风能设备的转子叶片.pdf

1、10申请公布号CN104246215A43申请公布日20141224CN104246215A21申请号201380019815822申请日20130405102012206109620120413DEF03D1/0620060171申请人乌本产权有限公司地址德国奥里希72发明人托马斯波伦74专利代理机构北京集佳知识产权代理有限公司11227代理人丁永凡张春水54发明名称风能设备的转子叶片57摘要本发明涉及风能设备的一种转子叶片1，所述转子叶片具有转子叶根4以用于将转子叶片1连接到转子轮毂上和设置在背离转子叶根4的一侧上的转子叶尖，以及涉及一种具有这种转子叶片的风能设备。在此，定义为剖面厚度2与

2、剖面深度3的比值的相对剖面厚度2在转子叶根和转子叶尖之间的中间区域6中具有局部最大值。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014101386PCT国际申请的申请数据PCT/EP2013/0572622013040587PCT国际申请的公布数据WO2013/153009DE2013101751INTCL权利要求书2页说明书6页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图5页10申请公布号CN104246215ACN104246215A1/2页21一种风能设备的转子叶片1，具有用于将所述转子叶片1连接到转子轮毂上的转子叶根4,和在背离所述转子叶根

3、4的一侧上设置的转子叶尖，其中作为剖面厚度2与剖面深度3的比值定义的相对剖面厚度2在转子叶根和转子叶尖之间的中间区域6中具有局部最大值。2根据权利要求1所述的转子叶片1，其特征在于，所述局部最大值的相对剖面厚度2为35至50、尤其为40至45。3根据权利要求1或2所述的转子叶片1，其特征在于，所述转子叶片1在所述局部最大值的范围中具有为1500MM至3500MM、尤其大约为2000MM的剖面深度。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，所述转子叶片1由第一转子叶片部段和第二转子叶片部段组成，并且所述第一转子叶片部段具有所述转子叶根4并且所述第二转子叶片部段具有所述转子叶尖，并且

4、所述第一转子叶片部段和所述第二转子叶片部段在分离部处彼此连接，其中所述分离部设置在转子叶根4和转子叶尖之间的中间区域6中和/或设置在所述局部最大值的区域中。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，所述转子叶片1是针对在7至10的范围中、尤其从8至9的范围中的叶尖速比设计的。6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，所述转子叶片1在从所述转子叶根至所述转子叶尖所测量的所述转子叶片的总长度的90至95的范围中具有与在所述转子叶根4的区域中的剖面深度3的5至15、尤其是大约10对应的剖面深度3，和/或所述转子叶片从所述转子叶片的总长度的5至25、优选从5至35、尤其从所

5、述转子叶根至所述中间区域具有线性的厚度变化曲线。7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，所述转子叶片1在所述转子叶根4处具有至少为3900MM、尤其在4000MM至8000MM的范围中的剖面深度3，和/或从所述转子叶根4起在总长度的90至95的范围中、尤其在90处具有至多为1000MM、尤其在700MM至400MM的范围中的剖面深度3。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，所述转子叶片1在所述中间区域中具有与在所述转子叶根4的区域中的剖面深度权利要求书CN104246215A2/2页3的大约20至30、尤其大约25对应的剖面深度。9一种风能设备，所述风能设备具

6、有根据上述权利要求中任一项所述的至少一个转子叶片1。权利要求书CN104246215A1/6页4风能设备的转子叶片技术领域0001本发明涉及风能设备的一种转子叶片以及一种风能设备。背景技术0002用于风能设备的转子叶片已普遍知晓。这种转子叶片具有顾及到特殊的空气动力学要求的剖面。通常，风能设备具有带有多个转子叶片的空气动力学转子。这种风能设备示例性地在图5中示出。这种转子叶片的空气动力学特性是至关重要的，因为这些特性极大地影响转子叶片的进而风能设备的效率。为了提高转子叶片的效率而使剖面最优化。例如为了在弱风的地区中、即尤其在内陆位置确保尽可能持续地产生电流，空气动力学的转子具有可能为大约80米

7、的转子直径。在风能设备如此大型并进而转子叶片也非常大的情况下，这造成转子叶片重量大。大且重的转子叶片产生高负荷，在运行中该负荷作用于风能设备。此外，制造以及运输至相应的安装地点是复杂且困难的。但是，实现对于运输这种大型转子叶片而言更有益的两件式转子叶片由于所出现的负荷和附加地通过分离部形成的稳定性减小仅在受限的情况下是可能的。0003德国专利商标局已经在优先权申请中检索出下述现有技术DE102008052858A1、DE102008003411A1、DE10307682A1、US5474425A和EP2339171A2。发明内容0004因此，本发明基于下述目的消除或减少上述问题中的至少一个，尤

8、其提出一种转子叶片，所述转子叶片在刚性尽可能高的情况下具有小的转子叶片重量，通过所述小的转子叶片重量减小对机器结构和塔的负荷，并且所述转子叶片可以简单地运输。至少应提出一种替选的解决方案。0005为了实现所述目的，根据本发明提出根据权利要求1所述的转子叶片。风能设备的这种转子叶片具有用于将转子叶片连接到转子轮毂上的转子叶根和设置在背离转子叶根的一侧上的转子叶尖。在此，作为剖面厚度与剖面深度的比值定义的相对剖面厚度在转子叶根和转子叶尖之间的中间区域中具有局部最大值。在下文中将剖面深度理解成剖面的长度、即剖面凸起部和剖面后缘之间的距离。剖面厚度表示剖面上侧和剖面下侧之间的距离。因此，当剖面厚度小和

9、/或剖面深度大时，相对剖面厚度具有小的值。0006相对剖面厚度在转子叶根和转子叶尖之间具有局部最大值。局部最大值位于转子叶根和转子叶尖之间的中间区域中，优选位于从转子叶根至转子叶尖所测量的转子叶片的总长度的30至60的范围中。在总长度例如为60米的情况下，因此，局部最大值位于优选18米至36米的范围中。因此，相对剖面厚度从转子叶根起首先减小并且随后在中间区域中又增大直至局部最大值，即直至下述位置，在所述位置的周围，相对剖面厚度不具有更大的值。在转子叶片的中间区域中的局部最大值尤其通过下述方式实现剖面深度从转子叶根起直至中间区域强烈减小。同时或替选地，剖面厚度能够增大或不像剖面深度那样强地减小。

10、由此，实现节省材料，尤其是在转子叶根和中间区域之间，进而实现节省重量。通说明书CN104246215A2/6页5过提高剖面厚度，得出转子叶片的高稳定性。0007可知剖面深度在中间区域中的减小虽然在那里会引起承载能力的降低，但是同时实现转子叶片的重量的减小。转子叶片的效率的可能劣化有助于实现更小的重量。在此，但是在中间区域中在效率尽可能好的情况下更大程度地关注稳定性和刚性并且在外部区域中更大程度地关注高的效率。因此，提出下述剖面，其中从中间区域向外朝向转子叶尖的剖面深度至少比在中间区域中更弱地减小。0008优选地，局部最大值的相对剖面厚度为35至50、尤其为40至45。通常，相对剖面厚度在转子叶

11、根处在值为100至40时开始。大约为100的值在此表示，剖面厚度大致与剖面深度相等。之后，值单调下降。在一个根据本发明的实施方式中，值从转子叶根起首先减小，直至其达到局部最小值。在局部最小值之后，相对剖面厚度增大，直至其为大约35至50。0009在一个优选的实施方式中，转子叶片在中间区域中和/或在局部最大值的区域中具有为1500MM至3500MM、尤其大约为2000MM的剖面深度。当转子叶片在转子叶根的区域中具有大约为6000MM的剖面深度时，剖面深度因此直至中间区域和/或直至局部最大值的区域减小大约三分之一。0010在一个尤其优选的实施方式中，转子叶片由第一转子叶片部段和第二转子叶片部段组成

12、，并且第一转子叶片部段具有转子叶根和第二转子叶片部段具有转子叶尖。第一转子叶片部段和第二转子叶片部段在分离部处彼此连接。在此，分离部设置在转子叶根和转子叶尖之间的中间区域中和/或设置在局部最大值的区域中。0011通过转子叶片由两个转子叶片部段组成，明显地简化将转子叶片运输至风能设备的相应的架设地点。如果分离部位于中间区域中，这表示，在转子直径超过80米时，例如仅还必须运输分别为大约40米的两个转子叶片部段。此外，在中间区域中和/或在相对剖面厚度的局部最大值的区域中，尤其地，剖面深度在剖面厚度大时是小的。由此，转子叶片在该部位处构成为是稳定的。因此，由于分离部出现的附加的负荷被尽可能地拦截。00

13、12优选地，转子叶片是针对在7至10的范围中、尤其为8至9的范围中的叶尖速比设计的。在此，叶尖速比定义成转子叶尖上的边缘速度与风速的比值。高的设计叶尖速比引起高的功率系数并且能够引起细长的、快速旋转的叶片。0013在另一个实施方式中，转子叶片在从转子叶根至转子叶尖所测量的转子叶片的总长度的90至95的范围中具有与在转子叶根的区域中的剖面深度的大约5至15、尤其大约10对应的剖面深度。0014通过在转子叶尖的区域中这样减小的剖面深度，作用于机器结构和塔的负荷、尤其是空气动力学负荷减小。基本上提出相对细长的转子叶片。0015在一个优选的实施方式中，转子叶片在转子叶根处具有至少为3900MM、尤其在

14、4000MM至8000MM的范围中的剖面深度和/或从转子叶根起在总长度的90至95的范围中、尤其在90处具有至多为1000MM、尤其在700MM至400MM的范围中的剖面深度。0016优选地，转子叶片在中间区域中、尤其在转子叶片的总长度的50处和/或在局部最大值的区域中具有与在转子叶根的区域中的剖面深度的20至30、尤其大约25对应的剖面深度。如果例如剖面深度在转子叶根的区域中为6000MM，那么在局部最大值的区域中和/或在中间区域中的剖面深度仅仍对应于大约1500MM。通过剖面深度从转子叶根说明书CN104246215A3/6页6至中间区域这样快速减小，得出具有小的负荷、尤其是空气动力学负荷

15、的细长的剖面。负荷与在其他已知的转子叶片的情况下相比较小。在已知的剖面中，转子叶片深度通常基本上线性地减小。由此，尤其在转子叶根和中间区域之间存在较高的剖面深度并进而也存在更多的材料。0017此外，根据本发明提出一种具有根据至少一个上述实施方案的至少一个转子叶片的风能设备。这种风能设备通过至少一个细长且快速旋转的转子叶片由于高的设计叶尖速比和高的功率系数而在经济上是高效的。由此，风能设备尤其也适用于部分负荷范围中的运行和/或适用于弱风并进而也适用于内陆位置。风能设备优选具有三个转子叶片。附图说明0018下面根据实施例参考所附的附图详细阐述本发明。附图在此包含部分简化的示意图。0019图1示出转

16、子叶片的示意图。0020图2示出关于归一化的转子半径表示相对剖面厚度的图表。0021图3示出关于半径表示深度的图表。0022图4示出关于半径表示厚度的图表。0023图5示出风能设备的立体图。0024图6示出转子叶片的侧视图。0025图7示出图6的转子叶片的另一个侧视图。具体实施方式0026图1示出一个实施方式的转子叶片1的不同的剖面几何形状的分布。在转子叶片1中以部段的方式示出剖面厚度2和剖面深度3。转子叶片1在一个端部上具有转子叶根4并且在与此背离的端部上具有连接区域5以用于安置转子叶尖。转子叶片在转子叶根4处具有大的剖面深度3。相反地，在连接区域5中，剖面深度3小得多。剖面深度从也能够称作

17、为剖面根部4的转子叶根4起直至中间区域6明显减小。在中间区域6中能够设有分离部在此没有示出。从中间区域6直至连接区域5，剖面深度3近似恒定。示出的转子叶片1设为用于安置小的转子叶尖，所述转子叶尖共计为小于示出的转子叶片1的长度的1并从而在此能够忽略。0027图2示出为风能设备的不同的转子叶片关于归一化的转子半径分别绘出相对剖面厚度的图表。相对剖面厚度在纵坐标上以百分比给出并且以5的步进值从10伸展至60。在横坐标上分别以01的步进值示出从0至1的归一化的转子半径。转子半径在此分别涉及具有至少一个安装在转子的转子轮毂上的转子叶片的转子。各个转子叶片的长度从转子叶根延伸至转子叶尖。转子叶片以其转子

18、叶根大约在归一化的转子半径为值005时开始并且以其转子叶尖在归一化的转子半径为值1时结束。在转子叶尖的区域中，归一化的转子半径的值大约对应于相关的转子叶片的百分比长度。尤其地，归一化的转子半径的值1等于100的转子叶片长度。0028在该图表中，可看到总共六个图形。这些图形示出ENERCON股份有限公司的不同的已知的并且规划的风能设备的转子叶片的相对剖面厚度的变化曲线。图形100在此示出说明书CN104246215A4/6页7转子直径为大约70M的风能设备E70型号，图形102示出转子直径为大约82M的风能设备E82型号，图形103示出转子直径为大约92M的风能设备E92型号，图形104示出转子

19、直径为大约101M的风能设备E101型号，图形105示出转子直径为大约115M的风能设备E105型号并且图形106示出转子直径为大约126M的风能设备E126型号。图形100、102、104和106示出已知的现有技术并且图形103和105分别示出根据本发明的实施例的相对剖面厚度的变化曲线。根据这些图形可知，图形100和102的相对剖面厚度的变化曲线基本上单调下降地伸展。图形100和102在转子叶根的区域中、即在00和01的归一化的转子半径之间在相对剖面厚度在45和50之间时开始。各个图形直至10的归一化的转子半径不具有局部最大值或最小值。相对剖面厚度的值始终减小。0029根据一个实施方式的图形

20、103在相对剖面厚度在转子叶根处为大约55时开始，即大约在归一化的转子半径在0和01之间时开始并且随后首先下降到在归一化的转子半径为03时大约为40的相对剖面厚度。此后，相对剖面厚度的变化曲线上升，直至其在归一化的转子半径为04时达到其大约为42的局部最大值。因此，相对剖面厚度又以2上升至其局部最大值。局部最大值位于转子叶片的中间区域中。因此，其具有大于1的最大偏差。此后，相对剖面厚度直至10的归一化的转子半径并进而直至100的转子叶片长度单调下降地伸展到大约为15的值。0030另一个实施方式的图形105的变化曲线类似于图形103的变化曲线。相对剖面厚度在转子叶根处在大约45时开始，随后在归一

21、化的转子半径为大约025时下降到小于40的值并且在此之后上升。在归一化的转子半径为大约045时，相对剖面厚度的值达到为大约42的值的局部最大值。这对应于大约为3的再次上升。随后，相对剖面厚度的变化曲线基本上单调下降，直至在相对剖面厚度大约为08时达到15的值。随后直至转子叶尖的变化曲线大约在15处保持恒定。0031与图形100和102相反地，图形103和105在中间区域中具有局部最大值。局部最大值在此通过在该区域中剖面深度减小并且同时剖面厚度的更小的减小而出现。通过相对剖面厚度的所述变化曲线实现的剖面是细长的转子叶片，所述转子叶片与已知的转子叶片不同地由此接收较小的负荷，使得剖面深度在转子叶片

22、的总长度中从转子叶根开始首先快速减小。由此，空气动力学负荷也减小并进而在机器壳体上出现的负荷减小。此外，转子叶片从中间区域起能够具有大致恒定的剖面厚度。由此，转子叶片获得稳定性。在已知的转子叶片中，剖面基本上具有梯形的形状，所述形状在该图表中通过相对厚度的单调减小的变化曲线是明显的。0032图形104的相对剖面厚度在转子叶根上在44处开始。相对剖面厚度首先在归一化的半径为01时下降到大约为42的值。之后，相对剖面厚度直至为02的归一化的转子半径这大致对应于转子叶片长度的15略微地上升到大约为425的值。因此，图形104的变化曲线虽然具有局部最大值，然而该最大值不位于转子叶片的中间区域中并且几乎

23、不具有明显的增大。尤其地，这种变化曲线也不适合在中间区域中具有分离部的两件式转子叶片。0033从转子叶根至中间区域的线性厚度变化曲线也是有利的，如其在图4中在两个图形中示出的那样。图形104的转子叶片不具有的这种线性的变化曲线在构造方面是有利的。这种转子叶片能够更好地制造并且具有均匀的电压变化曲线。此外，在外部负荷作用说明书CN104246215A5/6页8时期望有均匀的变形。这种线性的变化曲线原则上是有利的，不仅仅对于示出的实施方式而言。在转子叶片的总长度的5至25、优选5至35的区域中，尤其从转子叶根直至中间区域，提出线性的厚度变化曲线。0034图形106的相对剖面厚度的变化曲线在转子叶根

24、的区域中在大约52处开始。随后，该值直至02的归一化的转子半径下降到大约425。之后，相对剖面厚度近似恒定地伸展或具有不明显的增大量。该区域也能够在数学意义中称作为鞍点。从大约为03的转子半径开始，相对剖面厚度严格单调下降地伸展。0035在转子叶根区域中，示出的实施方式的相对剖面厚度的变化曲线不像在其他已知的转子叶片的情况中在100处开始。在此，剖面深度和剖面厚度在转子叶根的区域中近似相等。更确切地说，示出的变化曲线在40和55之间开始。这具有空气动力学优点，尤其是就转子叶根的区域中的涡流形成而言，所述涡流形成通过这种剖面形状被抑制、至少被减小。0036在图3中示出下述图表，所述图表关于以毫米

25、为单位的转子半径在图表中简称为半径示出以毫米为单位的剖面深度在图表中简称为深度。剖面深度以500的步进值从0MM上升至6000MM。转子叶片半径以5000的步进值从0MM上升值60000MM。在图3中可见两个图形200和202，其中图形200示出根据本发明的实施例的剖面深度变化曲线。图形202示出用于比较的另一个转子叶片的图形变化曲线。图形200示出ENERCON股份有限公司的型号为E115的风能设备的剖面深度变化曲线。0037两个图形200、202在转子叶根处大致以相同的剖面深度开始。剖面深度位于5500MM和6000MM之间的范围中。之后，两个图形200、202下降，直至其在半径为2000

26、0MM和25000MM之间时达到在3000MM和3500MM之间的范围中的剖面深度。之后，图形200的剖面深度与图形202的剖面深度相比下降明显更多。因此，例如在半径为25400MM时，图形200的剖面深度已经仅还为2500MM并且图形202的剖面深度仍为3000M。在半径为35000MM时，图形200的剖面深度仅还为大约1550MM并且另一个图形202的剖面深度仍为2500MM。首先在翼尖的区域中，即在半径在55000MM至60000MM的范围中时，剖面深度再次几乎重合。0038图4示出下述图表，在所述图表中，针对图3的剖面深度分别关于以毫米为单位的转子半径在该图表中也简称为半径绘制以毫米为

27、单位的剖面厚度在该图表中也简称为厚度。剖面厚度从0MM以200MM的步进值上升至2800MM。以5000的步进值示出从0MM至60000MM的半径。示出两个图形，其中第一图形300示出根据本发明的实施例的剖面厚度变化曲线并且图形302示出用于比较的另一个转子叶片的剖面厚度变化曲线。图形300示出ENERCON股份有限公司的型号为E115的风能设备的转子叶片的剖面厚度变化曲线。0039图3和图4的图形200或300的转子叶片在转子叶根和转子叶尖之间的中间区域中具有相对剖面厚度的局部最大值。0040图5示出具有塔402的风能设备400，所述塔建造在地基403上。在与地基403相对置的上部端部上存在

28、吊舱404机器壳体，所述吊舱具有转子405，所述转子基本上由转子轮毂406和安置在所述转子轮毂上的转子叶片407、408和409构成。转子405与吊舱404内部的电发电机耦联，以用于将机械功转换成电能。吊舱404可转动地支承在塔402上，所述塔的地基403提供必要的稳定性。说明书CN104246215A6/6页90041图6示出一个实施方式的转子叶片500关于其总长度L、即从0至100的总长度的侧视图。转子叶片500在一个端部上具有转子叶根504并且在与此背离的端部上具有转子叶尖507。转子叶尖507在连接区域505处与转子叶片的其余部分连接。转子叶片在转子叶根504处具有大的剖面深度。在连接

29、区域505中并且在转子叶尖507处，相反地，剖面深度小得多。剖面深度从也可称作为剖面根部504的转子叶根504起直至中间区域506明显减小。在中间区域506中可以设有分离部在此没有示出。剖面深度从中间区域506直至连接区域505近似恒定。0042转子叶片500在转子叶根504的区域中具有两件式的形式。因此，转子叶片500由基本型材509构成，在所述基本型材上在转子叶根504的区域中设置有用于提高转子叶片500的转子叶片深度的另一个部段508。部段508在此例如粘接到基本型材509上。这种两件式的形式在运输至架设地点时在操作方面是更简单的并且可以更简单地生产。0043此外，在图6中可见轮毂连接区

30、域510。转子叶片500经由轮毂连接区域510连接到转子轮毂上。0044图7示出图6的转子叶片500的另一个侧视图。可见转子叶片500，所述转子叶片具有基本型材509、用于提高转子叶片深度的部段508、中间区域506、转子叶根504和轮毂连接区域510以及用于转子叶尖507的连接区域505。转子叶尖507实施成所谓的小翼。由此，减少了转子叶尖上的涡流。说明书CN104246215A1/5页10图1说明书附图CN104246215A102/5页11图2说明书附图CN104246215A113/5页12图3图4说明书附图CN104246215A124/5页13图5说明书附图CN104246215A135/5页14图6图7说明书附图CN104246215A14