CN102953924A - 用于风力发电机转子叶片的可变桨小翼 - Google Patents

用于风力发电机转子叶片的可变桨小翼 Download PDF

Info

Publication number
CN102953924A
CN102953924A CN2012102818881A CN201210281888A CN102953924A CN 102953924 A CN102953924 A CN 102953924A CN 2012102818881 A CN2012102818881 A CN 2012102818881A CN 201210281888 A CN201210281888 A CN 201210281888A CN 102953924 A CN102953924 A CN 102953924A
Authority
CN
China
Prior art keywords
winglet
rotor blade
oar
floor portion
blade
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2012102818881A
Other languages
English (en)
Inventor
D.S.佩塞特斯基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN102953924A publication Critical patent/CN102953924A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F03D7/0228—Adjusting blade pitch of the blade tips only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/307—Blade tip, e.g. winglets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明涉及且公开了一种用于风力发电机的转子叶片。所述转子叶片可包括叶根、叶尖和主体。所述主体可包括从所述叶根延伸的底板部分以及从所述底板部分延伸至所述叶尖的小翼。此外，所述小翼的至少一部分可经配置以独立于所述底板部分进行变桨。

Description

用于风力发电机转子叶片的可变桨小翼
技术领域
本发明大体涉及风力发电机，确切地说，涉及具有可变桨小翼的风力发电机转子叶片。
背景技术
风能被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，在这一方面，风力发电机已获得广泛关注。现代风力发电机通常包括塔筒、发电机、齿轮箱、机舱以及一片或多片转子叶片。转子叶片使用已知的翼片原理捕获风的动能并通过转动能传输动能，以转动将转子叶片连接到齿轮箱的轴，或者，如果未使用齿轮箱，则转动将转子叶片直接连接到发电机的轴。之后，发电机将机械能转化成电能，从而输送到公用设施电网中。
为了确保风力发电机仍是可行能源，人们致力于通过修改风力发电机大小和容量来增加能量输出。一种此类修改是增加转子叶片的长度和表面积。然而，转子叶片的偏转力和负载的大小通常是叶片长度、风速、风力发电机运行状态、叶片刚度以及其他变量的函数。负载增加不仅会使转子叶片和其他风力发电机部件产生疲劳，而且还会增加转子叶片突发严重故障的风险，例如，在过度负载引起叶片偏转而导致撞击塔筒的情况下。
为了减小转子叶片的有效长度而不显著影响其性能，目前会将小翼等翼尖装置放在每个转子叶片的叶尖处。但是，即使采用可通过小翼实现的较短有效长度，作用于转子叶片上的负载仍会导致叶片显著偏转向塔筒，尤其是在高风速条件下。另外，由于其在转子叶片上的方向以及气动廓线，小翼生成升力，从而产生施加在转子叶片的叶尖处的弯矩。这些弯矩导致叶片偏转量增加，在一些实例中，这会进一步减少转子叶片和风力发电机塔筒之间的间隙大小。
因此，所属领域需要一种具有可变桨小翼的转子叶片，以便能够调整和/或控制由小翼施加于叶片上的负载。
发明内容
以下说明书将部分阐明本发明的各方面和优点，或者，这些方面和优点在说明书中可能是显而易见的，或者通过实践本发明能够推导出。
一方面，本发明揭示一种用于风力发电机的转子叶片。所述转子叶片可包括叶根、叶尖和主体。所述主体可包括从所述叶根延伸的底板部分以及从所述底板部分延伸至所述叶尖的小翼。此外，所述小翼的至少一部分可经配置以独立于所述底板部分进行变桨。
另一方面，本发明揭示一种用于风力发电机的转子叶片。所述转子叶片可包括叶根、叶尖和主体。所述主体可包括从所述叶根延伸的底板部分以及从所述底板部分延伸至所述叶尖的小翼，其中所述小翼的至少一部分可经配置以独立于所述底板部分进行变桨。此外，所述小翼可进一步经配置以相对于所述底板部分在同轴位置和小翼位置之间进行枢转。
另一方面，本发明揭示一种风力发电机。所述风力发电机大体可包括多片转子叶片。每片转子叶片可包括叶根、叶尖和主体。所述主体可包括从所述叶根延伸的底板部分以及从所述底板部分延伸至所述叶尖的小翼。此外，所述小翼的至少一部分可经配置以独立于所述底板部分进行变桨。所述的风力发电机，其进一步包括连接到所述小翼的变桨调整机构，所述变桨调整机构经配置以对所述小翼进行变桨。其中所述变桨调整机构包括连接到所述小翼的电机。
所述的风力发电机，其进一步包括控制器，所述控制器经配置以控制所述变桨调整机构，以使所述小翼的升力矢量指向内侧方向。其中所述变桨调整机构包括邻近所述小翼的前缘延伸的第一杆以及邻近所述小翼的后缘延伸的第二杆，所述第一和第二杆经配置以进行致动，从而对所述小翼进行变桨。
所述的风力发电机，其中所述小翼包括连接到所述底板部分的弹性套管，所述第一和第二杆经配置以通过使所述弹性套管变形来对所述小翼进行变桨。其中所述小翼进一步经配置以相对于所述底板部分在同轴位置和小翼位置之间进行枢转。
参考以下具体实施方式和所附权利要求书可以更深入地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，说明了本发明的各实施例，并与具体实施方式一起解释本发明的原理。
附图说明
本说明书参考附图，针对所属领域的技术人员，完整且可实现地详细揭示了本发明，包括其最佳模式，其中：
图1图示了风力发电机的一项实施例的透视图；
图2图示了具有可变桨小翼的转子叶片的一项实施例的透视图；
图3图示了图2所示转子叶片的局部侧视图，具体图示了可变桨小翼的侧视图；
图4图示了沿线4-4截得的图3所示小翼的截面图；
图5图示了具有可变桨且可枢转的小翼的转子叶片的一项实施例的局部侧视图，具体图示了处于小翼位置的小翼；
图6图示了图5所示转子叶片的另一局部侧视图，具体图示了已从小翼位置移动到同轴位置之后的小翼；
图7图示了具有可变桨且可枢转的小翼的转子叶片的另一项实施例的局部侧视图；
图8图示了图7所示转子叶片的翼展向视图，具体图示了沿线8-8截得的小翼的翼展向视图；以及
图9图示了沿线9-9截得的图8所示小翼的截面图。
元件符号列表：
  参考标号   部件   参考标号   部件
  10   风力发电机   12   塔筒
  14   表面   16   机舱
  18   转子   20   可旋转轮毂
  22   转子叶片   24   涡轮机控制器
  26   方向   28   变桨轴
  30   变桨调整机构   32   小翼
  34   升力矢量   36   弯矩
  38   升力矢量   40   弯矩
  42   塔筒间隙   100   转子叶片
  102   小翼   104   叶根
  106   叶尖   108   主体
  110   压力侧   112   吸入侧
  114   前缘   116   后缘
  118   翼展   120   翼弦
  122   底板部分   124   叶片接缝
  126   变桨调整机构   128   变桨轴
  130   变桨轴   132   角
  134   电机   136   固定部分
  138   旋转部分   140   变桨接缝
  142   传感器   200   转子叶片
  202   小翼   206   叶尖
  208   主体   222   底板部分
  228   叶片变桨轴   230   小翼变桨轴
  236   枢转部分   240   变桨接缝
  250   致动机构   252   活塞
  254   联轴器   256   端
  258   铰结点   300   转子叶片
  302   小翼   306   叶尖
  308   主体   314   前缘
  316   后缘   322   底板部分
  326   变桨调整机构   330   变桨轴
  360   弹性套管   362   第一端
  364   第二端   366   第一杆
  368   第二杆   370   致动器
372   致动器  374   致动点
376   虚线
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各实施例，附图中将展示本发明实施例的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明而非限定本发明。事实上，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，所属领域的技术人员可轻易对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一项实施例的一部分说明或描述的特性可用于其他实施例中，从而得到另一项实施例。因此，本发明应涵盖所有基于所附权利要求书及其等效物的范围内的修改和变化。
一般而言，本发明涉及具有可变桨小翼的转子叶片，以便通过小翼控制施加在转子叶片上的负载。具体而言，小翼可经配置以进行主动变桨，从而以最小化朝风力发电机塔筒的叶片偏转的方式控制小翼生成的升力。例如，当转子叶片包括压力侧小翼时，小翼可进行变桨，以便小翼生成的升力产生指向内侧方向的升力矢量，从而在转子叶片上产生弯矩以使叶片弯曲或挠曲以远离塔筒。此外，所揭示的小翼可用于提高转子叶片的气动效率和/或增加转子叶片捕获的能量大小。
应了解，通过减少朝塔筒的叶片偏转，即可向风力发电机提供多个优势。例如，减少叶片偏转可考虑使用较轻的转子叶片，从而增加风力发电机的整体性能。此外，减少叶片偏转可导致转子叶片上的疲劳负载减少，从而减少对叶片造成的损坏并增加其使用寿命。此外，由于塔筒间隙增加，因此可以使用吸入侧小翼，而不会明显增加撞击塔筒的可能性。
还应了解，在若干实施例中，所揭示的小翼可以枢轴方式连接到叶片的其余部分，以使小翼在同轴位置，即其中小翼对齐转子叶片的变桨轴的位置，与小翼位置，即其中小翼相对于转子叶片的变桨轴成角度的位置，之间移动。通过以此方式配置小翼，转子叶片的有效长度可根据风力发电机的运行条件进行调整。例如，在其中叶片偏转相对较小的低负载条件下，小翼可移动至同轴位置以增加转子叶片的有效长度，从而提高其捕获风的能量的能力。然而，在高负载条件下，小翼可移动至小翼位置以减少转子叶片的有效长度，从而减少因负载增加而产生的偏转量。
现参考附图，图1图示了风力发电机10的一项实施例的透视图。如图所示，风力发电机10包括从支撑表面14延伸的塔筒12、安装在塔筒12上的机舱16，以及连接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转轮毂20，以及连接到可旋转轮毂20并从该轮毂向外延伸的至少一片转子叶片22。例如，在所示实施例中，转子18包括三片转子叶片22。但在一项替代实施例中，转子18可包括三片以上或以下转子叶片22。
此外，风力发电机10还可包括集中在机舱16内的涡轮机控制系统或涡轮机控制器24。但应了解，涡轮机控制器24可设置在风力发电机10上或风力发电机中的任何位置，也可设置在支撑表面14上的任何位置或大体上设置在其他任何位置。控制器24通常可经配置以控制风力发电机10的多种运行模式(例如，启动或关机顺序)和/或部件。例如，控制器24可经配置以调整每片转子叶片22的桨距角或叶片桨距(即确定转子叶片22相对于风向26的角度的角)，以便通过相对于风调整转子叶片22中的至少一片转子叶片的角位置来控制作用于风力发电机10上的负载和/或由风力发电机10生成的电力。例如，控制器24可单独或同时控制转子叶片22围绕其变桨轴28的叶片桨距，方法是控制安装在机舱16内的合适的变桨调整机构30。
应了解，涡轮机控制器24可大体包括计算机或任何其他合适的处理单元。因此，在若干实施例中，涡轮机控制器24可包括一个或多个处理器以及关联存储装置，这两部分经配置以执行多种由计算机实施的功能。本专利申请文件中所用的术语“处理器”不仅指所属领域提及的包括于计算机中的集成电路，而且指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路，以及其他可编程电路。此外，涡轮机控制器24的存储装置通常可包括存储元件，所述存储元件包括(但不限于)计算机可读媒体(例如，随机存取存储器(RAM))、计算机可读非易失性媒体(例如，闪存)、软盘、只读光盘(CD-ROM)、磁光盘(MOD)、数字多功能光盘(DVD)，和/或其他合适的存储元件。此类存储装置通常可经配置以存储合适的计算机可读指令，所述指令在由处理器实施时会配置涡轮机控制器24以执行多种功能，所述功能包括(但不限于)向所揭示的变桨调整机构传输合适的控制信号等。此外，控制器24还可包括多种输入/输出通道，用以从传感器和/或其他测量装置接收输入，并用以向风力发电机10的多个部件发送控制信号。
仍参考图1，如图所示，每个转子叶片22通常包括压力侧小翼32。然而，在替代实施例中，每个转子叶片22可包括吸入侧小翼。众所周知，小翼32可用于提高风力发电机10的整体效率和性能。例如，每个小翼32通常可设有气动廓线，该气动廓线与转子叶片22的其余部分设有的气动廓线类似。因此，小翼32可在转子叶片22围绕转子18旋转时生成升力。但就平均而言且在极限负载条件下，根据每个小翼32相对于风向26的方向，小翼32所产生的升力矢量的大小和方向可发生明显改变，这样转而可改变小翼32施加在转子叶片22上的负载。例如，如图1所示，当小翼32生成指向实质上的内侧方向(例如，大体朝轮毂20的方向)的升力矢量34时，弯矩36可由小翼32施加，从而进一步挠曲或弯曲转子叶片22以远离塔筒。类似地，当小翼32生成指向实质上的外侧方向(即大体远离轮毂20的方向)的升力矢量38时，弯矩40可由小翼32施加，从而进一步朝塔筒挠曲或弯曲转子叶片22。因此，指向外侧方向的小翼升力矢量38进一步减小设在转子叶片22和塔筒12之间的塔筒间隙42的大小，从而增加撞击塔筒的可能性。
应了解，在每片转子叶片22包括吸入侧小翼的实施例中，由此类小翼生成的弯矩36、40可反向。例如，由吸入侧小翼生成的指向外侧方向的升力矢量38将进一步挠曲或弯曲转子叶片22以使其远离塔筒12。类似地，由吸入侧小翼生成的指向内侧方向的升力矢量34将进一步朝塔筒12挠曲或弯曲转子叶片22。
现参考图2到4，其中图示了根据本发明各方面的具有可变桨小翼102的转子叶片100的一项实施例的各个视图。具体而言，图2图示了转子叶片100的透视图。图3图示了转子叶片100的局部侧视图，具体图示了小翼102的侧视图。此外，图4图示了沿线4-4截得的小翼102的截面图。
如图所示，转子叶片100通常包括：叶根104，其经配置以将转子叶片100安装到风力发电机10(图1)的转子轮毂20上；以及叶尖106，其与叶根104相对设置。转子叶片100的主体108通常可从叶根104延伸到叶尖106，并可用作转子叶片100的外壳。众所周知，主体108可通过，例如，设定对称或弧面翼形截面来设定气动廓线，以便转子叶片100能够使用已知的气动原理来捕获风的动能。这样，主体108通常可包括在前缘114和后缘116之间延伸的压力侧110和吸入侧112。此外，转子叶片100可具有：翼展118，其构成叶根104和叶尖106之间叶片100的总长度；以及翼弦120，其构成前缘114和后缘116之间主体108的总长度。众所周知，由于转子叶片100在叶根104到叶尖106之间延伸，因此翼弦120的长度可根据翼展118而有所不同。
转子叶片100的主体108大体可包括底板部分122以及从底板部分122延伸的可变浆小翼102。具体而言，底板部分122通常可从叶根104向外延伸，且可包括转子叶片100的主翼片部分。小翼102通常可配置成翼尖装置以提高转子叶片100的气动效率，且因此，所述小翼可在底板部分122和叶尖106之间延伸。如所示实施例所示，小翼102包括压力侧小翼。但在替代实施例中，小翼102可包括吸入侧小翼。
应了解，在若干实施例中，小翼102可制造成与底板部分122分开的单个部件，且因此，所述小翼可经配置以使用现有技术中已知的任何合适的构件和/或方法(例如，通过使用合适的紧固件、粘合剂等)连接到底板部分122。例如，如图2和3所示，叶片接缝124可设在小翼102和底板部分122之间的接合处，所述接合处大体对应于此类部件的连接点。或者，小翼102和底板部分122可一体成形为单个部件。例如，在一项实施例中，整个主体108(包括小翼102和底板部分122)起初可使用常用模具铸造在一起。
仍参考图2到4，转子叶片100还可包括设置在主体108内的变桨调整机构126，其独立于适用于使整个转子叶片100围绕其变桨轴128旋转的变桨调整机构30(图1)。通常，变桨调整机构126可经配置以使小翼102相对于和/或独立于主体108的底板部分122进行变桨。具体而言，在若干实施例中，变桨调整机构126可经配置以使小翼122的至少一部分围绕相对于转子叶片100的变桨轴128以角132定向的小翼变桨轴130旋转。例如，如图3具体图示，设在小翼变桨轴130和叶片变桨轴128之间的角132可等于约90度。但在替代实施例中，角132可小于90度或大于90度。
通常，变桨调整机构126可包括现有技术中任何合适的装置和/或已知装置组合，其可经配置以使小翼102的至少一部分围绕其变桨轴130进行变桨。例如，如图3具体所示，在一项实施例中，变桨调整机构126可包括连接到小翼102的一部分的电机134(例如，电力电机)。在此实施例中，电机134可直接连接到小翼102(例如，通过将电机134的输出轴直接连接到小翼102的一部分)，或者电机134可间接连接到小翼102(例如，通过齿轮箱、任何合适的连杆机构或联轴器和/或任何其他合适的部件将电机134连接到小翼102的一部分)。在其他实施例中，变桨调整机构126可包括任何合适的旋转运动装置和/或布置。例如，变桨调整机构126可包括其他齿轮驱动装置、带轮布置、球窝布置等。在进一步实施例中，变桨调整机构126可包括一个或多个合适的致动器，其输出可通过合适的连杆机构和/或联轴器转化成旋转运动。例如，变桨调整机构126可包括线性致动器(例如，气动或液压缸、机电致动器、螺线圈致动装置和/或其他类似装置)，其通过合适的连杆机构和/或联轴器连接到小翼102。
如上所述，在若干实施例中，变桨调整机构126可仅经配置以使小翼102的一部分围绕小翼变桨轴130进行变桨。例如，如图3所示，在一项实施例中，小翼102可包括在叶片接缝124处稳固连接到底板部分122的第一固定部分136，以及从固定部分136朝叶尖106向外延伸的第二旋转部分138。在此实施例中，旋转部分138通常可经配置以在变桨接缝140处围绕小翼变桨轴130旋转，所述变桨接缝设在固定部分136和旋转部分138之间的接合处。例如，如所示实施例所示，变桨调整机构126可在变桨接缝140处或在该变桨接缝附近连接到旋转部分138，以使旋转部分138相对固定部分136进行变桨。
应了解，在替代实施例中，整个小翼102可经配置以相对于转子叶片100的底板部分122进行变桨。例如，变桨调整机构126可在变桨接缝124处或在该变桨接缝附近连接到小翼102，以便小翼102可相对于底板部分122在此接缝124处进行变桨。
通过将小翼102的至少一部分配置成可独立于底板部分122进行变桨，小翼102相对于风向26的方向可进行主动调整，以便控制小翼102施加在转子叶片100上的负载。例如，如图4具体所示，小翼102围绕其变桨轴130旋转可更改小翼102的前缘114相对于风向26的方向，从而调整小翼102的气动性能。因此，在若干实施例中，小翼102可通过最小化转子叶片100朝风力发电机塔筒12(图1)的偏转的方式进行变桨，从而降低撞击塔筒的可能性。例如，当压力侧小翼102设在转子叶片100上时，可能需要通过使小翼102生成的升力矢量34(图1)指向内侧方向的方式对小翼102进行变桨，以在叶尖106处产生弯矩36(图1)，从而进一步弯曲转子叶片100以使其远离塔筒12。在此类实施例中，应了解，小翼102可进行变桨以使升力矢量34一直指向内侧方向(例如，通过使小翼102围绕叶片100的整个旋转路径连续变桨，从而保持升力矢量34指向内侧方向)，或者小翼102可进行变桨以使升力矢量34仅在特定转子位置处指向内侧方向(例如，通过使小翼102主动变桨，以使升力矢量34在转子叶片100经过塔筒12时指向内侧方向)。
应了解，在若干实施例中，小翼102可使用上述涡轮机控制器24进行主动变桨。例如，变桨调整机构126可以通信方式连接到涡轮机控制器24(例如，经由有线或无线连接)，这样即可将合适的控制信号从控制器24传输到变桨调整机构126，以对小翼102的变桨进行调整。在此类实施例中，应了解，涡轮机控制器24可经配置以从多个传感器142接收任何形式的输入，所述传感器设置在转子叶片100上和/或内，或者设置在风力发电机10上、该风力发电机内和/或该风力发电机周围的任何其他合适的位置，从而经配置以监控转子叶片100和/或风力发电机10的各种运行条件。例如，传感器142可经配置以感应、检测和/或测量运行条件，例如(但不限于)，作用于转子叶片100上的负载、小翼102相对于风向26的方向、塔筒间隙42的大小、风力条件(例如，风速和风向)等，随后将对应于所监控的运行条件的合适信号传输到涡轮机控制器24。涡轮机控制器24随后可经配置以分析此类运行条件，并确定使每个小翼102围绕其变桨轴130进行变桨的时间和/或程度，以便控制每个小翼102生成的负载和/或优化转子叶片100的整体效率和/或性能。
现参考图5和6，其中图示了根据本发明各方面的转子叶片200的另一项实施例的局部视图。通常，所示转子叶片200可配置成与上述转子叶片100类似。例如，转子叶片200可包括具有从叶根104(图2)延伸的底板部分222以及从底板部分222朝叶尖206延伸的可变桨小翼202。此外，转子叶片200可包括变桨调整机构226，所述变桨调整机构经配置以使小翼202的旋转部分238围绕小翼变桨轴230进行变桨。因此，小翼202相对于风向26(图4)的方向可独立于底板部分222进行调整。
然而，不同于上述实施例，除了可变桨之外，小翼202还可经配置以从小翼位置(如图5所示)，即其中小翼变桨轴230相对于叶片变桨轴228以一个角定向的位置，移动到同轴位置(如图6所示)，即其中所述小翼变桨轴230大体对齐叶片变桨轴228的位置。具体而言，转子叶片200可包括致动机构250，所述致动机构设在底板部分222内任何合适的位置处，用以使小翼202在小翼位置和同轴位置之间移动。例如，如所示实施例所示，致动机构250可包括活塞252，所述活塞通过合适的连杆机构和/或联轴器254连接到小翼202。但在替代实施例中，致动机构250通常可包括任何合适的主动控制机构，其经配置以从涡轮机控制器24接收控制信号，从而收缩和/或展开小翼202。例如，致动机构250可包括电力电机、气动或液压缸、机电致动器、螺线圈致动装置和/或类似装置。在其他实施例中，致动机构250还可包括弹簧等被动部件或其他偏置部件，所述部件可经配置以使小翼202偏置到同轴位置或小翼位置。在此实施例中，电机、活塞等主动部件随后可用于在相应相反方向上移动小翼202以抵抗弹簧或其他偏置部件的偏置力。
还应了解，致动机构250可配置成以可变方式致动小翼202至任何合适的小翼位置。例如，如图5所示，小翼202已致动到特定位置，在该位置处，小翼变桨轴230大体相对于叶片变桨轴228以90度角设置。但在替代实施例中，致动构件250可经配置以致动小翼202，从而使设在小翼变桨轴230和叶片变桨轴228之间的角小于90度或大于90度。
此外，不同于上文参考图3所述的小翼100的固定部分136，所示小翼200可包括枢转部分236，其配置成以枢轴方式连接到转子叶片200的底板部分222，以使小翼200在小翼位置和同轴位置之间进行枢转。具体而言，如所示实施例所示，枢转部分236可配置成在小翼202处于小翼位置时，在设在旋转部分238与枢转部分236之间接合处的变桨接缝240与底板部分222的端256之间大体延伸。然而，当小翼202移动到同轴位置时，枢转部分236可经配置以在底板部分222中展开或以其他方式枢转到所述底板中。例如，在若干实施例中，枢转部分236可包括刚性或半刚性弓形部件，其经配置以在小翼202移动到同轴位置时旋入底板部分222，且在小翼202移动到小翼位置时旋出底板部分222。在替代实施例中，枢转部分236可以压缩以在处于同轴位置时装配到底板部分222内，不过可假设其在部署到小翼位置时的弓形或延伸形状。例如，枢转部分236可由任何合适的柔性、适形和/或弹性材料(例如，帆布或其他合适的片材、可褶皱材料、可折叠材料等)制成，这样枢转部分236即可折叠或以其他方式减少大小，以便在小翼202移动到同轴位置时适合放入底板部分222和/或小翼202中的展开位置或装载位置。
应了解，小翼202的枢转部分236通常可使用现有技术中已知的任何构件以枢轴方式连接到底板部分222。例如，如所示实施例所示，枢转部分230可通过由任何合适的铰链结构，例如机械铰链、活动铰链等设定的铰结点258连接到底板部分222。
现参考图7到9，其中图示了根据本发明各方面的具有可变桨小翼302的转子叶片300的进一步实施例的各个视图。具体而言，图7图示了转子叶片300的局部侧视图，具体图示了小翼302的侧视图。图8图示了从风力发电机10(图1)的轮毂18的角度观察到的转子叶片300的局部翼展向视图，具体图示了沿线8-8截得的小翼302的翼展向视图。此外，图9图示了沿线9-9截得的小翼302的截面图。
通常，所示转子叶片300可与上文参考图2到6所述的转子叶片100、200采用类似配置。例如，转子叶片300可包括主体308，所述主体具有从叶根104(图2)延伸的底板部分322以及从底板部分322朝叶尖306延伸的可变桨小翼302。此外，转子叶片300可包括变桨调整机构326，其经配置以使小翼302的至少一部分围绕小翼变桨轴330进行变桨。因此，小翼302相对于风向26的方向可独立于底板部分322进行调整。
然而，不同于上述实施例，所示变桨调整机构326可经配置以通过使小翼302沿其长度挠曲以其他方式变形来控制小翼302的变桨。具体而言，在若干实施例中，小翼302的至少一部分可由弹性和/或可变形材料制成，从而能够通过变桨调整机构326挠曲和/或变形。例如，如图7所示，在一项实施例中，小翼302可配置成弹性套管360，所述弹性套管具有在叶片接缝324处连接到底板部分322的第一端362，以及在叶尖306处终止的第二端364。在此实施例中，弹性套管360可由任何合适的材料制成，从而能够在无应力状态下保持小翼的气动廓线(例如，翼形截面)，不过其可在施加有某个力时挠曲和/或变形。例如，弹性套管360可由各种合适的高分子材料、橡胶材料和/或类似材料制成。
此外，变桨调整机构326通常可包括任何合适的装置和/或组合装置，其经配置以使小翼302挠曲和/或变形，以便相对于风向调整小翼的方向。例如，如所示实施例所示，变桨调整机构326可包括邻近小翼302的前缘314延伸和/或连接到小翼302的前缘314的第一杆366，以及邻近小翼302的后缘316延伸和/或连接到小翼302的后缘316的第二杆368。此外，变桨调整机构326可包括一个或多个致动器370、372，其经配置以在一个或多个方向上致动杆366、368。例如，如图8具体所示，变桨调整机构326可包括连接到第一杆366的第一致动器370，以及连接到第二杆368的第二致动器372。每个致动器370、372通常可经配置以致动其各自的杆366、368(例如，通过使每个杆366、368围绕致动点374(图7)旋转)，从而使小翼302的至少一部分沿其长度挠曲和/或变形。
通过致动杆366、368中的一者或两者，小翼302相对于风向36的方向可进行调整。例如，如图9所示，通过在相反方向上致动第一和第二杆366、368(例如，通过使杆366、368在相反方向上围绕致动点374旋转)，小翼302可沿其长度弯折、挠曲和/或变形，从而改变小翼302的前缘314和后缘316相对于风的位置，并调整小翼302围绕变桨轴330的变桨。在另一项实施例中，仅杆366、368中的一者可在小翼302内致动，以便调整前缘314或后缘316相对于风向36的位置。
应了解，第一和第二杆366、368通常可包括任何合适的延长部件，其具有足够的刚度和/或硬度以使小翼302在致动杆366、368时挠曲和/或变形。例如，杆366、368可由各种刚性和/或半刚性材料制成，例如，一种或多种金属材料、硬塑料材料等。此外，应了解，致动器370、372通常可包括任何合适的装置和/或装置组合，其可经配置以在一个或多个方向上致动杆366、368。例如，致动器370、372可包括电机、机电致动器、螺线圈致动装置、气动或液压缸等。此外，在若干实施例中，变桨调整机构326可只包括单个杆，例如包括邻近前缘314或后缘316延伸或连接到前缘314或后缘316的单个杆。类似地，变桨调整机构326无需同时包括第一致动器370和第二致动器372。例如，在一项实施例中，单个致动器可连接到第一和第二杆366、368，且可经配置以同时和/或单独致动杆366、368。
应了解，在替代实施例中，变桨调整机构326可包括任何其他合适的部件，及/或可具有任何其他合适的布置以使其具有本专利申请文件所述的功能。例如，变桨调整机构326可只包括一个或多个线性致动器，其经配置以使小翼302的一部分挠曲和/或以其他方式变形。
此外，如图7具体所示，在若干实施例中，小翼302还可经配置以从小翼位置，即其中小翼变桨轴330相对于叶片变桨轴328以一个角定向的位置，移动到同轴位置(由虚线376表示)，即其中小翼变桨轴330大体对齐叶片变桨轴328的位置。具体而言，用于制成小翼302的材料的弹性和/或可变形性质可允许小翼302挠曲和/或变形，使小翼302对齐转子叶片300的底板部分322。因此，如所示实施例所示，变桨调整机构326的致动器370、372可经配置以使杆366、368围绕致动点374旋转约90度，从而使小翼302与转子叶片300的变桨轴328对齐。
本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (15)

1.一种用于风力发电机(10)的转子叶片(100)，所述转子叶片(100)包括：
叶根(104)；
叶尖(106)；以及
主体(108)，所述主体(108)包括从所述叶根(104)延伸的底板部分(122)以及从所述底板部分(122)延伸至所述叶尖(106)的小翼(102)，
其中所述小翼(102)的至少一部分经配置以独立于所述底板部分(122)进行变桨。
2.根据权利要求1所述的转子叶片(100)，其中所述小翼(102)设有变桨轴(130)，所述变桨轴相对于所述底板部分(122)的变桨轴(128)以一个角(132)进行定向，所述小翼(102)经配置以围绕所述变桨轴(130)进行变桨。
3.根据权利要求1所述的转子叶片(100)，其进一步包括连接到所述小翼(102)的变桨调整机构(126)，所述变桨调整机构(126)经配置以对所述小翼(102)进行变桨。
4.根据权利要求3所述的转子叶片(100)，其中所述变桨调整机构(126)包括连接到所述小翼(102)的电机(134)。
5.根据权利要求4所述的转子叶片(100)，其中所述小翼(102)包括连接到所述底板部分(122)的第一部分(136)以及在变桨接缝(140)处连接到所述第一部分(136)的第二部分(138)，所述电机(134)连接到所述第二部分(138)以使所述第二部分(138)在所述变桨接缝(140)处进行变桨。
6.根据权利要求3所述的转子叶片(100)，其中所述变桨调整机构(126)包括邻近所述小翼(102)的前缘(314)延伸的第一杆(366)以及邻近所述小翼(102)的后缘(316)延伸的第二杆(368)，所述第一和第二杆(366、368)经配置以进行致动，从而对所述小翼(102)进行变桨。
7.根据权利要求6所述的转子叶片(100)，其中所述小翼(102)包括连接到所述底板部分(122)的弹性套管(360)，所述第一和第二杆(366、368)经配置以通过使所述弹性套管(360)变形来对所述小翼(102)进行变桨。
8.根据权利要求6所述的转子叶片(100)，其进一步包括致动器(370、372)，所述致动器经配置以致动所述第一杆(366)和所述第二杆(368)中的至少一者。
9.根据权利要求8所述的转子叶片(100)，其中所述致动器(370、372)经配置以致动所述第一杆(366)和所述第二杆(368)中的所述至少一者，以使所述小翼(102)在同轴位置和小翼位置之间移动。
10.根据权利要求1所述的转子叶片(100)，其中所述小翼(102)进一步经配置以相对于所述底板部分(122)在同轴位置和小翼位置之间进行枢转。
11.根据权利要求10所述的转子叶片(100)，其中所述小翼(102)包括以枢轴方式连接到所述底板部分(122)的第一部分(236)以及从所述第一部分(236)延伸到所述叶尖(106)的第二部分(238)，所述第一部分(236)经配置以在所述小翼(102)处于所述小翼位置时，在所述第二部分(238)和所述底板部分(122)之间延伸，所述第一部分(238)经配置以在所述小翼(102)处于所述同轴位置时，在所述底板部分(122)和所述第二部分(238)中的一者内延伸。
12.根据权利要求1所述的转子叶片(100)，其中所述小翼(102)经配置以进行变桨，以使所述小翼(102)的升力矢量(34)指向内侧方向。
13.一种用于风力发电机(10)的转子叶片(100)，所述转子叶片(100)包括：
叶根(104)；
叶尖(106)；以及
主体(108)，所述主体(108)包括从所述叶根(104)延伸的底板部分(122)以及从所述底板部分(122)延伸至所述叶尖(106)的小翼(102)，
其中所述小翼(102)的至少一部分经配置以独立于所述底板部分(122)进行变桨，以及其中所述小翼(102)进一步经配置以相对于所述底座部分(122)在同轴位置和小翼位置之间进行枢转。
14.一种风力发电机(10)，其包括：
多片转子叶片(100)，所述多片转子叶片(100)中的每片转子叶片包括：
叶根(104)；
叶尖(106)；以及
主体(108)，所述主体(108)包括从所述叶根(104)延伸的底板部分(122)以及从所述底板部分(122)延伸至所述叶尖(106)的小翼(102)，
其中所述小翼(102)的至少一部分经配置以独立于所述底板部分(122)进行变桨。
15.根据权利要求14所述的风力发电机(10)，其中所述小翼(102)进一步经配置以相对于所述底板部分(122)在同轴位置和小翼位置之间进行枢转。
CN2012102818881A 2011-08-09 2012-08-09 用于风力发电机转子叶片的可变桨小翼 Pending CN102953924A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/205747 2011-08-09
US13/205,747 US20120027595A1 (en) 2011-08-09 2011-08-09 Pitchable winglet for a wind turbine rotor blade

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102953924A true CN102953924A (zh) 2013-03-06

Family

ID=45526926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012102818881A Pending CN102953924A (zh) 2011-08-09 2012-08-09 用于风力发电机转子叶片的可变桨小翼

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20120027595A1 (zh)
CN (1) CN102953924A (zh)
DE (1) DE102012107221A1 (zh)
DK (1) DK201270456A (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106574603A (zh) * 2014-08-05 2017-04-19 瑞安·丘奇 具有适于横穿流体环境的刚性小翼的结构
CN106762389A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 北京金风科创风电设备有限公司 叶尖、风力发电机组叶片及叶尖的安装方法
CN108331712A (zh) * 2018-02-27 2018-07-27 青岛华创风能有限公司 一种可降噪声的风电叶片
WO2019200526A1 (en) * 2018-04-17 2019-10-24 Envision Energy (Jiangsu) Co., Ltd. Wind turbine tip clearance, estimation and control
CN112272736A (zh) * 2018-06-08 2021-01-26 全球能量有限公司 水平轴转子
CN112829922A (zh) * 2021-02-08 2021-05-25 北京北航天宇长鹰无人机科技有限公司 翼尖小翼及应用其的机翼、无人机
CN114945745A (zh) * 2019-11-12 2022-08-26 维斯塔斯风力系统集团公司 带有倾斜轴线和/或锥形转子的铰接叶片风力涡轮机

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9657716B2 (en) 2011-04-27 2017-05-23 Aktiebolaget Skf Rotational support of a wind turbine blade
GB201209697D0 (en) * 2012-05-31 2012-07-18 Airbus Uk Ltd Method of coupling aerofoil surface structures and an aerofoil assembly
DE202013101386U1 (de) * 2013-03-28 2014-07-09 Rolf Rohden Rotorblatt mit einem Winglet, Windenergieanlage und Windenergieanlagenpark
EP2990643B1 (en) * 2014-08-27 2018-02-21 Siemens Aktiengesellschaft Rotor blade of a wind turbine
WO2016057107A1 (en) * 2014-10-11 2016-04-14 Richard Von Berg Spacer for wind turbine rotor blade
US10690112B2 (en) * 2016-06-27 2020-06-23 William Scott Keeley Fluid turbine rotor blade with winglet design
US10208733B2 (en) * 2016-07-19 2019-02-19 Michael L Barrows Tandem tip-joined rotor blade and hub coupling for passive pitch angle control
DE102018005965A1 (de) * 2018-07-30 2020-01-30 Senvion Gmbh Rotorblatt für eine windenergieanlage, windenergieanlage; verfahren zum verlängern eines rotorblatts sowie verfahren zum herstellen eines rotorblatts
EP4006336A1 (en) * 2020-11-25 2022-06-01 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Wind turbine rotor blade
CN113513368B (zh) * 2021-07-08 2022-09-02 哈尔滨工程大学 一种带有子母动叶片结构的可直接倒车涡轮
US11988187B1 (en) * 2023-07-13 2024-05-21 United Arab Emirates University Wind turbine blade with self-adaptive tip-sweep

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3166129A (en) * 1961-02-27 1965-01-19 Harvard J Bryan Dual thrust propeller and controls for rotary winged aircraft
US4450364A (en) * 1982-03-24 1984-05-22 Benoit William R Lighter than air wind energy conversion system utilizing a rotating envelope
DE3242584A1 (de) * 1982-11-18 1984-05-24 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Anordnung von zusatzflaechen an den spitzen eines tragfluegels
DE102005028688A1 (de) * 2005-05-19 2006-11-30 Airbus Deutschland Gmbh Konzept eines variablen Winglets zur lateralen Lastenreduktion zur kombinierten lateralen und vertikalen Lastenreduktion und zur Performanceverbesserung von Fortbewegungsmitteln
DK200500899A (da) * 2005-06-17 2006-12-18 Lm Glasfiber As Vinge med hængslet vingetip
US8029241B2 (en) * 2010-09-15 2011-10-04 General Electric Company Wind turbine rotor blade with aerodynamic winglet
US7997875B2 (en) * 2010-11-16 2011-08-16 General Electric Company Winglet for wind turbine rotor blade

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106574603A (zh) * 2014-08-05 2017-04-19 瑞安·丘奇 具有适于横穿流体环境的刚性小翼的结构
CN106574603B (zh) * 2014-08-05 2019-12-24 瑞安·丘奇 具有适于横穿流体环境的刚性小翼的结构
CN106762389A (zh) * 2016-12-20 2017-05-31 北京金风科创风电设备有限公司 叶尖、风力发电机组叶片及叶尖的安装方法
CN108331712A (zh) * 2018-02-27 2018-07-27 青岛华创风能有限公司 一种可降噪声的风电叶片
WO2019200526A1 (en) * 2018-04-17 2019-10-24 Envision Energy (Jiangsu) Co., Ltd. Wind turbine tip clearance, estimation and control
CN110678646A (zh) * 2018-04-17 2020-01-10 远景能源（江苏）有限公司 风力涡轮机的叶尖间隙、估算与控制
CN110678646B (zh) * 2018-04-17 2021-06-29 远景能源（江苏）有限公司 风力涡轮机的叶尖间隙、估算与控制
CN112272736A (zh) * 2018-06-08 2021-01-26 全球能量有限公司 水平轴转子
CN114945745A (zh) * 2019-11-12 2022-08-26 维斯塔斯风力系统集团公司 带有倾斜轴线和/或锥形转子的铰接叶片风力涡轮机
CN112829922A (zh) * 2021-02-08 2021-05-25 北京北航天宇长鹰无人机科技有限公司 翼尖小翼及应用其的机翼、无人机
CN112829922B (zh) * 2021-02-08 2022-01-07 北京北航天宇长鹰无人机科技有限公司 无人机

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012107221A1 (de) 2013-02-14
DK201270456A (en) 2013-02-10
US20120027595A1 (en) 2012-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102953924A (zh) 用于风力发电机转子叶片的可变桨小翼
US8029241B2 (en) Wind turbine rotor blade with aerodynamic winglet
US8240995B2 (en) Wind turbine, aerodynamic assembly for use in a wind turbine, and method for assembling thereof
US8602732B2 (en) Wind turbine rotor blade with passively modified trailing edge component
US8419362B2 (en) Foldable blades for wind turbines
US8506248B2 (en) Wind turbine rotor blade with passively modified trailing edge component
US20090324416A1 (en) Wind turbine blades with multiple curvatures
CN102338028A (zh) 具有吸力侧小翼的风力涡轮机转子叶片
EP3722594A2 (en) Wind turbine blade with flow blocking means and vortex generators
US11719224B2 (en) Rotor blade of a wind turbine, having a splitter plate
CN102996328A (zh) 风机转子叶片的延伸件
CN102198858B (zh) 旋翼桨叶、包括此种桨叶的旋翼以及飞行器
US20090074573A1 (en) Wind turbine blade with cambering flaps controlled by surface pressure changes
EP2006537A2 (en) Blade for a horizontal-axis wind generator
CN102758725A (zh) 风力涡轮机和相关的控制方法
US11268491B2 (en) Aero-elastically tailored wind blade tip joint
JP5995816B2 (ja) 風車翼及び風力発電装置
DK2840256T3 (en) Wind turbine blade
EP3857049B1 (en) Method to reduce noise and vibration in a jointed wind turbine blade, and associated wind turbine blade
KR101119743B1 (ko) 풍력 발전기용 로터와 이를 적용한 풍력 발전기 및 이의 동작 제어 방법
WO2014127923A1 (en) Wind turbine blade having twisted spar web

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130306