CN101358576A - 风力涡轮机叶片排水 - Google Patents

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CN101358576A CNA2008101296159A CN200810129615A CN101358576A CN 101358576 A CN101358576 A CN 101358576A CN A2008101296159 A CNA2008101296159 A CN A2008101296159A CN 200810129615 A CN200810129615 A CN 200810129615A CN 101358576 A CN101358576 A CN 101358576A
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N·K·阿尔索夫
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Abstract

本发明涉及风力涡轮机叶片排水，风力涡轮机(1)包括：塔架(2)，其支承着带有转子(6)的传动系统(4)；至少一个中空的叶片(8，20)，其从转子(6)径向地延伸；排水孔(22)，其布置在叶片(20)的末梢部分中；挡板(36)，其布置在叶片(20)内部和排水孔(22)的内侧，用于阻止微粒物质流动到排水孔(22)；柔性排水导管(24)，其布置在叶片(20)的内部、用于连接到排水孔(22)上；非柔性排水导管(28)，其布置在叶片(20)内部、用于连接到柔性排水导管(24)上，该非柔性导管(28)具有用于从叶片(20)内部接受流体的多个开口(26)。

Description

风力涡轮机叶片排水
技术领域
此处描述的主题大致涉及具有有孔的或者可渗透的特殊的叶片结构的流体反应表面(fluid reaction surface)，而更具体地，涉及用于风力涡轮机叶片的防堵塞(clog-resistant)排水。
背景技术
风力涡轮机是用来将风的动能转化为机械能的机器。如果该机械能由机械直接使用来抽水或磨麦子，那么该风力涡轮机可称为风车。类似地，如果进一步将机械能转化为电能，那么该涡轮机可称为风力发电机或风力发电站。
所有风力涡轮机使用“叶片”形式的一个或多个翼型件(airfoil)来产生升力并从移动的空气捕获动力，该动力随后作用到转子上。各个叶片典型地在转子的“根部”端固定，且随后径向地“向外侧”“延伸”到自由“末梢”端。叶片的前面或“前缘”连接首先接触空气的叶片的最前点。在叶片的后面或“后缘”处，被前缘分开的气流经过叶片的吸入面和压力面之后重新合到一起。“翼弦线(chord line)”沿典型的越过叶片的气流的方向连接叶片的前缘和后缘。翼弦线的长度简称为“翼弦”。
风力涡轮机典型地根据叶片旋转所围绕的垂直的或水平的轴线分类。一个所谓的水平-轴线风力发电机图解地示于图1中。这种用于风力涡轮机1的特定的构造包括塔架2，其支承着带有转子6的由称为“短舱(nacelle)”的保护性外壳所覆盖的传动系统4。叶片8布置在转子6的在短舱外侧的一端，用以驱动变速箱10和在位于短舱内的传动系统4的另一端处的发电机12。
风力涡轮机叶片典型地是中空的以减轻其重量。因此，有时水蒸汽会在叶片内部冷凝，这可对转子的平衡造成严重破坏，使叶片结构冷冻及开裂，当由雷击迅速加热时导致蒸汽爆炸，或简单地沿叶片向下流动并进入短舱。因而风力涡轮机叶片典型地在其末梢设有排水孔。然而，由于现代涡轮机较高的末梢速度可导致流过末梢开口的空气振动或啸鸣，这些叶片末梢排水开口典型地限制为直径约6毫米。在这么小的尺寸下，制造后留在叶片内部的或在正常运行中变松散的任何外来的材料均可以轻易地堵塞排水孔，尤其是当由沿着翼展的长度的离心力推动时。
已经建议了各种措施来从涡轮机叶片排出液体。例如，欧洲专利公布No.1,607,623的英文摘要描述了用于风力涡轮机的转子叶片，该转子叶片带有一个或多个具有5毫米直径的排水孔以及在中空的空间中靠近各个孔的网、纱或毡。美国专利公布No.2007/0086897公开了风力涡轮机叶片，其带有位于根部区域中及在用以加强根部并包围叶片的外壳构件的5厘米范围内的8到15毫米宽的孔洞。美国专利No.6,979,179公开了风力涡轮机叶片，在该风力涡轮机叶片中，排水通路由接闪器(lighting receptor)中的纵向孔洞形成，其中纵向孔洞通过接闪器中的开口与叶片的内部空腔连通。
然而，这些以及其它有关的风力涡轮机叶片排水技术会受到各种缺点的影响。例如，网或纱可由细小沉淀物、油脂或从叶片内部冲出的树脂微粒堵塞。叶片中的尤其是在根部附近的任何较大的孔洞均要求具有相应附加材料和重量的附加增强。类似地，接闪器所需要的金属材料会相对重且有时难以与穿过叶片表面的排水孔对准和安装。
发明内容
通过以各种构造提供用于风力涡轮机的中空的叶片解决了这种传统方法的这些缺点和其它缺点，该中空的叶片包括布置在叶片内部用于连接到穿过叶片的表面的排水孔上的柔性排水导管。还提供了用于风力涡轮机的中空的叶片，其包括穿过叶片的表面的排水孔，以及布置在叶片的内部及排水孔的内侧、用于阻止微粒物质流动到排水孔的挡板。在另一种构造中，此处公开的主题涉及风力涡轮机，其包括支承着带有转子的传动系统的塔架；至少一个自转子径向延伸的中空的叶片；布置在叶片的末梢部分的排水孔和布置在叶片内部及排水孔的内侧用于阻止微粒物质流动到排水孔的挡板。风力涡轮机还包括布置在叶片内部用于连接到排水孔上的柔性排水导管；以及布置在叶片内部用于连接到柔性排水导管上的非柔性排水导管，此处该非柔性导管具有用于从叶片内部接受流体的多个开口。
附图说明
现在将参考下图对本技术的各个方面进行描述，这些图并不一定按比例绘制，但贯穿各图使用相同的参考标号来指定相应的部件。
图1是传统的风力涡轮机的示意图。
图2是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图3是沿着图2中的剖切线III-IV所得到的截面示意图。
图4是沿着图2中的剖切线III-IV所得到的备选的示意性截面视图。
图5是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图6是沿着图5中的剖切线VI-VI得到的示意性的截面视图。
图7是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图8是沿着图7中的剖切线VIII-VIII得到的示意性的截面视图。
图9是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图10是沿着图9中的剖切线X-X得到的示意性的截面视图。
图11是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图12是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图13是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图14是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图15是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图16是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图17是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图18是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
图19是用于图1中所示的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的末梢的截面示意图。
部件清单
  1   风力涡轮机
  2   塔架
  4   传动系统
  6   转子
  8   叶片
  10   变速箱
  12   发电机
  20   叶片(末梢部分)
  22   排水孔
  24   柔性排水导管
  26   开口
  28   非柔性排水导管
  30   粘合剂
  32   带
  34   袋状空间
  36   挡板
  38   第一流动导向板
  40   第二流动导向板
  42   第三流动导向板
具体实施方式
图2-19是用于图1中所示的风力涡轮机1的风力涡轮机叶片20的末梢部分的各种构造的截面示意图。例如，图1中所示的叶片8可修改成包括图2-19中所示意的叶片20的各种构造的任意特征，和/或这些特征的组合。
在图2中，风力涡轮机叶片20设有用于排出可能在叶片内部累积的流体的排水孔22。柔性排水导管(或排水管线)24布置在涡轮机叶片20内部并在一端连接到排水孔22上。排水导管24的柔性允许其在叶片20内部容易地定位和/或附连。例如，柔性排水导管可在叶片20的末梢附近松散地盘绕和/或通过包括紧固、层压和/或粘性粘结的各种技术而固定到叶片20的内部表面。排水孔24还可设有联接、栓、管嘴或其它特征(未示出)以容纳柔性排水导管24的一端。备选地，可将柔性排水导管24的端部(根部)焊接、胶粘或用别的方式粘附到叶片20内部的排水孔22的周边。
在图2所示的构造中，柔性排水导管24包括用于从叶片20的内部接受流体的一个或多个开口26。这些开口有助于防止微粒材料在柔性排水导管24内部累积和/或防止堵塞穿过排水孔22的流体流路。从而，在各个开口26处的内部尺寸典型地小于导管的内部尺寸。然而，排水导管24中的开口26可以各种尺寸、构造和形状形成，这些形状包括包括圆形、正方形、菱形、四边形、槽形、椭圆形、八边形和/或多种其它形状。如果开口26中的一个开口被微粒物质堵塞，则剩余的开口26将继续允许流体穿过排水孔24流动。
柔性排水导管24的形状还可以以多种构造来布置。例如，图3和4是备选的沿着图2中的剖切线III-IV得到的示意性的截面视图，其分别显示了柔性排水导管24的矩形截面和管状截面。然而，柔性排水导管24还可以多种其它形状提供且导管24的尺寸可沿着其长度而变化。例如，柔性导管24在其自由端可更大。柔性排水导管24的自由端还可如图3所示是关闭的，或者如图4所示是打开的或部分打开的。在图4的管状柔性排水导管构造中，管状(或任何其它的形状)柔性排水导管24的自由端设有一个或多个开口26，这些开口26可具有其它形状、尺寸或构造。如在图2中，在图4中所示的管状柔性排水导管24的一端中的圆形开口26也小于图4中所示的管状柔性排水导管24的外径。
转到图5，涡轮机叶片20还可进一步设有用于连接到柔性排水导管24的非柔性导管28。例如，非柔性导管28可由玻璃纤维、聚氯乙烯、木材、金属或其它相对刚性的材料形成。在图5中，非柔性导管28包括用于从叶片20内部接受流体的一个或多个开口26。柔性排水导管24还可设有开口(未示于图5中)。这些开口也有助于防止微粒材料在非柔性排水导管28、柔性排水导管24内部累积，和/或防止阻塞穿过排水孔22的流体流路。在这种构造中，对于将非柔性导管28的一端与排水孔22相连接，柔性排水导管24尤其有用。因此，排水导管24的柔性容纳了非柔性排水导管28的定位或对准的任何误差，并改善了叶片20的可制造性。
图6-8显示了用于将非柔性导管28固定到叶片20的内部表面的各种技术。然而，也可使用类似的技术以将柔性排水导管24固定在叶片20内部。
图6是沿着图5中的剖切线VI-VI得到的示意性的截面视图，而图8是沿着图7中的剖切线VII-VII得到的示意性的截面视图。在图6中，矩形的非柔性导管28由粘合剂30粘附到叶片20的内部表面上。例如，在粘合剂30中可包括树脂，该树脂用于浸渍玻璃纤维、碳纤维或叶片20的主体的其它材料。在图8中，非柔性导管28由带32固定到叶片20的内部表面上。带32可以通过各种技术紧固、粘附、粘结或用其它方式固定到叶片20的内部表面上。例如，带32可以是由树脂浸渍的玻璃纤维条、碳纤维条或者其它材料制成的条，并粘结到叶片20的内部表面上。
图9和10显示了用于风力涡轮机1的中空的叶片20的另一个实施例，在该风力涡轮机1中，非柔性导管28整体地形成于叶片20的内部表面中。图10是沿着图9中的剖切线得到的截面图，并显示了由非柔性导管28在叶片20的内部表面上所形成的袋状空间(pocketspace)34。例如，当叶片20通过树脂浸渍玻璃纤维传递模塑工艺形成时，非柔性导管28可由从叶片的内部表面隔开的树脂-浸渍玻璃纤维层形成。一旦非柔性导管的顶面形成并硬化，则可以在非柔性导管28的外侧表面中钻或者用其它方式加工开口26。柔性导管24接着辅助将非柔性导管28和排水孔22对准并连接。柔性导管24还可由非柔性导管26的延伸或通向排水孔22的单独的非柔性导管进行替换和/或补充。
除了以上讨论的柔性排水导管24和非柔性排水导管28，叶片20还可设有挡板，其布置在叶片的内部和排水孔22的内侧，用以限制微粒物质流动到排水孔。例如，图11-18显示了各种风力涡轮机叶片挡板构造。然而，也可以实施其它的挡板构造。
例如，如图11所示，挡板36可包括从叶片20的前缘延伸的一个或多个第一流动导向板38和/或从相反的叶片20的后缘延伸的一个或多个第二流动导向板40。在图11中，除了在一端的流动间隔外，各个流动导向板38和40从一个边延伸而大致跨越整个翼弦。在图12中，某些第一流动导向板和第二流动导向板比图11所显示的那些导向板要短，并且有与叶片20的前缘和后缘隔开的第三流动导向板42。在图13中，第一流动导向板38和第二流动导向板40从它们各自的前缘和后缘向内侧成角度，而第三漂浮导向板42大致沿着大致垂直于叶片20的前缘和后缘的翼弦延伸。然而，流动导向板38-42的其它流动导向板也可与翼弦对准或沿内侧方向和/或外侧方向成角度。
在图14中，第一流动导向板38和第二流动导向板40的端部部分朝着第三流动导向板42向内侧弯曲，第三流动导向板42也大致沿着垂直于前缘和后缘的翼弦延伸。在图15和16中，这些第三流动导向板42的端部朝着叶片的末梢弯曲，从而使第三流动导向板42的凸起部分朝向叶片20上的内侧方向。在图16中，第一流动导向板38和第二流动导向板40已经朝着叶片20的根部弯曲，使得流动导向板38和40的凸起部分朝向叶片的末梢部分。在图17中，增加了第一流动导向板38、第二流动导向板40和第三流动导向板42中每一个导向板的弯曲半径，且已经使第三流动导向板42定向为凸起部分面向叶片20的内侧方向。在图18中，各个流动导向板42设有一般为圆柱形的形状。然而，也可以使用多种其它形状，包括三角形、矩形、五边形及其它。
图19显示了风力涡轮机叶片20的另一个实施例，其包括图11中所示的挡板36构造及图7中所示的柔性导管24和非柔性排水导管28构造。其它挡板和/或导管构造的组合，包括未在图中明显示出的那些也处于本发明的范围内。
应该强调的是，以上描述的实施例，以及具体地任意的“优选的”实施例，仅仅是在此已述的各种实施的示例，用来提供对本技术的各个方面的清晰的理解。可以修改这些实施例而本质上不脱离由所附权利要求的适当的解释所单独限定的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮机(1)的中空的叶片(20)，其包括布置在所述叶片(20)内部、用来连接到穿过所述叶片的表面的排水孔(22)上的柔性排水导管(24)。
2.根据权利要求1所述的叶片(20)，其特征在于，所述柔性排水导管(24)包括用于从所述叶片的内部接受流体的多个开口(26)。
3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，各所述开口(26)的内部尺寸小于所述导管(24，图2)的内部尺寸。
4.根据权利要求1，2或3中的任一项所述的叶片，其特征在于，所述导管(24)是管状的。
5.根据权利要求1，2，3或4中的任一项所述的叶片，其特征在于，所述开口(26)的形状选自包括圆形、四边形、正方形、槽形和八边形的组(图2)。
6.根据权利要求1，2，3，4或5中的任一项所述的叶片，其特征在于，所述柔性导管(24)固定到所述叶片的内部表面上(图7)。
7.根据权利要求1到6中的任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片还包括布置在所述叶片(20)的内部、用于连接到所述柔性排水导管(24)上的非柔性排水导管(28)，所述非柔性导管(28)具有用于从所述叶片(20)的内部接受流体的多个开口(26)。
8.根据权利要求7所述的叶片，其特征在于，所述非柔性导管(28)与所述叶片的内部表面一体地形成。(图9)
9.一种用于风力涡轮机的中空的叶片，包括：
排水孔(22)，其穿过所述叶片的表面；和
挡板(36)，其布置在所述叶片的内部和所述排水孔的内侧，用于阻止微粒物质流动到所述排水孔。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述挡板(36)包括：
从所述叶片的前缘延伸的第一导向板(38)；和
从所述叶片的后缘延伸的第二导向板(40)。
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