，使得边界层整流栅的尾缘、即指向叶片后缘的区域，不超过该公差角度地朝向毂的方向扭转。

图12示出涡流发生器870的立体视图。迎流方向示意性地通过箭头872表明。涡轮发生器大约三角形地构成有扁平体，所述扁平体垂直于叶片表面874定向并且在此倾斜于迎流方向872从而倾斜于转子叶片的运动方向。在此，从一个涡流发生器870到下一个，倾斜姿态交替。也就是说，涡流发生器关于风的迎流方向具有交替的倾斜姿态。涡轮发生器此外在其形式和定向方面大约对应于鲨鱼鳍、即鲨鱼背鳍，除了鲨鱼鳍不倾斜于迎流方向。涡流发生器870能够作为涡流发生器条带876施加到转子叶片表面上。

接下来还描述用于转子叶片的优选的实施方式，所述转子叶片分别如上文中关于其它实施方式所描绘地那样能够设有两个边界层整流栅并且可选地能够设有如上描述的涡流发生器。

实施方式1：

风能设备的转子叶片(1)，具有：

-用于将转子叶片(1)连接到转子毂上的转子叶片根部(4)，和

-设置在背离转子叶片根部(4)的一侧上的转子叶片尖端，

其中相对轮廓厚度(2)在转子叶片根部和转子叶片尖端之间的中部区域(6)中具有局部最大值，其中所述相对轮廓厚度限定为轮廓厚度(2)与轮廓深度(3)的比。

实施方式2：

根据实施方式1的转子叶片(1)，其特征在于，局部最大值的相对轮廓厚度(2)为35％至50％、尤其40％至45％。

实施方式3：

根据实施方式1或2的转子叶片(1)，其特征在于，转子叶片(1)在局部最大值的区域中具有1500mm至3500mm的、尤其大约2000mm的轮廓深度。

实施方式4：

根据上述实施方式中任一项所述的转子叶片(1)，

其特征在于，转子叶片(1)设计用于在8至11的区域中的、优选9至10的区域中的叶尖速比。

实施方式5：

根据上述实施方式中任一项所述的转子叶片(1)，

其特征在于，从转子叶片根部至转子叶片尖端来测量，转子叶片(1)在转子叶片的总长度的90％至95％的区域中具有如下轮廓深度(3)，所述轮廓深度对应于转子叶片根部(4)的区域中的轮廓深度(3)的大约5％至15％、尤其大约10％，和/或

转子叶片从转子叶片的总长度的5％至25％、优选5％至35％、尤其从转子叶片根部直至中部区域具有线性的厚度曲线。

实施方式6：

根据上述实施方式中任一项所述的转子叶片(1)，

其特征在于，转子叶片(1)在转子叶片根部(4)中具有至少3900mm的、尤其在3000mm至8000mm的区域中的轮廓深度(3)和/或从转子叶片根部(4)起，在总长度的90％至95％的区域中具有最大1000mm的、尤其在700mm至300mm的区域中的轮廓深度(3)。

实施方式7：

根据上述实施方式中任一项所述的转子叶片(1)，

其特征在于，所述转子叶片(1)在中部区域中具有如下轮廓深度，所述轮廓深度对应于转子叶片根部(4)的区域中的轮廓深度的大约20％至30％、尤其大约25％。

Claims (11)

1.一种风能设备的空气动力学的转子的转子叶片，所述转子叶片包括：

-至少第一边界层整流栅和第二边界层整流栅(810，820)，其中

所述第一边界层整流栅(810)设置在所述转子叶片上的沿着关于所述转子的旋转轴线的径向方向的25％至40％的区域中，并且

所述第二边界层整流栅(820)设置在所述转子叶片上的沿着关于所述转子的旋转轴线的径向方向的45％至60％的区域中，其中

所述第一边界层整流栅和所述第二边界层整流栅(810，820)设置在所述转子叶片的吸入侧(801)上，或者

所述第一边界层整流栅和所述第二边界层整流栅(810，820)在所述转子叶片的吸入侧(801 )和压力侧(802)上分别具有整流栅部段(811，812，821，822)；

并且所述转子叶片具有

-大约沿着所述转子叶片的运动方向指向的叶片隆起部(803)；和

-背离所述叶片隆起部(803)的后缘(804)，并且

每个边界层整流栅(810，820)或整流栅部段(811，812，821，822)的高度(h)分别从所述叶片隆起部(803)延伸至所述后缘(804)地增加，其中

-每个边界层整流栅(810，820)或整流栅部段(811，812，821，822)在所述叶片隆起部(803)的附近分别以0mm至5mm的高度(h)开始并且直至所述后缘(804)连续地升高至超过15mm的高度(h)，并且

-所述第一边界层整流栅(810)与所述第二边界层整流栅(820)相比具有更大的平均高度(h)，其中

-所述第一边界层整流栅的所述平均高度(h)与所述第二边界层整流栅的平均高度(h)相比高至少30％。

2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，

-所述第一边界层整流栅(810)设置在所述转子叶片上的沿着关于所述转子的旋转轴线的径向方向的30％至35％的区域中，和/或

-所述第二边界层整流栅(820)设置在所述转子叶片上的沿着关于所述转子的旋转轴线的径向方向的50％至55％的区域中。

3.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，

每个边界层整流栅(810，820)或整流栅部段(811，812，821，822)在所述叶片隆起部(803)的附近分别以0mm至5mm的高度(h)开始并且直至所述后缘(804)连续地升高至超过20mm的高度(h)。

4.根据权利要求1或2所述的转子叶片，其特征在于，

-每个边界层整流栅(810，820)或整流栅部段(811，812，821，822)分别构成为连接片，所述连接片具有：

-基础部段(B)，和

-背部部段(R)，其中

-关于所述转子叶片在相应的所述边界层整流栅的位置处的轮廓剖面，

-所述基础部段(B)遵循叶片轮廓，并且

-所述背部部段(R)遵循对应于所述叶片轮廓，但是相对于所述叶片轮廓枢转的轮廓线，其中

-所述轮廓线围绕沿着所述叶片隆起部(803)伸展的枢转轴线(806)以设计角度枢转。

5.根据权利要求4所述的转子叶片，其特征在于，所述设计角度在1°至3°的范围中。

6.根据权利要求1或2所述的转子叶片，其特征在于，所述边界层整流栅具有如下高度(h)，所述高度对应于边界层的厚度和/或对应于在该边界层整流栅的区域中的边界层位移厚度的二倍至五倍大。

7.根据权利要求1或2所述的转子叶片，其特征在于，

在所述转子叶片的所述吸入侧(801)上在朝向所述叶片隆起部的前三分之一中，涡流发生器仅设置在所述第一边界层整流栅和所述第二边界层整流栅(810，820)之间。

8.根据权利要求1或2所述的转子叶片，其特征在于，

所述转子叶片设计用于弱风设施，和/或所述转子叶片直接在其叶片根部处具有其最大的轮廓深度，以固定在空气动力学的所述转子的转子毂上。

9.根据权利要求1或2所述的转子叶片，其特征在于，

所述转子叶片的相对轮廓深度，沿着关于所述转子的旋转轴线的径向方向，

-在30％至50％的区域中具有35％至45％的值，

-在35％至45％的区域中具有38％至45％的值，和/或

-在40％至55％的区域中下降到低于38％的值。

10.一种风能设备，所述风能设备包括至少一个根据权利要求1至9中任一项所述的转子叶片。

11.根据权利要求10所述的风能设备，所述风能设备包括三个根据权利要求1至9中任一项所述的转子叶片。

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