CN102297080B - 涡流发生器组件和用于组装风力涡轮机转子叶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及涡流发生器组件和用于组装风力涡轮机转子叶片的方法。具体而言,提供了一种用于风力涡轮机转子叶片(22)的涡流发生器组件(50)。风力涡轮机转子叶片具有前缘(120)和轴向间隔的后缘(122),该涡流发生器组件包括:联接至风力涡轮机转子叶片的至少一个涡流发生器(134),涡流发生器包括至少一个侧壁(110),侧壁(110)从风力涡轮机转子叶片的外表面(52)向外延伸一定径向距离,涡流发生器组件可选择性地定位在第一位置(174)与第二位置(176)之间;联接至该至少一个涡流发生器的促动器(138),促动器设置为用以将所述至少一个涡流发生器定位在第一位置与第二位置之间;以及,控制系统(36),其能操作地联接到至少一个涡流发生器上,以用于在第一位置与第二位置之间移动涡流发生器。
Description
技术领域
本文所述的主题大体上涉及风力涡轮机,并且更具体地说,涉及用于风力涡轮机转子叶片的涡流发生器组件(vortex generatorassembly)。
背景技术
至少一些已知的风力涡轮机包括固定在塔架顶上的机舱,其中,该机舱包括通过轴联接到发电机上的转子。在已知的转子组件中,多个叶片从转子延伸。叶片被定向得使经过叶片的风转动转子并且使轴旋转,从而驱动发电机来发电。当风流过转子叶片的外表面时,在外表面上形成边界层,其有助于产生跨过转子叶片的升力。
至少一些已知的转子叶片包括根部部分,该根部部分有助于将转子叶片联接到中心体(hub)上。至少一些已知的根部部分包括圆柱形形状的外表面。当风流过至少一些已知的转子叶片根部部分时,边界层从转子叶片外表面分离并减小跨过转子叶片的升力。升力的这样的减小还降低转子叶片的整体空气动力效率,其导致风力涡轮机的年发电量的减少。
发明内容
一方面,提供了一种操纵跨过风力涡轮机转子叶片的边界层的方法。该方法包括将至少一个涡流发生器联接到转子叶片上。涡流发生器包括至少一个侧壁,其从转子叶片的外表面向外延伸一定径向距离。涡流发生器可选择性地定位在第一位置与第二位置之间。控制系统计算边界层的条件。涡流发生器基于所计算的边界层条件而定位在第一位置和第二位置的其中一个位置处。
另一方面,提供了一种用于风力涡轮机转子叶片的涡流发生器组件。该风力涡轮机转子叶片具有前缘和轴向间隔的后缘。该涡流发生器组件包括联接到风力涡轮机转子叶片的至少一个涡流发生器。涡流发生器包括至少一个侧壁,其从风力涡轮机转子叶片的外表面向外延伸一定径向距离。涡流发生器可选择性地定位在第一位置与第二位置之间。控制系统能操作地联接到至少一个涡流发生器上,以用于在第一位置与第二位置之间移动涡流发生器。
还有另一方面,提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括塔架、联接到塔架上的机舱、可旋转地联接到机舱上的中心体,以及联接到中心体上的至少一个转子叶片。转子叶片具有前缘和轴向间隔的后缘。涡流发生器组件被联接到转子叶片上。涡流发生器组件包括联接到转子叶片上的至少一个涡流发生器。该涡流发生器包括至少一个侧壁,其从转子叶片的外表面向外延伸一定径向距离。涡流发生器可选择性地定位在第一位置与第二位置之间。控制系统能操作地联接到至少一个涡流发生器上,以用于在第一位置与第二位置之间移动涡流发生器。
附图说明
图1是一示例性风力涡轮机的一部分的透视图。
图2是适合用于图1中所示风力涡轮机的一示例性转子叶片的透视图。
图3是图2中所示的示例性转子叶片的截面图。
图4是适合用于图1中所示风力涡轮机的备选涡流发生器组件的截面图。
图5是图2中所示的示例性转子叶片的顶视图。
图6是适合用于图1中所示风力涡轮机的备选涡流发生器的截面图。
图7是适合用于图1中所示风力涡轮机的一示例性控制系统的框图。
项目列表
10 | 风力涡轮机 |
12 | 塔架 |
14 | 支撑面 |
16 | 机舱 |
18 | 转子 |
20 | 可旋转的中心体 |
22 | 转子叶片 |
24 | 叶片根部部分 |
26 | 叶片末端部分 |
27 | 负载传递区 |
28 | 方向 |
30 | 旋转轴线 |
32 | 变桨调节系统 |
34 | 变桨轴线 |
36 | 控制系统 |
38 | 弦向轴线 |
39 | 风的流入方向 |
40 | 传感器 |
42 | 偏航轴线 |
44 | 气象桅杆 |
46 | 传感器 |
50 | 涡流发生器组件 |
51 | 处理器 |
52 | 外表面 |
54 | 边界层 |
56 | 边界层高度 |
58 | 表面区 |
60 | 自由流区 |
62 | 涡流 |
100 | 转子叶片 |
102 | 根部部分 |
104 | 末端部分 |
108 | 纵向展向轴线(longitudinal spanwise axis) |
110 | 叶片侧壁 |
112 | 内表面 |
114 | 腔 |
116 | 第一叶片段 |
118 | 第二叶片段 |
120 | 前缘 |
122 | 后缘 |
124 | 弦向宽度 |
128 | 内侧部分(inboard portion) |
130 | 外侧部分(outboard portion) |
134 | 涡流发生器 |
138 | 促动器 |
140 | 涡流发生器侧壁 |
142 | 前部(leading portion) |
144 | 后部(trailing portion) |
146 | 第一弦向位置 |
148 | 第二弦向位置 |
150 | 第一槽 |
151 | 第二槽 |
152 | 第一展向位置 |
154 | 第二展向位置 |
156 | 上表面 |
158 | 下表面 |
160 | 高度 |
162 | 长度 |
166 | 后径向高度 |
168 | 中间段 |
170 | 径向高度 |
172 | 径向距离 |
174 | 第一径向位置 |
176 | 第二径向位置 |
178 | 排 |
180 | 第一涡流发生器 |
182 | 第二涡流发生器 |
184 | 前部 |
186 | 后部 |
188 | 前部 |
190 | 后部 |
192 | 涡流组(vortex set) |
194 | 第一涡流组 |
196 | 第二涡流组 |
197 | 截面形状 |
198 | 截面形状 |
200 | 控制器 |
202 | 存储器 |
204 | 通信模块 |
206 | 传感器接口 |
具体实施方式
本文所述的实施例有助于组装转子叶片,该转子叶片可增加风力涡轮机的年能量产量。更具体而言,本文所述的转子叶片包括涡流发生器组件,其可选择性的地定位在流过转子叶片外表面的边界层中。该涡流发生器组件有助于在边界层中形成涡流,其增加边界层的动量(momentum),从而减轻边界层与转子叶片外表面的分离。涡流发生器组件有助于将动量从边界层的自由流区传递到边界层的分离区,以容许边界层的重新附着,其中,邻近转子叶片外表面产生层状流。另外,涡流发生器组件可与转子叶片外表面大体上齐平定位,以有助于减小跨过转子叶片外表面的阻力,以及有助于增加转子叶片的空气动力效率。如本文所用的用语“年能量产量”指在一个日历年度期间由风力涡轮机所产生的累积电能。
图1是一示例性风力涡轮机10的透视图。在该示例性实施例中,风力涡轮机10是水平轴线式风力涡轮机。或者,风力涡轮机10可为垂直轴线式风力涡轮机。在该示例性实施例中,风力涡轮机10包括从支撑面14延伸的塔架12,安装在塔架12上的机舱16,以及可旋转地联接到机舱16上的转子18。转子18包括可旋转的中心体20以及至少一个转子叶片22,该至少一个转子叶片22联接到中心体20上并且从中心体20向外延伸。在该示例性实施例中,转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中,转子18包括多于或少于三个转子叶片22。在该示例性实施例中,塔架12由管状钢制成,从而在支撑面14与机舱16之间限定腔(未在图1中示出)。在备选实施例中,塔架12是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。
转子叶片22绕中心体20间隔开以有助于使转子18旋转。转子叶片22包括叶片根部部分24和叶片末端部分26,并且通过在多个负载传递区27将叶片根部部分24联接至中心体20而配合到中心体20上。负载传递区27具有中心体负载传递区和叶片负载传递区(均未在图1中示出)。被引至转子叶片22的负载通过负载传递区27传递至中心体20。
在该示例性实施例中,转子叶片22具有从大约30米(m)(99英尺(ft))至大约120m(394ft)范围的长度。或者,转子叶片22可具有能使风力涡轮机10如本文所述而作用的任何合适长度。例如,叶片长度的其它非限制性示例包括10m或更小,20m,以及37m,或者大于120m的长度。当风从方向28冲击转子叶片22时,转子18绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转并且经受离心力时,转子叶片22还经受多个力和力矩。因此,转子叶片22可从中间或非挠曲位置挠曲和/或旋转到挠曲位置。变桨调节系统32使转子叶片绕变桨轴线24旋转22,以用于相对于风的方向28调节转子叶片22的定向。可通过相对于风矢量调节至少一个转子叶片22的定向来控制转子18的旋转速度。在该示例性实施例中,每个转子叶片22的迎角或桨距由控制系统36单独地控制。如本文所用的用语“迎角”指转子叶片22的弦向轴线38(在图3中示出)相对于风的流入方向39(在图3中示出)的定向。或者,对于所有转子叶片32,叶片桨距可由控制系统36同时控制。变桨调节系统32包括传感器40,其用于将指示转子叶片22的迎角的信号传送到控制系统36。此外,在该示例性实施例中,当方向28变化时,可绕偏航轴线42控制机舱16的偏航方向,以相对于方向28定位转子叶片22。机舱16还包括至少一个气象桅杆44,气象桅杆44包括风向标和传感器46(例如风速计)。传感器46设置为用以感测风的风向和/或风速,以及将指示风向28和/或风速的信号传送到控制系统36。涡流发生器组件50被联接至至少一个转子叶片22以有助于增加风力涡轮机10的年能量产量。控制系统36能操作地联接到涡流发生器组件50上,以便在风力涡轮机10的操作期间启动涡流发生器组件50。
在该示例性实施例中,控制系统36被显示为居中设置在机舱16内,但是,控制系统36可为贯穿风力涡轮机10、在支撑面14上、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。控制系统36包括设置为用以执行本文所述的方法和/或步骤的处理器51。此外,本文所述的许多其它构件包括处理器。如本文所用的用语“处理器”不限于本领域中被称为计算机的集成电路,而是广泛地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路,并且这些用语在本文中可互换使用。应当理解,处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。
在本文所述的实施例中,存储器可包括但不限于计算机可读的媒介(例如随机存取存储器(RAM))和计算机可读的永久性媒介(例如快速存储器)。或者,还可使用软盘、压缩盘-只读存储器(CD-ROM)、磁光盘(MOD)和/或数字化通用光盘(DVD)。而且,在本文所述的实施例中,输入通道包括但不限于传感器和/或与操作者介面相关联的计算机外围设备,例如鼠标和键盘。此外,在该示例性实施例中,输出通道可包括但不限于控制装置、操作者界面监控器和/或显示器。
本文所述的处理器处理从多个电气装置和电子装置传送的信息,这些装置包括但不限于传感器、促动器、压缩机、控制系统和/或监控装置。这样的处理器可物理地定位在例如控制系统、传感器、监控装置、台式计算机、便携式计算机、可编程逻辑控制器(PLC)柜和/或分布式控制系统(DCS)柜中。RAM和存储装置存储和传递信息以及待由处理器执行的指令。RAM和存储装置还可被用来在通过处理器执行指令期间存储和提供临时变量、静态(即,不变的)信息和指令或其它中间信息至处理器。执行的指令可包括但不限于风力涡轮机控制系统控制命令。指令序列的执行并不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。
在风力涡轮机10的操作期间,风被引导越过转子叶片22的外表面52,从而跨过转子叶片22形成边界层54(在图3中示出)。边界层54具有从转子叶片外表面52向外延伸的边界层高度56。边界层54包括在外表面52处或附近的表面区58,以及相对于外表面52从表面区58向外限定的自由流区60。自由流区60具有比表面区58的动量更大的动量。当风速跨过转子叶片22增加时,迎角增加,从而导致表面区58与自由流区60之间的压力梯度增加,其可引起边界层54从外表面52分离。当边界层54从外表面52分离时,控制系统36操作以使涡流发生器组件50从外表面52向外延伸并且到边界层54中。涡流发生器组件50设置为用以有助于在涡流发生器组件50下游形成涡流60,用以给风施加涡旋,以便将风流从自由流区60朝表面区58引导。涡流62有助于从自由流区60传递动量至表面区58以增加边界层54的动量,以及有助于边界层54中的附着流。
图2是适合用于风力涡轮机10的一示例性转子叶片100的透视图。图3是图2中的弦向截面线3-3处的转子叶片100的截面图。图4是涡流发生器组件50的备选实施例的截面图。图5是图2中所示的转子叶片100的顶视图。在图3到图5中所示的等同构件利用图2中所用的相同参考标号而标识。在该示例性实施例中,转子叶片100包括设置为用以有助于将转子叶片100安装到中心体20上的第一或根部部分102,以及与根部部分102相对的第二或末端部分104。转子叶片100的叶片侧壁110在根部部分102与末端部分104之间延伸并且沿纵向展向轴线108延伸。叶片侧壁110具有内表面112,内表面112至少部分地限定从根部部分102朝末端部分104延伸的腔114。在该示例性实施例中,叶片侧壁110包括第一叶片段116(例如吸力侧叶片段)以及相对的第二叶片段118(例如压力侧叶片段)。在该实施例中,第一叶片段116沿前缘120和轴向间隔的后缘122联接至第二叶片段118。转子叶片100具有沿弦向轴线38延伸的弦向宽度124,弦向轴线38被限定在前缘120与后缘122之间。在该示例性实施例中,转子叶片100包括内侧部分128以及沿展向轴线108从内侧部分128向外延伸的外侧部分130。在内侧部分128处,叶片侧壁110具有大体上圆形截面的形状,以有助于将转子叶片100联接至中心体20(在图1中示出)。在外侧部分130处,叶片侧壁110从邻近内侧部分128的过渡点朝向末端部分104具有大体上翼型截面的形状,例如图3中所示的那样。在一个实施例中,内侧部分128具有长度L2,长度L2不超过如从根部部分102到末端部分104所测量的转子叶片100的纵向长度L1的大约30%。在备选实施例中,内侧部分长度L2大于长度L1的30%。如本文所用的用语“纵向长度”指转子叶片100沿纵向展向轴线108的长度。
在该示例性实施例中,涡流发生器组件50包括联接到第一叶片段116的至少一个涡流发生器134以及能操作地联接至涡流发生器134的促动器138。促动器138设置为用以相对于外表面52移动涡流发生器134。涡流发生器134包括在侧壁140的前部142与后部144之间延伸的至少一个侧壁140。前部142定位得相比后缘122更靠近前缘120,从而使侧壁140沿弦向轴线38从前缘120朝后缘122延伸。或者,涡流发生器134可联接至第二叶片段118和/或第一叶片段116。
在该示例性实施例中,多个第一槽150限定穿过第一叶片段116并且沿弦向轴线38延伸。涡流发生器134被定位在内侧部分128中并且至少部分地被插入第一槽150内。涡流发生器134可在第一槽150内移动并且可沿着弦向轴线38选择性地定位在第一弦向位置146(在图3中示出)与第二弦向位置148(在图3中以虚线示出)之间。第一弦向位置146比第二弦向位置148更靠近前缘120。在一个实施例中,涡流发生器134可定位在如从前缘120朝后缘122所测量的弦向宽度124的大约10%至大约30%之间。在备选实施例中,涡流发生器134可沿弦向宽度124的整个宽度从前缘120到后缘122定位。
在一个实施例中,多个第二槽151限定穿过第一叶片段116并且从至少一个第一槽150朝末端部分104沿展向轴线108延伸。涡流发生器134还设置为可在第二槽151中移动并且可沿展向轴线108选择性地定位在第一展向位置152与第二展向位置154(在图2中示出)之间。第一展向位置152比第二展向位置154更靠近根部部分102。在一个实施例中,促动器138被定位在腔114内并且被联接至涡流发生器134,以有助于将涡流发生器134定位在第一弦向位置146与第二弦向位置148之间,以及在第一展向位置152与第二展向位置154之间。
进一步参见图3,在该示例性实施例中,涡流发生器侧壁140在上表面156与下表面158之间延伸,并且具有从下表面158到上表面156测量的高度160。侧壁140具有在前部142与后部144之间测量的长度162。在一个实施例中,长度162等于大约2倍的高度160与大约4倍的高度160之间。前部142具有在下表面158与上表面156之间延伸的前径向高度或第一径向高度164。后部144具有在下表面158与上表面156之间延伸的后径向高度或第二径向高度166。在一个实施例,涡流发生器134具有比后径向高度166小的前径向高度164,从而使涡流发生器134具有介于大约0.1与1之间的梯形比,该梯形比被限定为前径向高度164除以后径向高度166的比率。在一个实施例中,梯形比大体上等于1。
在该示例性实施例中,涡流发生器侧壁140从叶片侧壁110向外延伸,从而使上表面156从外表面52延伸一定径向距离172。侧壁140大体上垂直于外表面52定向。在备选实施例中,侧壁140大体上倾斜于外表面52定向。在该示例性实施例中,涡流发生器134可选择性地定位得使上表面156大体上与外表面52齐平或者以大约3.0倍的边界层高度56的径向距离172定位。涡流发生器134可选择性地定位在第一径向位置174(在图4中示出)与第二径向位置176(在图4中示出)之间。在第一径向位置174中,上表面156大体上与外表面52齐平定位。在第二径向位置176中,上表面156以等于大约0.1倍至大约5.0倍的边界层高度56的径向距离172定位。
参见图4,在备选实施例中,涡流发生器组件50包括多个成排178排列的涡流发生器134,排178沿弦向轴线38定向,弦向轴线38在第一弦向位置146与第二弦向位置148之间延伸。控制系统36设置为用以选择性地启动各涡流发生器134,以及基于边界层高度56将各涡流发生器134定位在第一径向位置174或第二径向位置176处。
参见图5,在该示例性实施例中,涡流发生器侧壁140倾斜于弦向轴线38定向,从而在侧壁140与弦向轴线38之间限定角度α1。侧壁140可绕前部142旋转,从而使后部144绕前部142旋转。在该示例性实施例中,涡流发生器134可选择性地旋转,从而使角度α1相对于弦向轴线38为从大约0度到大约30度,并且,在某些实施例中,α1相对于弦向轴线38在大约10度至大约20度之间。
在该示例性实施例中,涡流发生器组件50包括第一涡流发生器180和第二涡流发生器182。第一涡流发生器180和第二涡流发生器182各自具有高度160(在图3中示出)。第一涡流发生器180比第二涡流发生器182定位得更靠近根部部分102。第一涡流发生器180具有前部184和后部186。第二涡流发生器182具有前部188和后部190。第一涡流发生器180相对于第二涡流发生器182定位使得在后部186与后部190之间限定距离d1。在一个实施例中,距离d1等于大约1倍的高度160与大约6倍的高度160之间。
在该示例性实施例中,第一涡流发生器180和第二涡流发生器182被定向得从前缘120朝后缘122朝向彼此会合。在备选实施例中,第一涡流发生器180和第二涡流发生器182被定向得从前缘120到后缘122彼此远离发散。在另一备选实施例中,第一涡流发生器180和第二涡流发生器182彼此平行定向。
在一个实施例中,第一涡流发生器180和第二涡流发生器182形成涡流组192。在该实施例中,涡流发生器组件50包括第一涡流组194和至少一个第二涡流组196。第一涡流组194比第二涡流组196定位得更靠近根部部分,从而在第一涡流组194与第二涡流组196之间限定涡流组距离d2。在该示例性实施例中,涡流组距离d2等于大约1倍的距离d1与大约8倍的距离d1之间。
在一个实施例中,涡流发生器134由形状记忆合金形成。如本文所用的用语“形状记忆合金”包括设置为用以对温度或电磁场响应而改变形状、刚度、位置、固有频率和其它机械特性的金属。形状记忆合金的示例包括(但不限于)镍-钛合金、铜-铝-镍合金、铜-锌-铝和铁-锰-硅合金。在该示例性实施例中,涡流发生器134在第二径向位置176处的延伸状态与第一径向位置174处的收回状态之间起作用。在风力涡轮机10的操作期间,控制系统36操作促动器138以在延伸状态与收回状态之间移动涡流发生器134。在该示例性实施例中,促动器138操作以有助于选择性地增加被引导通过涡流发生器134的电流,以有助于增加涡流发生器134的电阻和/或温度,从而改变涡流发生器134的机械特性。
在备选实施例中,在涡流发生器组件50的操作期间,控制系统36操作促动器138以增加涡流发生器134上的电阻,从而使涡流发生器134的形状从第一截面形状197变为不同于第一截面形状197的第二截面形状198。在一个实施例中,第一截面形状197包括大体上平面的侧壁140,并且第二截面形状198包括大体上曲形的侧壁140,例如凹形或凸形的侧壁140。
图6是涡流发生器组件134的备选实施例的截面图。图6中所示的等同构件利用图3中所用的相同参考标号而标识。在该备选实施例中,上表面156从前部142到后部144曲形地延伸。在还有一可选方案中,上表面156具有延伸了径向高度170的中间段168,径向高度170大于前径向高度164和后径向高度166。
图7是示例性控制系统36的框图。在该示例性实施例中,控制系统36包括控制器200、存储器202和通信模块204。控制系统36可包括能使控制系统36如本文所述而作用的任何合适装置。在该示例性实施例中,通信模块204包括传感器接口206,传感器接口206有助于容许控制器200与安装在风力涡轮机10上或内或外的任何合适位置处的至少一个传感器通信。在一个实施例中,传感器接口206包括模数转换器,其将由传感器所产生的模拟电压信号转换成可由控制器200使用的多位数字信号。在备选实施例中,通信模块204可包括任何合适的有线和/或无线通信装置,其有助于将信号传送到位于风力涡轮机10上或内或外和/或距风力涡轮机10较远的任何合适装置,和/或从这样的装置接收信号。在该示例性实施例中,存储器202可包括任何合适的存储装置,包括(但不限于)快速存储器、电子可擦除可编程存储器、只读存储器(ROM)、可移动媒介和/或其它易失性或永久性存储装置。在一个实施例中,可执行的指令(即,软件指令)被存储在存储器202中以用于被控制器200来控制涡流发生器组件50,如下面所述的那样。
在该示例性实施例中,控制器200是实时控制器,其包括任何合适的基于处理器或基于微处理器的系统(例如计算机系统),其包括微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路和/或能执行本文所述功能的任何其它电路或处理器。在一个实施例中,控制器200是微处理器,其包括只读存储器(ROM)和/或随机存取存储器(RAM),例如,诸如带有2兆位ROM和64千位RAM的32位微型计算机。如本文所用的用语“实时”指在输入中的变化影响结果之后,在基本上短的时期出现结果,其中这段时期是可基于结果的重要性和/或系统处理输入来产生结果的能力而选择的设计参数。
在风力涡轮机10的操作期间,控制器200从传感器46接收指示风速的信号,并且从传感器40接收指示转子叶片22的迎角或桨距的信号。控制器200设置为用以基于风速和转子叶片22的迎角来计算转子叶片22上方的边界层54的情况。控制器200还设置为用以至少部分地基于所计算的边界层54的情况来定位涡流发生器134,以有助于操纵边界层54。在一个实施例中,控制器200设置为用以基于风速和转子叶片22的迎角来计算转子叶片22上方的边界层54的高度。在另一实施例中,控制器200设置为用以计算自由流区60的动量与表面区58的动量之间的差别动量。在这样的实施例中,控制器200设置为用以比较所计算的差别动量与预先限定的动量,以便判断是否发生了边界层54与转子叶片22的流分离。如果发生了流分离,控制器200操作涡流发生器组件50用以将涡流发生器134定位在边界层54内,以有助于形成涡流62,从而有助于将边界层54附着到外表面52上。如果控制器200确定未发生流分离并且边界层54被附着到外表面52上,控制器200操作涡流发生器组件134用以使涡流发生器134与外表面52大体上齐平定位,从而使涡流发生器134不定位在边界层54内,因此减小转子叶片22的阻力。
上面所述的系统和方法有助于组装转子叶片,其包括有助于增加风力涡轮机的年能量产量的涡流发生器组件。更具体而言,本文所述的转子叶片包括涡流发生器组件,其可选择性地定位在转子叶片的外表面上方所形成的边界层中。此外,涡流发生器组件有助于在边界层中形成涡流,以有助于使边界层附着到转子叶片上。另外,通过提供涡流发生器组件,可组装转子叶片,其有助于通过增加转子叶片的空气动力效率而降低风力涡轮机的整体操作成本。
上面详细地描述了用于风力涡轮机转子叶片的涡流发生器组件以及用于组装该转子叶片的方法的示例性实施例。该方法和组件并不限于本文所述的特定实施例,相反,该组件的构件和/或该方法的步骤可独立于或单独于本文所述的其它构件和/或步骤而利用。例如,该方法还可与其它转子叶片系统和方法结合使用,并且不限于如本文所述的仅仅与风力涡轮机组件一起而实践。相反,该示例性实施例可结合许多其它转子叶片应用来实施和利用。
虽然本发明的各种实施例的特定特征可能在一些附图中示出但未在其它附图中示出,但是,这只是出于方便的目的。根据本发明的原理,附图的任何特征可与任何其它附图的任何特征结合来参考和/或进行权利要求。
该书面描述用示例来公开包括最佳模式的本发明,并且还允许本领域技术人员来实施本发明,包括制造和使用任何装置或系统,以及执行任何包括在内的方法。本发明的可专利范围由所附权利要求所限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有与所附权利要求的字面语言没有不同的结构元件,或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质差别的等同结构元件,则这种其它示例意图在所附权利要求的范围内。
Claims (17)
1.一种操纵跨过风力涡轮机转子叶片的边界层的方法,所述方法包括:
将至少一个涡流发生器联接到所述转子叶片上,所述涡流发生器包括至少一个侧壁,其从所述转子叶片的外表面向外延伸一定径向距离,所述涡流发生器能选择性地定位在第一位置与第二位置之间;
由控制系统计算所述边界层的条件;以及,
基于所述计算的边界层条件使所述涡流发生器定位在所述第一位置和所述第二位置中的一个处,
弦向轴线限定在所述转子叶片的前缘与后缘之间,所述方法还包括基于所述计算的边界层条件使所述涡流发生器沿所述弦向轴线定位在第一弦向位置和第二弦向位置中的一个处,所述第一弦向位置比所述第二弦向位置更靠近所述前缘。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
将指示跨过所述转子叶片的风速的第一信号从传感器传送到所述控制系统;
传送指示所述转子叶片的迎角的第二信号;以及,
至少部分地基于所述第一信号和所述第二信号计算所述边界层的条件。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
至少部分地基于所述第一信号和所述第二信号计算所述边界层的差别动量;
基于所述计算的差别动量判断流分离是否已发生;以及,
基于流分离是否已发生的判断,使所述涡流发生器定位在所述第一位置和所述第二位置中的一个处。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,展向轴线限定在所述转子叶片的根部部分与末端部分之间,所述方法还包括基于所述计算的边界层条件使所述涡流发生器沿所述展向轴线定位在第一展向位置和第二展向位置中的一个处,所述第一展向位置比所述第二展向位置更靠近所述根部部分。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括基于所述计算的边界层条件使所述涡流发生器定位在第一径向位置和第二径向位置中的一个处。
6.一种用于风力涡轮机转子叶片的涡流发生器组件,所述风力涡轮机转子叶片具有前缘和轴向间隔的后缘,所述涡流发生器组件包括:
至少一个涡流发生器,所述涡流发生器被联接至所述风力涡轮机转子叶片,所述涡流发生器包括至少一个侧壁,所述侧壁从所述风力涡轮机转子叶片的外表面向外延伸一定径向距离,所述涡流发生器能选择性地定位在第一位置与第二位置之间;
促动器,所述促动器被联接至所述至少一个涡流发生器,所述促动器设置为用以将所述至少一个涡流发生器定位在所述第一位置与所述第二位置之间;以及,
控制系统,所述控制系统能操作地联接到所述至少一个涡流发生器上,以用于在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述涡流发生器,
所述风力涡轮机转子叶片具有限定在所述前缘与所述后缘之间的弦向轴线,所述至少一个涡流发生器能沿所述弦向轴线在第一弦向位置与第二弦向位置之间选择性地移动,所述第一弦向位置比所述第二弦向位置更靠近所述前缘。
7.根据权利要求6所述的涡流发生器组件,其特征在于,所述至少一个涡流发生器能在第一径向距离与第二径向距离之间选择性地定位。
8.根据权利要求6所述的涡流发生器组件,其特征在于,所述风力涡轮机转子叶片具有限定在根部部分与末端部分之间的展向轴线,所述至少一个涡流发生器能沿所述展向轴线在第一展向位置与第二展向位置之间选择性地移动,所述第一展向位置比所述第二展向位置更靠近所述根部部分。
9.根据权利要求6所述的涡流发生器组件,其特征在于,所述侧壁在前部与后部之间延伸,所述前部比所述后部定位得更靠近所述前缘,所述后部能绕所述前部旋转。
10.根据权利要求6所述的涡流发生器组件,其特征在于,所述至少一个涡流发生器包括形状记忆合金。
11.根据权利要求6所述的涡流发生器组件,其特征在于,所述涡流发生器组件还包括第一涡流发生器和定位在所述第一涡流发生器外侧的第二涡流发生器,所述第一涡流发生器从所述前缘朝所述后缘朝向所述第二涡流发生器会合。
12.根据权利要求6所述的涡流发生器组件,其特征在于,所述侧壁从前部到后部延伸,所述后部具有比所述前部的径向高度更大的径向高度。
13.一种风力涡轮机,其包括:
塔架;
机舱,所述机舱联接到所述塔架上;
中心体,所述中心体能旋转地联接至所述机舱;
至少一个转子叶片,所述转子叶片联接到所述中心体上,所述转子叶片具有前缘以及轴向间隔的后缘;以及,
涡流发生器组件,所述涡流发生器组件联接到所述转子叶片上,所述涡流发生器组件包括:
至少一个涡流发生器,所述涡流发生器联接到所述转子叶片上,所述涡流发生器包括至少一个侧壁,所述侧壁从所述转子叶片的外表面向外延伸一定径向距离,所述涡流发生器能选择性地定位在第一位置与第二位置之间;以及,
控制系统,所述控制系统能操作地联接到至少一个涡流发生器上,以用于在第一位置与第二位置之间移动所述涡流发生器,
所述转子叶片具有限定在所述前缘与所述后缘之间的弦向轴线,所述至少一个涡流发生器能沿所述弦向轴线在第一弦向位置与第二弦向位置之间选择性地移动,所述第一弦向位置比所述第二弦向位置更靠近所述前缘。
14.根据权利要求13所述的风力涡轮机,其特征在于,所述转子叶片具有限定在根部部分与末端部分之间的展向轴线,所述至少一个涡流发生器能沿所述展向轴线在第一展向位置与第二展向位置之间选择性地移动,所述第一展向位置比所述第二展向位置更靠近所述根部部分。
15.根据权利要求13所述的风力涡轮机,其特征在于,所述涡流发生器包括形状记忆合金。
16.根据权利要求13所述的风力涡轮机,其特征在于,所述至少一个涡流发生器能在第一径向距离与第二径向距离之间选择性地定位。
17.根据权利要求16所述的风力涡轮机,其特征在于,所述控制系统包括控制器,所述风力涡轮机还包括传感器,其联接到所述风力涡轮机上,并且设置为用以感测引导越过所述转子叶片的外表面的风速并将指示所述感测的风速的信号传送到所述控制器,所述控制器设置为用以基于所述接收的信号计算从所述叶片外表面延伸的边界层的高度,所述控制器还设置为用以基于所述计算的边界层高度使所述涡流发生器定位在所述第一径向距离和所述第二径向距离中的一个处。
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