具有渦流發生器的轉子葉片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種風力渦輪機，并且涉及一種風力渦輪機的轉子葉片。具體而言，本發明涉及就空氣動力學和結構方面而言如何能夠改善轉子葉片和包括這樣的轉子葉片的風力渦輪機的問題。
【背景技術】
[0002]給飛行器(S卩，飛機)的機翼提供渦流發生器從飛行器的領域是已知的。渦流發生器是在特定條件下改進機翼的氣動效率的簡單裝置。渦流發生器是一種氣動附加裝置，其能夠例如被安裝到已完成的機翼，或其能夠被結合到新機翼的制造過程中。
[0003]還已知渦流發生器對風力渦輪機的轉子葉片而言可具有有益的效果。例如，國際專利申請WO 2006/122547 Al公開了一種風力渦輪機的轉子葉片，其在轉子葉片的背風面側(即，吸力側)處具有湍流發生裝置。
[0004]常規的渦流發生器除其他外具有以下技術效果:由于邊界層的重新供能(re-energizat1n)而延遲了轉子葉片上的失速。所述邊界層是與轉子葉片的表面相鄰的氣流層。在風力渦輪機的操作期間，失速的延遲是高度有利的，這是由于因此就能夠以較大范圍的攻角來操作風力渦輪機。所述攻角指的是轉子葉片的弦線和沖擊轉子葉片的進入氣流的方向之間的角度。
[0005]常規的渦流發生器的另一技術效果是增加轉子葉片的升力。如果例如由于轉子葉片的污染，轉子葉片的升力系數已經降低，則這可能是特別有利的。轉子葉片的升力系數表征當氣流以一定的攻角沖擊所述轉子葉片時能夠產生的升力。在其他參數之中，所述升力系數一般取決于轉子葉片是潔凈的還是污染的。轉子葉片的污染指的是可由蟲子、昆蟲、灰塵等造成的粗糙表面。污染經常發生在轉子葉片的前緣處。概括地說，在污染的轉子葉片的情況下，升力系數的增加通常被視為對所有相關的攻角有利。
[0006]然而，升力系數的增加也可能是不利的，如果它使轉子葉片的最大升力朝向高于沒有渦流發生器的轉子葉片的最大升力的值增大。例如，對設置渦流發生器增大最大升力的潔凈的轉子葉片而言就是這種情況。在這種背景下，最大升力的增加通常被視為是不利的，因為轉子葉片的載荷增加，并且因此，可能必須復查對轉子葉片的結構穩定性的要求。
[0007]因此，將需要提供一種風力渦輪機的轉子葉片，其被配置成使得它至少部分地克服具有風力渦輪機的常規渦流發生器的常規轉子葉片的所述缺點。

【發明內容】

[0008]此目標通過獨立權利要求來解決。從屬權利要求描述有利的發展和修改。
[0009]根據本發明，提供了一種風力渦輪機的轉子葉片，所述轉子葉片包括配置成產生主渦流的主渦流發生器以及配置成產生第二渦流的副渦流發生器。所述主渦流發生器的高度大于所述副渦流發生器的高度。此外，所述主渦流發生器和所述副渦流發生器關于彼此被配置和布置成使得: a)對小于所述副渦流發生器的高度的邊界層厚度而言，所述副渦流發生器降低、特別是抵消所述主渦流發生器對所述轉子葉片的升力的影響，以及
b)對大于所述副渦流發生器的高度的邊界層厚度而言，所述轉子葉片的升力基本上不受所述副渦流發生器的存在影響。
[0010]原則上，渦流發生器需要被理解為適于產生渦流的設備或附加裝置。發明的轉子葉片包括至少兩個渦流發生器:主渦流發生器和副渦流發生器。所述兩個渦流發生器的高度是不同的。所述高度指的是渦流發生器在渦流發生器所安裝到的轉子葉片的特定位置處垂直于轉子葉片的表面的延伸。換句話說，渦流發生器遠離轉子葉片的表面突出，并且渦流發生器的高度被當作渦流發生器到轉子葉片的表面的最遠點的最小距離。應當注意的是，在所述主渦流發生器和所述副渦流發生器之間的高度上的差異意在是超過所述主渦流發生器的高度的10%的高度上的差異。換句話說，按照本專利申請中的理解，例如由制造偏差造成的自然地出現的高度上的微小差異不足以作為所述主渦流發生器和所述副渦流發生器之間的合格的高度差。特別地，所述主渦流發生器的高度超過所述副渦流發生器的高度的兩倍。
[0011]本發明的關鍵方面在于，對小的邊界層厚度而言，所述主渦流發生器和所述副渦流發生器被選擇成使得所述副渦流發生器取消或至少降低所述主渦流發生器的效果或影響；但是，對大的邊界層厚度而言，所述副渦流發生器是"不可見的〃，即不起作用的(inactive)。因此，包括所述主渦流發生器和所述副渦流發生器的渦流發生器布置的效果取決于邊界層厚度。
[0012]所述邊界層表示與轉子葉片的表面相鄰的流層(flow layer)，并且其中，氣流的速度從其所謂的外流速向下變化至所述表面處的零值。特別地，對于遠離所述表面的距離增加，氣流的速度增加(例如，單調地)。所述邊界層的厚度被限定成使得氣流的速度達到自由流(free-stream)氣流速度的99%。現代風力禍輪機的轉子葉片的典型的邊界層厚度在幾毫米一直到幾厘米的范圍中。這些值表示針對具有例如4米的最大弦長和50米的沿葉展方向的長度的轉子葉片的示例性的值。注意，邊界層的厚度除其他參數外取決于攻角。所述邊界層的厚度還取決于轉子葉片是潔凈的還是污染的。
[0013]對小于所述副渦流發生器的高度的邊界層厚度而言，所述副渦流發生器被布置和制備成用于選擇性地降低所述主渦流發生器對轉子葉片的升力的影響。然而，要注意的是，即使是對于小于副渦流發生器的高度的邊界層厚度，結果也可能是所述主渦流發生器對轉子葉片的升力仍然具有一定的影響，即作用。同樣，即使是對于大于副渦流發生器的高度的邊界層厚度，盡管副渦流發生器完全地沒入邊界層內，結果也可能是副渦流發生器仍然使主渦流發生器的影響降低。渦流發生器在空氣動力學上無效的界限高度也被稱為轉子葉片的粘性次層(viscous sub-layer)。
[0014]在本發明的一個實施例中，所述主渦流發生器和所述副渦流發生器位于轉子葉片的吸力側上。
[0015]渦流發生器放置在轉子葉片的吸力側上是有利的，這是因為與轉子葉片的壓力側相比，主要失速的渦流發生器的有效影響在轉子葉片的吸力側處更加相關(morerelevant)。
[0016]在本發明的另一實施例中，所述主渦流發生器和所述副渦流發生器基本上位于轉子葉片的相同的葉展向位置處。
[0017]所述葉展向位置涉及轉子葉片的葉展。轉子葉片的葉展在轉子葉片的根部部分和轉子葉片的末端部分之間延伸。轉子葉片的葉展也被稱為其縱向軸線。關于配置成當它們一旦被安裝到風力禍輪機的輪轂時圍繞俯仰軸線(pitch axis)傾斜的轉子葉片，所述葉展可有利地基本上相當于轉子葉片的俯仰軸線。但是，在彎曲的或曲形的(sw印t)轉子葉片的情況下，所述葉展依循轉子葉片的形狀，并且因此也是彎曲的或曲形的。
[0018]在本發明的另一實施例中，所述主渦流發生器和所述副渦流發生器之間的距離小于所述轉子葉片在所述主渦流發生器的葉展向位置處的弦長的10%、特別地小于所述弦長的5%、甚至更特別地小于所述弦長的2%。
[0019]主渦流發生器和副渦流發生器之間相對小的距離的優點在于副渦流發生器對主渦流發生器的影響較強。換句話說，副渦流發生器和主渦流發生器之間的距離必須足夠小，使得在其中副渦流發生器基本上超出邊界層的情況下，副渦流發生器對主渦流發生器的氣動效率具有影響。
[0020]在下文中，給出了所述主渦流發生器的有利的尺寸。
[0021]第一方面涉及所述主渦流發生器關于其在轉子葉片的表面上的弦向和葉展向位置的定位。所述主渦流發生器可以位于沿轉子葉片的整個葉展的任何位置處。換句話說，在轉子葉片的根部和轉子葉片的末端之間的任何位置都是合適的。關于弦向位置，所述主渦流發生器在轉子葉片的弦長的5%和60%之間的位置是優選的。注意，給出的值表示從轉子葉片的前緣測量沿所述弦線所確定的位置。還要注意，由于轉子葉片的弦長通常沿葉展變化，所以給出的值表示在安裝所述主渦流發生器的葉展向位置處的弦長。
[0022]在第一優選實施例中，從轉子葉片的根部測量，所述主渦流發生器位于轉子葉片的葉展的50%和100%之間。關于其弦向位置，從轉子葉片在所述主渦流發生器的葉展向位置處的前緣測量，所述主渦流發生器位于轉子葉片的弦長的20%和55%之間。
[0023]在第二優選實施例中，從轉子葉片的根部測量，所述主渦流發生器位于轉子葉片的葉展的5%和50%之間。關于其弦向位置，從轉子葉片在所述主渦流發生器的葉展向位置處的前緣測量，所述主渦流發生器位于轉子葉片的弦長的5%和40%之間。
[0024]在第三優選實施例中，第一實施例和第二實施例被結合，從而產生了多個主渦流發生器，其中第一部分具有第一實施例的特性，并且第二部分具有第二實施例的特性。換句話說，提供了一種轉子葉片，其至少包括處于5%和50%之間的葉展向位置以及5%和40%之間的弦向位置處的第一主渦流發生器，并且至少包括處于50%和100%之間的葉展向位置以及20%和55%之間的弦向位置處的第二主渦流發生器。
[0025]第二方面涉及所述主渦流發生器的最大高度。所述主渦流發生器的高度表示所述主渦流發生器的沿垂直于轉子葉片的表面的方向在所述主渦流發生器被安裝到轉子葉片的所述表面上的位置處的延伸。由于一般而言，所述主渦流發生器具有擁有不同高度的形狀，例如從所述主渦流發生器的上游端向下游端觀察它具有增加的高度，所以所述最大高度指的是所述主渦流發生器的高度的最大值。
[0026]優選地，