CN102797624A

CN102797624A - 风力涡轮机及用于风力涡轮机中的转子叶片组件

Info

Publication number: CN102797624A
Application number: CN2012101674178A
Authority: CN
Inventors: C·A·凯罗尔
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2012-11-28
Also published as: DE102012104317A1; US20120027588A1; DK201270257A; DK178360B1

Abstract

本发明公开一种转子叶片组件和用于减小风力涡轮机的转子叶片的分离区域的方法。该转子叶片组件包括转子叶片，转子叶片具有定义压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外表面，并且在尖端和根部之间沿大致展向的方向延伸。该转子叶片组件还包括从根部沿大致展向的方向朝着尖端延伸的襟翼。襟翼包括内表面和外表面，内表面适应性地安装在压力侧、吸力侧或者后缘中的至少一个上，压力侧或者吸力侧中的至少一侧和外表面形成了大致连续的气动表面。

Description

风力涡轮机及用于风力涡轮机中的转子叶片组件

技术领域

本发明总体而言涉及风力涡轮机的转子叶片，并且更具体地涉及安装在转子叶片上的襟翼。

背景技术

风力被认为是目前可获得的最清洁、最环保的能源之一，并且在这点上，风力涡轮机受到越来越多的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱、以及一个或者多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片传递转动能形式的动能，以使得轴旋转，该轴将转子叶片联接至齿轮箱，或者如果未使用齿轮箱，则该轴将转子叶片直接联接至发电机。然后，发电机将机械能转换成可配置到公用电网的电能。

一般而言，为了能够捕获增加的动能，转子叶片的尺寸逐渐增加。然而，典型风力涡轮机的转子叶片的形状因转子叶片的轮廓而导致较大的分离区域。具体而言，转子叶片的邻近根部并包括根部的内部的轮廓可以造成这样的分离。在一些情况下，该内部可以包括转子叶片的40％、50％或者更多。分离区域通过产生阻力而导致较显著的能量损失。进一步地，随着转子叶片的尺寸增加，这些损失也被放大。

因此，提供改进的转子叶片组件将是有利的。例如，期望提供减小或者消除邻近转子叶片根部的分离区域的转子叶片组件。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的说明中部分地进行阐述，或者通过说明而变得明显的，或者通过本发明的实践而得以认识。

本发明的一个实施方式公开一种风力涡轮机的转子叶片组件。该转子叶片组件包括转子叶片，转子叶片具有定义压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外表面，并且在尖端和根部之间沿大致展向的方向延伸。该转子叶片组件还包括从根部沿大致展向的方向朝着尖端延伸的襟翼。襟翼包括内表面和外表面，内表面适应性地安装在压力侧、吸力侧或者后缘中的至少一个上，压力侧或者吸力侧中的至少一侧和外表面形成了大致连续的气动表面。

本发明的另一实施例公开了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括：多个转子叶片，所述多个转子叶片中的每一个均具有定义压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外表面，并且在尖端和根部之间沿大致展向的方向延伸。该风力涡轮机还包括襟翼，所述襟翼从所述多个转子叶片中的至少一个的所述根部沿所述大致展向的方向朝着所述尖端延伸，所述襟翼包括内表面和外表面，所述内表面适应性地安装在所述多个转子叶片中的至少一个的所述压力侧、所述吸力侧或者所述后缘中的至少一个上，所述多个转子叶片中的至少一个的所述压力侧或者所述吸力侧中的至少一侧和所述外表面形成大致连续的气动表面。

进一步地，所述襟翼具有沿所述展向的方向朝着所述尖端大致减小的横截面面积。

进一步地，所述襟翼沿大致弦向的方向延伸且不超过所述转子叶片的最大弦长

进一步地，所述襟翼的所述外表面包括压力侧部分和吸力侧部分。

进一步地，所述襟翼的所述外表面还包括在所述压力侧部分与所述吸力侧部分之间延伸的平面部分。

进一步地，所述内表面适应性地安装在所述压力侧、所述吸力侧和所述后缘上。

本发明的另一个实施方式公开一种用于减小风力涡轮机的转子叶片的分离区域的方法。该方法包括：将襟翼安装在转子叶片上，并且旋转风力涡轮机上的转子叶片。其中该转子叶片具有定义压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外表面，并且在尖端和根部之间沿大致展向的方向延伸。襟翼从根部沿大致展向的方向朝着尖端延伸。襟翼包括内表面和外表面，内表面适应性地安装在压力侧、吸力侧或者后缘中的至少一个上，压力侧或者吸力侧中的至少一侧和外表面形成大致连续的气动表面。

参照下面的说明和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包括在该说明书内并构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，并且与该说明一起用于解释本发明的原理。

附图说明

对于本领域技术人员而言，在该说明书中参照附图阐述了本发明的充分和能够实现的公开，其包括本发明的最佳实施方式，在附图中：

图1是一种常规构造的风力涡轮机的侧视图；

图2是根据本发明的一个实施方式的转子叶片组件的俯视透视图；

图3是图2的转子叶片组件的仰视透视图；

图4是根据本发明的另一个实施方式的转子叶片组件的俯视透视图；

图5是图4的转子叶片组件的仰视透视图；

图6是根据本发明的一个实施方式的转子叶片组件的剖视图；

图7是根据本发明的另一个实施方式的转子叶片组件的剖视图；

图8是根据本发明的另一个实施方式的转子叶片组件的剖视图；

图9是根据本发明的另一个实施方式的转子叶片组件的剖视图；

图10是根据本发明的另一个实施方式的转子叶片组件的剖视图；以及，

图11是根据本发明的另一个实施方式的转子叶片组件的剖视图。

附图标记列表：

具体实施方式

现在将详细地参照本发明的实施方式，其中在图中示出了实施方式的一个或者多个实例。提供每个实例是用于解释本发明，而不是限制本发明。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的范围或者精神的情况下能够对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一个实施方式的一部分显示或描述的特征能够用于另一个实施方式以产生又一个实施方式。因此，本发明意欲覆盖落入所附权利要求以及它们的等同物的范围内的这些修改和变化。

图1示出常规构造的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔架12，机舱14安装在塔架12上。多个转子叶片16安装在转子毂18上，转子毂18与旋转主转子轴的主凸缘连接。风力涡轮机的动力产生和控制部件容纳在机舱14内。为说明性目的而提供图1的视图，以使本发明置于用途的示例性领域中。应想到的是，本发明不局限于任何特定类型的风力涡轮机的构造。

参照图2至图11，根据本发明的转子叶片16可以包括形成压力侧22和吸力侧24的外表面，其中压力侧22和吸力侧24在前缘26与后缘28之间延伸，并且转子叶片16可以从叶片尖端32延伸至叶片根部34。如本领域中通常已知的，外表面通常可以是具有大致气动轮廓的气动表面。

在一些实施方式中，转子叶片16可以包括多个单独叶片段，这些叶片段按照首尾相连的顺序从叶片尖端32排列至叶片根部34。单独叶片段中的每一个均可以唯一地构造成，使得多个叶片段形成具有设计气动纵断面轮廓、长度和其它所需特性的完整的转子叶片16。例如，叶片段中的每一个的气动纵断面轮廓均可以对应于相邻叶片段的气动纵断面轮廓。这样，各叶片段的气动纵断面轮廓可以形成转子叶片16的连续的气动纵断面轮廓。或者，转子叶片16可以形成为具有设计气动纵断面轮廓、长度和其它所需特性的单一的整体叶片。

在示例性实施方式中，转子叶片16可以是弯曲的。转子叶片16的弯曲可以使转子叶片16沿大致翼向的方向和/或沿大致边缘向的方向发生弯曲。翼向的方向通常可以被解释为气动升力作用在转子叶片16上的方向(或者相反的方向)。边缘向的方向与翼向的方向大致垂直。转子叶片16的翼向弯曲也被称作预弯曲，而边缘向弯曲也被称作扫掠。因此，弯曲的转子叶片16可以是预弯曲和/或扫掠。弯曲使转子叶片16在风力涡轮机10的运行期间能够更好地承受翼向载荷和边缘向载荷，并且还可以在风力涡轮机10的运行期间为转子叶片16提供远离塔架12的间隙。

转子叶片16还可以限定分别沿弦向的方向和展向的方向延伸的弦长42和翼展44。如图2至图5所示，在转子叶片16的整个翼展44上，弦长42可以变化。因此，如下所述，可以沿着翼展44在转子叶片16上的任意点处为转子叶片16限定当地弦长46。进一步地，如图所示，转子叶片16可以限定最大弦长48。

此外，转子叶片16可以限定内侧区域52和外侧区域54。内侧区域52可以是转子叶片16的从根部34延伸的展向部分。例如，在一些实施方式中，内侧区域52可以包括翼展44自根部34的约33％、40％、50％、60％、67％、或者任何百分比或百分比之间的范围、或者任何其它合适的百分比或百分比之间的范围。外侧区域54可以是转子叶片16的从尖端32延伸的展向部分，并且在一些实施方式中，可以包括转子叶片16在内侧区域52与尖端32之间的剩余部分。另外地或者可供选择地，在一些实施方式中，外侧区域54可以包括翼展44自尖端32的约33％、40％、50％、60％、67％、或者任何百分比或百分比之间的范围、或者任何其它合适的百分比或百分比之间的范围。

如图2至图11所示，本发明还可以涉及转子叶片组件100。转子叶片组件100可以包括襟翼110和转子叶片16。襟翼110是位于转子叶片组件100的内侧区域52中并安装在转子叶片16上的通常静止的襟翼。襟翼110沿着展向的方向从根部34向尖端32延伸。因此，襟翼110的一端定位在根部34处，而另一端定位在根部34与尖端32之间的内侧区域52中。如下所述，襟翼改变了转子叶片16的邻近根部34的一部分的轮廓。该改变减小或者消除了在转子叶片16的该部分中的任何分离区域，并且还减小了与转子叶片16相关联的阻力，而提高了转子叶片16的性能。

襟翼110包括内表面112和外表面114，如图2至图11所示。内表面112适应性地安装在压力侧22、吸力侧24或者后缘28中的至少一个上。因此，内表面112的气动轮廓与压力侧22、吸力侧24或者后缘28中的至少一个相符合，使得当襟翼110安装在转子叶片16上时，较少的或者没有空气在内表面112与压力侧22、吸力侧24和/或后缘28之间通过。

例如，图2至图7以及图9示出了适应性地安装在转子叶片16的压力侧22、吸力侧24和后缘28上的内表面112的各实施方式。图6示出了内表面112的一个实施方式，其安装在吸力侧24和压力侧22的相对最小部分上。图7示出了内表面112的一个实施方式，其安装在吸力侧24的相对实质部分和压力侧22的相对最小部分上。图9示出了内表面112的另一个实施方式，其安装在吸力侧24和压力侧22的相对最小部分上。

进一步地，图8示出了适应性地安装在压力侧22和后缘28上的内表面112的一个实施方式，其中内表面112安装在压力侧22的相对实质部分上。图10和图11示出了适应性地安装在压力侧22上的内表面112的各实施方式，其中内表面112安装在压力侧22的相对实质部分上。

如上所述，在一些实施方式中，内表面112可以安装在压力侧22和/或吸力侧24的相对实质部分上。可以相对于当地弦长46来限定该部分。例如，内表面可以安装在压力侧22和/或吸力侧24上的当地弦长46的约20％和约60％之间，例如在约20％和约50％之间，例如在约20％和约40％之间，例如在约20％和约30％之间。在其它实施方式中，内表面112可以安装在压力侧22和/或吸力侧24的相对最小部分上。还可以相对于当地弦长46来限定该部分。例如，内表面可以安装在压力侧22和/或吸力侧24上的当地弦长46的约0％和约20％之间，例如在约0％和约15％之间，例如在约0％和约10％之间，例如在约0％和约5％之间。

应理解的是，内表面112可以适应性地安装在压力侧22、吸力侧24或者后缘28中的任何一个或者多个上，并且内表面112还可以安装在压力侧22、吸力侧24或者后缘28中的任何一个或者多个的相对实质部分或者相对最小部分上。进一步地，应理解的是，上述相对实质部分和相对最小部分不局限于上述公开的范围，而任何合适的范围或者百分比均在本发明的范围和精神内。

如图2至图11所示，襟翼110的外表面114与转子叶片16的外表面中的一个或者多个一起形成了大致连续的气动表面。例如，外表面114与压力侧22或者吸力侧24中的至少一个形成了大致连续的气动表面。大致连续的气动表面是具有大致连续气动轮廓的表面。因此，当两个表面形成了大致连续的气动表面时，在两个表面的交汇处，气动轮廓中存在较小中断。如图2至图7以及图9所示，例如，外表面114和吸力侧24形成了大致连续的气动表面。进一步地，在图2至图11中，外表面114和压力侧22形成了大致连续的气动表面。

襟翼110的外表面114可以包括压力侧部分122和/或吸力侧部分124。压力侧部分122如上所述可以与转子叶片16的压力侧22一起形成大致气动表面，而吸力侧部分124如上所述可以与吸力侧24一起形成大致气动表面。在一些实施方式中，如图11所示，襟翼110的外表面114可以仅包括压力侧部分122和吸力侧部分124，压力侧部分122和吸力侧部分124可以在襟翼110的两个大致弦向端部处相遇。

然而，在其它实施方式中，外表面114还可以包括另外的表面。例如，在一些实施方式中，如图2至图10所示，外表面114还可以包括平面部分126。平面部分126可以在压力侧部分122与吸力侧部分124之间延伸，或者在压力侧部分122或吸力侧部分124之一与内表面112之间延伸。

在示例性实施方式中，平面部分126沿着大致展向的方向延伸。因此，在一些实施方式中，平面部分126可以大致平行于转子叶片16的翼展44而延伸。然而，或者根据需要或者要求，平面部分126可以相对于翼展44以任何合适的角度延伸。在另外可供选择的实施方式中，平面部分126可以相对于转子叶片16以任何合适的角度延伸。

进一步地，如图所示，在一些实施方式中，平面部分126大致垂直于转子叶片16的当地弦长46。因此，当平面部分126例如沿着大致展向的方向延伸时，在任何位置处的平面部分126可以大致垂直于那个位置处的当地弦长46。然而，或者，平面部分126可以以任何合适的角度定位成相对于转子叶片16垂直或者具有任何其它合适的角度。

在一些实施方式中，如图2至图10所示，襟翼110可以沿着大致弦向的方向延伸，但不超过转子叶片16的最大弦长48。在这些实施方式中，在沿大致展向的方向上顺着襟翼110的任何位置处，襟翼110延伸不超过转子叶片16的最大弦长48。在襟翼110包括平面部分126的实施方式中，平面部分126可以延伸不超过转子叶片16的最大弦长48。在襟翼110仅包括压力侧部分122和吸力侧部分124的实施方式中，压力侧部分122和吸力侧部分124均延伸不超过转子叶片16的最大弦长48。然而，在其它实施方式中，如图11所示，根据需要或者要求，襟翼110可以沿大致弦向的方向延伸超过转子叶片16的最大弦长48。在这些实施方式中，在沿大致展向的方向上顺着襟翼110的任何位置处，襟翼110可以延伸超过转子叶片16的最大弦长48。

在一些实施方式中，如图2至图5所示，襟翼110可以具有沿展向的方向朝着尖端32大致减小的横截面面积。然而，或者，襟翼110可以具有沿展向的方向朝着尖端32大致增加的横截面面积，或者可以具有大致恒定的横截面面积。

本发明还可以涉及用于减小风力涡轮机10的转子叶片16的分离区域的方法。如上所述，该方法包括步骤：将襟翼110安装至转子叶片16上。该方法还包括：旋转风力涡轮机10上的转子叶片16。

本书面说明利用实例来公开本发明，包括最佳实施方式，并且还能够使本领域技术人员实施本发明，包括制造和使用任何装置或者系统并进行任意组合的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例包括与权利要求的文字语言相同的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质差别的等同结构元素，则它们在权利要求的范围内。

Claims

1.一种用于风力涡轮机的转子叶片组件，所述转子叶片组件包括：

转子叶片，所述转子叶片具有定义压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外表面，并且在尖端和根部之间沿大致展向的方向延伸；以及，

襟翼，所述襟翼从所述根部沿所述大致展向的方向朝着所述尖端延伸，所述襟翼包括内表面和外表面，所述内表面适应性地安装在所述压力侧、所述吸力侧或者所述后缘中的至少一个上，所述压力侧或者所述吸力侧中的至少一侧和所述外表面形成大致连续的气动表面。

2.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其特征在于，所述襟翼具有沿所述展向的方向朝着所述尖端大致减小的横截面面积。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述襟翼沿大致弦向的方向延伸且不超过所述转子叶片的最大弦长。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述襟翼的所述外表面包括压力侧部分和吸力侧部分。

5.根据权利要求4所述的转子叶片组件，其特征在于，所述襟翼的所述外表面还包括在所述压力侧部分与所述吸力侧部分之间延伸的平面部分。

6.根据权利要求5所述的转子叶片组件，其特征在于，所述平面部分沿所述大致展向的方向延伸。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述平面部分大致垂直于所述转子叶片的当地弦长。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述平面部分延伸不超过所述转子叶片的最大弦长。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述内表面适应性地安装在所述压力侧和所述后缘上。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述内表面适应性地安装在所述吸力侧和所述后缘上。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述内表面适应性地安装在所述压力侧、所述吸力侧和所述后缘上。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述外表面和所述压力侧形成大致连续的气动表面。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的转子叶片组件，其特征在于，所述外表面和所述吸力侧形成大致连续的气动表面。

14.一种风力涡轮机，其包括：

多个转子叶片，所述多个转子叶片中的每一个均具有定义压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外表面，并且在尖端和根部之间沿大致展向的方向延伸；以及，

襟翼，所述襟翼从所述多个转子叶片中的至少一个的所述根部沿所述大致展向的方向朝着所述尖端延伸，所述襟翼包括内表面和外表面，所述内表面适应性地安装在所述多个转子叶片中的至少一个的所述压力侧、所述吸力侧或者所述后缘中的至少一个上，所述多个转子叶片中的至少一个的所述压力侧或者所述吸力侧中的至少一侧和所述外表面形成大致连续的气动表面。

15.一种用于减小风力涡轮机的转子叶片的分离区域的方法，所述方法包括：

将襟翼安装在转子叶片上，所述转子叶片具有定义压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外表面，并且在尖端和根部之间沿大致展向的方向延伸，所述襟翼从所述根部沿所述大致展向的方向朝着所述尖端延伸，所述襟翼包括内表面和外表面，所述内表面适应性地安装在所述压力侧、所述吸力侧或者所述后缘中的至少一个上，所述压力侧或者所述吸力侧中的至少一侧和所述外表面形成大致连续的气动表面；以及，

旋转所述风力涡轮机上的所述转子叶片。