CN102996330A

CN102996330A - 用于风机的转子叶片组件

Info

Publication number: CN102996330A
Application number: CN2012103388359A
Authority: CN
Inventors: X.伊里扎里-罗萨多
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-03-27
Also published as: DE102012108570A1; DK201200565A; US20130064677A1

Abstract

本发明涉及并揭示一种用于风机的转子叶片组件。所述转子叶片组件包括转子叶片，其表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、吸入侧、前缘和后缘。所述表面进一步设有内部，并且所述转子叶片进一步设有翼展和翼弦。所述转子叶片组件进一步包括支杆，其设置在所述内部中，并且在所述压力侧和所述吸入侧之间延伸。所述支杆的长度沿大体翼展方向延伸，并且所述支杆的宽度沿对角线延伸到所述翼弦。

Description

用于风机的转子叶片组件

技术领域

本发明大体涉及转子叶片组件，确切地说，涉及具有设计成减小屈曲的内部结构的转子叶片组件。

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，风机已获得广泛关注。现代风机通常包括塔筒、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来捕获风的动能。转子叶片以转动能的形式传输动能，以使轴转动，所述轴将转子叶片连接到齿轮箱，或者，如果未使用齿轮箱，则直接连接到发电机。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。

风机转子叶片的特定大小是影响风机整体效率的重要因素。具体而言，增加转子叶片长度或翼展通常可使风机的发电量整体增加。因此，致力于增加转子叶片大小有助于风机技术的不断发展，也有助于将风能用作替代能源。但是，随着转子叶片大小增加，叶片的重量也会增加。这样增加的重量可使转子叶片受到较高的屈曲风险，尤其在风机运行期间。转子叶片的屈曲可对转子叶片和/或风机造成损坏或者可能对转子叶片和/或风机造成灾难性的破坏。

目前致力于减小转子叶片发生屈曲的风险的努力已包括，例如，增大转子叶片翼梁帽和/或抗剪腹板的强度。但是，此类强度的增大要求相应地增加大小和重量。

因此，本领域需要一种用于风机的改良型转子叶片组件。例如，一种包括设计成减小屈曲的内部结构的转子叶片组件将很有利。

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。

在一项实施例中，揭示了一种用于风机的转子叶片组件。所述转子叶片组件包括转子叶片，其表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、吸入侧、前缘和后缘。所述表面进一步设有内部，并且所述转子叶片进一步设有翼展和翼弦。所述转子叶片组件进一步包括支杆，其设置在所述内部中，并且在所述压力侧和所述吸入侧之间延伸。所述支杆的长度沿大体翼展方向延伸，并且所述支杆的宽度沿对角线延伸到所述翼弦。

参考以下具体实施方式和所附权利要求书可以更好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，展示了本发明的各个实施例，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，针对所属领域的一般技术人员，完整且可实现地揭示了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1为根据本发明的一项实施例的风机的透视图；

图2为根据本发明的一项实施例的转子叶片组件的俯视图；

图3为根据本发明的一项实施例的转子叶片组件的截面图；

图4为根据本发明的另一项实施例的转子叶片组件的截面图；

图5为根据本发明的另一项实施例的转子叶片组件的截面图；以及

图6为根据本发明的另一项实施例的转子叶片组件的截面图。

元件符号列表：

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各实施例，附图中图示了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制本发明。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进行说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一项实施例。因此，本发明应涵盖属于所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。

图1所示为采用传统结构的风机10。风机10包括塔筒12，所述塔筒上安装有机舱14。多片转子叶片16安装到转子轮毂18，所述转子轮毂转而连接到转动主转子轴的主法兰。风机发电和控制部件安置在机舱14内。图1仅作说明目的，以示例性地说明本发明。应了解，本发明并不限于任意特定类型的风机配置。

参考图2，根据本发明的转子叶片16可包括外表面，其设有在前缘26与后缘28之间延伸的压力侧22和吸入侧24(见图3到图5)，且所述转子叶片可从叶尖32延伸到叶根34。压力侧22和吸入侧24在前缘26和后缘28处会合，并且因此界定所述前缘和所述后缘。如所属领域所熟知，所述外表面可为具有大体气动轮廓的大体气动表面。

在一些实施例中，转子叶片16可包括从叶尖32到叶根34以端对端的次序对齐的多个单独的叶片段。每个单独的叶片段可采用独特配置，以便多个叶片段构成一个具有设计好的气动廓线、长度和其他所需特性的完整转子叶片16。例如，每个叶片段的气动廓线可对应于相邻叶片段的气动廓线。因此，叶片段的气动廓线可形成转子叶片16的连续气动廓线。或者，转子叶片16可形成为具有设计好的气动廓线、长度和其他所需特性的单个整体叶片。

在示例性实施例中，转子叶片16可以弯曲。弯曲转子叶片16可使转子叶片16在大体拍打方向和/或在大体沿边方向上弯曲。拍打方向通常可解释为气动升力作用于转子叶片16上的方向(或反方向)。沿边方向通常垂直于拍打方向。转子叶片16在拍打方向上的弯曲也称为预弯曲，而在沿边方向上的弯曲也称为扫掠。因此，弯曲的转子叶片16可能是预弯曲和/或扫掠的。弯曲可使得转子叶片16在风机10运行期间更能承受拍打方向负载和沿边方向负载，且可在风机10运行期间进一步使转子叶片16远离塔筒12。

转子叶片16可进一步设有翼弦42和翼展44。如图2所示，翼弦42可随转子叶片16的翼展44而变化。因此，局部翼弦可沿翼展44在转子叶片16上的任何一点处针对转子叶片16进行设定。

另外，转子叶片16可设有内侧区域52和外侧区域54。内侧区域52可为从叶根34延伸的转子叶片16的翼展方向部分。例如，在一些实施例中，内侧区域52可包括始于叶根34的翼展44的约33％、40％、50％、60％、67％或其间的任何百分比或百分比范围、或任何其他合适的百分比或百分比范围。外侧区域54可为从叶尖32延伸的转子叶片16的翼展方向部分，且在一些实施例中，可包括内侧区域52与叶尖32之间的转子叶片16的剩余部分。或者或此外，在一些实施例中，外侧区域54可包括始于叶尖32的翼展44的约33％、40％、50％、60％、67％或其间的任何百分比或百分比范围、或任何其他合适的百分比或百分比范围。

如图3至图6所示，转子叶片16的表面可进一步界定转子叶片16的内部60。因此，内部60为位于转子叶片16内部并且由各表面包围的空腔。

在一些实施例中，翼梁帽(未图示)可包括在一个或多个外表面中。通常，例如，一个或多个翼梁帽可包括在压力侧22和吸入侧24中。翼梁帽通常用作构件，且因此可相对较厚，或者由与转子叶片16的表面的其余部分不同的材料构成。

如图2至图6所示，本发明可进一步涉及转子叶片组件100。转子叶片组件100可包括转子叶片16。此外，转子叶片组件100包括设置在转子叶片16的内部60中的结构部件。此类结构部件通过放置以防止或减小屈曲和/或转子叶片16的其他不需要的弯曲，并且此类结构部件可因此加固和/或加强转子叶片16。屈曲和其他不需要的弯曲可发生在拍打方向或沿边方向，以及/或者翼弦42或翼展44周围，或者任何其他合适方向或轴上或周围。

因此，如图3至图6所示，转子叶片组件100可包括一个或多个支杆102。每个支杆102可设置在转子叶片16的内部60中，并且可在转子叶片16的压力侧22和吸入侧24之间延伸。支杆可包括在两端106(图3至图6的截面图中仅图示了一端)之间延伸的主体104。支杆通常可具有大体矩形的截面轮廓，如图所示。然而，应理解，本发明并不限于矩形截面轮廓，事实上，任意合适的截面轮廓均在本发明的范围和精神内。

内部60内每个支杆的方向可有利地减小转子叶片16的屈曲或其他不需要的弯曲的风险。因此，根据本发明的支杆102具有长度112、宽度114和厚度116。长度112沿翼展44在大体翼展方向上延伸。因此，端106沿翼展44间隔开。在一些实施例中，支杆102的长度112可从叶根34至叶尖32穿过整个翼展44。在其他实施例中，长度112可仅穿过翼展44的一部分。

例如，高屈曲区域(high buckling region)120可为转子叶片组件100而设定。高屈曲区域是转子叶片16的一个区域，其与转子叶片16的其他区域相比，相对更有可能发生屈曲。支杆102或其一部分可穿过/覆盖高屈曲区域的全部或一部分，从而减小此区域中发生屈曲的风险。高屈曲部分可为始于叶根34的翼展44的约0％和约50％之间的区域，或者始于叶根34的翼展44的约5％和约40％之间的区域，或者始于叶根34的翼展44的约10％和约30％之间的区域，或者转子叶片16中与转子叶片16的其他区域相比，相对更有可能发生屈曲的任何其他翼展方向区域。

本发明的发明人已发现，宽度114相对于翼弦42的方向在减小屈曲风险方面尤其有利。因此，支杆102的宽度114沿对角线倾斜延伸到翼弦42，并且可进一步沿对角线倾斜延伸到轴122；或者所述支杆102的宽度114相对所述翼弦42以一定角度倾斜延伸，同时进一步以相对轴122以一角度倾斜延伸。轴122同时垂直于翼弦42和翼展44进行设定，并且因此在压力侧22和吸入侧24之间延伸。根据本发明的“沿对角线”的意思是，与翼弦42和/或轴122成某个角度。因此，角度124可相对于翼弦42进行设定，如图所示。沿对角线延伸的支杆102的宽度114所成的角度124小于90度且大于0度。

在一些实施例中，宽度114可以角度124延伸，所述角度在与翼弦42成约20度和约80度的范围内，例如在与翼弦42成约30度和约70度的范围内，例如在与翼弦42成约40度和约50度的范围内，例如与翼弦42成约45度。

如本文所述，支杆102，例如其宽度114在压力侧22和吸入侧24之间延伸。在一些实施例中，支杆102可通过任何合适的连接装置，连接到界定压力侧22和/或吸入侧24的一个表面或多个表面。例如，在一些实施例中，可使用合适的机械紧固件，例如，钉子、螺钉、螺栓螺母组合件、铆钉，或者任何合适的机械紧固件，或者可使用合适的粘合剂来粘附支杆102。在其他实施例中，支杆102例如可连接到抗剪腹板130，或者转子叶片16的其他合适部件。此外，在一些实施例中，支杆102可紧靠抗剪腹板130或者界定压力侧122和/或吸入侧24的表面，并且可连接到所述抗剪腹板或所述表面，或者连接到其他此类部件。

如图3至图5进一步所示，在一些实施例中，一个或多个抗剪腹板130可包括在转子叶片16的内部中，所述内部在压力侧22和吸入侧24之间延伸。抗剪腹板130例如可在压力侧和吸入侧翼梁帽之间延伸，或者在压力侧22和吸入侧24之间延伸。如图所示，每个抗剪腹板130沿垂直于翼弦42和翼展44的轴122延伸。抗剪腹板130通常由玻璃纤维、轻木和/或泡沫构成。此外，在许多典型的转子叶片中，每个抗剪腹板130具有厚度132，其介于约0.5英寸和约5英寸之间，介于约1英寸和约3英寸之间，或者为约2英寸。

类似地，根据本发明的支杆102可由玻璃纤维、轻木和/或泡沫等合适材料构成。或者，支杆102可由碳纤维等碳或者任何其他合适的轻质复合材料构成。

在一些实施例中，支杆102的厚度116可小于抗剪腹板130的厚度132。例如，在一些实施例中，厚度116可为厚度132的三分之二、一半或者三分之一。

因此，支杆102可有利地向转子叶片16提供稳定性，并且防止转子叶片16发生屈曲和其他不需要的弯曲，同时保持质量较轻，且相对较薄。因此，转子叶片16的重量和体积的增加相对较小。

图3至图6所示为根据本发明的转子叶片组件100的各种实施例。例如，图3所示为在两个抗剪腹板130之间沿对角线延伸或倾斜延伸的支杆102。图4所示为从单个抗剪腹板130沿对角线延伸或倾斜延伸的两个支杆102。图5所示为从单个抗剪腹板130沿对角线延伸或倾斜延伸的两个支杆102的另一项实施例。图6所示为在内部60内沿对角线延伸或倾斜延伸的九个支杆102，并且内部60内没有抗剪腹板130。应了解，任何数量的支杆102可设置在内部60中，并且还应了解，支杆102可沿整个翼弦42放置，如图6所示，或者沿所述翼弦的任何部分放置，如图3至图5所示。

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，或者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

1.一种用于风机的转子叶片组件，其包括：

转子叶片，其表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、吸入侧、前缘和后缘，所述表面进一步界定有内部，所述转子叶片进一步设有翼展和翼弦；以及

支杆，其设置在所述内部中，并且在所述压力侧和所述吸入侧之间延伸，

其中所述支杆的长度沿大体翼展方向延伸，并且所述支杆的宽度沿对角线延伸到所述翼弦。

2.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述支杆的所述宽度进一步沿对角线延伸到垂直于所述翼展和所述翼弦的轴。

3.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述宽度以某个角度延伸，所述角度在与所述翼弦成约20度和约80度的范围内。

4.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述宽度以某个角度延伸，所述角度在与所述翼弦成约40度和约50度的范围内。

5.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述支杆设置在所述转子叶片的高屈曲区域中。

6.根据权利要求5所述的转子叶片组件，其中所述高屈曲区域介于始于所述叶根的所述翼展的约5％和约40％之间。

7.根据权利要求5所述的转子叶片组件，其中所述高屈曲区域介于始于所述叶根的所述翼展的约10％和约30％之间。

8.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其进一步包括多个支杆。

9.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其进一步包括抗剪腹板，所述抗剪腹板大体沿垂直于所述翼展和所述翼弦的所述轴在所述压力侧和所述吸入侧之间延伸。

10.根据权利要求9所述的转子叶片组件，其中所述支杆的厚度小于所述抗剪腹板的厚度。

11.一种风机，其包括：

多片转子叶片，所述多片转子叶片中至少一片转子叶片的表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、吸入侧、前缘和后缘，所述表面进一步设有内部，所述多片转子叶片中的所述至少一片转子叶片进一步设有翼展和翼弦；以及

支杆，其设置在所述内部中，并且在所述多片转子叶片的所述至少一片转子叶片的所述压力侧和所述吸入侧之间延伸，

12.根据权利要求11所述的风机，其中所述支杆的所述宽度进一步沿对角线延伸到垂直于所述翼展和所述翼弦的轴。

13.根据权利要求11所述的风机，其中所述宽度以某个角度延伸，所述角度在与所述翼弦成约20度和约80度的范围内。

14.根据权利要求11所述的风机，其中所述宽度以某个角度延伸，所述角度在与所述翼弦成约40度和约50度的范围内。

15.根据权利要求11所述的风机，其中所述支杆设置在所述转子叶片的高屈曲区域中。

16.根据权利要求15所述的风机，其中所述高屈曲区域介于始于所述叶根的所述翼展的约5％和约40％之间。

17.根据权利要求15所述的风机，其中所述高屈曲区域介于始于所述叶根的所述翼展的约10％和约30％之间。

18.根据权利要求11所述的风机，其进一步包括多个支杆。

19.根据权利要求11所述的风机，其进一步包括抗剪腹板，所述抗剪腹板大体沿垂直于所述翼展和所述翼弦的所述轴在所述压力侧和所述吸入侧之间延伸。

20.根据权利要求19所述的风机，其中所述支杆的厚度小于所述抗剪腹板的厚度。

21.根据权利要求11所述的风机，其中所述支杆由玻璃纤维构成。