[go: up one dir, main page]

CN112424469A - 用于风能设备的转子叶片和风能设备 - Google Patents

用于风能设备的转子叶片和风能设备 Download PDF

Info

Publication number
CN112424469A
CN112424469A CN201980047681.8A CN201980047681A CN112424469A CN 112424469 A CN112424469 A CN 112424469A CN 201980047681 A CN201980047681 A CN 201980047681A CN 112424469 A CN112424469 A CN 112424469A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rotor blade
vortex
elements
rotor
ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980047681.8A
Other languages
English (en)
Inventor
拉尔夫·梅辛
约亨·施滕贝格
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wobben Properties GmbH filed Critical Wobben Properties GmbH
Publication of CN112424469A publication Critical patent/CN112424469A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F03D1/06495—Aerodynamic elements attached to or formed with the blade, e.g. flaps, vortex generators or noise reducers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0658—Arrangements for fixing wind-engaging parts to a hub
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/306—Surface measures
    • F05B2240/3062—Vortex generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于风能设备的具有吸力侧和压力侧的转子叶片(1)，所述转子叶片具有：‑用于将所述转子叶片(1)连接到转子毂上的毂区域(I)的转子叶片根部(2)，‑转子叶片尖端(3)，所述转子叶片尖端设置在尖端区域(II)的背离所述转子叶片根部(2)的一侧上，‑至少一个涡流发生器(9)，其设置在所述转子叶片根部(2)和所述转子叶片尖端(3)之间，其中，所述至少一个涡流发生器(9)包括在所述转子叶片的纵向方向上并排设置的涡流元件(10、11)，所述涡流元件具有长度(L)和高度(H)，所述涡流元件分别与所述转子叶片(1)的主流动方向(SR)成角度地取向，其中所述涡流元件(10、11)在所述转子叶片的纵向方向上彼此具有侧向距离(D，Di)。根据所述涡流元件(10、11)的设置距所述转子叶片根部(2)的相应的距离(R)进行所述涡流元件(10、11)的几何形状的改变。

Description

用于风能设备的转子叶片和风能设备
技术领域
本发明涉及一种用于风能设备的转子叶片。本发明还涉及一种用于转子叶片的涡流发生器、一种风能设备和一种用于优化风能设备的方法。
背景技术
用于风能设备的转子的转子叶片一般是已知的。这种转子叶片具有考虑特殊空气动力学要求的轮廓(横截面轮廓)。
为了影响转子叶片的空气动力学特性，已知在转子叶片的横截面轮廓上设置涡流发生器，所述涡流发生器包括多个垂直于表面伸展的涡流元件。涡流发生器，其也以术语旋流发生器已知，用于在转子叶片的表面上方产生湍流的空气流的局部区域，以便提高对流动分离的抵抗力。为此，涡流发生器使在转子叶片处的壁附近的流动发生涡流，因此在壁附近和远离壁的流动层之间的动量交换强烈提高，并且壁附近的边界层中的流动速度增加。由于壁附近的速度提高，流动能够在转子叶片表面上的较长的运行距离上克服压力提高。
从EP 3 309 388 A1中已知一种开头提到类型的转子叶片和风能设备。EP 3 309388 A1描述了一种用于风能设备的具有吸力侧和压力侧的转子叶片，所述转子叶片具有用于将转子叶片连接到转子毂上的毂区域的转子叶片根部，和设置在尖端区域的背离转子叶片根部的一侧的转子叶片尖端。转子叶片具有横截面轮廓，在所述横截面轮廓上，沿着转子叶片的纵向方向部段地并排设置有多个结构相同的涡流发生器。涡流发生器包括成对的并排设置的涡流元件，所述涡流元件具有一定长度和高度。涡流元件分别相对于转子叶片的主流动方向以一定角度取向，其中以相同角度设置的涡流元件彼此之间具有恒定的侧向距离。
从US 2014/0328692 A1，US 2014/0328693 A1，US 9,869,297 B2和WO 2010/033018 A2中也已知用于风能设备的具有涡流发生器或涡流元件的转子叶片。
在这种具有涡流发生器的叶片部段上，与在弃用涡流发生器的叶片部段上相比，转子叶片通常具有明显更高的极限迎角，在所述极限迎角中在后缘处首次出现流动分离。涡流发生器由于其作用方式不可避免地在转子叶片的轮廓表面上引起更大的摩擦阻力，即横截面轮廓的阻力系数明显增加从而滑动系数，即升力系数与阻力系数之比，甚至可能降低。阻力系数的增加或滑动系数的减小对设备收益产生有害影响。滑动系数或阻力系数对功率的影响从转子叶片根部朝向转子叶片尖端越来越大。如果在转子叶片根部上朝向转子尖端远离转子叶片根部，那么对于设备的功率和收益而言，低的阻力系数或高的滑动系数就越重要。除此此外，涡流发生器会导致提高的噪声排放。
发明内容
本发明基于如下目的，消除或至少减少上述问题，尤其提出一种转子叶片，所述转子叶片的特征在于在毂区域中截住迎角的大的波动而在尖端区域中具有高的滑动系数。
关于转子叶片，所述目的通过根据权利要求1的转子叶片来实现。本发明也引向根据权利要求10的涡流发生器、根据权利要求11的风能设备和根据权利要求12的用于优化风能设备的方法。
根据权利要求1，提出用于风能设备的具有吸力侧和压力侧的转子叶片，其中所述转子叶片具有：用于将所述转子叶片连接到转子毂上毂区域的转子叶片根部；叶片尖端，所述转子叶片尖端设置在尖端区域的背离所述转子叶片根部的一侧上；至少一个涡流发生器，所述涡流发生器设置在转子叶片根部和转子叶片尖端之间，其中所述至少一个涡流发生器包括在转子叶片的纵向方向上并排设置的涡流元件，所述涡流元件具有长度和高度，所述涡流元件分别与转子叶片的主流动方向以角度取向。涡流元件在转子叶片的纵向方向上彼此具有侧向距离。根据涡流元件的设置距转子叶片根部的相应间距进行涡流元件的几何形状的改变。
本发明基于如下考虑：风能设备不能够在稳定的运行点中运行，而是受到不同的影响，所述影响导致空气动力学的运行点连续变化。在转子叶片的横截面轮廓上存在的迎角在风能设备的运行中持续地变化。特别地，诸如迎流湍流、底部边界层的水平和竖直的剪切力和空气密度的参数会影响迎角分布。在此，这些参数的变化的影响在转子叶片上来看是不均匀的。小规模的湍流和空气密度的变化例如导致端速比的降低，这又导致迎角在毂区域中比在尖端区域中更强地改变。
与现有技术相比，为了在使用诸如涡流发生器的设置的被动式流动措施时提高流动影响措施的耗费和复杂性，根据涡流元件的设置矩转子叶片根部的相应的间距来进行涡流元件的几何形状的改变。根据涡流元件矩转子叶片根部的间距来调整涡流元件的几何形状实现：有利地适应于在转子叶片处分别在毂区域和尖端区域之间的转子部段中存在的边界条件。通过与间距相关地改变涡流元件的几何形状，可实现不同的升力系数和滑动系数。这种尤其通过对涡流发生器的涡流元件的尺寸改型而实现的轮廓系数特性，精确地考虑对转子叶片的要求。
优选地，涡流元件相对于转子叶片的主流动方向成对地以分别基本上相反地构成的角度取向，其中在以基本上相同的角度并排设置的涡流元件之间确定所述侧向距离。涡流元件的成对的设置确保特别有效的涡流产生，尤其确保并排地产生沿相反方向转动的涡流。当然，同样可行的是，使用未成对地构成的两个单独构成的涡流元件之间的横向距离。
优选地，涡流元件的几何形状的变化能够由横向距离与涡流元件的长度之比得出，其中所述比可作为间距的函数来确定。通过随着距转子根部的间距的增加而增加的比，在此通过减小长度或提高相同取向的涡流元件的距离，减小最大可达到的迎角以有利于改进滑动系数。在侧向距离与涡流元件的长度之比小的情况下，在毂区域中大的最大迎角是允许的。
此外，涡流元件的几何形状的变化能够由侧向距离与高度之比得出，所述比同样可作为间距的函数来确定。相应地，能够通过根据距转子根部的间距来改变比，在此通过改变涡流元件的高度或相同取向的涡流元件的距离的变化，能够调整最大可达到的迎角以有利于改进滑动系数。
侧向距离与毂区域中的长度的相对小的比实现：在风能设备的具有减小的流动分离的运行中覆盖在该处存在的大的迎角变化。不利的滑动系数在该处对设备的收益起次级作用。在更外部，降低最大允许的迎角是可接受的，如在侧向距离与长度或高度之比增加时所发生的那样，因为在该处受运行所决定的迎角变化减小，但是这于是由于高的滑动系数对收益的连续变大的影响而被考虑在内。
优选地，涡流元件的几何形状的变化由侧向距离和与转子叶片的主流动方向所成的角度之比得出，所述比可作为间距的函数来确定。
能够单独地、独立地或彼此组合地设置几何形状的不同的变化形式。
特别地，侧向距离与长度和/或侧向距离与涡流元件的高度之比能够随着间距的增加而增加，和/或侧向距离与涡流元件的安装角度之比能够随间距的增加而增加。所述安装角度尤其应理解为涡流元件相对于主流动方向的角度。
优选地，涡流元件能够具有基本上三角形或鳍形的轮廓。
优选地，涡流元件的长度和/或高度和/或安装角度能够是基本上恒定的。优选地，几何形状的变化于是能够经由改变相邻的涡流元件之间的侧向距离来进行。由此可行的是，仅使用单一类型的涡流元件并且尽管如此仍然实现根据本发明的优点。此外，减少通过混合涡流元件引起的在施工现场的故障和错误安装以及实现在生产时的优点，因为仅需提供一种工具来制造涡流元件，例如在注射成型法中。尤其优选地，如所提及的那样，提供成对地具有共同的基底的，例如一件式构成为注塑成型件的涡流元件。
尤其优选地，涡流元件是相同的，尤其成对地相同，也就是说，其在转子叶片长度上具有相同的长度、高度和安装角。也可设想多种类型的涡流元件，其中涡流元件之间的距离优选随着距转子叶片根部的间距的增加而增加。
优选地，涡流元件的几何形状的变化能够由侧向距离与涡流元件的远离转子叶片的表面的尖端的内角之比得出，所述比可作为间距的函数来确定。尖端处的内角允许如下陈述，所述陈述是关于垂直于转子叶片表面的扩展多高，即多大，涡流元件相对于其长度，即在转子叶片的表面的平面中的扩展多高，即多大的陈述，尤其在轮廓基本为三角形或鳍形的情况下。
此外，至少一个涡流发生器能够包括至少一个基板，在所述基板上成对地设置涡流元件。因此能够为不同的转子部段制造涡流发生器，其涡流元件具有与各个转子部段相适应的比，所述比是侧向距离与长度之比和/或侧向距离与高度之比。
根据本发明，还提出一种用于风能设备的转子叶片的涡流发生器，其中涡流发生器具有基板，所述基板具有前边缘和后边缘，其中前边缘在转子叶片上在所设置的取向中指向前缘，并其中后边缘在转子叶片上在所设置的取向中指向后缘，从而确定基板从转子叶片根部到转子叶片尖端的定向，其中在基板上设置多个涡流元件。根据涡流元件的设置距转子叶片根部的相应的间距，改变涡流元件在基板上的几何形状。
优选地，涡流元件成对地设置，其中尤其优选将多个对设置在基板上。
基板或其前边缘和后边缘的方向不一定完全平行于转子叶片的纵向方向。基板例如也能够构成为平行于转子叶片的后缘或以特定的角度，例如直至20°，优选小于10°的角度倾斜于纵向方向和/或后缘。
根据本发明，还提出一种风能设备，其配备有根据上述实施方式中的至少一个所述的一个或多个转子叶片和/或根据本发明的至少一个涡流发生器。特别地，提出了一种具有三个转子叶片的风能设备，其中每个转子叶片根据上述实施方式之一构成。
最后，根据本发明，还提出一种用于优化风能设备的方法，其中风能设备具有用于风能设备的具有吸力侧和压力侧的转子叶片，并且其中转子叶片具有：用于将转子叶片连接到转子毂上的毂区域的转子叶片根部；转子叶片尖端，所述转子叶片尖端设置在尖端区域的背离转子叶片根部的一侧上；至少一个涡流发生器，所述涡流发生器设置在转子叶片根部与转子叶片尖端之间。至少一个涡流发生器包括在转子叶片的纵向方向上并排设置的涡流元件，所述涡流元件具有一定长度和高度，所述涡流元件分别相对于转子叶片的主流动方向以一定角度取向，其中涡流元件彼此具有侧向距离。所述方法的特征在于，根据涡流元件的设置距转子叶片根部的相应的间距来进行涡流元件的几何形状的改变。
附图说明
下面参考附图描述其他实例和优点。在这种情况下示出：
图1示出风能设备的示意图；
图2示出转子叶片的示意图；
图3示出涡流发生器的示意图；
图4示出用于具有涡流发生器的轮廓的升力系数关于迎角的两个示意性的变化曲线；
图5示出用于具有涡流发生器的轮廓的滑动系数关于迎角的两个示意性的变化曲线；以及
图6示出转子叶片的示意图。
具体实施方式
图1示出具有塔102的风能设备100，所述塔设立在地基103上。在上部的、与地基103相对置的端部处存在吊舱104(机器房)，所述吊舱具有转子105，所述转子具有转子毂106和安置在其上的转子叶片1，其将参照另外的附图更详细地描述。转子105与吊舱104的内部中的发电机耦联以将机械功转换成电能。吊舱104可旋转地安装在塔102上，所述塔的地基103提供必要的稳定性。
图2示出一个实施方式的转子叶片1的示意图。转子叶片1在其一端处具有转子叶片根部2，并且在背离其的端部处具有转子叶片尖端3。在转子叶片根部2处或通常在靠近转子叶片根部2的区域中，转子叶片1具有大的轮廓深度。而在转子尖端3处，轮廓深度是非常小的。从也能够称为轮廓根部2的转子叶片根部2起，轮廓深度，在该实例中，在叶片内部区域中提高之后，显著减小直至中部区域4。在中部区域4中能够设有分离点(在此未示出)。从中部区域4直至转子叶片尖端3，轮廓深度近似恒定，或者轮廓深度的减小明显降低。转子叶片1具有例如基本上凸状的吸力侧7、例如基本上凹状的压力侧、前缘5和后缘6。压力侧和/或吸力侧也能够是直的或构成有不同的形状。用8表示转子叶片1的总长度。
此外，图2中的视图示出设置在转子叶片1的吸力侧7上的涡流发生器9，所述涡流发生器9也被称为旋流发生器。涡流发生器9包括成对地并排设置的涡流元件10、11。相应的涡流元件10、11部段地在前缘5和后边缘6之间延伸，并且分别相对于被绕流的转子叶片1的主流动方向SR以一定角度取向，使得涡流元件10、11的对具有从前缘5朝向后缘6扩张的走向。
在该实例中，涡流元件10、11垂直于转子叶片1的表面延伸，其中不同于涡流元件10、11与转子叶片1的表面之间的直角之外，其他角度也是可能的。虽然涡流发生器9在所述实例中以设置在吸力侧7上的方式示出，但是替选地或附加地涡流发生器9在压力侧上也是可行的。
涡流元件10、11以间距R相距转子毂或转子叶片根部2设置。转子叶片1的毂区域I从转子叶片根部2起基本上延伸直至中部区域4。转子叶片1的尖端区域II基本上从中部区域4起延伸直至转子叶片尖端3。
图3在立体视图中示出涡流发生器9的一个实施方式的示意图。涡流发生器9能够具有至少一个基板13，所述基板用于将涡流发生器9安置在转子叶片1的表面上。基板13具有前边缘14和后边缘15。在该实例中基本上具有三角形或鳍形轮廓的相应的涡流元件10、11在前边缘14和后边缘15之间伸展，所述前边缘在安装在转子叶片1上的位置中朝向前缘5，所述后边缘朝向后缘6。
涡流元件10、11分别具有高度H以及长度L，其中高度变化朝向基板13的后边缘15增加直至最大值，所述长度表示相应的涡流元件10、11在前边缘14和后边缘15之间或在转子叶片平面中的延伸部。
分别成对地并排设置的涡流元件10、11以一定角度倾斜于主流动方向SR设置，其中出现相邻的涡流元件10、11从前缘14起朝向后缘15扩张的走向。两个并排设置的涡流元件10、11具有相对于主流动方向SR基本上对称的定向，也就是说，成对地设置的涡流元件10、11中的一个涡流元件10在转子叶片的纵向方向上向外指向，而另一涡流元件11在转子叶片的纵向方向上向内指向。基本上沿相同方向定向的两个涡流元件10或11的两个尖端之间的横向距离用附图标记D或D1表示。
涡流发生器形成一种用于影响流动的被动措施，其方式为：涡流发生器的以相同的横向距离设置的涡流元件通常引起边界层流的涡流，因为涡流元件以一定角度倾斜于主流动方向设置。涡流发生器使在转子叶片处的壁附近的流动发生涡流，因此在壁附近和远离壁的流动层之间的动量交换强烈提高，并且壁附近的边界层中的流动速度增加。由于壁附近的流动速度增加，所述流动能够在转子叶片的表面上在较长的运行距离上阻止压力提高。由此提高对流动分离的抵抗力。
风能设备不是在稳定的工作点处运行，而是不断受到不同的影响，所述影响导致在转子叶片1处的空气动力学的运行点连续变化。在所述设备运行时，在转子叶片1上的叶片半径上存在的迎角α不间断地变化。特别是，参数，诸如入流湍流、底部边界层的水平和竖直的剪切力和空气密度，这些仅是最重要的参数，会影响转子叶片1处的迎角分布。因此，小规模的入流湍流或空气密度的变化导致叶尖速比的降低，这导致迎角α在转子叶片1的内部区域中，即从毂区域I直至中部区域4与在转子叶片的外部区域中，即从中部区域4直至尖端区域II相比更强烈地变化。因此，与在转子叶片1的外部区域中相比，在转子叶片1的内部区域中，在运行时设有针对迎角α的更大的储备。相应地，尤其在转子叶片1的内部区域中使用涡流发生器9。涡流发生器9通过提高对流动分离的抵抗力延长转子叶片1的轮廓的使用区域，即所谓的线性分支，在所述使用区域中产生升力和迎角之间的成比例的关系。
此外，滑动系数ε或阻力系数cW对功率的影响从转子叶片1的转子叶片根部2朝向转子尖端3越来越大。随着距转子叶片根部2的距离增大，对于设备的功率和收益至关重要的是，要实现低的阻力系数cW或高的滑动系数ε。
为了安全地运行风能设备，必须在转子叶片1的内部区域中截住高的迎角波动，这能够通过转子叶片1与设置在其上的涡流发生器9来确保。在使用涡流发生器9时降低滑动系数ε的缺点在转子叶片1的内部区域中是可接受的，因为在转子叶片1的内部区域中滑动系数ε对设备收益的影响是可忽略不计的。在转子叶片1处越靠外，所必须覆盖的迎角范围就越小，而滑动系数ε对风能设备的收益的影响就越大。为了考虑这些状况，根据涡流元件10、11的设置距转子叶片根部2的相应的间距R来确定涡流元件10、11的尺寸。也就是说，随着到转子毂或转子叶片根部2的间距R增大，涡流元件10、11的几何尺寸，即高度H、长度L和/或横向距离D改变。
在此，横向距离D与高度H之比V或横向距离D与长度L之比V发生变化，其中横向距离D与高度H之比V或横向距离D与长度L之比V随着间距R的增加而增加。在转子毂区域I中，选择横向距离D与高度H的或横向距离D与长度L的小的比V，使得能够覆盖在风能设备运行时在该处存在的大的迎角变化，而没有流动分离。而随着间距R的增加，最大允许的迎角的降低是可接受的，如在横向距离D与高度H的或横向距离D与长度L之比V提高时所发生的那样。因为随着距转子毂的间距R的增加，受运行所决定的迎角变化也减小，所以这于是由于高的滑动系数对收益的连续变大的影响而被考虑在内。
在一个替选的实施方案中，同样或替选地，涡流元件10、11相对于主流动方向SR的角度γ随着距转子毂或转子叶片根部2的间距R的增加而变化。特别地，随着间距R增大，相对于主流动方向SR的角度减小。
在图4和图5中，针对设有涡流发生器9的转子叶片1，分别示出对于横向距离D与高度H的各两个不同的比V而言升力系数cA和滑动系数ε关于迎角α的各两个变化曲线16、17或18、19。变化曲线16或18针对横向距离D与高度H的第一比V来确定，而变化曲线17或19针对横向距离D1与高度H的第二比V来确定，其中横向距离D1大于横向距离D。
从在图4中对照的变化曲线16和17可以看出，最大的升力系数cA随着横向距离D与高度H之比V的增加而减小。而在图5中对照的变化曲线18和19示出：最大可达到的滑动系数ε在宽的迎角范围中增加。也就是说，如果在转子叶片1的毂区域I中将横向距离D与高度H之比V或横向距离D与涡流元件10、11的长度L之比V选择得小，那么在转子叶片1的该轮廓部段中大的最大迎角α是允许的，然而，这伴随着减小的滑动系数ε。如果横向距离D与高度H或横向距离D与长度L之比朝向叶片尖端3增加，那么最大可达到的迎角α减小以有利于改进滑动系数ε。
图6示意性地示出转子叶片1，其中涡流元件10、11的对之间的距离随着距转子叶片根部2的距离的增加而增加。在沿着转子叶片纵向方向的整个路线上，涡流元件10、11基本上是相同的，也就是说，以相同的角度安装并且具有相同的高度H和长度L。
通过使用仅一种类型的、尤其成对地提供的涡流元件10、11，可简化例如在建筑工地上的安装，因为降低了混淆和错误安装涡流元件10、11的风险。这也与生产方面的优点相关联，因为例如在注塑成型法中进行生产时，仅需要一种生产工具。
此外，图6的实施方案能够与所描述的几何形状的变型形式中的所有其他变型形式组合以实现与其相关联的优点。
吹到风能设备上的阵风，即迎流中的速度变化，引起在处于运行中的转子叶片1处的有效迎角的变化。有效迎角由圆周速度和迎流的风速的矢量相加得出。也就是说，圆周速度与风速之比确定：迎流中的速度变化是导致有效迎角的大的变化还是小的变化。
在转子叶片根部2处，阵风导致有效迎角的大的变化，因为迎流速度相对于圆周速度大。在外叶片处，在转子尖端3附近，在该处圆周速度要高几个数量级，而迎流速度相比之下相应地要低得多，相同的阵风仅导致有效迎角的小的变化。
出于该原因，需要在内部叶片上将涡流发生器9设计为，使得其引起尽可能大的迎角储备。这也能够通过所期望的、尽可能长时间的无分离的轮廓极性来表示，并且在涡流发生器9的距离相对小时是这种情况。由此产生的附加的阻力和由此引起的降低的滑动性能在圆周速度小时对于风能设备的功率几乎没有影响。
出于所说明的原因，在转子尖端3附近的外叶片处需要较小的附加的迎角储备。此外，在高的圆周速度中在转子叶片1处的过高的阻力与在转子叶片根部2处相比对转子性能具有明显更负面的影响。因此在该区域中优选设有涡流发生器9之间的增大的距离，所述距离因较小的阻力引起更好的滑动性能和略小的迎角扩大直到出现失速。
替选地或附加地，朝向外部使用较小的涡流发生器9也是有意义的，尤其优选与距离向外增大相组合，即使当涡流发生器9的尺寸向外减小时也如此。尤其优选地，涡流发生器9从3至5个可用的不同大小的涡流发生器9中选择，使得例如在贮存管理和安装时保持复杂性可控。
关于所产生的声音，越多的涡流发生器9立于风中，产生的声音就越多。此外适用的是，风速越高，涡流发生器9中的每个涡流发生器产生的声音越多。也就是说，从声学的角度来看，与转子叶片根部2相比，朝向外部的更低密度的涡流发生器9也是优选的。
如下目的适用于转子叶片1的叶片设计：将半径上的感应系数也保持在1/3的功率最佳值上。受低的速度所决定，这在转子叶片根部2的区域中仅通过提高轮廓深度实现，这由于运输的原因仅受限地可行，或者通过提高升力系数可行。因此，在转子叶片根部2处具有有限的最大深度的性能最佳的转子总是设计为，使得在根部区域中实现尽可能高的升力系数。

Claims (13)

1.一种用于风能设备的具有吸力侧和压力侧的转子叶片(1)，所述转子叶片具有：
-用于将所述转子叶片(1)连接到转子毂上的毂区域(I)的转子叶片根部(2)，
-转子叶片尖端(3)，所述转子叶片尖端设置在尖端区域(II)的背离所述转子叶片根部(2)的一侧上，
-至少一个涡流发生器(9)，所述至少一个涡流发生器设置在所述转子叶片根部(2)和所述转子叶片尖端(3)之间，
其中，所述至少一个涡流发生器(9)包括在所述转子叶片的纵向方向上并排设置的涡流元件(10、11)，所述涡流元件具有长度(L)和高度(H)，所述涡流元件分别与所述转子叶片(1)的主流动方向(SR)成角度地取向，其中所述涡流元件(10、11)在所述转子叶片的纵向方向上彼此具有侧向距离(D，D1)，其特征在于，
根据所述涡流元件(10、11)的设置距所述转子叶片根部(2)的相应的间距(R)，进行所述涡流元件(10、11)的几何形状的改变。
2.根据权利要求1所述的转子叶片(1)，其中所述涡流元件(10、11)成对地相对于所述转子叶片(1)的主流动方向(SR)以分别基本上相反地构成的角度取向，其中，在以基本上相同的角度并排设置的涡流元件(10、11)之间确定所述侧向距离(D，D1)。
3.根据上述权利要求中任一项所述的转子叶片(1)，其特征在于，所述涡流元件(10、11)的几何形状的变化由侧向距离(D，D1)与长度(L)之比(V)得出，所述比能够作为所述间距(R)的函数来确定。
4.根据上述权利要求中任一项所述的转子叶片(1)，其特征在于，所述涡流元件(10、11)的几何形状的变化由侧向距离(D，D1)与高度(H)之比(V)得出，该比能够作为所述间距(R)的函数来确定。
5.根据上述权利要求中任一项所述的转子叶片(1)，其特征在于，所述涡流元件(10、11)的几何形状的变化由侧向距离(D，D1)与相对于所述转子叶片(1)的主流动方向(SR)的角度之比(V)得出，该比能够作为所述间距(R)的函数来确定。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的转子叶片(1)，其特征在于，侧向距离(D，D1)与长度(L)之比和/或侧向距离(D，D1)与高度(H)之比随着间距(R)的增加而增加，和/或侧向距离(D，D1)与所述涡流元件(10、11)的安装角度之比随着间距(R)的增加而增加。
7.根据权利要求6所述的转子叶片(1)，其特征在于，所述涡流元件(10、11)的长度(L)和/或高度(H)和/或安装角度基本上是恒定的。
8.根据上述权利要求中任一项所述的转子叶片(1)，其特征在于，所述涡流元件(10、11)具有基本上三角形或鳍形的轮廓。
9.根据上述权利要求中任一项所述的转子叶片(1)，其特征在于，所述涡流元件(10、11)的几何形状的变化由侧向距离(D，D1)与所述涡流元件(10、11)的远离所述转子叶片(1)的表面的尖端的内角之比(V)产生，该比能够作为所述间距(R)的函数来确定。
10.根据上述权利要求中任一项所述的转子叶片(1)，其特征在于，所述涡流发生器(9)包括至少一个基板(13)，所述涡流元件(10、11)成对地设置在所述基板上。
11.一种用于风能设备的转子叶片(1)的涡流发生器(9)，
其中所述涡流发生器具有基板(13)，所述基板具有前边缘(14)和后边缘(15)，
其中，所述前边缘(14)在所述转子叶片(1)上在所设置的取向中指向前缘，并且所述后边缘(15)在所述转子叶片(1)上在所设置的取向中指向后缘，从而确定所述基板(13)从转子叶片根部(2)到转子叶片尖端的定向，
其中在所述基板(3)上设置有多个涡流元件(10、11)，
其特征在于，
根据所述涡流元件(10、11)的设置距转子叶片根部(2)的相应的间距(R)，进行所述基板(13)上的所述涡流元件(10、11)的几何形状的改变。
12.一种具有转子的风能设备，其中所述转子具有至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的转子叶片(1)和/或具有至少一个根据权利要求11所述的涡流发生器。
13.一种用于优化风能设备的方法，其中所述风能设备具有用于风能设备的转子叶片(1)，所述转子叶片具有吸力侧和压力侧，其中所述转子叶片具有：
-用于将所述转子叶片(1)连接到转子毂上的毂区域(I)的转子叶片根部(2)，
-转子叶片尖端(3)，所述转子叶片尖端设置在尖端区域(II)的背离所述转子叶片根部(2)的一侧上，
-至少一个涡流发生器(9)，所述至少一个涡流发生器设置在所述转子叶片根部(2)和所述转子叶片尖端(3)之间，
其中，所述至少一个涡流发生器(9)包括在所述转子叶片的纵向方向上并排设置的涡流元件(10、11)，所述涡流元件具有长度(L)和高度(H)，所述涡流元件分别与所述转子叶片(1)的主流动方向(SR)成角度地取向，
其中所述涡流元件(10、11)彼此具有侧向距离(D，D1)，
其特征在于，
根据所述涡流元件(10、11)的设置距所述转子叶片根部(2)的相应的间距(R)，进行所述涡流元件(10、11)的几何形状的改变。
CN201980047681.8A 2018-07-18 2019-07-18 用于风能设备的转子叶片和风能设备 Pending CN112424469A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018117398.9 2018-07-18
DE102018117398.9A DE102018117398A1 (de) 2018-07-18 2018-07-18 Rotorblatt für eine Windenergieanlage und Windenergieanlage
PCT/EP2019/069351 WO2020016351A1 (de) 2018-07-18 2019-07-18 Rotorblatt für eine windenergieanlage und windenergieanlage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112424469A true CN112424469A (zh) 2021-02-26

Family

ID=67390075

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980047681.8A Pending CN112424469A (zh) 2018-07-18 2019-07-18 用于风能设备的转子叶片和风能设备

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11644007B2 (zh)
EP (1) EP3824176B1 (zh)
JP (1) JP7186805B2 (zh)
CN (1) CN112424469A (zh)
CA (1) CA3104294C (zh)
DE (1) DE102018117398A1 (zh)
DK (1) DK3824176T3 (zh)
ES (1) ES3010438T3 (zh)
RU (1) RU2766498C1 (zh)
WO (1) WO2020016351A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112943565B (zh) * 2021-03-16 2021-12-28 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种具有波浪形涡流发生器的风机叶片及其设计方法
DE102022124161A1 (de) * 2022-09-21 2024-03-21 Nordex Energy Se & Co. Kg Vortexgeneratorstreifen zur Befestigung an einem Windenergieanlagenrotorblatt

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120282105A1 (en) * 2010-12-17 2012-11-08 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade and method for manufacturing a wind turbine blade with vortex generators
WO2014166570A1 (de) * 2013-04-11 2014-10-16 Senvion Se Rotorblatt einer windenergieanlage und windenergieanlage
EP2799710A1 (en) * 2013-05-03 2014-11-05 General Electric Company Rotor blade assembly having vortex generators for wind turbine
CN105324577A (zh) * 2013-06-11 2016-02-10 乌本产权有限公司 风能设备的转子叶片和风能设备
CN105840434A (zh) * 2016-05-16 2016-08-10 宜春学院 一种风电叶片涡流发生器优化设计方法
CN106574600A (zh) * 2014-07-17 2017-04-19 乌本产权有限公司 风能设备转子叶片，风能设备转子叶片尖端后缘，用于制造风能设备转子叶片的方法和风能设备
US20180038341A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine blade, wind turbine rotor, wind turbine power generating apparatus, and method of mounting vortex generator

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5058837A (en) * 1989-04-07 1991-10-22 Wheeler Gary O Low drag vortex generators
RU2118699C1 (ru) 1996-06-18 1998-09-10 Институт теоретической и прикладной механики СО РАН Ветроустановка и способ ее работы
ES2627790T3 (es) * 2005-05-17 2017-07-31 Vestas Wind Systems A/S Pala de turbina eólica controlada por cabeceo que tiene medios de generación de turbulencia, turbina eólica y uso de la misma
EP2027390B2 (en) * 2006-06-09 2020-07-01 Vestas Wind Systems A/S A wind turbine blade and a pitch controlled wind turbine
EP2342453B2 (en) * 2008-09-19 2023-05-10 Wobben Properties GmbH Wind turbine with low induction tips
EP2484897B1 (en) * 2011-02-04 2013-12-04 LM Wind Power A/S Vortex generator for wind turbine with base having recess for adhesive
DK2736805T3 (en) 2011-07-22 2017-10-02 Lm Wp Patent Holding As Wind turbine blade including vortex generators
DK2739528T3 (da) * 2011-07-22 2019-12-09 Lm Wp Patent Holding As Vortexgenerator-arrangement til en bæreplansprofil
EP2548801A1 (en) 2011-07-22 2013-01-23 LM Wind Power A/S Wind turbine blade comprising vortex generators
EP2597300B2 (en) * 2011-11-23 2018-11-07 Siemens Aktiengesellschaft A wind turbine blade
EP2713044B2 (en) 2012-09-28 2022-12-07 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Wind turbine rotor blade
DE102013202666A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Senvion Se Rotorblatt einer Windenergieanlage
US9556849B2 (en) * 2013-05-02 2017-01-31 General Electric Company Attachment system and method for wind turbine vortex generators
US9624782B2 (en) * 2013-11-11 2017-04-18 General Electric Company Template for aligning surface features on a rotor blade
US9752559B2 (en) 2014-01-17 2017-09-05 General Electric Company Rotatable aerodynamic surface features for wind turbine rotor blades
US20170045031A1 (en) * 2014-05-06 2017-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Noise reduction means for a rotor blade of a wind turbine
DE102014106529B4 (de) * 2014-05-09 2016-02-04 Senvion Gmbh Reparaturverfahren für Vortexgenerator und ein Bausatz dafür
JP2016041916A (ja) 2014-08-18 2016-03-31 株式会社日本自動車部品総合研究所 風車装置
US10087912B2 (en) * 2015-01-30 2018-10-02 General Electric Company Vortex generator for a rotor blade
US9869297B2 (en) * 2015-05-07 2018-01-16 General Electric Company Attachment method and system to install components, such as vortex generators, to a wind turbine blade
JP6148312B2 (ja) 2015-11-12 2017-06-14 三菱重工業株式会社 ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置
JP6148364B1 (ja) 2016-02-26 2017-06-14 三菱重工業株式会社 風車翼用ボルテックスジェネレータ、風車翼、風力発電装置、及びボルテックスジェネレータの取付方法
JP6154037B1 (ja) * 2016-02-26 2017-06-28 三菱重工業株式会社 ボルテックスジェネレータの取付方法及びテンプレート
JP6632553B2 (ja) * 2017-01-16 2020-01-22 三菱重工業株式会社 ボルテックスジェネレータ及びその設置方法、並びに風車翼及び風力発電装置
JP6779180B2 (ja) * 2017-06-30 2020-11-04 三菱重工業株式会社 ボルテックスジェネレータ及び風車翼アセンブリ
JP6732697B2 (ja) * 2017-07-05 2020-07-29 三菱重工業株式会社 風車翼へのボルテックスジェネレータの配置位置決定方法、風車翼アセンブリの製造方法及び風車翼アセンブリ
JP6783211B2 (ja) * 2017-10-20 2020-11-11 三菱重工業株式会社 風車翼及び風車翼へのボルテックスジェネレータの配置決定方法
JP6783212B2 (ja) * 2017-10-20 2020-11-11 三菱重工業株式会社 風車翼へのボルテックスジェネレータの配置位置決定方法、風車翼アセンブリの製造方法及び風車翼アセンブリ

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120282105A1 (en) * 2010-12-17 2012-11-08 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade and method for manufacturing a wind turbine blade with vortex generators
WO2014166570A1 (de) * 2013-04-11 2014-10-16 Senvion Se Rotorblatt einer windenergieanlage und windenergieanlage
EP2799710A1 (en) * 2013-05-03 2014-11-05 General Electric Company Rotor blade assembly having vortex generators for wind turbine
CN105324577A (zh) * 2013-06-11 2016-02-10 乌本产权有限公司 风能设备的转子叶片和风能设备
CN106574600A (zh) * 2014-07-17 2017-04-19 乌本产权有限公司 风能设备转子叶片，风能设备转子叶片尖端后缘，用于制造风能设备转子叶片的方法和风能设备
CN105840434A (zh) * 2016-05-16 2016-08-10 宜春学院 一种风电叶片涡流发生器优化设计方法
US20180038341A1 (en) * 2016-08-08 2018-02-08 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine blade, wind turbine rotor, wind turbine power generating apparatus, and method of mounting vortex generator

Also Published As

Publication number Publication date
US11644007B2 (en) 2023-05-09
WO2020016351A1 (de) 2020-01-23
DK3824176T3 (da) 2025-03-03
EP3824176A1 (de) 2021-05-26
CA3104294C (en) 2023-06-27
CA3104294A1 (en) 2020-01-23
JP7186805B2 (ja) 2022-12-09
ES3010438T3 (en) 2025-04-03
DE102018117398A1 (de) 2020-01-23
EP3824176B1 (de) 2024-12-25
JP2021527774A (ja) 2021-10-14
RU2766498C1 (ru) 2022-03-15
US20210222671A1 (en) 2021-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10974818B2 (en) Vortex generator arrangement for an airfoil
DK2368034T3 (en) Wind turbine blade with flow control device with optimized height
US10047720B2 (en) Wind turbine blade comprising vortex generators
US7857597B2 (en) Boundary layer fins for wind turbine blade
CN105715449B (zh) 具有涡流发生器的转子叶片和风力涡轮机
KR101787294B1 (ko) 풍력 발전 설비의 로터 블레이드 그리고 풍력 발전 설비
US10060274B2 (en) Twisted blade root
WO2013060722A1 (en) Wind turbine blade provided with slat
CN102187092B (zh) 带低进气顶端的风力涡轮机
JP6732697B2 (ja) 風車翼へのボルテックスジェネレータの配置位置決定方法、風車翼アセンブリの製造方法及び風車翼アセンブリ
EP3390812A1 (en) Splitter plate arrangement for a serrated wind turbine blade
CN112424469A (zh) 用于风能设备的转子叶片和风能设备
US8517690B2 (en) Double leading edge airfoil for wind turbine blade root
US11028823B2 (en) Wind turbine blade with tip end serrations
JP5479300B2 (ja) 風車翼およびこれを備えた風力発電装置ならびに風車翼の設計方法
EP2851556A1 (en) Arrangement to reduce noise of a wind turbine rotor blade
DK201770908A1 (en) WIND TURBINE BLADE VORTEX GENERATORS
BR102023015288A2 (pt) Pá de rotor para uma turbina eólica e turbina eólica correspondente
KR101559014B1 (ko) 풍력발전장치의 블레이드, 이를 포함하는 풍력발전장치, 블레이드의 공력특성향상 방법 및 제어방법
CN109923301A (zh) 风力涡轮机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20250228