风能设施的转子叶片、风能设施和所属方法与流程

本发明涉及一种风能设施的转子叶片、一种具有转子叶片的风能设施以及一种用于优化转子叶片的方法。

背景技术：

1、风能设施是已知的，所述风能设施从风中产生电功率。风能设施通常涉及所谓的水平轴线风能设施，在所述水平轴线风能设施中，转子轴线基本上水平地设置，并且转子叶片扫过基本上垂直的转子面。除了设置在吊舱处的转子之外，风能设施通常包括塔，具有转子的吊舱围绕基本上竖直定向的轴线可旋转地设置在所述塔上。转子通常包括一个、两个或更多个同样长的转子叶片。转子叶片是细长的构件，所述构件通常由纤维增强塑料制成。

2、转子叶片的外轮廓的造型通常通过不同翼剖面的排列限定。转子叶片通常包括多个不同的翼剖面。翼剖面应当在转子叶片的不同的半径位置处可实现基本上空气动力学优化的流动走向。尽管对转子叶片不断进行空气动力学优化，但是仍发现，大量风能设施发出可由人类感知的噪声。由风能设施发出的噪声尤其通过转子叶片的后缘处的空气动力学效应引起。也称为后缘噪音的所述噪声排放是空气动力学设计中的限制。为了降低噪声排放，例如降低风能设施的转速。这尤其意味着，为了降低噪声排放，降低设施功率。这引起风能设施的较低的经济性。

3、为了减少后缘噪音已知的是，使用所谓的“后缘锯齿”(trailing edgeserrations)或“鳍片”(finlets)。后缘锯齿是锯齿状的翼元件，所述翼元件设置在转子叶片的后缘处。而鳍片是尺寸设计为小的、安置在后缘处的、垂直于转子叶片表面定向的翼部，所述翼部减少翼展范围(spannweitig)的压力波动。用于降低后缘噪音的现有的设备和方法提供不同优点，然而其他的改进方案是值得期望的。

技术实现思路

1、在所述背景下，本发明的目的是可以实现降低转子叶片的后缘噪音。

2、根据第一方面，所述目的通过风能设施的转子叶片来实现，其中转子叶片具有前缘、后缘、吸力侧和压力侧，并且在转子叶片纵向方向上在根部端部与尖部端部之间延伸，其中在前缘与后缘之间的直接连接称为弦线/翼弦(profilsehne)以及其长度称为弦长/翼深度(profiltiefe)，其中转子叶片具有至少一个翼元件，其中至少一个翼元件借助在后缘区域处的近侧部段邻接于后缘设置，并且借助远侧部段从后缘以基本上平行于弦长的方向定向的伸出方向伸出，其中至少一个翼元件在垂直于伸出方向的方向上具有翼元件厚度，其中至少一个翼元件具有与压力侧相关联的压力侧的翼侧和与吸力侧相关联的吸力侧的翼侧，其中至少一个翼元件基本上正交于伸出方向具有横截面，其特征在于，至少一个翼元件的横截面具有翼元件厚度的至少一个局部最小值，其中翼元件厚度在横截面中在局部最小值的两侧具有更大的值。

3、转子叶片在转子叶片长度、弦长和翼厚度的方向上延伸。在转子叶片长度的方向上，转子叶片优选地在转子叶片根部与转子叶片尖部之间延伸。弦长尤其正交于转子叶片长度定向。在运行中，转子叶片深度基本上平行于转子叶片的迎流方向。转子叶片在翼厚度的方向上正交于转子叶片长度和弦长的方向延伸。弦长和翼厚度基本上在沿着转子叶片长度的每个位置处展开空气动力学翼，所述空气动力学翼也可以理解为翼截面。

4、转子叶片包括至少一个翼元件。至少一个翼元件具有近侧部段和远侧部段。至少一个翼元件的近侧部段的特征尤其在于，所述近侧部段不从后缘伸出，而是设置在后缘区域处。至少一个翼元件的远侧部段的特征在于，所述远侧部段从后缘沿伸出方向伸出。

5、后缘区域优选地包括从后缘开始延伸至局部弦线的20％的距离、优选地延伸至局部弦线的5％的距离、特别优选地延伸至局部弦线的1％的距离的区域。因此，后缘区域延伸到转子叶片的压力侧和吸力侧上。

6、至少一个翼元件在沿着转子叶片长度的给定位置处的伸出方向对于所述位置通过从弦线与后缘相交的点与翼元件的在所述位置处离后缘最远的点的连接给出，其中在此仅考虑至少一个翼元件的在弦线的方向上处于后缘后方的部分，因此也就是说仅考虑远侧部段。

7、伸出方向基本上平行于弦长的方向定向。基本上平行于弦长的方向尤其意味着，在伸出方向和弦长的方向之间出现优选地小于30°、小于15°、小于10°或特别优选地小于5°的角度。

8、翼元件厚度在垂直于伸出方向的方向上在由后缘和伸出方向展开的平面与至少一个翼元件的表面之间延伸。翼元件厚度在两个可能的方向上应理解为正量。

9、至少一个翼元件的横截面的翼元件厚度的局部最小值应理解为横截面的如下点：所述点在垂直于伸出方向的方向上具有比在局部最小值两侧的翼元件厚度更小的翼元件厚度。局部最小值两侧涉及在横截面中直接处于局部最小值旁边的两个点，其中不考虑具有与局部最小值的翼元件厚度相同的翼元件厚度的点，以及在这种情况下考虑具有与局部最小值的翼元件厚度不相同的翼元件厚度的最近的点。

10、本发明基于如下认知：带有至少一个翼元件的转子叶片具有改进的噪声排放，其中至少一个翼元件的横截面具有翼元件厚度的至少一个局部最小值。发明人已发现，借助至少一个翼元件改进转子叶片的出流特性。在上文中描述的至少一个翼元件中断边界层中的湍流结构。此外，通过至少一个翼元件在如下程度上改变主要声源的方向特性：即声源更加扩散地放射，以及在理想情况下，更少的噪声到达风能设施的为声功率测量规定的测量位置。由于后缘噪音的类似于偶极子的放射特性，在所述测量位置处迄今通常出现声功率水平的最大值。

11、在上文中描述的至少一个翼元件能够以小的耗费设置在转子叶片处，也可以设置在已经安装在转子处的转子叶片处。因此，在上文中描述的至少一个翼元件也适合作为用于现有设施的改装解决方案。

12、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件在平行于伸出方向的方向上的不同位置处具有多个横截面，其中多个横截面中的每个横截面分别具有翼元件厚度的处于一条线上的至少一个局部最小值。其中处于一条线上的所有局部最小值的连接称为凹槽，并且其中多个横截面中的每个横截面分别具有翼元件厚度的处于一条线上的至少一个局部最大值，其中处于一条线上的所有局部最大值的连接称为脊线。

13、如果多个横截面分别、或仅横截面中的一些横截面具有翼元件厚度的一个或多个局部最小值，则应理解的是，一个或多个局部最小值可以分别处于另一凹槽上。例如，如果所有横截面或多个横截面各自具有翼元件厚度的两个局部最小值，那么当相应的局部最小值在伸出方向上不沿着整个至少一个翼元件存在时，所述两个局部最小值可以处于一个、两个或更多个凹槽上。例如，如果所有横截面或多个横截面各自具有翼元件厚度的两个局部最小值，以及相应的局部最小值在伸出方向上沿着整个至少一个翼元件存在，则所有横截面或多个横截面的翼元件厚度的各两个局部最小值处于两个凹槽上。

14、如果多个横截面分别、或仅横截面中的一些横截面具有翼元件厚度的一个或多个局部最大值，则应理解的是，一个或多个局部最大值可以分别处于另一脊线上。例如，如果所有横截面或多个横截面各自具有翼元件厚度的两个局部最大值，则当相应的局部最大值在伸出方向上不沿着整个至少一个翼元件存在时，所述两个局部最大值可以处于一个、两个或更多个脊线上。例如，如果所有横截面或多个横截面各自具有翼元件厚度的两个局部最大值，以及相应的局部最大值在伸出方向上沿着整个至少一个翼元件存在，则全部横截面或多个横截面的翼元件厚度的各两个局部最大值处于两个脊线上。

15、至少一个翼元件的表面可以表现为脊线和/或凹槽上的倒圆形状或棱边形状。

16、根据转子叶片的一个有利的实施方案，至少一个翼元件对于每个凹槽具有：翼面，所述翼面位于相应的凹槽的转子叶片根部侧上，并且在相应的凹槽和在同一翼侧上直接位于相应的凹槽的转子叶片根部侧上的脊线之间延伸，其中该翼面具有朝向转子叶片尖部侧减小的翼元件厚度；以及如下翼面，所述翼面位于相应的凹槽的转子叶片尖部侧上，并且在相应的凹槽和在同一翼侧上直接位于相应的凹槽的转子叶片尖部侧上的脊线之间延伸，其中该翼面具有朝向转子叶片尖部侧增加的翼元件厚度，其中每个翼面凸状地、凹状地或直地构成。

17、翼面为凸状的、凹状的或直的描述应宏观上理解。这表示：凸状地、凹状地或直地构成并且仅在小的部段中与此偏离的翼面应理解为凸状的、凹状的或直的翼面。

18、例如波形地构成并且整体上看仍呈凹状形状的翼面理解为凹状的弦线。直的面意味着整个面是平坦的。

19、凹槽不必在伸出方向上在翼元件的整个长度上存在，所述凹槽例如可以在翼元件的长度的50％上或任意另一份额上延伸。

20、根据另一优选的实施方案，至少一个翼元件在压力侧的翼侧上和/或在吸力侧的翼侧上从转子叶片根部侧开始具有第一翼面，其中第一翼面具有朝向转子叶片尖部侧增加的翼元件厚度，并且其中第一翼面沿着平行于弦线伸展的第一脊线达到其最大翼元件厚度，其中每个翼面凸状地、凹状地或直地构成。

21、根据转子叶片的一个优选的实施方案，在压力侧的翼侧上和/或在吸力侧的翼侧上，从转子叶片根部侧开始，朝向转子叶片尖部侧在最后的脊线的转子叶片尖部侧上，至少一个翼元件具有最后的翼面，其中最后的翼面具有朝向转子叶片尖部端部减小的翼元件厚度，并且其中最后的翼面沿着至少一个翼元件的边缘达到其最小的翼元件厚度，其中每个翼面凸状地、凹状地或直地构成。

22、根据转子叶片的一个特别优选的实施方案，至少一个翼元件的每个翼面从至少一个翼元件的远端朝向近端延伸。

23、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件的邻接于凹槽的每个翼面与邻接于同一凹槽的第二翼面基本上一致地构成。

24、一个面与第二面在如下情况下一致：即根据平行移动、旋转、镜像或所述操作的组合可以从第一面中获得第二面。

25、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件的至少一个脊线具有尖的棱边。

26、如果一个圆的最小直径对于圆心的不同的给定高度在与圆心相同的高度上碰触形成棱边的两个面，并且优选地比圆心到棱边的距离小两倍，特别优选地比圆心到棱边的距离小五倍，最优选地比圆心到棱边的距离小十倍，则存在尖的棱边。对于棱边的高度的最后2％、特别优选地最后10％、最优选地最后30％，必须满足所述条件，其中垂直于伸出方向从转子叶片表面到棱边测量所述高度。

27、尖的棱边具有如下优点：所述尖的棱边偏转与所述尖的棱边不平行地伸展的气体流动。

28、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件的至少一个凹槽具有尖的棱边。

29、根据该实施方案的用于凹槽的尖的棱边应与用于脊线的尖的棱边的定义类似地理解。

30、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件的压力侧的翼侧的每个脊线和每个凹槽在每个点中关于伸出方向垂直地设置在至少一个翼元件的吸力侧的翼侧的相应的脊线或相应的凹槽下方。

31、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件的压力侧的翼侧是对应的吸力侧的翼侧关于由后缘和伸出方向展开的平面的镜像。

32、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件的近侧部段和远侧部段箭头状地构成，其中近端和远端分别基本上圆形地或尖地构成，例如近端是尖的、而远端是圆形的。

33、在此应注意的是，翼元件也可以具有在转子叶片纵向方向上并排的多个箭头状的端部。

34、例如，如果远端是圆形的、而近端是尖的，则得出用于翼元件的液滴形状，其中在此翼元件视为整体。只要端部中的一个端部、在此近端是尖的，则液滴形状同样应理解为在本发明的意义中的箭头状。

35、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件的近侧部段和远侧部段由多个平行设置的箭头形状构成。箭头形状中的每个箭头形状邻接于直接相邻的箭头形状，尤其地，相应的翼相交或重叠。这意味着，与单独的箭头形状相比，分别相邻的箭头形状可以具有显得在侧向切断的轮廓。然而，对于相应的近端和远端的形状，侧向切断是不重要的。

36、可以用作为箭的尖部的形状应理解为箭头形状。箭头形状尤其通过如下方式得出：翼元件在所述部位处或在所述多个并排的部位处针尖状地结束，其中箭头的横截面不受限制并且例如圆形地、三角形地、四边形地、八边形地或以其他形状构成。

37、优选地，平行设置的多个箭头形状在相邻的箭头形状重叠或靠紧设置的相应的部位处具有本发明的意义中的凹槽。

38、在对于圆形端部和尖的端部这两种情况下，形成圆形的或尖的端部的面是凸状的、凹状的或直的。优选地，每个端部根据两个尤其垂直于伸出方向通过脊线分隔的面成形，其中每个单独的面是凹状的、凸状的或直的。

39、因此，两个面不仅在吸力侧、而且在压力侧构成并且限定翼元件的轮廓，尤其限定翼元件厚度。

40、根据转子叶片的一个优选的实施方案，在压力侧的翼侧与吸力侧的翼侧之间在近侧部段中构成有紧固间隙，其中后缘区域至少部分地、优选地完全地设置在紧固间隙内。

41、紧固间隙优选地构成为，使得至少一个翼元件可以借助于紧固间隙推到转子叶片的后缘区域上。优选地，翼元件可以在所述位置中粘接。优选地，用作为压力侧的翼侧和吸力侧的翼侧的镜平面的平面在紧固间隙内伸展。

42、根据转子叶片的一个优选的实施方案，至少一个翼元件两件式地构成，其中第一部分具有压力侧的翼侧以及第二部分具有吸力侧的翼侧，其中第一部分紧固在压力侧上以及第二部分紧固在吸力侧上，优选地通过粘接紧固，其中优选地，第一部分和第二部分的从后缘伸出的部段彼此紧固，优选地彼此粘接。

43、至少一个翼元件的两件式的构成方案通过降低复杂性来简化至少一个翼元件的制造。

44、根据转子叶片的一个优选的实施方案，在至少一个翼元件的压力侧的翼侧与吸力侧的翼侧之间出现元件厚度，其中元件厚度从近端朝向翼元件部位处的最大元件厚度增加，并且元件厚度从所述翼元件部位朝向远端减小。

45、根据转子叶片的一个优选的实施方案，转子叶片包括两个或更多个翼元件，所述两个或更多个翼元件沿着后缘彼此相邻地设置并且彼此相接。

46、在第二方面中，公开一种风能设施，所述风能设施包括根据本公开的第一方面的至少一个转子叶片或包括转子叶片的优选的设计方案。

47、风能设施可以包括大于等于一个的任意数量的转子叶片，其中转子叶片中的至少一个转子叶片包括根据本公开的转子叶片或转子叶片的优选的设计方案。

48、在第三方面中，公开一种风电场，所述风电场包括多个风能设施，其中所述风能设施中的至少一个风能设施根据本公开的第二方面构成。

49、在第四方面中，公开一种用于优化转子叶片的方法，其中转子叶片具有前缘、后缘、吸力侧和压力侧并且在转子叶片纵向方向上在根部端部与尖部端部之间延伸，其中在前缘与后缘之间的直接连接称为弦线以及其长度称为弦长，所述方法包括：安装至少一个翼元件，其中至少一个翼元件借助在后缘区域处的近侧部段邻接于后缘设置，并且借助远侧部段从后缘以基本上平行于弦长的方向定向的伸出方向伸出，其中至少一个翼元件在垂直于伸出方向的方向上，在由后缘和伸出方向展开的平面与至少一个翼元件的表面之间具有翼元件厚度，其中至少一个翼元件具有与压力侧相关联的压力侧的翼侧和与吸力侧相关联的吸力侧的翼侧，其中至少一个翼元件基本上正交于伸出方向具有横截面，其中至少一个翼元件的横截面具有翼元件厚度的至少一个局部最小值，其中翼元件厚度在横截面中在局部最小值的两侧具有更大的值。

50、安装至少一个翼元件的步骤发生的时间点不是决定性的。安装至少一个翼元件的步骤可以在转子叶片投入运行之前发生，以及也可以在转子叶片投入运行之后发生。