阅读说明：本技术 具有端缘流襟翼的风能设备 (Wind turbine with edge flow flaps ) 是由 亚历山大·霍夫曼 于 2019-01-10 设计创作，主要内容包括：一种用于风能设备的转子叶片,所述转子叶片具有空气动力学的轮廓,所述轮廓从叶片根部(201)延伸到叶片尖端(202)并且具有前缘(203)和后缘(204)。可调节的空气动力学的襟翼(211a-211d)设置在转子叶片上,襟翼可通过襟翼驱动器在移入位置和移出位置之间调节。襟翼驱动器包括无源的调控装置,所述无源的调控装置调控所述襟翼的与转速相关的位置。襟翼驱动器的无源的调控装置是少维护的,并且不会介入风能设备的安全设计。相对于没有襟翼的参考转子叶片,所述转子叶片在风速低时具有增大的升力。(A rotor blade for a wind energy plant, the rotor blade having an aerodynamic profile extending from a blade root (201) to a blade tip (202) and having a leading edge (203) and a trailing edge (204). Adjustable aerodynamic flaps (211a-211d) are provided on the rotor blade, which flaps are adjustable between an in-and an out-position by means of flap drives. The flap drive comprises a passive control device which controls the position of the flap in relation to the rotational speed. The passive control of the flap drive is maintenance-free and does not interfere with the safety design of the wind power installation. The rotor blade has an increased lift at low wind speeds relative to a reference rotor blade without flaps.)

具有端缘流襟翼的风能设备

技术领域

本发明涉及一种具有空气动力学的襟翼的转子叶片以及具有这种转子叶片的转子和具有根据本发明的转子的风能设备。此外，本发明涉及一种组件，其具有空气动力学的力学的后缘襟翼和所属的襟翼驱动器。

背景技术

空气动力学的襟翼尤其是端缘流襟翼，其影响转子叶片的后缘处的空气流。因此其在下文中也称为后缘襟翼。在设计用于风能设备的转子叶片时，尤其必须在转子叶片的尽可能大的升力、其空气阻力和转子叶片的稳定性之间进行折衷。因为在风速低时产生高的升力的转子叶片的轮廓通常在风速较高时具有高的空气阻力。此外，除了转子叶片的空气动力学的特性外，设计者也必须保证转子叶片承受得住例如在暴风时出现的风压。借助于厚的转子叶片比借助于细长的转子叶片更容易满足此要求，因为与在细长的轮廓中相比，借助于厚的轮廓可以更少的材料耗费实现预设的稳定性。然而，细长的轮廓通常比厚的轮廓在空气动力学方面要有效得多。另一方面是轮廓的拱起。与较弱的拱起的轮廓相比，具有强的拱起的轮廓在迎流速度低时产生更强大的升力。迎流速度是风速和圆周速度的矢量和，转子叶片上的特定部位通过空气流以所述矢量和运动。在风速低时高的升力是所期望的，因为通常转子叶片的升力越高，风能设备的能量收益就越高。然而，在迎流速度较高时具有强的拱起的轮廓比具有较小的拱起的转子叶片具有更大的空气阻力。在较长的时间段上来看，在特定的位置处，较强的轮廓拱也会对风能设备的能量收益产生负面影响。由于这些原因，考虑到上述设计参数，针对相应的应用情况优化转子叶片。

在致力于提高风能设备在部分负荷范围中的收益时，已经使用了端缘流襟翼，其偏转借助于相关联的测量传感器系统和设备控制装置来调控。在风速低时，端缘流襟翼在转子叶片压力侧上移出并且在风速增大时再次移入。借助于所述端缘襟翼实现：在风速低时，与没有后缘襟翼的参考轮廓相比，在一侧上实现更大的升力，但是在风速较高时的空气阻力不大于在参考轮廓情况下的空气阻力。

在技术上实现下述端缘流襟翼时，关于对于调控端缘流襟翼所需要的电系统的雷电承载能力或相应的过压保护出现困难，端缘流襟翼的偏转有源地借助于相应的测量传感器通过设备控制装置来调控。此外，端缘流襟翼的这种有源的调控系统也很复杂，因为其介入风能设备的安全系统或安全设计理念中。由于这种有源的襟翼调控的大的安全相关性，需要考虑用于襟翼调节装置和所属的传感器的高的维护耗费。

具有端缘流襟翼的转子叶片和邻近的技术上的解决方案例如从US 2014/0356181A1、DE 103 48 060 A1、DE 10 2015 017 127 A1、DE 10 2012 109 171 A1、DE 101 55 014A1、DE 29 08 761 A1、EP 2 634419A1和FR 2863320A1中已知。

发明内容

以此为出发点，本发明的目的是针对上述问题中的一个或多个。

为了实现该目的，本发明提出一种用于风能设备的具有空气动力学的轮廓的转子叶片，所述轮廓从叶片根部延伸至叶片尖端并且所述轮廓具有前缘和后缘。在转子叶片上设置有可调节的空气动力学的襟翼，所述襟翼可借助于襟翼驱动器在移入位置和移出位置之间进行调节。襟翼驱动器包括无源的调控装置，所述无源的调控装置调控襟翼的与转速相关的位置。襟翼驱动器的无源的调控装置需要很少的维护并且不会介入风能设备的安全设计概念中。

尽管在此选择襟翼的所述实例作为附件的形式，但是根据本发明的教导不限于此，并且所有的空气动力学的附件都能够有利地通过根据本发明的无源的调控装置进行调控或操控。

尤其有利的是，襟翼驱动器由不导电的材料，尤其塑料制成。

在一个实施例中，襟翼驱动器作为产生力的驱动源具有离心力体和弹性元件，所述弹性元件提供弹性力，所述弹性力超过由离心力体产生的离心力，直到设置有转子叶片的转子的预定的转速。通过将离心力体与弹性元件组合，实现对襟翼的纯无源的调控。预定的转速能够通过弹性元件的设计方案来设定，并且例如也能够为零转。

适宜地，襟翼驱动器包括传动装置，以便将从离心力体径向向外取向的离心力转换成襟翼的枢转运动或旋转运动。

特别地，在出现故障时，已经证明有利的是，转子叶片具有闭锁装置，借助于所述闭锁装置可锁定可调节的襟翼。优选地，襟翼可锁定在移入位置中。如果在运行时确定空气动力学的襟翼的故障，那么借助于闭锁设备可行的是，维修技师锁定襟翼作为即时解决方案，使得转子叶片表现得像没有空气动力学的襟翼的常规的转子叶片那样。有意义的是，在风能设备的每个转子叶片上设置这样的闭锁装置，使得在所有转子叶片上可锁定空气动力学的襟翼，由此对于所有转子叶片而言能够实现相同的空气动力学的特性。以这种方式，风能设备能够继续安全地运行，直到进行修理，例如在作为风能设备的更大规模的维护的过程中。

已经证实尤其有利的是，空气动力学的襟翼构成为后缘襟翼。

有利地，空气动力学的襟翼从其起始位置起仅可朝向空气动力学的轮廓的压力侧调节，优选在0-15°的角度范围内。将襟翼朝向压力侧移出引起空气动力学的轮廓的拱起增大，由此增大由转子叶片产生的升力。

在其他实施方案中，襟翼替选地或附加地也能够朝向抽吸侧调节。

空气动力学的襟翼能够以不同的构型实现。襟翼例如能够设计为开裂式襟翼、拱形襟翼、开缝襟翼、福勒襟翼和穿流襟翼。本发明允许对于特定的应用情况分别使用最合适的襟翼类型。

在特定的应用情况中，已经证实有利的是，在转子叶片上设置多个襟翼，也就是说优选三到五个空气动力学的襟翼，其可以彼此独立地调节。通过较大数量的襟翼，在转子叶片的空气动力学的特性方面可实现更大的灵活性。

尤其优选地，襟翼彼此之间弹性地连接或者与转子叶片后缘的其余部分弹性地连接，使得当相应的襟翼偏转时不出现气隙。

在此能够有利的是，不同的襟翼类型同时设置在转子叶片上。

有利地，空气动力学的襟翼设置在转子叶片上的区域中，在该处转子叶片的厚度在最大的轮廓厚度的50％至19％之间。

在实践中已经证实适宜的是，襟翼在转子叶片纵轴线的方向上的长度在0.5m至5m之间。

如果将襟翼设置在毂附近的区域中，那么实现空气动力学的襟翼的尤其有利的效果，所述区域从叶片根部延伸至转子叶片总长度的一半。由于所述设置，尤其在叶片内部三分之一中的设置，并且由于相对小的襟翼偏转角，不需要将襟翼视为声音关键的。也就是说，通过使用襟翼，不产生因噪声排放限制而引起的附加的运行限制。

有利地，襟翼的深度在设置有襟翼的区域中大约为转子叶片的空气动力学的轮廓的轮廓深度的5-25％。

在本发明的一个实施例中，在移入的和最大移出的襟翼位置之间的襟翼角不大于20°。在较大的襟翼角中，转子叶片的空气阻力不利地强烈增加。

在另一实施例中，在转子叶片的靠近毂的内部区域中在移入的和最大移出的襟翼位置之间的襟翼角为直至90°。在这种情况下，襟翼以格尼襟翼的方式有效。

有利地，转子叶片驱动器附加地具有阻尼元件。阻尼元件防止作用到襟翼上的快速变化的和/或周期性的力引起襟翼的振动或共振。

已证实适宜的是，离心力体的质量在1kg和25kg之间。质量的大小取决于距离心力体的旋转中心的径向距离。

根据第二方面，本发明提出了一种组件，其具有空气动力学的后缘襟翼和襟翼驱动器，并且设立用于安装在用于风能设备的转子叶片的后缘上。如果在风能设备的运行期间在襟翼驱动器上或襟翼本身上发生故障，那么所述组件可相对简单且快速地更换。

尤其有利地，所述组件的所有部分均由不导电的材料，尤其塑料制成。对于转子叶片而言尤其重要的是，没有金属部件，以便在雷雨时尽可能不吸引雷电。

根据第三方面，本发明提出一种具有根据本发明的第一方面的一个或多个转子叶片的转子。

最后，本发明提出一种风能设备，其配备有根据本发明的转子。

附图说明

下面示例性地根据实施例参照附图详细阐述本发明。附图是示意性的并且是不按比例的。在附图中，相同或彼此相应的部件由相同或相应的附图标记表示。附图示意性地并且示例性地示出：

图1示出风能设备的示意图；

图2在俯视图中示出图1中的风能设备的转子叶片；

图3示出贯穿图2中的转子叶片的横截面；

图4示出襟翼驱动器的示意图；

图5A示出作用到后缘襟翼上的空气动力学的力；

图5B示出作用到后缘襟翼上的总力；

图6示出风能设备的功率特征曲线；

图7A示出在不同风速下没有后缘襟翼的转子叶片的感应系数；

图7B示出在不同风速下没有后缘襟翼的转子叶片的功率系数；

图8A示出在不同风速下具有后缘襟翼的转子叶片的感应系数；

图8B示出在不同风速下具有后缘襟翼的转子叶片的功率系数；

图9示出作为转子转速的函数的襟翼角；

图10示出具有和不具有后缘襟翼的转子叶片的功率系数和功率特征曲线；

图11示出作为转子转速的函数的襟翼角；

图12示出贯穿具有后缘襟翼的转子叶片的横截面；

图13示出作为转子转速的函数的襟翼角；

图14示出叶尖速比关于风速的变化曲线；

图15示出作为转子转速的函数的襟翼角；以及

图16示出作为转子转速的函数的襟翼角。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108和导流罩110的转子106。在运行时，转子106通过风进入旋转运动中从而驱动吊舱104中的发电机。转子叶片108分别通过其叶片根部围绕其纵向轴线可旋转地设置在毂112上，以便实现转子叶片调节。风能设备100的变桨调控将转子叶片调节操控为，使得转子叶片在风速低直至风能设备达到其额定功率(额定速度)的风速中从风中提取尽可能多的能量。在高于额定风速的风速下，在风速进一步提高时，转子叶片逐渐从风中转出，也就是说，转子叶片的变桨角增大，以便将风能设备保持在额定功率和额定转速上。在一个优选的实施例中，通过转子叶片调节来个体地调节转子叶片。但是原则上也可行的是，对所有三个转子叶片108始终设置相同的变桨角。

为了风能设备的尽可能高的收益，所期望的是，风能设备尽可能快地达到其额定功率。根据本发明，出于该目的在转子叶片上设有后缘襟翼，其在风速低时提高转子叶片的升力。

在下文中，首先阐述根据本发明的转子叶片108的结构并且随后阐述其空气动力学的效率。

图2示出单个转子叶片108的俯视图的示意图。转子叶片108从叶片根部或毂连接区域201延伸至叶片尖端202，在所述毂连接区域处转子叶片108与毂112连接。转子叶片108形成具有前缘203和后缘204的空气动力学的轮廓。然而，在毂连接区域201中转子叶片108通常具有圆形的横截面，因为在此最重要的是稳定性而不那么重要的是空气动力学的作用。图2示出转子叶片108的抽吸侧206的俯视图，所述转子叶片的总长度由L表示。转子叶片108可粗略地分为毂附近的内部区域207、中部区域208和外部区域209。后者终止于叶片尖端202。

在图2中示出的实施例中，四个后缘襟翼211a-211d设置在转子叶片108的后缘204上。如从图2中的视图中所看到的那样，后缘襟翼的轮廓深度T_K(图3)从叶片根部201朝向叶片尖端202减小。换言之，对于端缘襟翼211a-211d的轮廓深度适用的是，T_K(211a)≥T_K(211b)≥T_K(211c)≥T_K(211d)，其中轮廓深度T_K(211a)涉及后缘襟翼211a，等等。襟翼211a-211d的轮廓深度在设置有襟翼的区域中大约在转子叶片的空气动力学的轮廓的轮廓深度的5-25％之间。在该实施例中，襟翼在转子叶片纵轴线的方向上的长度约为4m。在其他实施例中，襟翼长度能够在0.5m至5m之间。空气动力学的襟翼211a-211d中的每一个设置在转子叶片上的如下区域中，在该处转子叶片的厚度在最大轮廓厚度的50％至19％之间。在其他实施例中，能够设有少于或多于四个的襟翼。转子叶片纵轴线212被绘制为点划线。襟翼的扩展也应被理解为是示例性的。所有的襟翼也能够在弦线方向上具有恒定的扩展，该扩展与转子叶片的局部的轮廓深度无关。

因为仅使用后缘襟翼，所以在本说明书中同义地使用术语“后缘襟翼”和“襟翼”。但是也可以设想的是，将根据本发明的教导转用于前缘上的襟翼或其他空气动力学的附件上。

在下文中为了简短起见，仅提及一个襟翼211，如果在一个实施例中存在多个襟翼，那么所述一个襟翼代表所有襟翼。因此，参考在图2中示出的实施例，襟翼211是指襟翼211a-211d之一。然而，这种简化并不排除：在转子叶片上存在多个襟翼时，襟翼中的每个都会以不同的襟翼角度偏转。原则上也可行的是，使一个或多个相应的襟翼在不同的转子叶片上以彼此不同的襟翼角偏转，其中在实践中允许小的偏差。

图3示出沿着图2中的线III-III贯穿转子叶片108的横截面。在图3中作为实线示出具有移入的襟翼211(图2中的襟翼211b)的转子叶片。在襟翼211完全移入的情况下，转子叶片108的轮廓与没有后缘襟翼的转子叶片的轮廓相同。没有后缘襟翼的转子叶片在下文中也被称为参考轮廓。完全移出的襟翼211以虚线示出。襟翼角度α说明移出的襟翼相对于完全移入的襟翼位置枢转了多少。选择如下惯例：α＝0°对应于完全移入的襟翼。在图3中所示出的实施例中，襟翼211最大可朝向转子叶片的压力侧枢转α＝20°的角度。负的襟翼角度α相应地意味着，襟翼211朝向转子叶片的抽吸侧枢转。

在附图中未示出的实施例中，襟翼角α，尤其在毂附近的内部区域207中，能够为直至90°。襟翼于是像格尼襟翼一样起作用，这实现显著减小轮廓深度。

由于襟翼211朝向转子叶片的压力侧枢转，增大了转子叶片108的空气动力学的轮廓的拱起，这——如开始所描述的那样——在风速低于风能设备的额定风速时导致增大的升力。换言之：在恒定的转子转速和恒定的风力条件下，转子叶片轮廓的升力系数与转子叶片的轮廓拱起相关。转子叶片越强地拱起，升力系数就越大，这又引起：转子能够向发电机输出更大的扭矩从而提高风能设备的收益。

在其他实施例中，最大的襟翼角度α较小地选择，例如α＝5°。一般而言，适用的是，襟翼角度α匹配于转子叶片108的相应轮廓，所述轮廓就其而言匹配于风能设备的应用领域。具体地说，这意味着，针对弱风位置，与针对强风位置相比，通常选择不同的用于转子叶片的轮廓。

如从图3中所看到的那样，襟翼211是拱形襟翼。然而，本发明与所使用的襟翼的类型无关，使得所示出的拱形襟翼211仅作为实例示出。在本发明的其他实施方式中，襟翼例如构成为开裂式襟翼、开缝襟翼、福勒襟翼和穿流襟翼。

图4示出用于无源地调控襟翼211的驱动器401的示意图。驱动器401的安装位置使得箭头402指向转子叶片尖端202并且襟翼边缘403在襟翼211的移入状态下形成转子叶片108的后缘204。在一侧闭合的引导管204中，离心力体405在导管的纵向方向上可移动地设置。根据实施例，离心力体405具有1kg至25kg的质量，这尤其与在转子叶片上的离心力体405的几何形状，材料密度和径向位置相关。导向管404基本上平行于转子叶片108的纵轴线设置，所述纵轴线从叶片根部201延伸到叶片尖端202。在朝向叶片根部201的一侧，离心力体405牢固地与扭杆406连接，所述扭杆穿过引导管404的敞开的端部407伸出。在离心力体405的朝向叶片尖端202的一侧上，压缩弹簧408设置在引导管404中，所述压缩弹簧在其一侧上贴靠离心力体405而在其另一侧上贴靠引导管404的闭合的端部409。扭杆406与小齿轮411啮合。在小齿轮411的区域中，襟翼211a可旋转地支承在固定轴承412中，并且在襟翼211a的相对置的侧上在浮动轴承413中可旋转地支承在转子叶片108上。

为了最佳的雷电防护，襟翼的和驱动器401的所有部件均由不导电材料，尤其塑料制成。为此可以考虑纤维增强的塑料，尤其玻璃纤维增强的塑料。

扭杆406与小齿轮411啮合为，使得扭杆406的往复运动引起小齿轮411的枢转运动从而引起襟翼211a的枢转运动。如果风能设备的转子不旋转，那么压缩弹簧408的弹簧力大至使得襟翼211占据完全移出的位置，即襟翼角度α最大。在图4中示出的视图中，完全移出的襟翼211在图层中向下枢转。当风能设备的转子进入旋转时，根据如下公式，离心力沿箭头402的方向作用到离心力体405上：

F_z＝mω²r,其中m是离心力体的质量，ω是角速度，并且r是离心力体距转子的旋转点的距离。

将压缩弹簧408的弹簧力选择为，使得仅在超过大约4转/分钟的极限转速n_gr时，由离心力体405产生的离心力才超过弹簧力。由此，襟翼211逐渐地从移出位置调节到移入位置中。在此，压缩弹簧408被压缩，这导致弹簧力提高直到在弹簧力和离心力之间再次出现平衡为止。以这种方式，无需使用传感器或促动器就可以实现对作为转速的函数的襟翼位置进行无源的调控。最迟在风能设备达到额定转速时，襟翼211完全移入。

在其他实施例中，压缩弹簧408例如由气弹簧替代。原则上，对于本发明的实施方案而言，借助于何种机构产生与由离心力体405产生的离心力相反地取向的反力并不重要。

作用到襟翼211上的重力在转子回转期间导致施加到襟翼211上的力的波动。为了防止振动或共振效应，在本发明的一个实施例中附加地设置阻尼元件414。阻尼元件414与扭杆406机械地耦联，并且类似于车辆中的减震器那样作用。当扭杆406快速运动时，阻尼元件414产生大的反力，而在缓慢运动时，明显更小的反力相反地取向。以这种方式实现，由湍流引起的快速变化的空气动力学的力以及作用到襟翼上的重力的回转周期性的变化不会导致对襟翼211的调节。结果是，在n>n_gr的任何转速中，稳定的襟翼角度都在α＝0°和最大的襟翼角度之间出现。

此外，阻尼元件414设有闭锁机构416，所述闭锁机构允许锁定扭杆406。这根据闭锁机构416的设计方案在一个或多个预定的位置以及在任何位置上进行。优选地，扭杆406可被锁定在对应于完全移入的襟翼的位置上。以这种方式可行的是，即使在襟翼驱动器401有缺陷时，也可以继续安全地运行风能设备直到维修。

在一个具体的实施例中，当风能设备达到其额定转速时，襟翼角度α＝0°。襟翼角度α即使在高于额定转速的转速中也保持α＝0°。仅当转子的转速再次降至极限转速即额定转速以下时，襟翼211a才再次逐渐移出并且襟翼角度α采用α>0°的值。

驱动器401被称为无源的，因为没有任何类型的传感器与相应相关联的促动器引起襟翼211偏转。更确切地说，襟翼211的偏转仅通过离心力体405和弹簧408的共同作用来调控。

驱动器401和襟翼211构成为可作为整体安装在转子叶片108中的组件。如果在后缘襟翼211或驱动器401上发生故障，那么可行的是，通过简单地更换组件来执行维修。以这种方式尤其避免了必须将转子叶片从转子106处拆除以进行维修。

除离心力之外，与襟翼角度α的大小相关的空气动力学的力也作用于襟翼211。图5A示出在特定的风速和特定的迎角中施加到襟翼211上的、作为襟翼角度α的函数的空气动力学的力的变化曲线。在所示出的实例中，最大襟翼角度α＝15°。从图5A中可以看到，在襟翼211完全移入和完全移出时，空气动力学的力消失。在此之间，空气动力学的力近似呈钟形曲线，其最大值约为α＝8°。空气动力学的力取向为，使得所述力朝向移入状态驱动襟翼211。在设计驱动器401时，需考虑该附加的空气动力学的力。

图5B作为实线示出总力，所述总力由襟翼211产生的空气动力学的力和由离心力体405产生的离心力组成作为转子转速的函数。由离心力体405产生的离心力作为虚线示出。相对于纯离心力，总力在大约4转/分钟至14转/分钟之间的转速范围中增加，这归因于由襟翼产生的空气动力学的力。在转速低于大约4转/分钟时，总力与离心力大致同样大，因为在襟翼211完全移出时空气动力学的力消失。在所考虑的实施例中，在襟翼完全移出时，襟翼角度α＝15°。如在图5A中所示出的那样，在襟翼角α＝15°时，空气动力学的力消失。这同样适用于大于大约14转/分钟的转速，在该转速下，襟翼完全移入并且与之相应地襟翼不产生空气动力学的力，如同样从图5A中所看到的那样。因此，在转速低和高时，总力与离心力一致。

后缘襟翼的在图4中示出的驱动器仅仅是一个实施例。实际上，本发明与以何种具体方式将由离心力体405产生的离心力传输到后缘襟翼上无关。例如，在另一实施例中，设有杠杆传动机构或拉索，尤其利用滑轮。原则上，可以使用适合于将离心力体405的纵向运动转换成襟翼的枢转运动的任何类型的传动机构。

现在将在下文中参考设备特征曲线来更具体地阐述后缘襟翼在转子叶片中的在开始时所描述的一般效果。

图6示出风能设备的两个运行特征曲线。在作为虚线示出的表示为“LambdaOpt”(最佳的叶尖速比λ)的第一运行特征曲线中，将风能设备的转子转速调控为，使得转子尽可能以最佳的叶尖速比λ转动。叶尖速比表明叶片尖端速度和风速的比。作为实线示出如下实际实例作为以“AV1”表示的第二运行特征曲线，在所述实际实例中，自10转/分钟的转子转速起，偏离最佳的叶尖速比。从图6中所看到的那样，通过运行特征曲线“AV1”，在大约11转/分钟的情况下就已经达到风能设备的额定功率，而根据运行特性“LamdbaOpt”，仅在大约13转/分时才实现额定功率。

偏离于最佳的叶尖速比会影响转子叶片的感应系数。理想地，转子叶片被设计成，使得描述转子平面中的空气流的延迟的感应系数大约为1/3。如果感应系数降到该值以下，那么风能设备的功率系数也会降低。功率系数描述由风能设备产生的能量与风中包含的初级能量之间的比。功率系数cp的理论最大值为0.59。

图7A示出用于长度为63m的转子叶片的感应系数。感应系数绘制在y轴上作为距转子的旋转点的距离的函数。距转子的旋转点的距离绘制在x轴上，其中x＝0对应于转子的旋转点的位置，而转子叶片尖端在图中位于最右边。在该图中以多个曲线绘制不同风速的感应系数。可以清楚地看到，感应系数自高于5m/s的风速起明显偏离于最佳值1/3。在这种情况下，需考虑的是，因为风能设备已经达到其额定功率，所以自大约11m/s的风速起，转子叶片总归从风中旋转出来。因此，在风速高时，下降的感应系数不再明显，因为它们通常不会影响风能设备的能量收益。相反，在低至中等的风速中，接近最佳值的感应系数是有利的，因为它们对能量产出具有直接的积极影响。

在图7B中示出这种关系，在该处示出与感应系数相对应的同一转子叶片的功率系数。功率系数在6-9m/s的中等风速中与感应系数同步降低，尤其在转子叶片的距转子的旋转点的距离为36-53m的区域中。在10-12m/s的高风速中降低功率系数仍然没有任何实际意义，因为风能设备在这种风速中已经达到其额定功率，使得较低的功率系数不会对风能设备的能量收益产生影响。

根据本发明，通过使用后缘襟翼至少部分地补偿感应系数或功率系数的降低。为了图解说明，观察一个实施例，其中后缘襟翼在距毂的距离在36m和53m之间的区域中设置在转子叶片上，所述后缘襟翼例如朝向压力侧偏转20°。

图8A与图7A完全相对应地示出感应系数作为距转子的旋转点的距离的函数，所述转子配备有具有后缘襟翼的转子叶片。后缘襟翼在距转子的旋转点36m至53m的距离中设置在转子叶片上。在图表中针对不同的风力强度绘制感应系数作为分开的曲线。对于6-9m/s范围内的平均风力强度，相对于没有后缘襟翼的参考轮廓，感应系数在转子叶片108的如下区域中从36m到53m明显提高，在所述区域中后缘襟翼是有效的。

在图8B中绘制与在图8A中示出的感应系数相对应的功率系数cp，相对于没有后缘襟翼的参考轮廓，所述功率系数同样通过感应系数的提高而提高。这尤其适用于后缘襟翼有效所在的36m-53m的区域。

图9作为实线示出作为转子的转速的函数的襟翼角α的变化曲线。从在转子静止时的襟翼角α＝20°开始，襟翼角度连续地被调节到在11转/分钟时的襟翼角α＝0°。α＝20°的值在这种情况下标记最大地朝向转子叶片的压力侧移出的后缘襟翼，而α＝0°对应于完全移入的后缘襟翼。作为转速的函数的襟翼角α在最小值和最大值之间线性变化。该变化曲线仅示例性地示出，并且在其他实施例中能够提出，后缘襟翼保持完全移出直至极限转速，并且仅在转速高于极限转速时才移入。在图9中，该情况作为第二实例以虚线示出，其中在这种情况中选择4转/分钟作为极限转速。在其他实施例中，极限转速能够小于或大于4转/分钟。

图10示出不具有后缘襟翼的转子叶片(参考轮廓)的功率系数相对于具有后缘襟翼的转子叶片的变化曲线作为风速的函数。功率系数绘制在左侧坐标上，风速绘制在横坐标上。相比之下，可以看到，在7和13m/s之间的风速范围中，具有后缘襟翼的转子叶片的功率系数相对于不具有后缘襟翼的转子叶片的功率系数提高。这同样适用于电的功率特征曲线，所述功率特征曲线在图表中绘制在右侧的纵坐标上。具有配备有后缘襟翼的转子叶片的风能设备在提到的7-13m/s之间的中等风速下实现更高的功率。

在表1中对于一系列中等的风速，比较具有配备有后缘襟翼的转子叶片的风能设备(AEP(flap))和不具有后缘襟翼的风能设备(AEP(ref))之间的年度能量收益的差值。年度能量收益的差值ΔAEP(“annual energy production”)计算如下

在此得出下述值：

表1

在一个具体的实施例中，具有配备有后缘襟翼的转子叶片的风能设备的年度能量收益比具有没有后缘襟翼的参考轮廓的风能设备的年度能量收益高约1-2％。

在本发明的一个替选的实施例中，与迄今为止所描述实施例完全相反地调节后缘襟翼，更确切地说，后缘襟翼在转速低时完全移入并且随着转速提高而移出。后缘襟翼的这种特性在图11的图表中示出。图11示出，襟翼角度作为转速的函数增加。在一个具体的实施例中，襟翼角度在每分钟0转时为α＝0°，而在每分钟14转时达到最大值α＝15°。

虽然后缘襟翼的影响始终与转子叶片的总轮廓相关，但在大多数情况下，当襟翼角度作为转速的函数增加时，空气动力学的特性会变差。然而，这种特性例如可在用于弱风位置的风能设备中使用，其转子叶片针对低风速是优化的。为了减小在风速高时作用到转子叶片上的负荷，后缘襟翼在转速高时朝向抽吸侧移出，这使得这些转子叶片中的该转子叶片的空气动力学的性质变差，以便降低其负荷。在此，作用到转子叶片上的负荷与所设定的桨距角无关地降低。因此，转子叶片能够设计用于较低的负荷，这节省了材料和成本。

本发明的替选的实施例在图12中示出。以虚线示出朝向抽吸侧调节的襟翼211。根据选择的惯例，图12中的襟翼角度为负。

图13示出该实施例中的襟翼角度的变化曲线作为转速的函数。在转速低时，后缘襟翼向着转子叶片压力侧完全移出直至达到例如4转/分钟的极限转速。然后，襟翼角度连续减小，以便在11转/分钟的转速中达到值α＝0°，这对应于完全移入的后缘襟翼。当转速增加到超过11转/分钟时，后缘襟翼朝向转子叶片的抽吸侧移出，如在图12中所示出的那样。在此，转子叶片的空气动力学的性质变差，由此实现了转子叶片的所期望的减负荷。

即使在替选的实施方式中，通过无源的调控来实现对转子叶片的调节，其中利用离心力体产生用于调节后缘襟翼所需的力。

图14示意性且示范性地示出叶尖速比λ关于风速v_风的变化曲线。叶尖速比λ同样影响感应系数。自起始风速v_起始起，所述设备运行。在部分负荷范围1400中，所述设备随着较高的风速更快地旋转，以便将叶尖速比λ保持在最佳值λ_设计。在额定风速v_额定中达到额定功率P_额定前不久，所述设备开始偏离最佳的叶尖速比λ_设计，因此感应系数通常也在该区域中下降。

图15示意性地并且示范性地示出襟翼角度关于转子转速的特征曲线，所述特征曲线针对额定功率的范围中的这种感应系数下降。在强风的设备中，感应系数在部分负荷范围中大多高于贝茨最优值，因此称之为过感应的设备。原因是感应系数在风速较高时应保持最佳，因为如果所述设备设计为强风设备，那么这些风速范围会经常出现。

因为所述设备在额定功率附近的运行范围中，参见图14，与在部分负荷范围中相比相对于风速更缓慢地旋转，所以感应系数在该范围中与在部分负荷范围1400中相比是更低的。由于所述设备在部分负荷范围中是过感应的，所以所述设备在该处(向上)偏离最佳的功率系数。这同样是不希望的。

在图15中示意性地并且示范性地示出襟翼角度的控制，借助于所述控制，由此在部分负荷范围内能够降低升力，在所述部分负荷范围中襟翼朝向抽吸侧翻开。仅自转子转速的阈值1500起，这些襟翼才被调控回0°位置中，使得在接近额定风速v_额定时的功率的运行范围内再次产生原始的设计升力。

由此，在该实施方式中确保，将局部的感应系数在风能设备的整个运行范围上保持在贝茨最优值的范围中，从而通过避免在部分负荷范围内的过感应来改进转子叶片的空气动力学的功率。

图16示意性地并且示范性地示出襟翼角度关于转子转速的另一特征曲线。该实施例尤其适合于负荷并非关键的位置，例如具有较低的空气密度的位置。

在较高的部分负荷范围内，即在部分负荷范围1400和额定功率之间的运行范围内，叶尖速比λ开始降低，如参考图14所描述的那样。在这种情况下，能够通过端缘襟翼再次提高感应系数，其方式是：襟翼自转子转速1600起向正方向旋转从而附加地产生升力。

但是，这种方式也会导致负荷提高。然而，负荷的提高小于因通常所执行的或必要的叶片角度的减小，也就是说，因转子叶片的变桨引起的负荷的提高。如果将端缘襟翼安置在叶片的特定区域上从而仅影响局部的感应系数，那么总体上实现较低的负荷。附加地，减小了如因叶片设定角或桨距角的减小而产生的流动分离的风险。据此，在示意性示出的图16中，自转子转速1600起，襟翼角度随着转子转速提高而提高。

附图标记列表

100 风能设备 401 后缘襟翼的驱动器

102 塔 402 箭头(朝向叶片尖端)

104 吊舱 403 边缘

106 转子 404 引导管

108 转子叶片 405 离心力体

110 导流罩 406 扭杆

112 毂 407 敞开的端部

408 压缩弹簧

201 叶片根部 409 闭合的端部

202 叶片尖端

203 前缘 411 小齿轮

204 后缘 412 固定轴承

413 浮动轴承

206 抽吸侧 414 阻尼元件

207 内部区域 416 闭锁机构

208 中间区域

209 外部区域

1400 部分负荷范围

211a-211d 襟翼 1500 阈值

212 转子叶片纵轴线 1600 转子转速