CN120712407A - 友好型风力涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种用于从风产生电力的HAT风力涡轮机（1），包括塔架（5）、机舱（6）、发电机和转子（2），转子可被风推动而绕转子轴线旋转，转子具有最大为0.10的转子实度SOL_rotor，并且转子具有半径R（3），其中转子包括叶片（4），叶片的数量N至少为4，这些叶片延伸到至少0.90R的径向位置，并且其中叶片具有相对于径向位置r分布的局部弦长c_r（9），其中局部弦长c_r在r=15%R至R的径向范围内满足以下之一：小于5.5%R；小于5%R；小于4.5%R；小于4%R；小于3%R；小于2%R；以及小于1.5%R。

Description

友好型风力涡轮机

领域

本发明涉及水平轴线风力涡轮机（HAT）、用于HAT的叶片、用于适配现有HAT的方法、用于安装HAT的方法以及用于从HAT提取有用能量的方法。

背景

风能对世界能源生产的贡献越来越大，并且已经成为清洁和可再生能源的最便宜来源之一。这一成功导致了世界各地许多风力涡轮机的安装。特别是在人口更稠密的地区，HAT的实施遇到了所谓的“邻避（nimby）”（即不要在我家后院）问题：许多人提倡HAT的清洁能源，但不希望涡轮机在附近出现。有些人把HAT和妨害联系在一起。也因为所经历的妨害，人们有时会反对风能项目，并且因而推迟或甚至取消其实施。因HAT而经历的环境妨害通常包括听觉和视觉妨害，尽管也可以感知到其他形式的环境妨害。

视觉妨害可能有不同的形式。一些人对大型移动转子叶片感到不安，根据HAT的尺寸，这些叶片在距涡轮机约50倍甚至100倍转子直径的距离远处可以看到。这种移动转子的可见性通常被认为扰乱了景观的宁静。

另一种形式的视觉妨害可能发生在靠近HAT的地方。根据太阳的位置和天空的云量，在上至约12个转子直径的距离处，太阳光强度可能由于移动的投影而改变，其中观察者和太阳之间的HAT叶片投射重复的阴影图案。投影也可能对太阳能农场和作物形成妨害，因为其受到接收到的阳光量的影响。

又一种形式的视觉妨害可能由叶片上的阳光的高强度反射引起。然而，这种形式的光妨害如今变得不那么重要了，因为蛋白石叶片涂层（opal blade coatings）被应用于叶片以减少反射。

听觉妨害通常由旋转的转子叶片引起。已知的听觉妨害解决方案包括应用锯齿状叶片后缘（serrated trailing blade edge）以降低噪声。确实，这在一定程度上解决了听觉妨害，尽管通常不足以消除负面感知。此外，锯齿的应用增加了投影的妨害，这可能是不期望的。

大多数风能由HAT型涡轮机收集，HAT型涡轮机通常包括一个具有三个叶片的转子，尽管多个转子也是可能的。例如，HAT可以包括直径为113m的第一转子和直径为40m的第二同心转子。这种第一转子不需要在转子中心附近具有大弦长的叶片，因为通常以较高rpm旋转的第二转子可以在转子中心有效地收集能量。由于几个原因，带有双转子的HAT还没有成为普遍的做法。首先，两个转子以不同的旋转速度运行，并且因此每个转子都需要将机械能转换成电能的机构。双传动系（double drive trains）增加了成本和复杂性。这种复杂性可能导致更多的停机时间，并随后降低HAT的产出。其次，与一个转子HAT相比，大叶片的叶片根部弯矩（叶片根部是叶片最靠近轮毂的部分）仍然是大致相同的。因为叶片根部弯矩大致相等，所以变桨轴承（pitch bearing）将大致相等。为了承担大的弯矩，优选地使用厚的叶片根部。因此，较大的叶片虽然可以具有减小的弦长，但是叶片的总长度和厚度以及因此所需的复合材料的量将与没有第二转子的涡轮机的叶片的总长度和厚度以及因此所需的复合材料的量大致相似。第三，在第二较小转子的范围内的较大转子的通常较厚的叶片根部具有接近圆柱形形状，这产生较大的空气动力学阻力，从而降低较大转子的产出。此外，该阻力减小了小转子的风，并且因此也减小了小转子的产出。此外，由较大转子的叶片根部引起的小转子面积中的不均匀空气速度引起额外的噪声，并且小转子叶片与大叶片根部相比的相对位置决定了噪声反射，这可能导致更不均匀的噪声水平。

HAT的效率可以表示为每单位成本的产出。以HAT效率为代价来减少HAT妨害是不期望的。当表示HAT的效率时要考虑的其他因素可能包括通常大且重的HAT部件的运输和安装，这些因素已经引起问题并且不希望进一步恶化。

发明概述

本公开旨在提供一种水平轴线涡轮机类型的风力涡轮机（以下称为“HAT”或“HAT风力涡轮机”），其减少贯穿本公开描述的各种妨害方面中的一个或更多个，同时保持或甚至提高现有技术HAT的效率。

风力发电是实现全球能源转型的可再生能源中的最重要来源之一。为了从风中产生使其成为全球能源消耗的重要部分的能量，需要转子直径为100m或更大的大型风力涡轮机，并且在海上风能的情况下，这种大型涡轮机可以被认为是唯一的选择。遗憾的是，这种尺寸的风力涡轮机也造成了最大的妨害。简而言之，如果特别是直径为100m或更大的风力涡轮机能够造成更少的妨害，这将是有利的。对于这种尺寸的水平轴线风力涡轮机，本领域技术人员仅考虑两个或三个叶片。因此，突破性的想法是，与包括三个并且有时是两个具有相对大的弦长的叶片的HAT的常规优选相反，根据本公开，应用具有较短弦长的叶片和可能更多这样的叶片来解决以下妨害源可能是有利的：（i）投影；（ii）扰乱宁静的景观；（iii）太阳能农场或作物产出的减少（iv）平均声压；（v）声音振幅调制；（vi）次声；和/或（vii）鸟类伤亡。此外，它可以简化叶片的运输和安装，并且可以导致风力涡轮机的更高的产出成本比。

根据本公开的一个方面，提出了一种用于从风产生电力的HAT。HAT可以包括塔架。HAT还可以包括机舱。HAT还可以包括发电机。HAT还可以包括转子。转子可以被风推动而绕转子轴线旋转。转子可以具有最大为0.10的转子实度SOL_rotor。转子具有半径R和直径D。直径D可以为100m或更大。转子可以包括多个叶片N，其中N可以是至少4。转子还可以包括叶片的最大弦长，其中该最大弦长可以小于12%R，或小于11%R，或小于10%R，或小于9%R，或小于8%R。

根据本公开的一个方面，提出了一种用于从风产生电力的HAT。HAT可以包括塔架。HAT还可以包括机舱。HAT还可以包括发电机。HAT还可以包括转子。转子可以被风推动而绕转子轴线旋转。转子可以具有最大为0.10的转子实度SOL_rotor。转子具有半径R。转子可以包括多个叶片N，叶片延伸到至少0.90R的径向位置，其中N可以是至少4。叶片可以具有相对于径向位置r分布局部弦长c_r，其中局部弦长c_r在r=15%R至R的径向范围内可以小于5.5%R。

根据本公开的一个方面，提出了一种用于从风产生电力的HAT。HAT可以包括塔架。HAT还可以包括机舱。HAT还可以包括发电机。HAT还可以包括转子。转子可以被风推动而绕转子轴线旋转。转子可以具有最大为0.10的转子实度SOL_rotor。转子具有半径R。转子可以包括多个叶片N，叶片可以延伸到至少0.90R的径向位置，其中N可以是至少2。叶片可以具有相对于径向位置r分布局部弦长c_r，其中局部弦长c_r在r=15%R至R的径向范围内可以小于9%R。转子还可以具有在0.15R至0.35R的径向范围内平均的平均径向实度“avgsol_.25R”和在0.65R至0.85R的径向范围内平均的平均径向实度“avgsol_.75R”，其中avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于2.00。

转子还可以具有在0.15R至0.35R的径向范围内平均的平均径向实度“avgsol_.25R”和在0.65R至0.85R的径向范围内平均的平均径向实度“avgsol_.75R”。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于2.00。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于1.75。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于1.50。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于1.25。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于1。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于0.9。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于0.75。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于0.5。

在一个实施例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R可以小于0.25。

转子还可以具有在0.25R至0.45R的径向范围内平均的平均径向实度“avgsol_.35R”。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以小于1.75。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以小于1.50。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以小于1.25。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以小于1。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以是且小于0.9。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以小于0.75。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以小于0.5。

在一个实施例中，avgsol_.35R/avgsol_.75R可以小于0.25。

转子可以在径向位置0.25R处具有径向实度，sol_.25R，并且在径向位置0.75R处具有径向实度，sol_.75R。这些径向实度之间的比率可以表示为sol_.25R/sol_.75R。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于2.00。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于1.75。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于1.50。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于1.25。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于1.00。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于0.90。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于0.75。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于0.50。

在一个示例实施例中，sol_.25R/sol_.75R，可以小于0.25。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于8%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于7%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5.5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4.5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于3%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于2%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于1.5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5.5%R-2.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5%R-2/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4.5%R-1.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4%R-1/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于3.5%R-0.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5.5%R-3.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5%R-3/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4.5%R-2.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4%R-2/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于3.5%R-1.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于3%R-1/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于2.5%R-0.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5.5%R-4.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5%R-3.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4.5%R-3.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4%R-2.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于3.5%R-2.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于3%R-1.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，转子可以包括叶片，该叶片对于r=15%R至R具有可以小于某一极值线的局部弦长。在这种情况下，弦长可以在最大5%R的范围内大于规定的极值线。这可以用于补偿例如叶片连接（可能导致弦长在小于5%的径向范围内增加）。

在一个实施例中，HAT可以包括至少3个叶片，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，HAT可以包括至少4个叶片，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，HAT可以包括至少5个叶片，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，HAT可以包括至少7个叶片，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，HAT可以包括至少11个叶片，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，叶片的数量N可以最多为7，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，叶片的数量N可以最多为11，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，叶片的数量N可以最多为17，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在一个实施例中，叶片的数量N可以最多为43，叶片至少延伸到以下之一的径向位置r：0.70R；以及0.90R。

在示例实施例中，叶片的数量N可以等于以下之一的径向位置r处的质数（primenumber）：0.70R；和0.90R。

在示例实施例中，N可以是4。在另一示例实施例中，N可以是5。在另一示例实施例中，N可以是6。在另一示例实施例中，N可以是7。在示例实施例中，N可以是11。

在一个实施例中，直径D可以是至少5m。

在一个实施例中，直径D可以是至少10m。

在一个实施例中，直径D可以是至少20m。

在一个实施例中，直径D可以是至少40m。

在一个实施例中，直径D可以是至少70m。

在一个实施例中，直径D可以是至少100m。

在一个实施例中，直径D可以是至少140m。

在一个实施例中，直径D可以是至少200m。

在一个实施例中，直径D可以小于40m且至少3m。

在一个实施例中，直径D可以小于40m且至少5m。

在一个实施例中，直径D可以小于40m且至少10m。

在一个实施例中，直径D可以小于40m且至少25m。

在一个实施例中，转子可以被设计成具有至少0.35的C_P。

在一个实施例中，转子可以被设计成具有至少0.40的C_P。

在一个实施例中，转子可以被设计成具有至少0.45的C_P。

在一个实施例中，转子可以被设计成具有至少0.35的C_PE。

在一个实施例中，转子可以被设计成具有至少0.40的C_PE。

在一个实施例中，转子可以被设计成具有至少0.45的C_PE。

一些实施例的C_P的值，与具有通常高于0.45的C_P值的大型现有技术HAT的C_P的值相比，可能较低。这可以通过一些实施例使用的低弦长来解释，使得可以在转子中心附近捕获较少的能量。与大型现有技术HAT的产出成本比相比，产出成本比可能更相关并且可能更高。

在一个实施例中，转子可以被配置成具有最大为0.07的实度SOL_rotor。

在一个实施例中，转子可以被配置成具有最大为0.05的实度SOL_rotor。

在一个实施例中，转子可以被配置成具有最大为0.04的实度SOL_rotor。

在一个实施例中，转子可以被配置成具有最大为0.035的实度SOL_rotor。

在一个实施例中，转子可以被配置成具有最大为0.03的实度SOL_rotor。

在一个实施例中，avgsol_.25R可以小于0.06。

在一个实施例中，avgsol_.25R可以小于0.05。

在一个实施例中，avgsol_.25R可以小于0.04。

在一个实施例中，avgsol_.25R可以小于0.03。

在一个实施例中，转子可以被配置为具有设计尖端速度比λ_design=ωR/U，其中λ_design小于9。

在一个实施例中，转子可以配置有小于8的λ_design。

在一个实施例中，转子可以配置有小于7的λ_design。

在一个实施例中，转子可以配置有小于6的λ_design。

在一个实施例中，转子可以配置有小于5的λ_design。

在一个实施例中，转子可以包括第一叶片和第二叶片。第一叶片和第二叶片可以在径向位置R3处具有切向连接。

在一个实施例中，可以应用以下之一：R3>0.20R；R3>0.30R；R3>0.40R；或R3>0.45R。

在一个实施例中，可以应用以下之一：R3<0.80R；R3<0.70R；R3<0.60R；或R3<0.50R。

在一个实施例中，可以应用以下之一：0.20R<R3<0.80R；0.30R<R3<0.70R；或0.40R<R3<0.60R。

在一个实施例中，HAT还可以包括撑杆和撑杆保持器。叶片、撑杆和撑杆保持器可以在0.25R和0.65R之间的径向位置处连接。撑杆保持器可以在接头处以可枢转的方式连接到叶片，使得叶片可以围绕接头变桨（pitch）至少30°。可替代地，叶片可以围绕接头变桨至少60°。可替代地，叶片可以围绕接头变桨至少90°。

在一个实施例中，转子中心的桁架结构（trussstructure）可以将叶片连接到轮毂。桁架结构可以包括叶片接头和轮毂接头，叶片接头和轮毂接头可以通过以下之一连接：两个承压构件；承压构件和撑杆。可变桨叶片可以在叶片接头处连接到变桨轴承。叶片接头可以通过承压构件或通过撑杆连接到相邻叶片的叶片接头。

在一个实施例中，转子叶片可以在70%R的径向位置外侧不具有结构支撑。例如：超过叶片的70%R可能没有来自承压构件和撑杆的结构支撑。已经发现，在该范围内的支撑降低空气动力学性能，且因此是缺点。

在一个实施例中，承压构件和/或撑杆可以具有空气动力学形状。承压构件和/或撑杆可以具有这样的空气动力学形状，使得当HAT在使用中时，承压构件和/或撑杆可以产生有助于转子扭矩的空气动力学升力。

在一个实施例中，叶片可以固定到变桨轴承。

在一个实施例中，变桨轴承可以位于大于0.25R且小于0.6R的径向位置。

在一个实施例中，变桨轴承可以位于大于0.3R且小于0.6R的径向位置。

在一个实施例中，变桨轴承可以位于大于0.35R且小于0.6R的径向位置。

在一个实施例中，变桨轴承可以位于大于0.4R且小于0.6R的径向位置。

在一个实施例中，变桨轴承可以位于大于0.45R且小于0.6R的径向位置。

在一个实施例中，HAT可以包括第一叶片和第二叶片。第一叶片可以是第一转子的一部分并且可以延伸到径向位置R。第二叶片可以是第二转子的一部分，并且可以延伸到径向位置R2。

在一个实施例中，可以应用以下之一：R2<0.70R；R2<0.60R；或R2<0.55R。

在一个实施例中，可以应用以下之一：R2>0.25R；R2>0.30R；R2>0.35R；或R2>0.40R。

在一个实施例中，可以应用以下之一：0.25R<R2<0.70R；0.30R<R2<0.60R；0.35R<R2<0.55R；或0.40R<R2<0.55R。

在一个实施例中，具有第二叶片的第二转子可以通过不连接到发电机而不直接产生能量，并且可以被设计成自由旋转。

在一个实施例中，第二转子还可以被设计成在使用时具有轴向力系数C_D,ax。当自由旋转时，以下之一可以应用于第二转子：C_D,ax>0.6；C_D,ax>1.0；C_D,ax>1.2；C_D,ax>1.5；或C_D,ax<2.2.

在一个实施例中，HAT具有叶片，该叶片包括具有以下之一的长度的拉挤空气动力学轮廓：至少50%R；至少60%R；至少70%R；以及至少80%R。

在一个实施例中，所述拉挤翼型（airfoil）可以具有扭转，可以具有涡流发生器（vortex generator）并且可以具有格尼襟翼（gurney flap）。

在示例实施例中，具有延伸至0.90R的叶片的转子可以具有变速失速控制（variable speed stall control）。低弦长和低弦长比降低了转子的实度，并且因此降低了生存风速载荷（survival wind speed loads）。该优点可用于使用变速失速来控制转子并避免过载和/或动力过大，并且导致不需要变桨控制的附加优点，并且从而节省了变桨机构及其维护。

在一个实施例中，D可以大于1m且小于50m。HAT可以包括尾翼表面以使转子与风对准。尾翼表面的一部分可以以铰接的方式固定。部分以铰接方式的固定可以意味着该部分可以根据所述部分上的风力相对于机舱枢转。尾翼表面可以大于πR²/10。可替代地，尾翼可以大于πR²/5。可替代地，尾翼可以大于πR²/2。可替代地，尾翼可以大于½D²。可替代地，尾翼可以大于¾D²。可替代地，尾翼可以大于D²。可替代地，尾翼可以大于1½D²。

在一个实施例中，HAT可以是陆上涡轮机。

在一个实施例中，HAT可以是海上涡轮机。

在一个实施例中，HAT可以是并网（grid connected）的。

在一个实施例中，HAT可以是独立运行的。

在一个实施例中，HAT可以具有精确数量为一个的转子。

在一个实施例中，HAT可以具有精确数量为一个的半径为R的最大转子和精确数量为一个的半径为R2的第二同轴转子。

在一个实施例中，HAT可以具有两个转子，这两个转子是同轴的并且在相同的方向上旋转。

在一个实施例中，转子可以相对于塔架顺风。这可能是有利的，因为它可以节省主动平摆机构。另一个可能的优点可以是，根据实施例的具有小弦长值的细长叶片可以在顺风构型中具有更大的弯曲空间，其中在逆风构型的情况下，载荷可以使叶片远离塔架而不是朝向塔架弯曲。

在一个实施例中，转子可以相对于塔架逆风。

在一个实施例中，转子可以在逆风侧和顺风侧都由塔架支撑。

在一个实施例中，HAT可以具有逆风转子和顺风转子。

在一个实施例中，发电机可以是直接驱动类型的。

在一个实施例中，发电机可以是齿轮传动类型的。

在一个实施例中，发生器可以使用超导。

在一个实施例中，转子可以驱动液压传动装置。

在一个实施例中，机械动力可以首先转换成液压动力，液压动力随后可以转换成电力。

在一个实施例中，转子包括在径向方向上延伸至小于20%R的环形结构；

在另一个实施例中，转子可以不包括环形结构。

在一个实施例中，转子可以包括具有30%或更大的相对厚度t/c的翼型。

在一个实施例中，转子可以具有带弧度的翼型。

在一个实施例中，涡流发生器可以附接到转子。

在一个实施例中，转子可以包括具有1.5或更大的设计升力系数c_l、design的翼型。

在一个实施例中，转子可以包括具有10%或更高的重量百分比的碳纤维的叶片区段。

在一个实施例中，转子可以是高速型（fast runner type）的，并且可以被配置为具有设计尖端速度比λdesign，其中λdesign可以超过4。

在一个实施例中，转子可以是高速型的，并且可以被配置为具有设计尖端速度比λdesign，其中λdesign可以超过5。

在一个实施例中，转子可以是高速型的，并且可以被配置为具有设计尖端速度比λ_design，其中λdesign可以超过6。

在一个实施例中，组合弦长N_rc_r可以小于16.5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于15%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于13.5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于12.0%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于10.5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于9.0%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于7.5%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于6.0%R。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于16.5%R-7.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于15%R-6.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于13.5%R-4.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于12%R-3.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于16.5%R-10.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于15%R-9.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于13.5%R-7.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于12.0%R-6.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于10.5%R-4.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于9.0%R-3.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于7.5%R-1.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于16.5%R-12.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于15%R-10.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于13.5%R-9.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于12%R-7.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于10.5%R-6.0/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于9.0%R-4.5/85*(r-15%R)。

在一个实施例中，对于r=15%R至R，N_rc_r可以小于7.5%R-3.0/85*(r-15%R)。

在一些实施例中，对于r=15%R至R，转子可以具有小于某个极值线的组合弦长。在这种情况下，组合弦长可以在最大5%R的范围内大于规定的极值线。这可以用于补偿例如叶片连接（可能导致组合弦长在小于5%的径向范围内增加）。

根据本公开的一个方面，可以提出一种用于在HAT的转子中使用的叶片，用于从风中提取有用的能量。叶片可以在风的作用下围绕HAT的轴旋转。叶片可以具有相对于从叶片根部处的L=0到叶片尖端处的L=100%的叶片长度位置l分布的局部弦长c_L，其中对于l=15%L至L，局部弦长c_L可以小于5.5%L。叶片长度位置0.25L处的局部弦长sol_0.25L与在叶片长度位置0.75L处的弦长sol_0.75L之比，表示为sol_0.25L/sol_0.75L，可以小于2.00。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于5%L。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4.5%L。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4%L。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于3%L。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于2%L。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于1.5%L。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于5.5%L-2.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于5%L-2/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4.5%L-1.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4%L-1.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于3.5%L-0.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于5.5%L-3.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于5%L-3/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4.5%L-2.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4%L-2/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于3.5%L-1.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于3%L-1/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于2.5%L-0.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于2%L。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于5.5%L-4.0/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于5%L-3.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4.5%L-3.0/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于4%L-2.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于3.5%L-2.0/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于3%L-1.5/85*(l-15%L)。

在一个实施例中，对于l=15%L至L，c_L可以小于1.5%L。

在一个示例实施例中，sol_0.25L/sol_0.75L可以小于1.75。

在一个示例实施例中，sol_0.25L/sol_0.75L可以小于1.50。

在一个示例实施例中，sol_0.25L/sol_0.75L可以小于1.25。

在一个示例实施例中，sol_0.25L/sol_0.75L可以小于1.00。

在一个示例实施例中，sol_0.25L/sol_0.75L可以小于0.90。

在一个实施例中，根据本发明的叶片可以由具有至少以下长度之一的单件制成：40m，60m，80m，100m。这种叶片的细长性可能是有利的，因为较短的弦长可以更容易地运输，并且细长性可以使其更容易弯曲。

根据本公开的一个方面，可以提出一种用于适配现有HAT的方法。该方法可以包括从现有HAT移除转子。该方法还可以包括安装新的转子，使得HAT成为具有上述特征中的一个或更多个的HAT。

根据本公开的一个方面，可以提出一种用于使用具有上述特征中的一个或更多个特征的HAT从风中提取有用能量的方法。该方法可以包括使风驱动HAT的叶片围绕轴旋转。该方法还可以包括使用HAT的发电机将来自HAT的转子的扭矩转换成电能。

在下面的描述部分中，可以仅通过示例的方式描述本公开的实施例。

附图简述

一些实施例由所附示意图示出，其中对应的附图标记指示对应的部分，其中：

图1示出了具有七个叶片的陆上逆风HAT；

图2示出了具有五个叶片的海上逆风HAT；

图3示出了具有七个叶片和七个较短叶片的陆上逆风HAT；

图4示出了局部弦长分布和实施例的极值；

图5示出了局部弦长分布和实施例的极值；

图6示出了具有七个叶片的陆上HAT和具有三个叶片的第二转子；

图7示出了具有七个带撑杆的叶片的陆上HAT；

图8示出了允许叶片变桨的撑杆保持器；

图9示出了具有带撑杆的三叶片顺风转子的海上HAT；

图10示出了具有大顺风转子和小逆风转子的海上HAT；

图11示出了具有大尾翼的小型陆上十一叶片转子；

图12示出了现有技术的阴影影响和实施例的阴影影响；

图13示出了对于不同叶片数量的叶片运动的AM声音；

图14示出了具有集成结构元件的拉挤扭转翼型区段；

图15示出了具有切口以降低扭转刚度的拉挤翼型区段；

图16示出了具有透明锯齿（transparent serrations）的翼型；

图17示出了具有尖锐后缘的翼型；

图18示出了具有涡流发生器的翼型；

图19示出了改进的涡流发生器对；

图20示出了局部弦长分布和实施例的极值；

图21示出了具有五个拉挤扭转叶片的可倾斜HAT。

图22示出了组合弦长和实施例的极值。

图23示出了组合弦长和实施例的极值。

图24示出了组合弦长和实施例的极值。

详细描述

将容易理解的是，如本文总体描述和/或在附图中示出的实施例的部件可以以各种不同的构型来布置和设计。因此，如附图中所示的各种实施例的以下更详细描述不旨在限制本公开的范围，而仅代表各种实施例。

附图和所描述的实施例仅旨在用于说明目的，并且不用作限制权利要求书规定的保护范围。除非特别指出，否则附图不是按比例绘制的。

本发明的范围由所附权利要求而不是由该详细描述来指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化被认为被权利要求所覆盖。

贯穿本说明书对特征、优点或类似语言的引用并不意味着可以利用本发明实现的所有特征和优点应该是或在本发明的任何单个示例中。相反，提及特征和优点的语言可以被理解为意指结合实施例描述的特定特征、优点或特性可以被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书的特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定是指相同的示例。

此外，本发明的所描述的特征、优点和特性可以以任何合适的方式组合在实施例中。考虑到本文的描述，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有特定实施例的一个或更多个特定特征或优点的情况下实践本发明。在其他情况下，可以在某些实施例中认识到附加的特征和优点，这些特征和优点可能不存在于本发明的所有实施例中。在整个说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”或类似语言意味着联系该指示的实施例所描述的具体特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中的短语“在一个实施例中（in one embodiment）”、“在一个实施例中（in an embodiment）”以及类似语言可以但不一定全部指代相同的实施例。

使用的术语

在整个本公开中使用以下术语。

我们将本公开的HAT风力涡轮机“HAT”定义为具有半径为R的最大转子的水平轴线涡轮机类型的风力涡轮机，该风力涡轮机被设计成从风中提取有用的能量，该风力涡轮机进一步是非空中的（non-airborne）并且具有固定的地基。

由于以下原因中的至少一个原因，空中设备被排除：关于阴影、噪音和鸟类的妨害机制无法与HAT相比；整体空气动力学和/或结构优化也是完全不同的。

没有固定地基的设备由于以下原因中的至少一个原因而被排除：没有固定地基的设备，因此是移动的，具有不同的优化。例如，其结构不需要承受40m/s以上的高生存风速，并且设备应该易于安装和易于解体；移动设备具有不同的妨害特性，因为在妨害的情况下，它们可以被移动，并且因此它们不会在同一位置处永久地造成妨害；移动设备可能不太耐用，并且不是为了用于永久发电，相反，它们可能为了偶尔输送电力；最后，移动设备可以被设计成易于携带和运输；移动设备可以是类似玩具的产品，以短暂驱动LED用于装饰目的，这与用于大容量发电的设备无法相提并论。应当注意，漂浮式海上风力涡轮机和安装在船舶上的水平轴线风力涡轮机被认为具有固定地基。在一个实施例中，HAT用于在固定位置产生大量能量，并且应该能够经受以下之一的风速：40m/s；60m/s；72m/s以及80m/s。

HAT定义可以进一步限制到不包括与转子同心并且延伸到大于20%R或30%R或50%R或70%R的径向位置的环形结构的HAT。这种环形结构是已知的，并且可能是不利的。这种环形结构可以有三种类型：主要具有结构功能的环形结构；集风器型转子（concentratortype rotor）；和直接驱动发电机。此外，作为三种类型中的一种或多种的组合的环形结构可能是不利的并且被排除在外。

主要具有结构功能并且延伸到大于20%R或30%R或40%R或50%R或70%R的径向位置的环形结构可以出于以下原因之一而被排除：连接不同叶片的环形结构是已知的，但可能是低效的，因为叶片之间的环形结构的弧形连接不能有效地处理叶片之间的张力和/或压缩力，直线连接将更具成本效益；其中叶片连接到环形结构、而没有从叶片根部沿叶片纵向方向到轮毂的直接连接的环形结构是已知的，这使得叶片根部弯矩可以被环形结构的扭转完全承担，这增加了材料并因此增加了环形结构的成本，使得转子低效。因此，在一个实施例中，延伸到0.90R径向位置的每个叶片通过沿着叶片纵向方向的直线结构直接连接到轮毂。

出于以下原因中的至少一个原因，可以排除以增加或降低集风器环内的空气速度为目的的、可以延伸到大于20%R或30%R或40%R或50%R或70%R的集风器型转子：集风器型转子具有不同的空气动力学和结构优化；集风器环可能要连接到多于三个叶片，以形成对环形集风器的多个载荷承载（可移动）支撑，没有集风器环的话，多于三个叶片的上述需求就不存在了；集风器型转子可能需要多于三个叶片，以降低每个叶片的循环强度，并且从而降低叶片尖端与集风器之间的不利的空气动力学相互作用；具有集风器环的风力涡轮机通常具有较低的产出成本比；大型集风器特别在生存风速条件下吸引载荷；集风器造成很多投射的阴影，并且集风器可能是昂贵的。

具有在径向方向上延伸超过20%R或30%R或40%R或50%R的直接驱动发电机的设备可以在叶片和发电机之间具有直接的结构连接，因此不经由轮毂。这可能是应用许多叶片的论据，因为它导致发电机的多个结构支撑，从而给出更好的载荷分布和每个支撑的更少的载荷。然而，发电机与叶片之间在至少10%R或20%R或30%R的径向位置处的直接连接可能不是有利的，因为叶片的弯矩可能使发电机变形，而发电机应保持狭窄的气隙。这种设备还可以具有反向旋转的转子，其叶片以小的相互距离（小于R/5或小于R/10或小于R/50）沿相反方向经过彼此。这具有在发电机的转子和“定子”之间获得更高的相对速度的优点。然而，闭合的反向旋转转子的相互叶片运动在使用中引起噪声和气动弹性激励（aeroelasticexcitation）。为了减少激励和噪声，可以建议增加叶片的数量和/或对不同的转子使用不同的叶片数量。即使这样，这样的设备也不是有利的。使用具有大致相同直径（差异小于30%或小于20%或小于10%）的反向旋转的转子在产出与成本比方面可能进一步是低效的，因为单个转子已经可以提取几乎所有的能量。与同向旋转的转子相比，反向旋转的转子具有进一步的缺点，即更多地扰乱景观的宁静并导致更多“混乱”的投射的阴影，这可能导致更多的妨害。最后，半径大于20%R的直接驱动发电机可能导致各种缺点，例如更大的重量、更大的运输问题、更多的保持窄气隙的问题以及因此更多的成本。

中型HAT可以定义为直径大于40m、大于50m或大于70m的HAT。

大型HAT可以定义为直径大于100m、大于140m或大于200m的HAT。

小型HAT可以定义为直径小于中型HAT并且大于3m、大于5m、大于10m或大于25m的HAT。

HAT可以具有一个或更多个顺风（downwind，下风向）转子和/或一个或更多个逆风（upwind，上风向）转子。同一HAT的不同转子可以以不同的速度旋转。HAT可以是陆上的或海上的。HAT可以安装在船上。HAT可以具有带有两个塔架的单个地基（foundation），每个塔架具有一个或更多个转子，这些转子在使用中具有独占的扫掠面积或具有（部分）重叠的扫掠面积。HAT可以具有单个塔架或分成一个或更多个臂的塔架，每个臂可以连接到转子。

转子可以是在使用中围绕相同轴线并以相同速度和沿相同方向旋转的部分的结构。

转子的旋转中心是转子旋转轴线上的点，其对应于转子扫掠面积的平均轴向位置。

当这些转子的旋转中心之间的距离小于R/2、或小于R/4或小于R/10时，认为HAT具有同轴的水平轴线转子，其中R是最大转子的半径。

叶片的数量“N”可以被定义为转子的叶片的数量。如果同一转子的多个空气动力学成形的长形部分在旋转轴线的同一侧沿着相同长度轴线延伸，则这些部分可以被认为是同一叶片的部分，并且这些部分一起可以被计数为一个叶片。叶片的数量可以针对每个转子独立地计数。例如，如果HAT包括具有延伸到位置R₁的叶片的第一转子以及具有延伸到位置R₂的叶片的第二转子，且这些转子可以被设计成以不同的旋转速度运行，那么每个转子的叶片的数量独立地计数。例如，如果HAT包括具有不同长度的叶片的转子，则叶片的数量可能因径向位置不同而不同。例如，具有从0.1R到R的五个长叶片和从0.1R到0.6R的五个小叶片的转子在0.3R处具有十个叶片（N_0.3R=10），并且在0.8R处具有五个叶片（N_0.8R=5），同时转子整体的N为10。在一些实施例中，可以假设叶片在转子方位角上均匀分布：当转子具有N个叶片时，这意味着相邻叶片之间的方位角可以是360°/N+/-360°/4N或360°/N+/-3°。例如，当N=7时，相邻叶片之间的方位角为51.4°+/-12.9°或51.4°+/-3°，因此相邻叶片之间的最小方位角为38.6°或48.4°，并且最大方位角为64.3°或54.4°。叶片的这种均匀分布可以具有以下优点中的人一个：转子将很好地平衡；转子扫掠面积可能更多地表现为对鸟类来说“闭合的”不可接近的表面，均匀分布避免了叶片可能被安装得如此靠近彼此以至于投射的阴影变得更深或可能变成核心阴影（core shadow），并且转子可以在空气动力学上更有效，因为叶片的均匀方位角分布导致最小的尖端损失。

纵向叶片部分的方向可以由转子方位角（rotor azimuth angle）ψ和关于旋转轴线的极角（polar angle）θ给出，其中ψ∈[0°,360°]，θ∈[0°,180°]。如果具有N个叶片的转子具有多个空气动力学成形的长形部分，这些长形部分可以定向在方位角的360°/4N偏差和极角的30°偏差内，则这些部分可以被认为是同一叶片的部分，并且这些部分一起可以被计数为一个叶片。例如，当转子具有7个叶片时，则可以定向在360°/（4*7）=12.9°的方位角偏差内和在30°的极角偏差内的空气动力学成形的长型部分可以被计数为一个叶片。

叶片可以包括连接侧，在该连接侧，叶片连接到转子的轮毂。叶片可以经由诸如桁架结构的中间结构连接到轮毂。叶片还包括尖端侧。连接侧的径向位置可以小于尖端侧的径向位置。沿着叶片的长度，叶片可以包括加强连接以改善结构完整性。叶片的空气动力学部分可以包括前缘和后缘。叶片的空气动力学部分的横截面可以包括翼型。除了加强连接，叶片还可以适于改善空气动力学。叶片可以包括固定的内部部分和可变桨的外部部分，或者可以仅具有可变桨的外部部分。叶片作为整体可以以固定的桨距角安装，或者可以安装到变桨设备并且具有可变的桨距角。

径向位置“r”可以表示为r=xR，其中x∈[0，1]或x∈[0%，100%]，并且定义在从旋转轴线向外测量x倍于最大转子的半径“R”的距离的位置。“在从r=15%R至R的径向范围内”的含义=“对于r=15%R至R”。类似地，“在从l=15%L至L的叶片长度范围内”=“对于l=15%L到L”。

在叶片的径向位置r处的局部弦长“c_r”可以被定义为在该径向位置处的所有叶片部分的前缘和后缘之间的距离之和，其在使用中可以影响在该径向位置处的空气动力学升力。如果叶片在该径向位置由一个部分组成，则c_r可以是该部分在该径向位置处的前缘和后缘之间的距离。翼型的为了降低声音而具有的锯齿的延伸可能不被认为是局部弦长的一部分。如果叶片具有因风速而变化的可变局部弦长（例如，当可以使用帆（sails）时），则可以使用位置r处的可变部分完全延伸的最大局部弦长。在叶片形状通常从更符合空气动力学的形状过渡为更圆柱形的形状的叶片根部处，可以将在该径向位置处的过渡部分的横截面中的最大距离作为局部弦长的值。如果叶片由多个空气动力学成形的部分组成，诸如，例如但不限于径向撑杆和/或径向承压元件、在不同径向位置（大于10%R）处的连接接头，这些部分在使用中可能对升力有贡献，则局部弦长c_r可以是在该径向位置r处的那些多个空气动力学成形的部分的弦长的总和。在使用中不产生空气动力学升力的叶片部分或转子部分（诸如，例如轮毂和/或旋转锥（spinner））可能对局部弦长没有贡献。在位置r处的等同径向位置（等于5%R内）处连接相邻叶片的切向撑杆或切向承压元件可以优选地从局部弦长中排除。局部弦长可以指最大转子的叶片。

叶片的最大弦长可以是沿着叶片长度（通常对于r=15%R至R）的局部弦长值的最大值。

若干实施例具有带有叶片的转子，这些叶片对于r=15%R至R具有局部弦长，这些弦长可以小于某一极值。在这些情况下，弦长可能大于规定的极值，最大可超过5%R。这可以用于补偿例如连接（导致弦长在小于5%的径向范围内增加）。这种局部弦长延伸也可以从最大弦长中排除。

转子实度（rotor solidity）“SOL_rotor”可以是，最大转子的所有叶片N的局部弦长c_r在径向长度（例如从r=0.15R到R）上的数学积分，除以转子扫掠面积，使用下面的等式1。注意，转子中心的旋转锥对SOL_rotor没有贡献。

转子实度“SOL_rotor”可以替代地是，转子或包括轮毂和/或旋转锥的同轴的多个转子在垂直于转子轴线的平面上的投影面积，除以（最大）转子的扫掠面积，其中叶片变桨使得投影面积最大。

在环形风力集风器的情况下，可以将该集风器的弦长乘以集风器的周长添加到上述两个定义的“SOL_rotor”中的任何一个。

径向实度“sol_r”可以定义为转子的所有叶片N在径向位置r处的局部弦长c_r的和，除以转子半径为R的转子周长（参见下面的等式2）。在同轴的多个转子的情况下，分别计算每个转子的径向实度。

平均径向实度“avgsol_r”可以定义为转子在从r-0.1R到r+0.1R的径向范围内的径向实度的平均值。等式3作为示例将“avgsol_.25R”定义为径向位置0.15R和0.35R之间的平均径向实度。类似地“avgsol_.35R”可以是0.25R和0.45R之间的平均径向实度，并且“avgsol_.75R”可以是0.65R和0.85R之间的平均径向实度。应当注意，径向实度、径向实度比和平均实度比可以是指最大转子的这些参数。

未受干扰风速“U”可以被定义为在风不受HAT干扰的情况下通过转子扫掠面积的风速。

功率系数“C_P”可以定义为由HAT产生的机械功率“P_M”和通过转子扫掠面积的未受干扰风中的动能的比（见等式4左侧）。电功率系数“C_PE”可以定义为由HAT产生的电功率“P_E”和通过转子扫掠面积的未受干扰风中的动能的比（见等式4右侧）。当涡轮机从风中获取动力时，C_P可能总是高于或等于C_PE。如果涡轮机具有两个具有重叠扫掠面积的转子，则功率系数由两个转子组合的功率与最大转子的扫掠面积πR²之比得出。在等式4和等式5中，ρ是空气密度。

在本公开中，如果HAT包括两个转子，则轴向力系数“C_D,ax”涉及半径为R₂的较小转子（通常被称为第二转子），并且等于由较小的转子施加在风上的轴向力“F_ax”与通过较小的转子的转子扫掠面积πR₂ ²的未受干扰风U的动量流的比。（参见下面的等式5）。

设计尖端速度比“λ_design”是指转子角速度“ω”乘以转子半径R和转子达到其最大C_P值时的未受干扰风速U的比（参见下面等式6的左侧）。在与尖端不同的另一径向位置处的比可以被定义为径向速度比λ_r=λ_design/R（参见下面等式6的右侧）。

尽管转子通常在λ_design处具有最高产出，但是HAT控制可以偏离该最优值，例如，以减少载荷或声音，以避免本征频率或避免功率过大。应该注意的是，λ_design可能是指最大转子的λ_design。

可以使用已知的叶片元动量（Blade Element Momentum，BEM）理论来设计转子。已经发现，基于BEM并且对于λ_r>2，为了从风中提取大部分能量，可以计算用于确定径向位置r处的局部弦长的近似值，如下面的等式7所示。

在等式7中，c_l,design可以是设计升力系数，其是翼型特性。乘积N_rc_r可以称为组合局部弦长或“组合弦长”，其是径向位置的函数，并且是可以应用于最大转子的转子特性。

投射的阴影是指移动的HAT叶片的阴影。核心阴影是指在太阳被移动的叶片完全覆盖而使得基本上所有的直射阳光都被阻挡的位置处投射的阴影。

应当注意，每个HAT具有轴（shaft），该轴可以是实现机舱和转子的相对旋转所需的部分。轴可以固定到转子，也可以固定到机舱。

综述

风力涡轮机，特别是来自HAT型风力涡轮机的环境妨害可能表现出不同的形式。将讨论以下类型的妨害：（i）视觉（或光学）妨害；（ii）听觉妨害及（iii）对鸟类的妨害。

视觉妨害可以被分类为，例如投射阴影的直接妨害、导致太阳能农场或作物产出降低的投射阴影的间接妨害和/或影响宁静景观的妨害。投射的阴影可以是叶片移动穿过阳光所产生的阴影。对宁静景观的影响可能是由于看到移动的叶片造成的。较大的叶片通常导致较大的视觉妨害。

视觉妨害的已知解决方案通常涉及设计过程，其中数学算法可用于计算或测量何时发生过多的投射的阴影，并随后确定何时关闭涡轮机。该领域专家的总体想法是，当需要收获风能时，大型转子叶片的阴影可能是不可避免的。应用透明叶片不会有帮助，因为光的折射会导致光线改变方向，从而导致仍然形成投射的阴影。此外，HAT叶片的内部结构通常由纤维制成，这可能难以使其透明。

本公开提出，通过将局部弦长减小到在视觉上叶片将不再完全覆盖太阳、核心阴影消失的程度。传统上，太阳通常被假设为点光源，然而发明人意识到，太阳在地平线上以大约0.50°的角度是可见的，并且因此当局部弦长可以减小到小于0.50°的角度时，太阳可能不会被叶片完全覆盖，并且核心阴影可以被消除。

已知的现有技术叶片的局部弦长的最大值通常可以是7%R，R指示转子的半径。应用三角学了解到，从0.07R/tan（0.50°）=8R或4D（D表示转子的直径）的距离观察，上述弦长可以可见为0.50°。因此，对于已知的HAT，在上至4D的距离内，叶片将投射核心阴影。如在本公开的实施例中提出的降低最大弦长，例如通过将已知的最大弦长减半至3.5%R，在该示例中导致核心阴影仅达到0.035R/tan（0.50°）=4R或2D的距离。这意味着，在距HAT2D至12D的重要范围内，即，最可能感知到视觉妨害的范围内，不再出现核心阴影。投射的阴影的妨害通常涉及核心阴影和部分阴影两者。此外，对于给定的示例，部分阴影可以被最小化，即变成“深度”的一半。有利地，本公开因此可以通过减少现有技术的最大弦长来实现视觉妨害减小到原来的约二分之一或减小得更多，例如在上述示例中减小到原来的二分之一。

风力涡轮机较少的深度阴影或较少的核心阴影的附加优点涉及位于阴影面积中的光伏太阳能电池板的产出：由串联的一串太阳能电池板组成的某些太阳能系统的功率可以与具有最低产出的电池板（因此处于最深阴影中的电池板）的功率大致成线性关系，使得阴影深度的减小是有利的。

关于景观的宁静，特别是大型移动叶片会引起注意，并可能引发压力反应，因为运动可能被视为危险。这种类型的妨害通常被认为比投射的阴影更不令人不安，但是发生的频率可能更大：它在白天的大部分时间都有影响，并且在晴朗的天空的情况下，它可能干扰距离HAT上至50个直径的距离。与投射的阴影妨害不同，这种类型的妨害可能不限于阴影面积，而是相反，它影响涡轮机的大约整个周围，直到距HAT上至10至50个直径的距离。妨害可以被估计为平均达到约20D的可视距离，使得其中可能发生妨害物的涡轮机周围的圆形面积可以是约π(20D)²平方米大小。假设这种妨害发生在大约50%的时间（例如，不包括夜间时间）期间，其可以是每年大约4400小时，则对景观宁静的影响的妨害频率可以是大约π(20D)²·4400h=7040000·¼πD²m²h。

相比之下，投射的阴影妨害通常可以被限制在大约4倍于扫掠面积的面积（假设太阳在地平线以上15°），并且它仅在阳光直射期间发生，例如在荷兰每年大约发生1500次。因此，对于投射的阴影，我们计算的频率为4·¼πD²·1500m²h=6000·¼πD²m²h，约低1200倍。

发明人的见解是，通过将最大弦长减小到原来的二分之一，叶片在视觉上消失在背景中的距离变为大约一半。这可以在光学上理解，因为在距离的一半处可见的一半的最大弦长的角度可以等于在全距离处全最大弦长叶片的角度。因此，视觉妨害可以在距离上减小到原来的二分之一，并且因此妨害面积和妨害频率可以减小到原来的四分之一。尽管上述实施例可以基于最大弦长，但是类似的逻辑也可以适用于局部弦长。

根据本公开的减小最大弦长和减小局部弦长对于中型和大型HAT可能是特别有利的。对于小型HAT，减小最大弦长和局部弦长也可能是有利的。

关于风力涡轮机的听觉妨害，已知空气动力学声压级（sound pressure level）可以近似与叶片的尖端速度的五次方成比例，并且因此减小尖端速度可以减小来自旋转叶片的噪声。然而，由于HAT叶片产生的空气动力学升力大约与尖端速度的平方成比例，因此尖端速度的减小将需要叶片弦长的平方增加以维持所需的升力。因此，叶片弦长会增加，由于弦长较大，会带来各种问题，例如视觉妨害增加、运输尺寸和生产问题。因此，降低尖端速度的解决方案可能是不期望的。

发明人认识到，为了降低噪声，与常规知识相反，弦长可以减小而不是增大。已经发现，减小的弦长和/或减小的尖端速度可以通过例如增加叶片的数量来补偿。增加叶片的数量对于中型和大型HAT可能是特别有利的。对于小型HAT，增加叶片的数量也可能是有利的。

在本公开中，HAT可以被认为是针对产出、或产出相对于成本的比或总避免的CO₂排放或循环性而优化的，例如，具有至少0.35的功率系数。此外，中型、大型和小型HAT可以优选地能够经受较大的风速，例如，包括40m/s的极端风速。

对于现有技术HAT，普遍的共识是，对于中型或大型发电HAT，叶片的最佳数量是三个或可能是两个。对于旨在发电的中型或大型HAT，通常可能不考虑其他数量的叶片，并且本领域技术人员通常不会考虑增加HAT的叶片数量。支持三个叶片而不是三个以上叶片的已知论据包括，三个以上叶片的功率系数并没有变得好很多（也许1%）。此外，在运输、吊装和维护过程中，每个额外的叶片都需要额外的处理。此外，可能存在关于叶片载荷的论据，将具有三个叶片的转子与具有更多叶片（例如，六个叶片）的另一个转子进行比较，其中与六个叶片的转子的叶片相比，三个叶片的转子的每个叶片具有两倍的载荷，因而两倍的弦长和两倍的厚度。由于载荷加倍，弯矩也可能加倍，然而，两倍厚度的结构具有四倍高的弯曲刚度，而可能使用相同量的材料。因此，具有采用两倍载荷叶片的三个叶片比例如采用单倍载荷的六个叶片需要更少的材料，因此已知的HAT倾向于具有三个叶片而不是更多的叶片。

发明人的见解是，具有三个以上的叶片可以积极地影响听觉。通常，可以区分三种潜在的声音妨害源：（i）总声压级；（ii）振幅调制（AM）；和（iii）次声。AM意味着HAT的声音不是恒定的，但单个叶片运动可能会听到令人不安的重复“呼呼”噪音。已经发现，使用三个以上的叶片会降低AM声音。例如，通过从三个叶片改变为五个叶片，AM可以减小约5倍。对于七个或更多个叶片，可以实现进一步的AM减小到几乎恒定的声压级。这对于中型和大型HAT可能尤其如此，但在较小程度上也适用于小型HAT。在较小程度上是因为小型HAT的旋转速度可能比较快，因而可能无法区分出单个叶片的噪声。

关于次声，已经发现，通过将转子设计从经典的三个弦长叶片改变为更多数量的短弦长叶片，声音频率分布可以转移到更高的频率。这减少了次声的份额并增加了较高频率声音的份额。叶片的较短的局部弦长导致叶片表面上的边界层的较少建立，并且从而导致较薄的边界层，这进而导致较高频率的噪声。此外，较短的弦长叶片更快地通过塔架周围的压力场，并且因此该声源也转换到更高的频率。有利地，较高频率可以在大气中被更好地阻尼，而低频可能被更差地阻尼，使得向较高频率的转换可以被感知为干扰较小。

如上面的等式7所示，弦长减小和叶片数量的增加是相关的。从等式7可以得出，对于给定的c_l,design和λ_r，期望N与局部弦长c_r的乘积满足某个值。弦长减小可以通过叶片数量的增加来补偿，反之弦长增大可以通过叶片数量的减少来补偿，如下文将进一步解释。假设观察者在涡轮机后面3个直径（3D=6R）的距离处，并且我们希望叶片的可见性被限制在大约0.5º的太阳角的50%以下，因此在大约0.25º以下，那么叶片弦长可以是大约tan（0.25º）*6R=0.026R。如果我们将其代入等式7，则通过假设r=0.4R，λ_r=3.2和c_l,design=1.5，叶片的估计数量N可以是5.2，使得实际上可以使用五个或六个叶片而不是传统的三个叶片。

因此，通过减小尖端速度、减小弦长和增加叶片数量的组合来减小听觉妨害可能是有利的。这种组合使视觉和听觉妨害最小化，同时保持产出。

与鸟类相关的妨害包括HAT和鸟类之间的直接碰撞造成的鸟类伤亡。此外，它可能是由鸟的非接触过载引起的，通过首先是旋转叶片附近的气压冲击，其次是由从叶片尖端流出的涡流中的高速/气压降引起的。如果应用在HAT转子中的叶片的数量增加并且弦长减小，例如根据等式7，则每个叶片的升力可以减小。发明人的见解是，这减小了叶片周围可能由叶片引起一定气压的范围，并且可以减小尖端涡流的强度，从而导致转子对鸟类的危害变得更低。

具有N个叶片的直径为D的转子对鸟的危害可以表示如下。束缚涡度（boundvorticity）“Γ”可以被认为与D成线性且与N成反比，因此Γ=k₁D/N。由于强度为Γ的N个流出的尖端涡流，对于鸟的危险空间S_Γ，可以是其中涡流诱导速度可以高于某个极值的空间。在垂直于Γ的平面中，该空间的宽度和高度各自可以与Γ成比例，并且空间在Γ的方向上的长度也可以与Γ成线性。因此，空间S_Γ=k₂nΓ³，并且如果我们在这里代入Γ=k₁D/N，我们发现S_Γ=k₂N(k₁D/N)³=k₃D³/N²，其中k，k₁和k₂都是常数。

气压对鸟的影响可以表示如下。危险空间S_P被认为与束缚涡度的平方成比例，与叶片长度成比例，后者与D成比例，所以S_P=c₁DΓ²。如果我们再次代入Γ=k₁D/N，我们发现S_P=cD³/N²，其中c和c₁是常数。

发明人认识到，直径为D的转子对鸟类的涡流和/或压力相关的危险空间可以随着叶片的数量而减小，并且具体来说是随着叶片数量N的平方而减小。

当鸟类更好地看到转子的整个扫掠面积并且当叶片以较低的速度移动时，由于与叶片碰撞而导致的鸟类伤亡可能更不频繁地发生。较低的叶片速度使鸟类有更多的时间做出反应并避免与叶片碰撞，并且在碰撞的情况下，冲击不太严重。在一个实施例中，具有较低的叶片速度，小于常规λ_design可能是有利的。对于传统的海上涡轮机，λ_design通常可以在9至10的范围内。在一个实施例中λ_design≤9，优选地λ_design≤8，更优选地λ_design大约是7。对于传统的陆上涡轮机，λ_design通常可以在8至9的范围内。在陆上HAT的一个实施例中，λ_design≤8，优选地λ_design≤7，更优选地λ_design≤6，并且更优选地λ_design≤5。

为了改善转子扫掠面积对鸟类的可见性，在一个实施例中，具有至少四个或五个叶片并且优选地至少六个或七个叶片可能是有利的，因为在具有更多叶片的情况下，转子对于鸟类来说可能更多地表现为“闭合的”不可接近表面。另一方面，具有两个或三个叶片的转子在叶片之间具有大的开放区域，当转子旋转时，这可能“邀请”鸟类飞过那些开放区域，具有高碰撞风险。

为了避免鸟类伤亡，较低的旋转速度和/或较大数量的叶片因此可能是有利的。对于较低的速度，较大的组合弦长N_rc_r可以用于保持高效率，这也可以是支持更大数量的叶片的论据。

在一个实施例中，HAT可以包括控制特征，在阳光直射期间、当涡轮机不能产生太多能量（例如，由于低风速或故障）时，该控制特征通过使HAT平摆（yawing）、转动转子和变桨叶片使得阴影影响最小化，从而最小化对作物或对太阳能系统（如光伏板）的阴影影响。在这些时期中，如果可能的话，叶片的平摆角和/或桨距角的位置可以独立地根据太阳的位置被调节和/或转子方位角可以根据太阳的位置被调节，使得生产单元的遮蔽可以是最小的和/或叶片的横截面可以在垂直于阳光的方向上是最小的。

在一个实施例中，可能被HAT遮蔽的区域中的太阳能电池板可以被分成组，电池板在一组中串联连接，并且该组连接到具有最大功率点跟踪器的逆变器，其中同一组内的电池板可以以这样的方式安装，使得它们可以根据太阳的位置尽可能地同时处于阴影中或阴影外。例如，如果HAT的北侧上的同一组的所有电池板可以位于塔架周围的饼形区域中并且特别是距塔架至少3个塔架直径，则可能是有利的。

涡轮机直径可能在所有妨害源中起重要作用。暴露于直接或间接阳光的转子面积、总声压级和鸟类可能处于危险中的面积大致与直径的平方成比例。HAT声音中低频的占比也随着涡轮机尺寸的增加而增加。低频通常比高频引起更多的问题。此外，来自单个叶片的呼呼效应随着涡轮机尺寸的增加而增加。对于直径小于5m的较小涡轮机，这种影响可能几乎不存在：这种涡轮机旋转得较快，因而听不出单个叶片的声音。对于直径大于40m的中型风力涡轮机，以及甚至对于直径大于100m的较大风力涡轮机，转子速度可能更小，并且两个或三个叶片涡轮机的各个叶片可以是可区分的。此外，较小HAT的视觉影响通常可能被降低，因为建筑物和树木可以隐藏较小HAT。

在一个实施例中，HAT可以是中型HAT。

在另一个实施例中，HAT可以是大型HAT。

在一个实施例中，本公开的HAT可以系列化生产，使得具有对于r=15%R至R的相同直径和具有相同径向实度sol_r的至少两个型号可以产生。

对珍稀鸟类的危害通常被认为比更常见的鸟类更重要。珍稀鸟类往往可能是捕食性鸟类，通常飞行高度较高，可能是中型HAT和大型HAT的高度。因此，涡轮机越大，不同的妨害变得越重要，并且因此本公开可以特别地与中型HAT和大型HAT相关。

其他示例实施例

在一个实施例中，HAT可以具有设计尖端速度比λ_design,其中，在60%R处的叶片数量N可以在N_0.6r,min=INT（100π/λ_design ²+0.5）和N_0.6r,max=2·N_0.6r,min之间。优选地，N被取为质数或质数的两倍。例如，当λ_design=7，则例如N_0.6r,min=INT（100π/7²+0.5）=6且N_0.6r,max=12。这里，INT函数返回一个整数值，即没有小数部分的数字。如果叶片数是质数，则最低转子本征频率可以对应于转子旋转周期的倒数，并且下一个本征频率会高N倍，并且使转子本征频率相距较远可能是有利的。

在实施例中，所需升力可由具有高设计升力系数的翼型产生，使得径向实度可保持最小。在一个实施例中，HAT在0.5R、0.7R和0.9R位置中的任一个中应用这样的翼型，该翼型可以具有涡流发生器，具有设计升力系数c_l,design≥1.4，优选地c_l,design≥1.6，更优选地c_l,design≥1.8，更优选地c_l,design≥2.0，更优选地c_l,design≥2.2。对于设计升力系数，可以选择具有最高升阻比的翼型的升力系数。

已经发现，代替使用最大升阻比的升力系数作为设计升力系数，应用在失速角前4至9度或5至8度的攻角的升力系数c_l作为设计升力系数可能是有利的。失速角可以是最小正攻角α，其中在2D条件下导数dc_l/dα=0。使用后一设计升力系数的优点可以是，升力系数可以更高，使得具有较短弦长的叶片可以用于实现所需的升力，这减少了光学妨害并且还可以具有载荷优势。

翼型特性可以优选地对于在运行条件（例如，8m/s风速）下对应于HAT的设计的雷诺数有效。

在一个实施例中，具有低环境妨害的HAT可以被实现为具有最大电功率系数C_PE（在发电机后面测量到的），C_PE可以高于0.30，优选地高于0.35，更优选地高于0.40，更优选地高于0.45。

本公开可以不限于陆上HAT。对于海上HAT，本公开也可以达到特定的优势。人们应该认识到，视觉和噪音妨害也可能适用于某些种类的海洋或淡水动物和/或在水上工作或娱乐的人。此外，有时可以从岸上看到海上涡轮机，并且可能导致前面提到的对宁静景观或宁静海景的干扰。因此，与传统观点相反，海上涡轮机也可能是环境妨害的来源。此外，已经解释了某些实施例具有较高的产出成本比。因此，在一个实施例中，HAT可以是陆上涡轮机或海上涡轮机。

类似于海上涡轮机的实施例的意想不到的视觉和听觉优势，这些优势也适用于陆上动物丰富的自然区域，因为动物也可能受到噪音、投射的阴影、对宁静景观的破坏和/或鸟类伤亡的干扰。另外，在自然区域中，通常较多的鸟类在周围飞行，使得根据某些实施例具有较少伤亡的风力涡轮机是有利的。根据某些实施例，该优点对于具有多于3个叶片的所有风力涡轮机有效。由于在自然丰富的区域中通常存在许多树木，并且因此只有中型或大型风力涡轮机是经济有效的，因为它们的扫掠面积通常在较高的高度处，高于树木的高度，因此该优点对于中型风力涡轮机更突出，并且对于大型风力涡轮机甚至可以是最突出的。

发明人发现，使用具有低弦长的叶片（可能地，结合具有多于3个叶片的转子）不仅可以减少妨害，而且可以增加产出成本比，这对于中型大小的风力涡轮机可能特别重要，并且对于大型风力涡轮机甚至更重要。值得注意的是，对于其中叶片的数量从例如三个叶片增加到五个叶片的一些实施例，产出可以增加约1%，并且进一步增加到七个叶片，产出可以增加约1.5%。对于四个或六个叶片，产出增加可以在这些值之间。对于超过七个叶片，产出的进一步增加可能很小。这种产出增加的原因可能是，通常由“普朗特尖端修正（Prandtltip correction）”解释的尖端损失对于更多的叶片可能更少。

此外，现有技术的涡轮机有时需要由于避免妨害而关闭。然而，由于根据本公开的HAT引起较少的妨害，因此与妨害相关的停机时间可以较少或没有，这可以使产出增加估计的1%至2%。

关于叶片的生产和运输，随着涡轮机尺寸的增加，问题往往会变得更大，并且有时实际上不可能到达某些HAT地点。有利地，在一个实施例中，与较少数量的具有较大弦长和/或较长长度的常规叶片相比，使用较大数量的具有较短弦长的叶片和/或使用具有较短长度的叶片可以更便宜。

在本领域技术人员通常关注每单位扫掠转子面积的高产率的情况下，本公开关注的参数诸如是产出成本比或总避免CO₂排放或循环性。下面将说明，与靠近转子中心的叶片范围相比，靠近尖端的叶片范围处的每单位叶片面积收获更多的能量。实度Nc_r/(2πR)可以在两个径向位置（例如，在r=0.3R和r=0.9R）计算。带入（c_l=1.5，且λ_design=8）并且使用等式7，我们发现Nc_r/(2πr)_r=0.3R=0.104并且Nc_r/(2πr)_r=0.9r=0.0116。因此，与尖端处相比，在叶片的根部处的每单位扫掠面积所需的叶片表面会多约0.104/0.0116≈9倍。并且由于捕获的能量可以与扫掠面积约成比例，根部处的翼型的每单位弦长长度捕获的能量比在尖端处的翼型少约9倍。在飓风风速下，当HAT可能停止以避免损坏时，塔架底部上的叶片的载荷可以与叶片面积大致成线性。因此，叶片根部引起高风暴载荷，但收获相对较低的能量，而关于产出载荷比，叶片尖端可以表现得更好约9倍。发明人认识到，最好要接受转子在转子中心附近产生较少的功率、产出与载荷之间的比增加这一事实。因此，在一个实施例中，叶片根部处的叶片面积可以小于获得最大功率提取所需的面积（兰彻斯特-贝兹极限（LanchesterBetz limit））。在根部范围（小于0.35R或甚至小于0.45R）中的功率提取可能下降到小于最优值的50%或甚至小于25%或甚至接近0，而风力涡轮机的产出成本比可能增加。对于根部处的叶片使用较低的叶片面积还意味着可以降低转子实度，这具有额外的优点，即可以较少地损害可能位于转子阴影中的作物和太阳能电池板的产出。此外，根部的弦长减少进一步具有较少投射的阴影和较少损害景观宁静的优点。此外，当鸟类的视线不好时，例如在夜间或在浓雾中，鸟类伤亡可能与风力涡轮机转子的投影面积大约成比例，使得减小根部处的弦长并因此减小转子实度是有利的。根据这些论据，在一个实施例中，转子中心附近的径向实度可以相对于尖端附近的径向实度减小。转子的径向位置0.25R处的径向实度与同一转子的径向位置0.75R处的径向实度之比，表示为sol_0.25R/sol_0.75R，可以小于2.0，优选地小于1.75，更优选地小于1.5，并且更优选地小于1.25，并且更优选地小于1.0并且更优选地小于0.90。对于具有精确数量为两个或精确数量为三个的延伸到0.90R径向位置的叶片的HAT，并且特别是对于具有精确数量为两个的叶片的HAT，其中叶片具有小于9%R或8%R或7%R的最大弦长，还可以实现效率方面的优点，因为具有这种低的最大弦长的叶片还可以具有较小的光学妨害，并且可以更容易地生产并且可以更容易地运输。

在一个实施例中，HAT包括具有精确数量为两个的延伸到0.90R的径向位置并且具有小于9%R的最大弦长的叶片的转子。

在一个实施例中，HAT包括具有精确数量为两个的延伸到0.90R的径向位置并且具有小于8%R的最大弦长的叶片的转子。

在一个实施例中，HAT包括具有精确数量为两个的延伸到0.90R的径向位置并且具有小于7%R的最大弦长的叶片的转子。

在一个实施例中，在0.25R径向位置处，空气动力学叶片区段可以部分地或完全地由结构元件代替，使得sol_0.25R/sol_0.75R甚至可以变为小于0.75或小于0.50。在实施例的极端情况下，其中在0.25R处可以仅存在不具有对升力有贡献的空气动力学形状的结构元件，sol_0.25R/sol_0.75R甚至可以是0。如上所述，这可能是有利的。此外，对于具有同轴的第二较小转子（被设计用于较高的rpm）的实施例可能是有利的，该实施例在0.25R时可以更有效，其中R是较大转子的半径。

在一个实施例中，类似于比sol_0.25R/sol_0.75R，平均实度比avgsol_.25R/avgsol_.75R和avgsol_.35R/avgsol_.75R也可以小于2.0，优选地小于1.75，更优选地小于1.5，更优选地小于1.25，更优选地小于1.0，更优选地小于0.90，更优选地小于0.75，更优选地小于0.50，更优选地小于0.25。

例如，转子在0.25R处的径向实度除以转子在0.75R处的径向实度可以小于2.0。例如，sol_0.25R/sol_0.75R可以等于1.9、1.7、0.8或0.1。

在一个实施例中，由于将根部附近（在小于0.6R的径向位置处）的径向实度减小，HAT可以具有转子实度SOL_rotor，其可以小于f/λ_design ²，其中f是可以小于2.0，优选地小于1.8，更优选地小于1.6，并且更优选等于约1.35的因子。

在一个实施例中，转子可以在转子中心附近应用低实度，因为在该范围内，产出与风暴载荷之间的比在现有技术HAT的情况下可能是不利的。因此，在一个实施例中，我们提出了一种HAT，其具有在r=0.25R时的平均径向实度avgsol_.25小于0.07的转子。在一个实施例中，avgsol_.25小于0.06。在一个实施例中，avgsol_.25小于0.05。在一个实施例中，avgsol_.25小于0.04。在一个实施例中，avgsol_.25小于0.03。

对于海上涡轮机，产出成本比可能比减少妨害更重要。因此，在一个实施例中，HAT可以具有这样的转子，该转子具有达到半径R的两个或更多个叶片，半径R可以是至少70m。转子径向位置0.25R处的径向实度与同一转子径向位置0.75R处的径向实度之比，表示为sol_0.25R/sol_0.75R，可以小于2.0，优选地小于1.75，更优选地小于1.5，更优选地小于1.25。在一个实施例中，这种海上HAT可以具有达到半径R的五个叶片。

对于陆上HAT，产出成本比和妨害减少两者都很重要。因此，在一个实施例中，HAT可以具有这样的转子，该转子具有达到半径R的五个或更多个叶片。比SOL_0.25R/sol_0.75R可以小于2.0，优选地小于1.75，更优选地小于1.5，更优选地小于1.25。在一个实施例中，这种陆上HAT可以具有达到半径R的七个叶片。

在一个实施例中，叶片中的至少一个叶片可以包括叶片区段。如果这样的区段在其长度上具有横截面差异，则其可以具有可变横截面。这种可变横截面可以包括与一个或更多个单独制造的结构元件集成的拉挤翼型区段。

拉挤叶片区段可能出现的潜在问题：拉挤产品可以在拉挤方向上具有恒定的横截面，而HAT叶片的期望特性可能是在叶片的长度方向上变化的空气动力学形状和变化的弯曲刚度。通过在拉挤翼型区段中的内部空间中安装不同长度的结构元件，叶片的长度方向上的横截面变化并且弯曲刚度可以相应地变化。如果拉挤翼型区段中的内部空间具有具有与扭转轴线相同的轴线的圆柱形形状，则可以将不同长度的圆柱形结构元件插入内部空间中并固化，使得可以产生具有在叶片的长度方向上变化的弯曲刚度的拉挤翼型区段。使用拉挤翼型区段的优点可以是，通过拉挤工艺，纤维可以固化而没有褶皱，使得复合材料可以更有效地使用，从而节省重量和成本。此外，拉挤工艺可以比其中可以在模具中制成单件叶片的工艺更好地控制。这种更好的控制可以导致更少的生产不确定性，并且因此需要更少的超尺寸。此外，当使用拉挤成型时，翼型形状和表面质量可以更好，并且因此与在大模具中制成单件叶片的工艺相比可以增加产出。

在一个实施例中，叶片区段可以包括圆柱形内部空间，其轴线与拉挤扭转翼型区段的扭转轴线重合。单独集成的结构元件可以是装配在圆柱形内部空间中的圆柱形元件。圆柱形元件可以是拉挤的。

在一个实施例中，拉挤翼型区段可以通过反向旋转圆柱形结构元件和拉挤翼型区段并在预张力下将它们进行连接来扭转。

在一个实施例中，具有减小的弦长的叶片可以包括叶片区段，该叶片区段包括拉挤扭转的空气动力学区段，这可以导致复合材料的更优化使用和/或更好的表面质量和/或避免需要大模具来制造单件叶片。

在一个实施例中，叶片中的至少一个叶片的区段可以是注塑模制或3D打印的。所述区段可以包括叶片的尖端。可替代地，所述区段可以包括从一个叶片区段到具有不同弦长长度的另一叶片区段的过渡部分。

在一个实施例中，叶片中的一个或更多个叶片可以包括具有弧形翅片的涡流发生器。翅片可具有在翅片的高度的约95%处的翅片厚度，其中翅片的厚度可为至少0.5mm。可替代地，翅片的厚度可以是至少0.7mm。可替代地，翅片的厚度可以是至少1mm。可替代地，翅片的厚度可以是并且至少是2mm。

在一个实施例中，叶片中的一个或更多个叶片可以包括具有基板和弧形翅片的涡流发生器。翅片可以与基部的法线成一定角度延伸，其中该角度可以大于0.5°。可替代地，该角度可以大于1°。可替代地，该角度可以大于3°。可替代地，该角度可以大于10°。可替代地，该角度可以是约15°。可替代地，该角度可以小于50°。

在一个实施例中，叶片中的至少一个叶片可以包括涡流发生器对，该涡流发生器对具有被设计成产生反向旋转涡流的至少两个镜像翅片。涡流发生器对的翅片中的每一个可以具有其自己的基板，使得该翅片可以独立地附接到叶片，并且翅片之间的距离可以被控制。

在一个实施例中，叶片中的至少一个叶片可以包括在叶片的吸力（suction）侧处的涡流发生器。涡流发生器可以安装在大于60%R的径向位置处和大于局部弦长的60%的弦向位置处。可替代地，弦向位置可以大于局部弦长的70%。可替代地，弦向位置可以大于局部弦长的80%。可替代地，弦向位置可以大于局部弦长的90%。有利地，这样的涡流发生器可以进一步减小旋转的HAT叶片的后缘声音。

等式6表明，使用较高的设计升力系数c_l,design可以减小组合弦长N_rc_r从而有利地减少了妨害。使用高c_l,design以减少妨害是一种新的发现。为了获得高c_l,design，应用优化的涡流发生器可能是有利的。

在一个实施例中，HAT可以具有叶片，该叶片包括延伸范围超过50%R、优选地超过60%R、更优选地超过70%R的拉挤空气动力学区段。拉挤叶片区段可以包括随着到叶片尖端的距离增加而增加设计升力系数的特征，这些特征可以包括涡流发生器和/或格尼襟翼的使用。该示例中的叶片可以包括精确数量为一个的拉挤叶片区段。这具有以下优点：在拉挤区段之间可能不需要连接，使得叶片可以简单、便宜、形状准确，并且其具有高的产出成本比。该示例的叶片可以设计用于直径为D的五叶片转子，并且具有以下优点：通过增加拉挤区段的长度，叶片可以延伸到原来的7/5，使得叶片变得适合于直径为7/5D的七叶片转子，反之亦然，叶片长度可以减小到原来的3/5，使得较短的叶片可以用于直径为3/5D的三叶片转子。该示例中的拉挤叶片区段可以在拉挤工艺期间或之后扭转。在可以使用相同的拉挤模具来生产用于不同转子的叶片的情况下，可以增加或减少每单位叶片长度的扭转度，使得每%R的扭转度保持大约相同。可以通过在拉挤工艺期间在叶片上施加扭矩来进行扭转速率适配。这些实施例具有廉价和高质量的拉挤空气动力学区段的优点，并且通过设计转子使得其可以在约80%R或90%R处具有约最佳空气动力学效率，而该效率朝向主轴线降低。该设计使用了上述的效果，即尖端比靠近转子中心的叶片范围每单位叶片面积收获更多的能量，使得由于在较小径向位置处的低径向实度和总体低转子实度，产出载荷比提高并且光学妨害减小。

在一个实施例中，拉挤叶片区段可以包括预制后缘，该预制后缘可以被馈送通过拉挤模具，使得其可以集成在拉挤区段中。优点可以是形状更好且更薄的后缘，该后缘可能对损坏不太敏感。

在一个实施例中，叶片中的至少一个叶片可以包括附接到叶片后缘的条带（strip）。条带可以在超过50%R上具有小于2.0mm或小于1.0mm的后缘厚度。可替代地，条带可以在超过25%R上具有小于1.0mm或小于0.5mm的后缘厚度。可替代地，条带可以在超过10%R上具有小于0.5mm或小于0.3mm的后缘厚度。这种后缘条带可以具有降低HAT叶片的后缘噪声的优点，并且可以改善叶片的后缘的结构完整性。

为了减小叶片弯矩，并且特别是具有主要在转子轴向方向上的方向矢量的弯矩，发明人认识到，切向撑杆可以是有效的，而不会引起太大的空气动力学阻力。切向撑杆是指从一个叶片的某个径向位置处到相邻叶片的大约相同径向位置处的连接。在一个实施例中，HAT可以具有第一叶片和第二叶片，两者都是同一转子的部分，其中叶片可以在径向位置R3处具有切向连接，其中R3＞0.20R，优选地R3＞0.30R，更优选地R3＞0.40R，更优选地R3＞0.45R。另外或可替代地，R3≤0.8R，更优选地R3≤0.70R，更优选地R3≤0.60R，更优选地R3≤0.50R。在一个实施例中，0.20R<R3<0.80R，优选地0.30R<R3<0.70R，更优选地0.40R<R3<0.60R。

在一个实施例中，叶片可以包括可变桨的外部部分，该部分可以不固定在r<0.20R的旋转中心附近，而是可以固定在0.25R或更大的径向位置处。这具有优点：可变桨的外部部分在长度上变得更短，并且可能在弦长方向上也变得更短，这可以使其更容易处理和运输。此外，越靠近转子中心，由叶片施加的弯矩越高，并且使外部叶片部分固定在较大的相对径向位置处可以取消具有最大弯矩的部分，该部分可能是最昂贵的部分。如果外部叶片部分可以固定到可以安装在较大径向位置处的变桨轴承，则与安装在小于0.2R的径向位置处的常规变桨轴承相比，该变桨轴承可以承受较少的载荷并且可以更便宜。计算显示，具有例如0.7R长度（范围为0.4R至1.1R）的叶片的转子，与具有0.95R长度（范围为0.05R至R）的叶片的转子相比，多产生7%的能量并且具有更低的叶片和变桨轴承的成本，其中R是指后者的常规转子的半径。范围为0.4R至1.1R的叶片也可以比范围为0.05R至R的叶片更便宜。在该示例中，在约0.05R和0.4R之间替换“取消的”叶片根部所需的结构可以比“取消的”叶片根部更便宜。

在一个实施例中，HAT包括转子，其中由叶片引起的弯曲力可以通过应用撑杆来减小。在一个实施例中，撑杆和叶片可以通过在0.25R和0.65R之间的径向位置处的撑杆保持器连接，撑杆保持器优选地以可枢转的方式固定到叶片，这允许叶片变桨至少30°，优选地至少60°，更优选地至少90°。

在具有大于100m直径、具有桁架结构和/或具有减小长度的叶片和/或具有多于3个叶片的转子的实施例中，在转子安装期间可能存在进一步的优点。与具有2或3个叶片的现有技术转子相比，叶片的重量和/或叶片长度可以更小，并且因此叶片可以更容易地提升。出于同样的原因，当安装具有3个以上叶片的转子中的1个叶片时，转子不平衡可以小于安装具有2或3个叶片的转子中的1个叶片时。在仅安装了一个叶片的情况下，可以更容易地将转子转动到可以安装下一个叶片的方位角位置。对于三叶片转子，由于转子不平衡，在三个叶片中的两个已安装的情况下将转子转动到有利位置以安装第三叶片是一个问题。该问题可以通过具有多于3个叶片的转子来减少。例如，如果转子具有五个叶片，具有例如随着方位角的增加的位置1至5，第一个叶片安装在位置1处，则下一个叶片可以安装在位置3处，与当3叶片转子中的2个叶片已安装的情况相比，不平衡也可以更小。在一种安装具有3个以上叶片的HAT的方法中，在将第一叶片安装到转子上之后，第二叶片安装在与已经安装的第一叶片不相邻的转子位置处。

在一个实施例中，可以解决现有技术转子的控制问题。在额定风速（rated windspeed）和切出风速（cut-out wind speed）之间的风速范围内，可能会出现控制问题。在该范围内，转子叶片通常可以变桨为过风，以控制功率不超过发电机的最大功率和/或不超过某些最大载荷水平。就在切出风速之前，叶片通常可以变桨为过风，使得叶片尖端具有负升力并加速风并吸收功率，或换句话说产生负功率。更靠内的叶片范围可以产生比最大允许功率更大的功率。然后，总功率等于由更靠内的叶片部分产生的功率和由尖端产生的负功率的总和，这可以是发电机吸收的最大功率。这种情况可能是载荷尺寸：与小于额定风速的运行相比，尖端可能在相反的方向上弯曲，并且尖端甚至可能失速，从而导致高载荷。这种负面影响可能是将整个叶片作为一个整体在其整个长度（其中叶片根部靠近旋转中心附接并且尖端延伸到R）上变桨的后果。

在一个实施例中，上述控制问题可以通过包括至少可以是第一转子的构件的第一叶片和可以是第二转子的构件的第二叶片的HAT来减少，其中第一叶片延伸到径向位置R并且第二叶片延伸到径向位置R2。第一叶片可以被设计用于第一范围的旋转速度，并且第二叶片可以被设计用于第二范围的旋转速度。有利地，在这些实施例中，可以独立地控制第一叶片和第二叶片，使得可以减少上述控制问题。第一转子可以被优化为从在从径向位置R2到径向位置R的范围内的流提取能量，而第二转子可以被设计为在R2以下的径向范围内提取风能量。第一转子和第二转子可以围绕相同的轴线旋转。

在一个实施例中，HAT可以具有大于1m直径且小于50m直径的直径。这种HAT可以具有使涡轮机与风对准的尾翼，其中尾翼表面可以以铰接的方式固定到尾部，并且该表面大于πR²/10；大于πR²/5；大于πR²/2；大于½D²；大于¾D²；大于D²；以及大于1.5D²。

在一个实施例中，HAT可以具有叶片，该叶片包括可能具有扭转的拉挤翼型区段。

因此，已经发现本公开提供了甚至更多的优点。由于以下任何一个或更多个原因，本公开的实施例可以显著且有利地有助于解决环境妨害的多个来源，同时提高HAT的产出成本比：（i）减少尖端损失；（ii）由于较少的妨害而减少停机时间；（iii）由于较低的实度和/或较低的sol_0.25R/sol_0.75R比，产出和风暴载荷之间的更好的比；（iv）由于双转子概念而较高的效率；（v）由于桁架结构和/或撑杆而较便宜的转子；（vi）由于使用拉挤叶片区段和/或具有减小的长度和/或减小的弦长的叶片而较小的制造成本；（vii）风暴期间的控制优势；（viii）由于减少了叶片长度和/或叶片弦长，较容易的物流和安装，以及（iix）当可以应用超过3个叶片时，安装期间较少的转子不平衡。

下表1在“妨害”一栏中示出了环境妨害的示例类型。在“措施”一栏中，给出了可以减轻指定类型妨害的措施。该措施可能会对HAT的设计产生间接影响，其示例见“后果”一栏。例如，可以通过使用具有减小的弦长的叶片（措施：“较短的弦长”），其后果是叶片的数量N优选地增加（“较大的N”）以保持HAT效率高，例如基于等式7。投射阴影妨害也通过较高的实度比（诸如avgsol_.25R/avgsol_.75R或avgsol_.35R/avgsol_.75R）而减小，因为这意味着转子中心附近的局部弦长的减小，并且因此投射的阴影更少。较高的λ_design导致较少投射阴影，因为根据等式6和等式7，随着λ_design的增加组合弦长减小，SOL_rotor将减少。另一个例子涉及鸟类伤亡的妨害，这可以通过以下措施来减弱：较低的λ_design和/或较大的N。较低λ_design的后果可以是（例如，遵循等式7，其中λ_r=λ_design·r/R）组合弦长N_rc_r的增加（“较大的N_rc_r”）。较大的组合弦长可以通过较大的N（“较大的N_rc_r→较大的N”）解决。其他示例妨害、措施和后果可以从表1中读到。

从表1可以看出，某些措施是相互矛盾的。例如，较低的λ_design会降低声压级，但同时会增加投射的阴影，所以这取决于设计师会选择什么情况。

发明人的见解是，增加叶片N的数量对于大多数或甚至所有列出的妨害可能是有利的。这种见解可能意味着，假设λ_design保持大致相同，并且因此组合弦长大致相同，减小的弦长在妨害方面也是有利的。因此，一些实施例规定了小于某一极值的弦长。

显然，表1涉及具有相同直径D的风力涡轮机，并且减小直径不是减少妨害的有意义的措施，因为产出将近似随直径的平方而减小。这强调了本公开对于所有尺寸的风力涡轮机并且特别是对于中型风力涡轮机和大型风力涡轮机是重要的。

由于较低的尖端损失，较大数量的叶片可使产出增加约1%至1.5%。减少的妨害可以导致减少的妨害引起的停机时间，并且可以使产出增加另外的1%或2%。因此，值得注意的是，本公开的解决方法可以导致更多的产出。

减小的弦长可以导致减少的生产、处理和运输问题，但也可能导致叶片结构靠近根部的建造高度较小，因此一看便知这能够使得叶片根部范围内具有更多材料以承受弯矩。与靠近转子中心的叶片范围相比，尖端通常每单位叶片面积收获更多的能量。因此，减小的弦长可以对产出与风暴载荷的比具有积极的影响，并且因此在例如塔架或地基中具有优点和节省材料。

对附图的描述

图1示出了具有转子2的陆上HAT 1的实施例，转子2被设计成例如通过降低噪声和/或减少投射阴影来最小化环境妨害，同时实现高产出成本比。在该示例中，转子具有半径3和七个叶片4、塔架5、机舱6和轮毂7。每个叶片具有长度L 8、局部弦长9和最大弦长10。转子转动的方向由箭头11指示。陆上涡轮机可以通过未示出的任何现有技术地基固定到地面12。图16-图18中示出了横截面I-I的示例。

图2示出了具有逆风转子22的海上HAT 21的实施例，该逆风转子22具有五个叶片23和直径D 33。转子可以被设计成例如通过生成低噪声和低投射阴影来最小化环境妨害，同时实现高产出成本比。叶片23可以包括拉挤空气动力学内部部分24，在该示例中，拉挤空气动力学内部部分24还具有最大弦长29、拉挤中间部分25、拉挤外部部分26和尖端27。叶片23的这些部分可以通过注射模制或通过3D打印或通过任何常规方法来制造。海上涡轮机可以定位在塔架5上，塔架5穿过海水表面30并继续作为固定在海床31中的单桩地基32。图14-图15中示出了横截面II-II的示例。

图3示出了具有转子42的陆上HAT 41的实施例，转子42被设计用于在相对低的尖端速度比λ下运行，因而叶片的数量相对高；在这种情况下，在同一转子42中存在七个大叶片43和七个较短叶片44。对于一个大叶片和一个小叶片，如图上指出的，可以存在拉挤内部部分45、拉挤中间部分46和尖端47。在该示例中，较低的尖端速度比可以更进一步降低涡轮机的噪声水平。此外，较低的尖端速度和相对大量的叶片可以降低与鸟类碰撞的概率。

图4示出了局部弦长相对于径向位置的常规的分布线50和根据实施例的局部弦长的若干极值线的曲线图。在一个实施例中，叶片的局部弦长分布线保持在极值线51以下，其中，c_limit=5.5%R-3.5/85(r-15%R)，注意局部弦长可以在最大5%R的径向长度上高于线。所有示出的极值线对于r=15%R至R都是有效的。其他极值线52、53、54、55、56、57、58分别对应于等式c_limit=5%R-3/85(r-15%R)，c_limit=4.5%R-2.5/85(r-15%R)，c_limit=4%R-2.0/85(r-15%R)，c_limit=3.5%R-1.5/85(r-15%R)，c_limit=3.0%R-1/85(r-15%R)，c_limit=2.5%R-0.5/85(r-15%R)和c_limit=2.0%R。

类似于由图4解释的实施例，在实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5.5%R-2.5/85*(r-15%R)。在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于5%R-2.0/85*(r-15%R)。在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4.5%R-1.5/85*(r-15%R)。在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于4%R-1.0/85*(r-15%R)。在一个实施例中，对于r=15%R至R，c_r可以小于3.5%R-0.5/85*(r-15%R)。

图5示出了局部弦长相对于径向位置的常规的分布线60和根据实施例的局部弦长的若干极值线的另一个曲线图。在一个实施例中，叶片的局部弦长分布线保持在极值线61以下，其中，c_limit=5.5%R-4.0/85(r-15%R)，注意局部弦长可以在最大5%R的径向长度上高于线。所有示出的极值线对于r=15%R至R都是有效的。其他极值线62、63、64、65、66、67、68、69分别对应于等式c_limit=5.0%R-3.5/85(r-15%R)，c_limit=4.5%R-3.0/85(r-15%R)，c_limit=4.0%R-2.5/85(r-15%R)，c_limit=3.5%R-2.0/85(r-15%R)，c_limit=3.0%R-1.5/85(r-15%R)，c_limit=2.5%R-1.0/85(r-15%R)，c_limit=2.0%R-0.5/85(r-15%R)和c_limit=1.5%R。

图6示出了具有双转子92的陆上HAT 91的实施例。在该示例中，双转子包括具有七个叶片93的半径为R的第一转子和具有三个叶片97的半径为R2 96的第二转子。第一转子叶片具有局部弦长94和最大弦长95。在该示例中，对于第一转子的竖直向上指向的叶片，图中指出了内部拉挤部分100、外部拉挤部分101和尖端102。第二转子的较小转子叶片可以连接到轮毂98并且可以沿方向99旋转。当使用时，第二转子的转速被设计成高于第一转子的转速。第一转子可以是用于HAT涡轮机的任何转子。第二转子可以是用于HAT涡轮机的任何转子，也可以是常规转子。

在一个实施例中，第二转子可以经由与发电机的连接直接产生能量。

在一个实施例中，第二转子可以被设计成自由旋转并且不产生有用的转矩，使得第二转子C_P可以是约0。在一个实施例中，第二转子被设计成在使用中具有高于0.6、优选地高于1.0、更优选地高于1.2、更优选地高于1.5并且优选地低于2.2的轴向力系数。在运行中，第二转子仅使风减速或甚至几乎完全阻挡风，使得风被迫围绕第二转子的扫掠面积流动，并且从而进入较大的第一转子的扫掠面积。第一转子可以被优化以结合第二转子的阻塞特性捕获最大能量。第二转子可以包括制动器，使得其可以在高风速的情况下停止。这可以减少HAT上的载荷。例如，随着风速的增加，HAT的控制可以如下：在切入风速（cut-inwind speed）下，两个转子都可以启动，第一转子产生能量并且第二转子以大于0.6的轴向力系数自由旋转。当接近HAT的最大功率时，可以使用制动器使第二转子停止。第二转子不再阻挡风并且不再将风引导到大约第一转子的R2和R之间的径向范围内，因此第一转子的功率减小。风可以在很少的阻碍下流过第二转子的扫掠面积。因为第一转子仍在使风减速，这可能导致通过转子中心或通过第二转子的扫掠面积的气流增加。在切出风速下，第一转子也可以停止。该实施例具有双转子系统的优点，而没有从第二转子的转矩捕获能量的传动系的复杂性。在一个实施例中，第二转子的叶片数量可以不等于大转子的叶片数量，这具有较少共振和/或较少声音的优点。优选地，第二转子的叶片数量可以是三个，并且第一转子的叶片数量可以是至少五个。

第一转子和第二转子都可以包括受控变桨的叶片。第一转子的被第二转子的扫掠面积“覆盖”的部分可以在结构上优化以最小化载荷并且仅保持叶片的未被第二转子覆盖的部分。因此，第一转子可以在r=R2以下具有低得多的实度，并且因此具有较低的风暴载荷并且可以更容易地被控制。即使当第二转子不直接产生有用的能量时，捕获的能量也可以大致相等，因为第一转子收集风中的大部分能量，如果第二转子不会干扰或甚至阻塞流动，则风将流过第二转子的扫掠面积。

图7示出了具有带撑杆112的转子的陆上HAT 111的实施例。在该示例中，转子具有七个叶片113，这些叶片可以连接到轮毂7。在这个示例中，avgsol_.25R/avgsol_.75R和avgsol_.35R/avgsol_.75R可以是约1±30%。叶片上的弯矩可以经由一个或更多个撑杆被有效地引导到轮毂。在一个实施例中，叶片可以与切向撑杆114互相连接。在一个实施例中，每个叶片可以用撑杆115在向前方向上固定到轮毂。在一个实施例中，每个叶片可以用撑杆116在向后方向上固定。撑杆115和116可以是径向撑杆。在一个实施例中，撑杆可以在一个点117处聚集在一起，在该点117处，撑杆可以用撑杆保持器固定到叶片。这种撑杆保持器可以被设计成使得叶片可以变桨至少30度，优选地至少60度，并且更优选地至少90度。在图8中示出了包括撑杆保持器的横截面III-III的示例。

图8示出了图7中的叶片113的横截面III-III的示例。图8示出了处于工作位置的翼型131。通过固定点132，翼型131以这样的方式固定到撑杆保持器135：它可以围绕轴承134从工作位置131旋转到过风位置133。撑杆保持器可以连接到切向撑杆114、前撑杆115和后撑杆116，并且可以包括减震器136以避免损坏叶片。

图9示出了具有顺风三叶片大转子152的海上HAT 151的实施例。在这个示例中，假设桁架结构不是空气动力学成形的，则avgsol_.25R/avgsol_.75R和avgsol_.35R/avgsol_.75R可以是大约0。大转子包括叶片154；为了说明的目的，叶片中的一个叶片在位置155处显示为截断的。在该示例中，叶片可以包括四种不同尺寸的拉挤区段，从尖端到根部，区段155、156、157和158具有逐步增加的弦长。大转子可以在其内部具有桁架结构，该桁架结构在叶片的长度方向上具有切向杆或切向连接件156、前向杆157和杆160。后者可以在一端固定到轮毂7并且在另一端固定到叶片154。变桨机构可以安装在连接点159处或轮毂中，并且可以经由杆160驱动叶片。所有杆可以具有空气动力学形状，特别是径向连接件160和157可以被设计成对空气动力学升力有贡献。杆可以是承压元件，其可以加载压力和拉力。

图10示出了海上HAT 151的另一个实施例，然而在这种情况下，它还包括逆风三叶片小转子153。较小的转子具有叶片161，叶片161可以由一个或更多个拉挤区段162、163、164、165、166和167制成。叶片可以固定到第二毂168，其中可以放置变桨机构以及制动器。转子153可以被设计成直接经由到发电机的机械连杆并且可能经由到大转子的发电机的齿轮来贡献所产生的功率。在非限制性的优选实施例中，小转子仅用于通过施加阻挡风的轴向力来闭合大转子的中心处的空气动力学间隙。小转子可以被设计成通过自由旋转而具有高阻塞性（high blockage）。然后，风将围绕小转子被引导到大转子的叶片中，使得小转子经由大转子间接地对产生功率做出贡献。小转子可以配备有制动器，使得小转子可以在一定风速下停止。

图11示出了具有转子182的陆上HAT 181的实施例，该转子182具有11个叶片183。叶片可以包括两个拉挤区段：靠内区段185和靠外区段184。涡轮机可以由大的尾翼189根据风来调整方向。这种尾翼对于较小的HAT特别有利。HAT 181可以被设计用于相对低的尖端速度比（例如，6），使得其具有低声级并且可以具有低的鸟类碰撞风险。叶片可以由支撑结构186加强，并且通常具有可以分成固定表面190和多个较小的铰接表面187的大表面。每个表面187可以通过铰接件188固定到支撑件186。这种设计的优点在于，在低风速下，该尾翼足够大以使转子与风对准，而在高风速下，当风向突然改变时，该尾翼将不会对HAT施加高的对准力，因为表面187将会铰转到更水平的位置，从而减小对准力。这避免了快速平摆运动，该快速平摆运动导致使HAT过载的高陀螺倾斜力矩（gyroscopic tilt moment）。已经发现，在该实施例中，HAT与尾翼的对准可能是有效的，因为大尾翼在接近切入风速时提供足够的对准力以对准HAT。此外，当涡轮机在的低风速（例如3m/s至6m/s）下运行并且尾翼可以处于尾流（wake）中（该处风速可能经由转子的能量提取而减速到未受干扰风速的约1/3）时，尾翼具有足够的横截面以使HAT与风对准。有利地，这种尾翼的大表面也可以适合于广告，例如，用于放置标志。

图12示出了在大约2D的距离处，与实施例中的叶片的运动投射的阴影192相比，由常规叶片运动投射的阴影191的示例曲线图。y轴线上的是阴影中的光强度与没有阴影时的光强度之比。当强度比变为I/I₀=0.1（等于间接日照强度比）时，常规叶片运动形成核心阴影。在x轴线上，经过太阳的叶片的位置以0.50°的太阳角为单位表示。在一个实施例中，叶片的投射阴影可以是大约一半宽和一半深。经过太阳的常规叶片的局部弦长约为10%R，而在实施例中的叶片的局部弦长约为3.5%R。

图13示出了由各个叶片运动引起的SPL变化的示例曲线图。曲线194是常规HAT的变化，并且示出了大约6dB的振幅。在一个实施例中，HAT的叶片的数量可以是五个，并且减小的振幅调制可以遵循曲线195。在另一个实施例中，叶片的数量可以是七个，并且振幅调制可以几乎消失，如曲线196所示。

图14示出了具有前缘202和后缘203以及拉挤方向201的拉挤扭转翼型区段200的示例，拉挤方向201可以平行于叶片长度轴线。具有弦长205的区段端部对应于图2的截面II-II。在拉挤工艺期间，一端处的弦长205可以相对于另一端处的弦长206扭转角度207。拉挤翼型区段可以包括内部空间208、209，内部空间208、209可以用单独生产的结构元件210填充，结构元件210可以在长度211上在内部空间208中固化，使得该区段在长度211上获得更大的弯曲刚度。出于说明性的原因，内部空间208被示出为仅在内部空间的一侧具有单独产生的结构元件，尽管在实践中，结构元件也可以在内部空间中或其他内部空间中的相对侧或其他侧处固化，并且结构元件可以具有不同的长度。

图15示出了在没有扭转的情况下被拉挤后的叶片区段212的示例。切口213、214可以在拉挤成型期间或之后形成。切口可降低区段的扭转刚度。因此，该区段可以在生产之后容易地扭转，并且切口可以再次固化，从而将叶片区段固定在扭转位置。这种产生的叶片区段也可以被认为是拉挤扭转翼型区段。拉挤翼型区段可具有圆形内部空间215，使得例如，呈加强圆柱体216形状的单独生产的结构元件可安装在圆形内部空间中。圆形内部空间的轴线可以与扭转轴线重合。加强圆柱体可以安装在拉挤翼型区段中的长度217上，使得组合的刚度在叶片长度方向上变化。

图16示出了具有可选锯齿221和横截面222的叶片区段220的示例，横截面222对应于图1的横截面II-II。如图16所示，锯齿221不需要是局部弦长的一部分。在一个实施例中，锯齿可以由透明平板制成以减少投射的阴影。优选地，锯齿表面可以被光学涂覆，使得反射光的比例最小化。

图17示出了具有附接到后缘的可选薄板203的叶片区段220的另一示例。板203可以由刚性材料（例如复合材料）制成，并且相对于后缘203伸出，使得获得尖锐的延伸后缘223。延伸后缘的厚度例如为0.5mm或更小。薄板可以是透明的和/或可以被光学涂覆以减少投射的阴影。

图18示出了叶片区段230的示例，该叶片区段230在后缘附近具有可选的涡流发生器对（vortex generator pair）232。每个涡流发生器对可以具有基板239和两个翅片231，两个翅片231可以被设计成生成反向旋转的涡流。翅片的压力侧之间的距离233可以是固定的并且吸力侧之间的距离234可以是变化的。在一个实施例中，涡流发生器可以安装在后缘附近，例如，超过60%c的弦长位置或甚至超过80%c。弦长位置从前缘处的0%c计算到后缘处的100%c，并且涡流发生器的位置的参考点是涡流发生器的翅片的前部。后缘附近的涡流发生器用于减小边界层的厚度，并且从而减小由翼型产生的噪声。翼型区段还可以具有安装在约20%c至40%c处的涡流发生器。这里，也可以使用类似235的涡流发生器对或具有单独的翅片236的涡流发生器，单独的翅片236可以不经由基板连接。后一种涡流发生器的优点在于压力侧之间的距离237和吸力侧之间的距离238都可以变化，这种涡流发生器也可以用在后缘处。这可以导致更高的空气动力学效率并且需要更少量的涡流发生器对。图19中示出了横截面IV-IV的示例。

图19示出了使用胶带243附接到翼型表面241的优化的涡流发生器对232（诸如图18中所示）的示例。在一个实施例中，涡流发生器对的翅片242可以不垂直于基板239延伸，替代地，它们具有至少0.5度、特别是至少1度、并且更特别是至少2度、并且优选地约10-15度的角度240。如图19所示的涡流发生器对232的优点是涡流发生器具有稍高的性能，应用较小的基板239，可以更容易地被折弯并且可以更容易地注塑模制，因为产品可以由于角度240而在两部分模具中容易地松开。在一个实施例中，在总翅片高度（246）的95%（245）处测量的翅片的厚度（247）为至少0.5mm、或至少0.7mm、或至少1mm、或至少2mm。在一个实施例中，涡流发生器翅片的边缘244可以是圆形的而不是尖锐的，这具有以下优点：它们具有更好的抗侵蚀性，并且圆形边缘可以在接触其他物体时引起较小的损坏或对维修人员造成较小的伤害，或者叶片维护的绳降者的绳子被切割的风险可以较小。

图20示出了局部弦长相对于径向位置的常规的分布线250和根据实施例的局部弦长的若干极值线251-258的另一曲线图。在一个实施例中，叶片的局部弦长分布线保持在极值线251以下，其中，c_limit=5.0%R，注意局部弦长可以在最大5%R的径向长度上高于该线。所有示出的极值线对于r=15%R至R都是有效的。极值线251、252、253、254、255、256、257、258分别对应于等式c_limit=5.0%R，c_limit=4.5%R，c_limit=4.0%R，c_limit=3.5%R，c_limit=3.0%R，c_limit=2.5%R，c_limit=2.0%R和c_limit=1.5%R。

图21示出了具有转子272的陆上HAT 271的实施例，该转子272具有五个叶片273。在该示例中，每个叶片包括延伸超过至少60%R的一个拉挤扭转空气动力学区段。叶片273可以可选地配备升力系数增加设备，诸如涡流发生器和/或弦长延伸部和/或格尼襟翼。在图21的示例中，塔架274可以包括一个或更多个拉挤区段275，其可以由碳纤维组成。拉挤塔架区段的优点是它们可以是刚性的同时重量轻。因此，塔架区段可以相对较薄，从而导致较少的阴影并因此较低的可见性，即，塔架区段可以有助于减少环境妨害。使用拉挤塔架区段的另一个优点是它可以在较小程度上影响风，从而导致涡轮机的产出略有增加。此外，由于叶片穿过塔架区段周围的压力/速度场而引起的声音冲击可以减小。拉挤塔架区段的又一优点在于，当塔架倾斜到地面时，例如出于维护目的，则可以减小塔架的重量，特别是在较高高度处的重量。该图还示出了太阳276，太阳276仅被小比例地覆盖，并且因此由于细长叶片273，投射的阴影将减少。

图22示出了组合弦长N_rc_r相对于径向位置的常规的分布线280和示例中的用于局部组合弦长的若干极值线281-288。例如，在一个实施例中，叶片的局部组合弦长分布线保持在极值线281下面，其中，N_rc_limit=16.5%R。所有示出的极值线对于r=15%R至R都是有效的。极值线282、252、283、284、285、286、287和288分别对应于等式N_rc_limit=15.0%R，N_rc_limit=13.5%R，N_rc_limit=12.0%R，N_rc_limit=10.5%R，N_rc_limit=9.0%R，N_rc_limit=7.5%R和N_rc_limit=6.0%R。例如，当HAT具有直径为200m的最大转子，转子具有达到0.9R的7个叶片，并且这些叶片在整个跨度上具有2m的局部弦长，则N_rc_r=7×2m=14m，其对应于14%R，使得设计低于极值线181和282并且高于极值线282-288。

图23示出了组合弦长N_rc_r相对于径向位置的常规的分布线290和示例中的用于局部组合弦长的若干极值线291-298。例如，在一个实施例中，叶片的局部组合弦长分布线保持在极值线291下面，N_rc_limit=16.5%R-10.5/85(r-15%R)。所有示出的极值线对于r=15%R至R都是有效的。其他极值线292、293、294、295、296、297和298分别对应于等式N_rc_limit=15%R-9/85(r-15%R)，N_rc_limit=13.5%R-7.5/85(r-15%R)，N_rc_limit=12%R-6.0/85(r-15%R)，N_rc_limit=10.5%R-4.5/85(r-15%R)，N_rc_limit=9.0%R-3.0/85(r-15%R)和N_rc_limit=7.5%R-1.5/85(r-15%R)。

图24示出了组合弦长N_rc_r相对于径向位置的常规的分布线300和示例中的用于局部组合弦长的若干极值线301-309。例如，在一个实施例中，叶片的局部组合弦长分布线保持在极值线301下面，N_rc_limit=16.5%R-12/85(r-15%R)。所有示出的极值线对于r=15%R至R都是有效的。其他极值线302、303、304、305、306、307和308分别对应于等式N_rc_limit=15%R-10.5/85(r-15%R)，N_rc_limit=13.5%R-9.0/85(r-15%R)，N_rc_limit=12%R-7.5/85(r-15%R)，N_rc_limit=10.5%R-6.0/85(r-15%R)，N_rc_limit=9.0%R-4.5/85(r-15%R)，N_rc_limit=7.5%R-3.0/85(r-15%R)和N_rc_limit=4.5%R。例如，当HAT具有直径为200m的最大转子时，该转子具有达到0.9R的5个叶片，并且该叶片具有在R处为1m在0.15R处线性增加到5m的局部弦长，则在0.75R处通过线性插值找到局部弦长并且是Nc_r=7×2m=14m，其对应于14%R，使得设计低于极值线181和282并且高于极值线282-288。

组合弦长具有极值意味着能通过增加N_r来减少c_r，并且因为已经解释过减少c_r尤其能导致较少的光学妨害，组合弦长极值是一个有用的参数。

在上述示例实施例中，叶片被描述为包括一个或更多个拉挤区段，应当理解，叶片可以可替代地被制成单件式的常规叶片，反之亦然。

在以上描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对所公开技术的实现的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员而言明显的是，所公开的技术的实施例可以在没有这些具体的细节中的一些细节的情况下被实施。

核工程理学硕士和风力涡轮机空气动力学博士Gustave Paul Corten是本公开的作者、插图制作者和发明人。根据本发明的涡轮机的考虑到的名称可以是AmiWind或AmiWind Turbine或Wind Turbine Amiable（友好型风力涡轮机）或Corten风力涡轮机或C！N！C风力涡轮机，C！N！C是Corten无噪音无投影（Corten no Noise no Cast shadow）的缩写。

Claims (27)

1.一种用于从风产生电力的HAT风力涡轮机（1，21，41，91，111，151，181），包括塔架（5）、机舱（6）、发电机和转子（2，22，42，92，112，152，182），所述转子能够被风推动而绕转子轴线旋转，所述转子具有最大为0.10的转子实度SOL_rotor，并且所述转子具有半径R（3），

其中，所述转子包括叶片（4、23、43、44、93、113、154、183），所述叶片的数量N至少为4，这些叶片延伸到至少0.90R的径向位置，并且

其中，所述叶片具有相对于径向位置r分布的局部弦长c_r（9，28，94），其中，所述局部弦长c_r在r=15%R至R的径向范围内满足以下之一：

小于5.5%R；

小于5%R；

小于4.5%R；

小于4%R；

小于3%R；

小于2%R；以及

小于1.5%R。

2.根据前述权利要求中任一项所述的HAT，进一步地，所述转子在0.15R至0.35R的径向范围内具有平均径向实度avgsol_.25R，并且在0.65R至0.85R的径向范围内具有平均径向实度avgsol_.75R，其中，平均径向实度之间的比率avgsol_.25R/avgsol_.75R满足以下之一：

小于1.75；

小于1.50；

小于1.25；

小于1.00；

小于0.90；

小于0.75；

小于0.50；以及

小于0.25。

3.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，进一步地，所述转子在0.25R至0.45R的径向范围内具有平均径向实度avgsol_.35R，并且在0.65R至0.85R的径向范围内具有平均径向实度avgsol_.75R，其中，平均径向实度之间的比率avgsol_.35R/avgsol_.75R满足以下之一：

小于1.75；

小于1.50；

小于1.25；

小于1.00；

小于0.90；

小于0.75；

小于0.50；以及

小于0.25。

4.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述叶片具有相对于径向位置r分布的局部弦长c_r（9，28，94），其中，所述局部弦长c_r在r=15%R至R的径向范围内满足以下之一：

小于9%R；

小于8%R；

小于7%R；

小于5.5%R；

小于5%R；

小于4.5%R；

小于4%R；

小于3%R；

小于2%R；以及

小于1.5%R，

或以下之一：

小于5.5%R-2.5/85*(r-15%R)；

小于5%R-2/85*(r-15%R)；

小于4.5%R-1.5/85*(r-15%R)；

小于4%R-1/85*(r-15%R)；以及

小于3.5%R-0.5/85*(r-15%R)，

或以下之一：

小于5.5%R-3.5/85*(r-15%R)；

小于5%R-3/85*(r-15%R)；

小于4.5%R-2.5/85*(r-15%R)；

小于4%R-2/85*(r-15%R)；

小于3.5%R-1.5/85*(r-15%R)；

小于3%R-1/85*(r-15%R)；

小于2.5%R-0.5/85*(r-15%R)；以及

小于2%R，

或以下之一：

小于5.5%R-4.0/85*(r-15%R)；

小于5%R-3.5/85*(r-15%R)；

小于4.5%R-3.0/85*(r-15%R)；

小于4%R-2.5/85*(r-15%R)；

小于3.5%R-2.0/85*(r-15%R)；

小于3%R-1.5/85*(r-15%R)；以及

小于1.5%R。

5.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，叶片的数量N满足以下之一：至少3个叶片；至少4个叶片；至少5个叶片；至少7个叶片；以及至少11个叶片，这些叶片至少延伸到以下径向位置之一：0.70R；以及0.90R。

6.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，叶片的数量N满足以下之一：最多7个叶片；最多11个叶片；最多17个叶片；以及最多43个叶片，这些叶片至少延伸到以下径向位置之一：0.70R；以及0.90R。

7.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述直径D满足以下之一：至少5m；至少10m；至少20m；至少40m；至少70m；至少100m；至少140m；至少200m。

8.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述直径D小于40m，并且满足以下之一：至少3m；至少5m；至少10m；至少25m。

9.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述转子被设计成最大功率系数C_P至少为以下之一：0.35、0.40以及0.45，并且特别地，其中，转子被设计成最大电功率系数C_PE至少为以下之一：0.35；0.40以及0.45。

10.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述转子被配置成最大的实度SOL_rotor为以下之一：0.07；0.05；0.04；0.035；以及0.03。

11.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述转子在r=0.25R处的平均径向实度avgsol_.25R为以下之一：小于0.06；小于0.05；小于0.04；以及小于0.03，特别地，其中，avgsol_.25R是最大的转子的参数。

12.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述转子配置为具有设计尖端速度比λ_design，其中λ_design满足以下之一：小于9；小于8；小于7；小于6；以及小于5。

13.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述转子包括第一叶片和第二叶片，其中，所述第一叶片和所述第二叶片在径向位置R3处具有切向连接件（114，156），其中：

满足以下之一：R3>0.20R；R3>0.30R；R3>0.40R；以及R3>0.45R，和/或

满足以下之一：R3<080R；R3<0.70R；R3<0.60R；以及R3<0.50R，和/或

满足以下之一：0.20R<R3<0.80R；0.30R<R3<0.70R；以及0.40R<R3<0.60R。

14.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，还包括撑杆（115，116，117）和撑杆保持器（135），其中叶片、所述撑杆和所述撑杆保持器在0.25R和0.65R之间的径向位置处连接，所述撑杆保持器在接头处以可枢转的方式连接到所述叶片，使得所述叶片能够围绕所述接头变桨以下之一：至少30°；至少60°；和至少90°。

15.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，在所述转子的中心处的桁架结构将叶片连接到轮毂，所述桁架结构包括叶片接头、轮毂接头和以下之一：承压构件；撑杆，其中，叶片接头通过两个承压构件（156，157，160）或通过一个承压构件和一个撑杆连接到轮毂接头，并且特别地，其中，第一叶片的叶片接头通过承压构件或通过撑杆连接到相邻的第二叶片接头的叶片接头。

16.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，叶片固定到变桨轴承（159），其中，所述变桨轴承位于以下之一的径向位置处：大于0.25R；大于0.3R；大于0.35R；大于0.4R；大于0.45R；以及小于0.6R。

17.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，包括第一叶片和第二叶片，其中，所述第一叶片是第一转子的一部分并且延伸到径向位置R，并且所述第二叶片是第二转子的一部分并且延伸到径向位置R2，其中：

满足以下之一：R2<0.70R；R2<0.60R；以及R2<0.55R，和/或

满足以下之一：R2>0.25R；R2>0.30R；R2>0.35R；以及R2>0.40R，和/或

满足以下之一：0.25R<R2<0.70R；0.30R<R2<0.60R；0.35R<R2<0.55R；以及0.40R<R2<0.55R。

18.根据权利要求19所述的HAT风力涡轮机，其中，所述第二转子被设计成自由旋转并且不产生有用的扭矩，使得C_P大约为0，并且进一步，所述第二转子被设计成在使用时具有轴向力系数C_D,ax，C_D,ax满足以下之一：C_D,ax>0.6；C_D,ax>1.0；C_D,ax>1.2；C_D,ax>1.5；C_D,ax<2.2。

19.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，包括叶片，其中，所述叶片包括拉挤空气动力学轮廓，所述拉挤空气动力学轮廓具有以下之一的长度：至少50%R；至少60%R；至少70%R；和至少80%R，并且可选地，其中，所述拉挤空气动力学轮廓包括扭转和/或涡流发生器和/或格尼襟翼。

20.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，D大于3m且小于50m，并且所述HAT风力涡轮机还包括用于使所述转子与风对准的尾翼表面（186，187，190），其中，所述尾翼表面满足以下之一：大于πR²/10；大于πR²/5；大于πR²/2；大于½D²；大于¾D²；大于D²；以及大于1½d²，并且特别地，其中，所述尾翼表面的一部分表面（187）以铰接方式固定。

21.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，满足以下中的一个或更多个：

所述HAT风力涡轮机是陆上涡轮机或海上涡轮机；

所述HAT风力涡轮机是并网的或独立运行的；

所述HAT风力涡轮机具有精确数量为一个的转子；

所述HAT风力涡轮机具有精确数量为一个的半径为R的最大转子和精确数量为一个的半径为R2的第二同轴转子；

所述HAT具有两个同轴且同向旋转的转子；

所述转子能够相对于塔架逆风或顺风；

所述发电机为直接驱动型或齿轮传动型；

所述转子包括在径向方向上延伸小于20%R的环形结构；

所述转子不包括环形结构；

所述发电机使用超导；

所述转子驱动液压传动装置；

所述转子包括具有30%或更大的相对厚度t/c的翼型；

所述转子包括带弧度的翼型；

所述转子包括涡流发生器；

所述转子包括具有1.5或更大的设计升力系数c_l的翼型；以及

所述转子包括具有10%或更多重量百分比的碳纤维的叶片区段。

22.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，所述转子是高速型的，其中λ_design满足以下之一：大于4；大于5；和大于6。

23.根据前述权利要求中任一项所述的HAT风力涡轮机，其中，最大转子具有相对于径向位置r分布的组合弦长N_rc_r（9，28，94），其中组合弦长N_rc_r在r=15%R至R的径向范围内满足以下之一：

小于15.0%R；

小于13.5%R；

小于12.0%R；

小于10.5%R；

小于9.0%R；

小于7.5%R；以及

小于6.0%R

或以下之一：

小于16.5%R-7.5/85*(r-15%R)；

小于15.0%R-6.0/85*(r-15%R)；

小于13.5%R-4.5/85*(r-15%R)；

小于12.0%R-3.0/85*(r-15%R)；以及

小于10.5%R-1.5/85*(r-15%R)，

或以下之一：

小于16.5%R-10.5/85*(r-15%R)；

小于15.0%R-9.0/85*(r-15%R)；

小于13.5%R-7.5/85*(r-15%R)；

小于12.0%R-6.0/85*(r-15%R)；

小于10.5%R-4.5/85*(r-15%R)；

小于9.0%R-3.0/85*(r-15%R)；以及

小于7.5%R-1.5/85*(r-15%R)，

或以下之一：

小于16.5%R-12.0/85*(r-15%R)；

小于15.0%R-10.5/85*(r-15%R)；

小于13.5%R-9.0/85*(r-15%R)；

小于12.0%R-7.5/85*(r-15%R)；

小于10.5%R-6.0/85*(r-15%R)；

小于9.0%R-4.5/85*(r-15%R)；

小于7.5%R-3.0/85*(r-15%R)；以及

小于6.5%R-1.5/85*(r-15%R)。

24.一种叶片（4、23、43、44、93、113、154、183），用于在HAT风力涡轮机（1、21、41、91、111、151、181）的转子中使用，用于从风中提取有用的能量，所述叶片能够被风推动而绕所述HAT风力涡轮机的轴旋转，所述叶片具有相对于从叶片根部处的L=0到叶片尖端处的L=100%的叶片长度位置l分布的局部弦长c_L（9，28，94），其中局部弦长c_L的值在从l=15%L至L的叶片长度范围内满足以下之一：

小于5.5%L；

小于5%L；

小于4.5%L；

小于4%L；

小于3%L；

小于2%L；以及

小于1.5%L，

或以下之一：

小于5.5%L-2.5/85*(l-15%L)；

小于5%L-2/85*(l-15%L)；

小于4.5%L-1.5/85*(l-15%L)；

小于4%L-1.5/85*(l-15%L)；以及

小于3.5%L-0.5/85*(l-15%L)，

或以下之一：

小于5.5%L-3.5/85*(l-15%L)；

小于5%L-3/85*(l-15%L)；

小于4.5%L-2.5/85*(l-15%L)；

小于4%L-2/85*(l-15%L)；

小于3.5%-1.5/85*(l-15%L)；

小于3%L-1/85*(l-15%L)；以及

小于2.5%L-0.5/85*(l-15%L)，

或以下之一：

小于5.5%L-4.0/85*(l-15%L)；

小于5%L-3.5/85*(l-15%L)；

小于4.5%L-3.0/85*(l-15%L)；

小于4%L-2.5/85*(l-15%L)；

小于3.5%L-2.0/85*(l-15%L)；以及

小于3%L-1.5/85*(l-15%L)。

25.根据权利要求24所述的叶片，所述叶片为具有至少以下长度之一的单件：40m，60m，80m，100m。

26.一种用于适配现有HAT风力涡轮机的方法，所述方法包括：

从现有HAT风力涡轮机移除转子；和

安装新的转子，使得所述风力涡轮机成为根据权利要求1-25中任一项所述的风力涡轮机（1、21、41、91、111、151、181）。

27.根据权利要求1-25中任一项所述的用于使用HAT风力涡轮机从风中提取有用能量的方法，所述方法包括：

使所述HAT风力涡轮机的叶片被风推动而围绕轴旋转；和

使用所述HAT风力涡轮机的发电机将来自所述HAT风力涡轮机的转子的扭矩转换成电能。