CN102953925A - 风力发电机及风力发电机的转子叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种风力机转子叶片的叶根。所述叶根通常可包括大体上为圆柱形的部件,所述部件沿纵轴纵向延伸且设有平坦端表面。此外,所述平坦端表面与垂直于所述纵轴延伸的参考平面之间界定角。所述角可能大于0度且小于约10度。
Description
技术领域
本发明大体上涉及风力机,确切地说,涉及一种用于风力机转子叶片的成角的叶根。
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,风力机已获得广泛关注。现代风力机通常包括塔筒、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型理论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。随后,发电机将机械能转化成电能,从而输送到公用设施电网中。
为确保风能仍为可行能源,人们努力通过修改风力机的尺寸和容量来增加能量输出。一个此类修改已用来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、风力机的运行状态、叶片刚度以及其他变量的函数。增加负载不仅会使转子叶片和其他风力机部件疲劳,而且会增加转子叶片突发严重故障的风险,例如,过度负载会引起叶片偏转,从而导致发生塔筒碰撞。
因此,此项技术中需要一种允许使用较长转子叶片但不会增加塔筒碰撞可能性的转子叶片配置。
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,本发明揭示一种风力机的转子叶片。所述转子叶片通常可包括设有平坦表面的叶根、叶尖,以及在所述叶根与所述叶尖之间延伸的主体。所述主体可界定纵轴,且可包括在前缘与后缘之间延伸的压力侧和吸入侧。此外,所述平坦表面与垂直于所述纵轴延伸的参考平面之间形成角。所述角可能大于0度且小于约10度。
其中所述角的范围为约0.5度到约5度。
其中所述角的范围为约0.5度到约3度。
其中所述角的范围为约0.5度到约2度。
其中所述角的范围为约1度到约2度。
其中所述平坦端表面与所述主体的所述压力侧成角。
其中所述平坦端表面包括第一边缘和第二边缘,其中所述第一和第二边缘之间界定的中线与所述转子叶片的翼弦对齐。
另一方面,本发明揭示一种风力机。所述风力机可包括多片转子叶片。每片转子叶片可包括设有平坦表面的叶根、叶尖,以及在所述叶根与所述叶尖之间延伸的主体。所述主体可界定纵轴,且可包括在前缘与后缘之间延伸的压力侧和吸入侧。此外,所述平坦表面与垂直于所述纵轴延伸的参考平面之间形成角。所述角可能大于0度且小于约10度。
其中所述角的范围为约0.5度到约5度。
其中所述角的范围为约0.5度到约3度。
其中所述角的范围为约0.5度到约2度。
其中所述角的范围为约1度到约2度。
其中所述平坦端表面与所述主体的所述压力侧成角。
其中所述平坦端表面包括第一边缘和第二边缘,其中所述第一和第二边缘之间界定的中线与所述转子叶片的翼弦对齐。
所述的风力机进一步包括:塔筒;安装在所述塔筒上的机舱;以及连接到所述机舱的转子,所述转子包括可旋转轮毂,其中所述多片转子叶片中每片转子叶片的所述叶根连接到所述轮毂,从而使每片转子叶片远离所述塔筒延伸。
另一方面,本发明揭示一种风力机转子叶片的叶根。所述叶根通常可包括大体上为圆柱形的部件,所述部件沿纵轴纵向延伸且设有平坦端表面。此外,所述平坦端表面与垂直于所述纵轴延伸的参考平面之间形成角。所述角可能大于0度且小于约10度。
其中所述角的范围为约0.5度到约5度。
其中所述角的范围为约0.5度到约3度。其中所述角的范围为约0.5度到约2度。
其中所述角的范围为约1度到约2度。
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所示为风力机的一项实施例的透视图;
图2所示为根据本发明各方面的转子叶片的一项实施例的透视图;
图3所示为图2所示转子叶片的外侧部分的侧视图,尤其图示了转子叶片的叶根;
图4所示为图3所示叶根的俯视图;以及
图5所示为安装有图2到图4所示转子叶片的风力机的局部侧视图。
部件标号列表:
标号 | 部件 | 标号 | 部件 |
10 | 风力机 | 12 | 塔筒 |
14 | 表面 | 16 | 机舱 |
18 | 转子 | 20 | 轮毂 |
22 | 转子叶片 | 100 | 转子叶片 |
102 | 叶根 | 104 | 叶尖 |
106 | 主体 | 108 | 纵轴 |
110 | 压力侧 | 112 | 吸入侧 |
114 | 前缘 | 116 | 后缘 |
118 | 翼展 | 120 | 翼弦 |
122 | 纵轴 | 124 | 螺栓孔 |
126 | 端表面 | 128 | 变桨轴承 |
130 | 角 | 132 | 平面 |
134 | 第一边缘 | 136 | 第二边缘 |
138 | 中线 | 140 | 叶根 |
142 | 纵轴 | 144 | 塔筒间隙 |
146 | 塔筒间隙 |
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征可用于另一项实施例中,从而得到又一项实施例。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,本发明涉及一种用于具有成角的叶根的风力机的转子叶片。具体而言,转子叶片的叶根可设有相对于转子叶片的纵轴以一定角定向的平坦端表面。因此,当转子叶片安装到风力机轮毂上时,转子叶片与风力机塔筒之间界定的塔筒间隙量可增加。此增加的塔筒间隙可允许将较长和/或较轻的转子叶片用于风力机,从而提高风力机的效率和/或输出,和/或降低制造每片转子叶片所需的成本。
现参考附图,图1所示为风力机10的一项实施例的透视图。如图所示,风力机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可包括多于或少于三片转子叶片22。每片转子叶片22可围绕轮毂20间隔排列,以促使转子18旋转,从而将风的动能转化成可用的机械能,随后转化成电能。例如,轮毂20以可旋转方式连接到位于机舱16中的发电机(未图示),以使发电机产生电能。
现参考图2到图4,所示为根据本发明各方面的具有成角的叶根102的转子叶片100的一项实施例。具体而言,图2所示为转子叶片100的透视图。图3所示为图2所示转子叶片100的内侧部分的侧视图,尤其图示了转子叶片100的叶根102。此外,图4所示为图3所示叶根102的俯视图。
如图所示,转子叶片100通常包括叶根102,和设置在叶根102对面的叶尖104。转子叶片100的主体106沿纵轴108在叶根102与叶尖104之间纵向延伸,且通常用作转子叶片100的外壳。众所周知,主体106可界定气动廓线,从而让转子叶片100使用已知的气动原理捕捉风的动能。因此,主体106通常可包括在前缘114与后缘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,其界定叶根102与叶尖104之间叶片100的总长度;以及翼弦120,其界定前缘114与后缘116之间主体106的总长度。众所周知,由于转子叶片100从叶根102延伸到叶尖104,因此翼弦120的长度可根据翼展118而有所不同。应易于了解,转子叶片100的纵轴108可平行于翼展118延伸。
如上文所述,转子叶片100的主体106通常可界定气动廓线或形状。例如,在多项实施例中,主体106可界定翼形截面,例如,通过界定对称或弧形翼形截面进行界定。此外,转子叶片100还可进行气动弹性裁剪。对转子叶片100进行气动弹性裁剪可能需要使叶片100在大体上的翼弦方向上和/或在大体上的翼展方向上弯曲。翼弦方向通常对应于平行于转子叶片100的翼弦120的方向。翼展方向通常对应于平行于转子叶片100的翼展118或纵轴108的方向。气动弹性裁剪可能进一步需要使转子叶片100扭转,例如,使叶片100在大体上的翼弦和/或翼展方向上扭转。
尤其参考图3和图4,转子叶片100的叶根102通常可包括从转子叶片100的气动成型主体106向外延伸的大体上为圆柱形的部件。例如,如图3所示,叶根102可沿着与转子叶片100的纵轴108平行和/或同轴的纵轴122从主体106延伸。通常情况下,叶根102可经配置以安装到或以其他方式附接到风力机10的轮毂20。例如,如图4所示,多个螺柱或螺栓孔124可设成穿过叶根102的平坦端表面126,用于收纳对应数目个螺柱或螺栓(未图示)。众所周知,螺柱或螺栓可用来将叶根102附接到变桨轴承128(图5),所述变桨轴承设置在轮毂20内和/或连接到该轮毂。例如,叶根102可经配置以牢固地附接到变桨轴承128,这样,端表面126便可接触变桨轴承128的对应表面并平行于所述对应表面延伸。但所属领域的一般技术人员应了解,叶根102可使用所属领域已知的任意其他合适的手段和/或附接方法附接到轮毂20。
应了解,在多项实施例中,叶根102可与转子叶片100的主体106一体形成。或者,叶根102可包括经配置以单独附接到主体106的单独零部件。
尤其如图3所示,根据本发明的多项实施例,叶根102的端表面126可相对于转子叶片100以角130定向。具体而言,端表面126可经配置以在端表面126与参考平面132之间形成角130,所述参考平面垂直于转子叶片100的纵轴108和/或叶根102的纵轴122延伸。这样,当叶根102附接到风力机10的轮毂20时,转子叶片100的纵轴108和/或叶根102的纵轴122便可相对于端表面126与变桨轴承128之间界定的接口以非直角定向。应了解,本专利申请文件所用的术语“参考平面”对应于垂直于转子叶片100的纵轴108和/或叶根102的纵轴122进行界定并平行于转子叶片100的翼弦120延伸的虚平面。
通常情况下,叶根102的端表面126与参考平面132之间界定的角130可包括大于0度的任意合适的角。但在多项实施例中,角130的范围可为大于0度到小于约10度,例如,从约0.5度到约5度,或从约0.5度到约3度,或从约0.5度到约2度,或从约1度到约2度,以及这之间的所有其他子范围。
在多项实施例中,平坦端表面126可设在叶根102中,从而使端表面126与转子叶片100的压力侧110成角。例如,如图3所示,端表面126所界定的平面可在转子叶片100的吸入侧112上所界定的第一边缘134与转子叶片100的压力侧110上所界定的第二边缘136之间向内成角,其中第一边缘134通常对应于端表面126上离转子叶片100的叶尖104最远的点,且第二边缘136通常对应于端表面126上离叶尖104最近的点。因此,当转子叶片100安装在风力机轮毂20上时,转子叶片100可远离塔筒12成角。此外,在一项实施例中,端表面126可设在叶根102中,这样,设在第一边缘134与第二边缘136之间的中间的中线138通常与转子叶片100的翼弦120对齐并平行于该翼弦延伸。因此,当叶片100在运行期间变桨到功率位置(powerposition)(即,转子叶片100的压力侧110直接面对风的位置)时,转子叶片100与塔筒12之间所界定的塔筒间隙可达到最大。
应了解,叶根102的端表面126可使用所属领域已知的任意合适的制造方法和/或手段形成。例如,在多项实施例中,最初形成的叶根102可能具有大体垂直于转子叶片100的纵轴108和/或叶根102的纵轴122(即,大体平行于参考平面132)定向的端表面。在此类实施例中,成角的端表面126可通过切割、磨削,或者使用任意合适的切割、磨削和/或加工设备移除叶根102的部分而形成。或者,最初形成的叶根102可能具有成角的端表面126。
现参考图5,所示为安装在风力机轮毂20上的图2到图4所示转子叶片100的一项实施例。具体而言,图5所示为使用所揭示的转子叶片100与传统转子叶片22(用虚线表示)相比得到的塔筒间隙144、146的差异。如图所示,当所揭示的转子叶片100的叶根102紧固到轮毂20(例如,将端表面126紧固到变桨轴承128的一部分)时,端表面126与轮毂20之间所界定的接口相对于转子叶片100的纵轴108以非直角定向。因此,由于接口成角,因此转子叶片100可经配置以远离塔筒12向外延伸。相反,当传统转子叶片22的叶根140紧固到轮毂20时,转子叶片22与轮毂20之间所界定的接口垂直于叶片22的纵轴142定向,且因此,转子叶片22通常垂直于塔筒12延伸。因此,所揭示的转子叶片100与塔筒12之间所界定的塔筒间隙144大体上可比传统叶片22与塔筒12之间所界定的塔筒间隙146高。
本说明书使用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、并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)
1.一种风力发电机(10)的转子叶片(100),所述转子叶片(100)包括:
设有平坦端表面(126)的叶根(102);
叶尖(104);
在所述叶根(102)与所述叶尖(104)之间延伸的主体(106),所述主体(106)界定纵轴(108)且包括在前缘(114)与后缘(116)之间延伸的压力侧(110)和吸入侧(112),
其中所述平坦端表面(126)与垂直于所述纵轴(108)延伸的参考平面(132)之间形成一个角(130),所述角(130)大于0度且小于约10度。
2.根据权利要求1所述的转子叶片(100),其中所述角(130)的范围为约0.5度到约5度。
3.根据权利要求1所述的转子叶片(100),其中所述角(130)的范围为约0.5度到约3度。
4.根据权利要求1所述的转子叶片(100),其中所述角(130)的范围为约0.5度到约2度。
5.根据权利要求1所述的转子叶片(100),其中所述角(130)的范围为约1度到约2度。
6.根据权利要求1所述的转子叶片(100),其中所述平坦端表面(126)与所述主体(106)的所述压力侧(110)成角。
7.根据权利要求1所述的转子叶片(100),其中所述平坦端表面(126)包括第一边缘(134)和第二边缘(136),其中所述第一边缘(134)和所述第二边缘(136)之间界定的中线(138)与所述转子叶片(100)的翼弦(120)对齐。
8.一种风力发电机(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:
设有平坦端表面(126)的叶根(102);
叶尖(104);
在所述叶根(102)与所述叶尖(104)之间延伸的主体(106),所述主体(106)界定纵轴(108)且包括在前缘(114)与后缘(116)之间延伸的压力侧(110)和吸入侧(112),
其中所述平坦端表面(126)与垂直于所述纵轴(108)延伸的参考平面(132)之间形成一个角(130),所述角(130)大于0度且小于约10度。
9.根据权利要求8所述的风力发电机(10),其中所述角(130)的范围为约0.5度到约5度。
10.根据权利要求8所述的风力发电机(10),其中所述角(130)的范围为约0.5度到约3度。
11.根据权利要求8所述的风力发电机(10),其中所述角(130)的范围为约0.5度到约2度。
12.根据权利要求8所述的风力发电机(10),其中所述角(130)的范围为约1度到约2度。
13.根据权利要求8所述的风力发电机(10),其中所述平坦端表面(126)与所述主体(106)的所述压力侧(110)成角。
14.根据权利要求8所述的风力发电机(10),其中所述平坦端表面(126)包括第一边缘(134)和第二边缘(136),其中所述第一边缘(134)和所述第二边缘(136)之间界定的中线(138)与所述转子叶片(100)的翼弦(120)对齐。
15.根据权利要求8所述的风力发电机(10),其进一步包括:
塔筒(12);
安装在所述塔筒(12)上的机舱(16);以及
连接到所述机舱(16)的转子(18),所述转子(18)包括可旋转轮毂(20),
其中所述多片转子叶片(100)中每片转子叶片的所述叶根(102)连接到所述轮毂(20),从而使每片转子叶片(100)远离所述塔筒(12)延伸。
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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 |