專利名稱：具有被動(dòng)式改變的后緣的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，并且具體而言涉及風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片具有根據(jù)變化的風(fēng)況作出反應(yīng)并且改變位置的被動(dòng)式后緣部件。
背景技術(shù)：
風(fēng)能被認(rèn)為是目前可獲得的最清潔、最具環(huán)境友善性的能源之一，并且風(fēng)力渦輪機(jī)在這方面已不斷獲得關(guān)注。現(xiàn)代的風(fēng)力渦輪機(jī)典型地包括塔架、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙、以及一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片利用已知的翼型原理捕獲來(lái)自風(fēng)的動(dòng)能并且通過(guò)旋轉(zhuǎn)能量傳遞動(dòng)能以使軸轉(zhuǎn)動(dòng)，該軸將轉(zhuǎn)子葉片聯(lián)接至齒輪箱，或者如果未使用齒輪箱，則將轉(zhuǎn)子葉片直接聯(lián)接至發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)接著將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為可以配置于公用電網(wǎng)的電能。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片大體設(shè)計(jì)成用于最佳風(fēng)速，并且因此在處于其它風(fēng)速時(shí)效率較低。先前對(duì)增大用于渦輪機(jī)葉片的風(fēng)速的有效范圍的嘗試涉及主動(dòng)系統(tǒng)，所述主動(dòng)系統(tǒng)能夠通過(guò)移動(dòng)或調(diào)整附屬物、襟翼、或者在主動(dòng)反饋控制回路中連接至葉片的其它控制表面來(lái)修改或改變?nèi)~片的空氣動(dòng)力學(xué)外形。機(jī)電系統(tǒng)典型地結(jié)合在葉片內(nèi)以用于移動(dòng)控制表面。例如參考美國(guó)專利No. 7，922，450，該專利對(duì)這樣的葉片進(jìn)行描述該葉片具有響應(yīng)于葉片上的空氣動(dòng)力學(xué)負(fù)載通過(guò)內(nèi)部壓電致動(dòng)器移動(dòng)的后緣部段。還為了負(fù)載控制目的引入了這些系統(tǒng)，其中高風(fēng)況中的葉片上的負(fù)載通過(guò)由主動(dòng)控制表面來(lái)改變?nèi)~片的空氣動(dòng)力學(xué)外形而減小。已經(jīng)在通過(guò)增加轉(zhuǎn)子葉片的長(zhǎng)度和表面積來(lái)增加風(fēng)力渦輪機(jī)的能量輸出方面做出了努力。然而，偏轉(zhuǎn)力的大小和轉(zhuǎn)子葉片的負(fù)載大體取決于葉片長(zhǎng)度、以及風(fēng)速、渦輪機(jī)操作狀態(tài)、葉片剛度、以及其它的變量。該增大的負(fù)載不僅在轉(zhuǎn)子葉片和其它的風(fēng)力渦輪機(jī)部件上產(chǎn)生疲勞，而且還增加了轉(zhuǎn)子葉片突然的災(zāi)難性故障的風(fēng)險(xiǎn)，例如當(dāng)過(guò)度負(fù)載造成葉片偏轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致塔架撞擊時(shí)。因此，負(fù)載控制是現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)的操作中的關(guān)鍵考慮因素。除了主動(dòng)槳距控制系統(tǒng)，將改變單獨(dú)的轉(zhuǎn)子葉片的空氣動(dòng)力學(xué)特性作為負(fù)載控制的方法也是已知的，例如通過(guò)構(gòu)造在葉片表面上的可控的渦元、襟翼、調(diào)整片(tab)等。例如，美國(guó)專利No. 6，972，498描述了各種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片構(gòu)造，其中可收縮的延伸部設(shè)置在葉片基段上以減小葉片在高負(fù)載狀況下的有效長(zhǎng)度。在特定實(shí)施例中，葉片延伸部通過(guò)折刀機(jī)構(gòu)(jackknifes)鉸接至葉片基段，使其處于完全延伸位置與完全收縮位置之間在完全收縮位置中，葉片延伸部折疊到葉片基段中。因此，業(yè)界將通過(guò)這樣的改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)而受益該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)具有增大的有效風(fēng)速范圍，同時(shí)還避免了與主動(dòng)增強(qiáng)系統(tǒng)相關(guān)的費(fèi)用和相對(duì)較復(fù)雜的部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在下文的描述中進(jìn)行部分闡述，或者是通過(guò)描述可以顯而易見(jiàn)的，或者是可以通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而學(xué)到。
根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片包括根部和翼型部分，翼型部分從根部延伸并且由葉片的前緣和后緣限定。翼型部分進(jìn)一步包括主翼型部段和后緣部段，后緣部段沿展向延伸的鉸接線樞轉(zhuǎn)連接至主翼型部段。被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件聯(lián)接在主翼型部段與后緣部段之間。扭轉(zhuǎn)元件向中間位置偏置，其中后緣部段相對(duì)于主翼型部段弦向樞轉(zhuǎn)至低風(fēng)速位置。在該低風(fēng)速位置中，葉片具有的空氣動(dòng)力學(xué)外形在處于降低的風(fēng)速時(shí)捕獲能量方面更加有效。隨著風(fēng)速增加，后緣部段與根據(jù)翼型部段上方的風(fēng)速的扭轉(zhuǎn)元件的偏置力相反地相對(duì)于主翼型部段從低風(fēng)速位置自致動(dòng)至風(fēng)速增加位置。隨著風(fēng)速增加，后緣部段進(jìn)一步移離中間低風(fēng)速位置，到達(dá)高風(fēng)速位置。在特定實(shí)施例中，葉片包括沿后緣展向?qū)R的多個(gè)樞轉(zhuǎn)連接的后緣部段，這些后緣部段中的每一個(gè)都包括相應(yīng)的被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件。在備選實(shí)施例中，單個(gè)的后緣部段可以沿葉片延伸并且包括扭轉(zhuǎn)元件中的一個(gè)或多個(gè)扭轉(zhuǎn)元件。扭轉(zhuǎn)元件可以構(gòu)造成使得在葉片的設(shè)計(jì)最佳風(fēng)速下，后緣部段相對(duì)于葉片的弦向軸線處于與主翼型部段成直線的位置。因此，后緣部段能夠可變地定位在低風(fēng)速位置與成直線的位置之間的任何位置處。在該實(shí)施例中，可以期望包括被限定在后緣部段與主翼型部段之間的止動(dòng)件，該止動(dòng)件防止后緣部段移動(dòng)超過(guò)成直線的位置。 扭轉(zhuǎn)元件可以通過(guò)各種方式構(gòu)造。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，扭轉(zhuǎn)元件是扭轉(zhuǎn)彈簧，該扭轉(zhuǎn)彈簧具有連接至固定的主翼型部段的一個(gè)彈簧片和連接至樞轉(zhuǎn)的后緣部段的另一個(gè)彈簧片。在備選實(shí)施例中，扭轉(zhuǎn)元件可以是預(yù)形成為處于中間位置的彈性構(gòu)件，例如均勻的彈性體材料。彈性構(gòu)件可以呈在后緣部段或多個(gè)后緣部段與主翼型部段之間展向延伸的帶構(gòu)件的形式。帶構(gòu)件可以是連續(xù)的或間斷的。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于后緣部段的任何特定尺寸或翼弦大小，并且這種大小可以從葉片的根部至尖端發(fā)生變化，或者在不同的后緣部段之間發(fā)生變化。在某些實(shí)施例中，主翼型部段沿葉片的翼展延伸葉片翼弦的至少50% (朝向后緣從前緣截取)。因此，在該實(shí)施例中，葉片的后緣部段小于葉片翼弦的50 %。本發(fā)明還包括任何形式的具有一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)構(gòu)造，所述轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)造成具有如本文所述的后緣延伸部。參照下文的描述以及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它的特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。結(jié)合在本說(shuō)明書中并且構(gòu)成本說(shuō)明書一部分的附圖顯示了本發(fā)明的實(shí)施例并且與描述一起用于對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行解釋。


參照附圖，說(shuō)明書中闡述了面向本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的本發(fā)明的完整公開，這種公開使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明，包括本發(fā)明的最佳模式，在附圖中圖1是傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)的透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的實(shí)施例的橫截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的實(shí)施例的透視圖；圖4是結(jié)合了被動(dòng)致動(dòng)的后緣部段的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的實(shí)施例的橫截面圖；圖5是結(jié)合了被動(dòng)致動(dòng)的后緣部段的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的備選實(shí)施例的橫截面圖；以及
圖6是結(jié)合了被動(dòng)致動(dòng)的后緣部段的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的又一個(gè)實(shí)施例的橫截面圖。附圖標(biāo)記列表
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片包括 根部； 翼型部分，所述翼型部分從所述根部延伸并且由前緣和后緣限定； 所述翼型部分進(jìn)一步包括主翼型部段和后緣部段，所述后緣部段沿展向延伸的鉸接線樞轉(zhuǎn)連接至所述主翼型部段； 被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件，所述被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件聯(lián)接在所述主翼型部段與所述后緣部段之間，所述扭轉(zhuǎn)元件向中間位置偏置，其中所述后緣部段相對(duì)于所述主翼型部段弦向樞轉(zhuǎn)至低風(fēng)速位置；并且 根據(jù)所述被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件的偏置力和所述翼型部段上方的風(fēng)速，所述后緣部段相對(duì)于所述主翼型部段從所述低風(fēng)速位置自致動(dòng)至風(fēng)速增加位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括沿所述后緣展向?qū)R的多個(gè)所述樞轉(zhuǎn)連接的后緣部段，所述后緣部段中的每一個(gè)都包括相應(yīng)的所述被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)元件構(gòu)造成使得在所述葉片的設(shè)計(jì)最佳風(fēng)速下，所述后緣部段相對(duì)于所述葉片的弦向軸線處于與所述主翼型部段成直線的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述風(fēng)速增加位置被限定在所述低風(fēng)速位置與所述成直線的位置之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片進(jìn)一步包括被限定在所述后緣部段與所述主翼型部段之間的止動(dòng)件，所述止動(dòng)件防止所述后緣部段 移動(dòng)超過(guò)所述成直線的位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)元件包括扭轉(zhuǎn)彈簧。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)元件包括彈性構(gòu)件，所述彈性構(gòu)件預(yù)形成為處于所述中間位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述彈性構(gòu)件是帶構(gòu)件，所述帶構(gòu)件在所述后緣部段與所述主翼型部段之間展向延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其特征在于，所述主翼型部段沿所述葉片的翼展延伸從所述前緣截取的葉片翼弦的至少50%。
10.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括 多個(gè)轉(zhuǎn)子葉片，每個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片都具有連接至轉(zhuǎn)子轂的根部和翼型部分，所述翼型部分從所述根部徑向向外延伸并且由前緣和后緣限定； 所述翼型部分進(jìn)一步包括主翼型部段和后緣部段，所述后緣部段沿展向延伸的鉸接線樞轉(zhuǎn)連接至所述主翼型部段； 被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件，所述被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件聯(lián)接在所述主翼型部段與所述后緣部段之間，所述扭轉(zhuǎn)元件向中間位置偏置，其中所述后緣部段相對(duì)于所述主翼型部段弦向樞轉(zhuǎn)至低風(fēng)速位置；并且 根據(jù)所述被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件的偏置力和所述翼型部段上的風(fēng)速，所述后緣部段相對(duì)于所述主翼型從所述低風(fēng)速位置自致動(dòng)至風(fēng)速增加位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片包括沿所述后緣展向?qū)R的多個(gè)所述樞轉(zhuǎn)連接的后緣部段，所述后緣部段中的每一個(gè)都包括相應(yīng)的所述被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)元件構(gòu)造成使得在所述葉片的設(shè)計(jì)最佳風(fēng)速下，所述后緣部段相對(duì)于所述葉片的弦向軸線處于與所述主翼型部段成直線的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)速增加位置被限定在所述低風(fēng)速位置與所述成直線的位置之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)一步包括被限定在所述后緣部段與所述主翼型部段之間的止動(dòng)件，所述止動(dòng)件防止所述后緣部段移動(dòng)超過(guò)所述成直線的位置。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)元件包括扭轉(zhuǎn)彈簧。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述扭轉(zhuǎn)元件包括彈性構(gòu)件，所述彈性構(gòu)件預(yù)形成為處于所述中間位置。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述彈性構(gòu)件是帶構(gòu)件，所述帶構(gòu)件在所述后緣部段與所述主翼型部段之間展向延伸。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述主翼型部段沿所述葉片的翼展延伸從所述前緣截取的葉片翼弦的至少50%。
全文摘要
本發(fā)明涉及并公開一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，該風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片包括根部和翼型部分，翼型部分從根部延伸并且由前緣和后緣限定。翼型部分進(jìn)一步包括主翼型部段和后緣部段，后緣部段沿展向延伸的鉸接線樞轉(zhuǎn)連接至主翼型部段。被動(dòng)扭轉(zhuǎn)元件聯(lián)接在主翼型部段與后緣部段之間。扭轉(zhuǎn)元件向中間位置偏置，其中后緣部段相對(duì)于主翼型部段弦向樞轉(zhuǎn)至低風(fēng)速位置。根據(jù)扭轉(zhuǎn)元件的偏置力和翼型部段上方的風(fēng)速，后緣部段相對(duì)于主翼型部段從低風(fēng)速位置自致動(dòng)至風(fēng)速增加位置。
文檔編號(hào)F03D1/06GK103032260SQ20121037784
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月6日
發(fā)明者M.M.威爾遜 申請(qǐng)人:通用電氣公司