CN102996331A - 用于风力发电机转子叶片的致动式扰流板组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及并公开一种用于风力发电机的转子叶片。所述转子叶片一般可包括具有压力侧和吸入侧的壳体。所述壳体可沿气流流经的所述压力侧和所述吸入侧界定外表面。此外，所述转子叶片可包括扰流板组件，所述扰流板组件具有邻近所述外表面设置的可变形膜。所述可变形膜可经配置以相对于所述外表面进行变形，以便所述可变形膜的至少一部分可在非致动位置和致动位置之间移动。此外，所述可变形膜的所述至少一部分可经配置以在处于所述致动位置时将所述气流与所述外表面隔开。

Description

用于风力发电机转子叶片的致动式扰流板组件

技术领域

本发明大体上涉及风力发电机，确切地说，涉及用于风力发电机转子叶片的致动式扰流板组件。

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。

风力发电机转子叶片的特定大小是影响风力发电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一般可使风力发电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持续发展风力发电机技术，也有助于将风能作为替代能源使用。但是，由于转子叶片大小增加，通过叶片传输至风力发电机其他部件（例如风力发电机轮毂和其他部件）的负载也会因此增加。例如，转子叶片较长会导致负载因叶片质量增加而增加，也会导致沿着叶片翼展发生作用的气动负载增加。由于通过转子叶片传输的负载可能超过其他风力发电机部件的负载承受能力，因此在高风速条件下，此类负载的增加会成为相当棘手的问题。

众所周知，某些表面特征，例如扰流板，可用于将空气与转子叶片的外表面隔开，以减小叶片所产生的升力，并减少作用在叶片上的负载。但是，扰流板通常被设计成永久性地沿转子叶片的外表面设置。因此，无论风力发电机在何种条件下运行，转子叶片所产生的升力大小均会减小。因此，需要一种致动式扰流板，以在需要时（例如，在骤风等高风速的条件下）有效减少作用在转子叶片上的负载，而不会降低转子叶片在正常运行条件下的整体效率。此外，需要一种致动式扰流板配置，以便对扰流板进行致动，而不会沿转子叶片的表面形成明显的表面间断（例如，穿过叶片的壳体而形成的外露孔或槽）。

因此，一种包括一个或多个致动式扰流板而不会形成大量表面间断的转子叶片在此项技术中将非常有用。

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，本发明涉及一种用于风力发电机的转子叶片。所述转子叶片大体可包括具有压力侧和吸入侧的壳体。所述壳体可沿气流流经的所述压力侧和所述吸入侧设有外表面。此外，所述转子叶片可包括扰流板组件，所述扰流板组件具有邻近所述外表面设置的可变形膜。所述可变形膜可经配置以相对于所述外表面进行变形，以便所述可变形膜的至少一部分可在非致动位置和致动位置之间移动。此外，所述可变形膜的所述至少一部分可经配置以在处于所述致动位置时将所述气流与所述外表面隔开。

另一方面，本发明涉及一种用于风力发电机的转子叶片。所述转子叶片大体可包括具有压力侧和吸入侧的壳体。所述壳体可沿气流流经的所述压力侧和所述吸入侧设有外表面。此外，所述转子叶片可包括扰流板组件，所述扰流板组件具有邻近所述外表面设置的可变形膜。所述可变形膜可经配置以相对于所述外表面进行变形，以便所述可变形膜的至少一部分可在非致动位置和致动位置之间移动。此外，所述可变形膜的所述至少一部分可经配置以在处于所述致动位置时将所述气流与所述外表面隔开。另外，所述扰流板组件还可包括用于将所述可变形膜移动到所述致动位置的装置。

另一方面，本发明披露一种用于相对风力发电机的转子叶片的外表面致动扰流板组件的方法。所述方法大体可包括：向邻近所述外表面设置的可变形膜施加力，以使所述可变形膜的至少一部分从非致动位置移动到致动位置；以及从所述可变形膜上撤除所述力，以使所述可变性膜的所述至少一部分返回所述致动位置。

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，并与具体说明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，完整且可实现地披露了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1所示为风力发电机的一个实施例的透视图；

图2所示为根据本发明各方面的具有多个致动式扰流板组件的转子叶片的一个实施例的透视图；

图3所示为沿线3-3截得的图2所示转子叶片的截面图，尤其所示为致动式扰流板组件中的一个扰流板组件的各种部件；

图4所示为图3所示转子叶片的局部截面图，尤其所示为处于致动位置时致动式扰流板组件的可变形膜；

图5所示为图3所示转子叶片的另一局部截面图，尤其所示为处于非致动位置时致动式扰流板组件的可变形膜；

图6所示为根据本发明各方面的其中安装有致动式扰流板组件的另一实施例的图2所示转子叶片的局部截面图，尤其所示为处于致动位置时致动式扰流板组件的可变形膜;

图7所示为图6所示转子叶片的另一局部截面图，尤其所示为处于非致动位置时致动式扰流板组件的可变形膜；

图8所示为根据本发明各方面的其中安装有致动式扰流板组件的另一实施例的图2所示转子叶片的局部截面图，尤其所示为处于致动位置时致动式扰流板组件的可变形膜;以及

图9所示为图8所示转子叶片的另一局部截面图，尤其所示为处于非致动位置时致动式扰流板组件的可变形膜。

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	机舱	16	转子叶片
				18	转子轮毂	20	涡轮机控制器
100	转子叶片	102	扰流板组件
				104	叶根	106	叶尖
108	壳体	110	压力侧
				112	吸入侧	114	前缘
116	后缘	118	翼展
				120	翼弦	122	可变形膜
124	外表面	126	长度
				128	侧	130	厚度
132	致动器	134	连杆
				136	槽	138	长度
140	宽度	142	宽度
				144	活塞杆	146	宽度
148	距离	152	高度
				202	扰流板组件	222	可变形膜
230	厚度	260	凹面
				262	高度	264	流体来源
266	空腔	268	软管
				270	喷嘴	302	扰流板组件
322	可变形膜	380	可膨胀构件

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，本发明应涵盖所有属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，本发明涉及一种包括致动式扰流板组件的转子叶片。具体而言，披露一种致动式扰流板组件，所述致动式扰流板组件包括可变形膜，所述可变形膜经配置以在非致动位置，即可变形膜大体对齐转子叶片的外表面的位置，与致动位置，即可变形膜形成从外表面向外延伸的扰流板状部件的位置，之间变形和/或移动。因此，可变形膜在其处于致动位置时可以用于有效减少作用在转子叶片上的负载，并且在其处于非致动位置时可以大体对齐叶片的外表面，从而不会影响叶片的性能。

此外，使用可变形膜可以提供致动式扰流板，而不会在转子叶片的外表面产生大量表面间断。具体而言，可变形膜可以安装在穿过外表面而形成的任何孔或槽上，并且可以覆盖这些孔或槽，以便对膜进行致动。因此，可变形膜可以提供用于转子叶片的环境屏障。例如，可变形膜可以阻止水、灰尘、雪、冰和/或类似物通过设在叶片中的孔或槽进入转子叶片的内部空腔。

现参阅附图，图1所示为风力发电机10的一个实施例的透视图。风力发电机10包括塔筒12，塔筒12上安装有机舱14。多片转子叶片16安装在转子轮毂18上，而转子轮毂18连接到转动主转子轴的主法兰上。风力发电机发电和控制部件（例如，涡轮机控制器20）可以安装在机舱14中。应了解，图1仅作说明目的，以示例性地说明本发明。因此，本发明所属领域的技术人员易于了解，本发明的范围不限于任何特定类型的风力发电机配置。

现参阅图2，所示为根据本发明各方面的具有一个或多个致动式扰流板组件102的转子叶片100的一个实施例的透视图。如图所示，所披露的转子叶片100大体可包括叶根104，所述叶根经配置以将转子叶片100安装到风力发电机10（图1）的轮毂18上；以及叶尖106，其设置在与叶根104相对的位置。转子叶片100的壳体108大体可经配置以在叶根104和叶尖106之间延伸，并且可用作叶片100的外壳/外罩。在若干实施例中，壳体108可设有大体上的气动廓线，例如，通过设定对称或弧面翼形截面。这样，壳体108可设有在前缘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可具有设定叶根104和叶尖106之间总长度的翼展118，以及设定前缘114和后缘116之间总长度的翼弦120。众所周知，由于转子叶片100从叶根104延伸到叶尖106，因此，翼弦120的长度可随翼展118而不同。

在若干实施例中，转子叶片100的壳体108可制成单个整体部件。或者，壳体108可以由多个壳体部件构成。例如，壳体108可由大体设有转子叶片100的压力侧110的第一壳半体以及大体设有转子叶片100的吸入侧112的第二壳半体制成，此类壳半体在叶片100的前缘114和后缘116处互相固定。此外，壳体108一般可由任何合适的材料制成。例如，在一个实施例中，壳体108可完全由碳纤维增强型薄板复合材料或玻璃纤维增强型薄板合成材料等薄板复合材料制成。或者，壳体108的一个或多个部分可配置成分层结构，并且可包括布置在不同薄板复合材料层之间的芯材料，该芯材料由轻质材料，例如，木材（如轻木）、泡沫（如挤塑聚苯乙烯泡沫）或此类材料的组合制成。

应了解，转子叶片100还可包括一个或多个内部结构部件。例如，在若干实施例中，转子叶片100还可包括在相应主梁帽（未图示）之间延伸的一个或多个抗剪腹板（未图示）。但在其他实施例中，本发明的转子叶片100可具有任何其他合适的内部配置。

此外，如上所述，转子叶片100还可包括沿叶片100隔开的一个或多个致动式扰流板组件102。如将在下文更为详细地描述，每个扰流板组件102大体可包括可变形膜122，所述可变形膜经配置以相对于壳体108的外表面124（图3到5）变形，例如，通过配置成从非致动位置（图5）移动到致动位置（图3和4）。因此，当可变形膜122移动到致动位置时，扰流板状部件可沿转子叶片100的外表面124形成，以使流经叶片100的气流与外表面124隔开。

应了解，转子叶片100大体可包括任何合适数量的扰流板组件102。例如，如图2所示，转子叶片100包括沿叶片100隔开的两个扰流板组件102。但是，在替代实施例中，转子叶片100可只包括一个扰流板组件102，或者转子叶片100可包括两个以上扰流板组件102，例如，三个扰流板组件102、四个扰流板组件102或者四个以上扰流板组件102。此外，每个扰流板组件102大体可设置在转子叶片100上任何合适的位置处。例如，如图2所示，每个扰流板组件102置于转子叶片100的吸入侧112上。在替代实施例中，每个扰流板组件102可置于转子叶片100的压力侧110上，或者扰流板102可置于转子叶片100的两侧110、112上。类似地，扰流板组件102大体可沿转子叶片100的翼展118设置在任何合适的位置，例如，从大体邻近叶根104的位置至到大体邻近叶尖106的位置。

此外，在转子叶片100包括一个以上扰流板组件102的实施例中，扰流板组件102可沿转子叶片100在任何方向上彼此隔开。例如，如图2所示，扰流板组件102可在翼展方向上彼此隔开。在其他实施例中，扰流板102可在翼弦方向或者翼展和翼弦方向上彼此隔开。所属领域的技术人员应了解，“翼弦方向”是指平行于转子叶片100的翼弦120进行延伸的方向，而“翼展方向”是指平行于转子叶片100的翼展118进行延伸的方向。

此外，每个扰流板102大体可沿转子叶片100设有任何合适的长度126，在若干实施例中，所述长度可大体对应于可变形膜122的长度126。例如，在一个实施例中，扰流板组件102的长度126与转子叶片100的翼展118大体相等，以便每个扰流板组件102从大体邻近叶根104的位置延伸至大体邻近叶尖106的位置。在其他实施例中，扰流板组件102可设有较短长度126。例如，在本发明的特定实施例中，每个扰流板组件102可设有小于5米的长度，例如，小于3米或小于2米，以及这两者之间的所有其他子范围。

现参阅图3到5，所示为图2所示转子叶片100的截面图。具体而言，图3所示为沿线3-3截得的图2所示转子叶片100的截面图，尤其所示为扰流板组件102中的一个扰流板组件的各个部件。图4所示为图3所示转子叶片100的局部截面图，尤其所示为处于致动位置的扰流板组件102的可变形膜122。此外，图5所示为图3所示转子叶片100的另一局部截面图，尤其所示为处于非致动位置的扰流板组件102的可变形膜122。

一般而言，如上所述，扰流板组件102可包括邻近壳体108的外表面124设置的可变形膜122。此外，扰流板组件102可包括任何合适的装置，用于使可变形膜122从非致动位置（图5），即可变形膜122大体对齐外表面124的位置，移动到致动位置（图3和4），即可变形膜122的至少一部分置于外表面124上以沿外表面124形成扰流板状部件的位置。因此，当转子叶片100上的负载增加时（例如，在高风速条件下运行期间），可变形膜122可移动到致动位置（例如，通过使可变形膜122的至少一部分变形），以使转子叶片100上流动的空气与外表面124隔开，从而减小叶片100所产生的升力，并且减少通过叶片100传输至风力发电机10的其他部件（例如，风力发电机轮毂18（图1））的负载。然而，在无需考虑叶片负载时（例如，在低风速条件下），可变形膜122可返回非致动位置，从而不会影响转子叶片100的性能和/或效率。

扰流板组件102的可变形膜122大体可经配置以在邻近壳体108的外表面124的任何合适的位置处连接到转子叶片100。例如，在若干实施例中，可变形膜122可直接连接到外表面124。具体而言，如图4所示，可变形膜122的每个侧128的一部分可连接到外表面124，例如，通过使用合适的粘合剂或者任何其他合适的连接装置和/或方法将侧128的一部分粘接到外表面124。然而，在替代实施例中，可变形膜122可在邻近外表面124的任何合适的位置处连接到壳体108。例如，如下文将参阅图6和7所述，可变形膜122可连接到凹表面260，所述凹表面设在壳体108中，位于外表面124下方。

此外，在若干实施例中，可变形膜122可具有相对较小的厚度130（图4）。例如，在若干实施例中，可变形膜122的厚度130可小于约0.250英寸（约6.35毫米），例如，小于约0.100英寸（约2.54毫米）或小于约0.010英寸（约0.254毫米），以及这些范围之间的所有其他子范围。通过将可变形膜122配置成具有相对较小的厚度130，应了解，可变形膜122可以直接连接到壳体108的外表面124，而不会沿外表面124产生明显表面间断。例如，如图5所示，当可变形膜122在处于非致动位置时，该可变形膜可大体对齐外表面124，从而在可变形膜122和外表面124之间形成大体上连续的气动表面。然而，在替代实施例中，可变形膜122的厚度130可能大于约0.250英寸。在这些实施例中，可能需要（但非必须）使可变形膜122的至少一部分凹入壳体108的外表面124下方（例如，下文参阅图6和7所述，通过将可变形膜122连接到凹表面260），以便在外表面124和可变形名膜122之间提供大体连续的气动表面。

此外，可变形膜122可由任何合适的可变形材料制成。例如，在若干实施例中，可变形膜122可由弹性材料制成，以便膜122在力施加到膜122上时能够变形（例如，伸展、弯折和/或弯曲），同时在所述力撤除时能够返回稳定状态。例如，在若干实施例中，可变形膜122可由弹性聚合物材料或橡胶材料制成。在其他实施例中，可变形膜122可由塑料、织物/纤维、合成物和/或薄金属等任何其他合适的材料制成。

由于可变形膜122的可变形和/或弹性特性，可变形膜122可经配置以相对于壳体108的表面124从非致动位置（图5）变形和/或移动到致动位置（图3和4）。因此，如上所述，为了方便进行此类变形和/或移动，扰流板组件102可包括用于使可变形膜122变形和/或移动到致动位置的任何合适的装置。例如，在若干实施例中，扰流板组件102可包括致动器132，所述致动器经配置以针对可变形膜122施加向外的力。具体而言，如图3和4中所示，致动器132可设置在转子叶片100内，并且可经配置以对致动连杆134进行致动以使其穿过设在壳体108中的槽136（图5），从而向外推动可变形膜122至致动位置。

在此实施例中，可变形膜122大体可经配置以设置在设在壳体108的中的槽136上。例如，如图5中所示，可变形膜122可固定到壳体108的外表面124以在槽136上延伸，从而在连杆134被致动穿过槽136时允许致动连杆134与可变形膜122的一部分配合。此外，在若干实施例中，可变形膜122可经过尺寸调整以完全覆盖槽136，从而阻止槽136沿壳体108的外表面124产生表面间断。例如，如图2所示，可变形膜122的长度126可等于或大于槽136的整个长度138。类似地，如图5所示，可变形膜122的宽度140可等于或大于槽136的宽度142。

应了解，致动器132大体可包括现有技术中已知的任何合适的致动装置。例如，在若干实施例中，致动器132可包括线性位移装置，所述线性位移装置经配置以从转子叶片100内对致动连杆134进行线性致动。因此，如所述实施例所示，致动器132可包括液压缸、气压缸或任何其他合适类型的缸。但是，在替代实施例中，致动器132可包括任何其他合适的致动装置，例如，凸轮致动式装置、电磁螺线管或电机、其他电磁致动式装置和/或任何其他合适的线性位移装置。

此外，应了解，致动连杆134可包括致动器132的部件（例如，致动器132的被致动的部件），或者致动连杆134可包括单独部件，所述单独部件经配置以单独地连接到致动器132。例如，如所述实施例所示，致动连杆134可固定到致动器132的活塞杆144的端部。此外，致动连杆134大体可具有任何合适的尺寸和/或可设有任何合适的截面形状（例如，矩形、三角形或任何其他合适的截面形状）。例如，在若干实施例中，致动连杆134的尺寸可对应于槽136的尺寸（例如，连杆的宽度146和/或长度（未图示）大体对应于槽136的宽度142和/或长度138）。因此，在可变形膜122的长度126大体等于槽136的长度138的实施例中，致动连杆134可经配置以针对可变形膜122沿该膜的整个长度施加力。此外，通过调整致动连杆134的宽度146和/或形状，通过可变形膜122形成的扰流板状部件的形状在该可变形膜移动到致动位置时可发生变化。例如，通过增加所述实施例中所示致动连杆134的宽度146，即可通过可变形膜122形成更为矩形的扰流板状部件。类似地，减少所述实施例中所示致动连杆134的宽度146，即可通过可变形膜122形成更类似三角形扰流板的部件。

还应了解，可以使用任何合适数量的致动器132对致动连杆134进行致动。例如，在一个实施例中，两个或多个致动器132可设置在转子叶片100内沿致动连杆134的长度的不同位置处。然而，在另一实施例中，可以使用单个致动器132对致动连杆134进行致动。

此外，如图5具体所示，在撤除致动器132施加的力时（例如，通过将致动连杆134移动至图5所示凹入位置），可变形膜122可返回非致动位置。在若干实施例中，可变形膜122可主要由于制造可变形膜122的材料的性质而返回非致动位置。例如，在可变形膜122是由弹性材料制成的实施例中，可变形膜122可在致动器134施加的力撤除时返回非致动位置。作为使用弹性材料的替代或补充，可变形膜122可通过向膜122施加向内的力来返回非致动位置。例如，在一个实施例中，可变形膜122可连接到致动连杆134，这样，当致动连杆134移动到其凹入位置时，可变形膜122被向下拉至非致动位置。在另一实施例中，合适的偏置机构（例如，弹簧）可连接到可变形膜122，以便将膜122偏置到非致动位置。

仍参阅图3到5，应了解，扰流板组件102大体可置于沿转子叶片100的翼弦120的任何合适的位置处，例如，通过以任何合适的距离148与壳体108的前缘114隔开。例如，如图3所示，在一个实施例中，可变形膜122形成的扰流板状部件上的点可沿壳体108的外表面124放置成与前缘114相距一定距离148（在翼弦方向上进行测量），该距离的范围可在设在扰流板组件102的特定翼展向位置处相应翼弦120的约5%到约30%，例如，相应翼弦120的约10%到约20%或者约15%到约25%，以及这些范围之间的所有其他子范围。然而，在其他实施例中，应了解，距离148可小于相应翼弦120的长度的5%，也可大于相应翼弦120的长度的30%。

此外，可变形膜122形成的扰流板状部件大体可经配置以形成超过壳体108的外表面124的任何合适的高度152（图4）。例如，在若干实施例中，高度152的范围可在设在扰流板组件102的特定翼展向位置处相应翼弦120的约0.05%到约1.5%，例如，相应翼弦120的约0.1%到约0.3%或者相应翼弦120的约0.5%到约1.2%，以及这些范围之间的所有其他子范围。因此，在此类实施例中，高度152的范围一般可在扰流板组件102置于叶根104附近时增大，并且可在扰流板组件102置于叶尖106附近时减小。在其他实施例中，应了解，高度152可小于设在扰流板102的特定翼展向位置处相应翼弦120的0.05%，也可大于相应翼弦120的1.5%。

还应了解，可变形膜122所变形和/或移动到的高度152无需固定。例如，根据作用在转子叶片100上的负载，致动器132可经配置以致动可变形膜122至不同的高度152。具体而言，根据叶片负载量（例如，转子叶片100所产生的升力大小），致动器132可经配置以致动可变形膜122至足以将气流与壳体108的外表面124隔开的特定高度152，从而减少所需负载。

现参阅图6和7，所示为根据本发明各方面的致动式扰流板组件202的另一实施例。具体而言，图6所示为其中安装有扰流板组件202的上文参阅图2到5所述转子叶片100的局部截面图，尤其所示为处于致动位置时扰流板组件202的可变形膜222。此外，图7所示为图6所示转子叶片100的另一局部截面图，尤其所示为处于非致动位置时扰流板组件202的可变形膜222。

一般而言，扰流板组件202可以采用与上文参阅图3到5所述的扰流板组件102相同或类似的配置，并且因此可以包括大部分或所有相同部件。例如，扰流板组件202可包括可变形膜222，所述可变形膜经配置以在非致动位置（图7），即可变形膜222大体对齐壳体108的外表面124的位置，以及致动位置（图6），即可变形膜222的至少一部分置于壳体108的外表面124上方以沿外表面124形成扰流板状部件的位置，之间变形和/或移动。此外，可变形膜222可经配置以在邻近壳体108的外表面124的位置处固定到转子叶片100。然而，与上述实施例不同，可变形膜22可直接连接到设在壳体108中位于外表面124下方的凹表面260。具体而言，如图6所示，可变形膜222的每侧228可连接到凹表面260，以使可变形膜222的至少一部分凹入外表面124下方。这样，外表面124和可变形膜222之间即可形成大体上连续的气动表面。

应了解，在若干实施例中，设在凹表面260和外表面124之间的高度262（图7）可大体对应于可变形膜222的厚度230（图6）。然而，在替代实施例中，高度262可小于可变形膜222的厚度230或者大于可变形膜222的厚度230。

应了解，在替代实施例中，可变形膜222无需连接到凹表面260。例如，与上述实施例类似，可变形膜22可直接连接到壳体108的外表面124。

此外，扰流板组件202可包括用于使可变形膜222从非致动位置变形和/或移动到致动位置的合适装置。然而，与上述致动器132不同，可变形膜222可通过使用加压流体源264对膜222的至少一部分进行膨胀来变形和/或移动到致动位置。例如，如所述实施例所示，由可变形膜222至少部分设定的空腔266可经配置以填充由加压流体源264通过合适的流体联轴器供应的加压流体。具体而言，如图6和7所示，加压流体源264可通过管或软管268与空腔266流体连通，所述管或软管从加压流体源264延伸到喷嘴270，所述喷嘴延伸穿过壳体108。因此，加压流体可从加压流体源264引入空腔266中，以便使可变形膜22变形和/或移动到致动位置，从而沿壳体108的外表面124形成扰流板状部件。类似地，通过从空腔266中排出加压流体，可变形膜222可返回非致动位置。

应了解，加压流体源264大体可包括任何合适的装置，这些装置能够向空腔266供应加压流体。例如，在若干实施例中，加压流体源264可包括空气压缩器或任何其他合适的流体泵。在另一实施例中，加压流体源264可包括加压容器（例如，空气箱），其中包含固定容积的加压流体。此外，可以使用任何合适的装置来控制加压流体通过加压流体源264供应给空腔266的时间和量。例如，阀（未图示）可设置在加压流体源264与空腔264之间，以便打开/关闭加压流体供应，以及控制供应给空腔266的加压流体的量。

此外，应了解，加压流体源264可相对于可变形膜222设置在任何合适的位置。例如，如所述实施例所示，加压流体源264设置在转子叶片100内。在其他实施例中，加压流体源264可设置在风力发电机10内的任何其他位置处，例如，风机10的轮毂18、机舱14和/或塔筒12（图1）内。在另一些实施例中，加压流体源264可设置在风力发电机10的外部。

此外，在本发明的若干实施例中，其中供应有加压流体的空腔266可部分由可变形膜222界定并且部分由转子叶片100的壳体108界定。例如，如图6所示，空腔266可设在可变形膜222的内表面272与壳体108的凹表面260之间。在此实施例中，应了解，可变形膜228的侧228可相对于凹表面260进行密封，从而在可变形膜222和壳体108之间形成的接合处构成流体密封，从而阻止流体从空腔266中泄漏。类似地，喷嘴270或延伸穿过壳体108的其他流体联轴器可针对壳体108进行密封，以阻止流体从空腔266中泄漏。在另一实施例中，空腔266可完全由可变形膜222界定。例如，可变形膜222可配置成设有一定封闭容积的可膨胀构件（例如，气球状构件），其经配置以通过合适的流体联轴器与加压流体源264流体连通。

此外，在若干实施例中，与空腔266流体连通的内部叶片空腔（例如，设在转子叶片100内位于可变形膜222上或邻近该可变形膜的内部空腔）可进行加压，以提供使膜222变形到致动位置所需的致动力。例如，加压流体源264可经配置以向内部叶片空腔供应加压流体，该加压流体随后可用于对设在可变形膜222下方的空腔266进行加压。在此实施例中，可以使用合适的锁定机构（例如，致动式机械锁或可调式压力密封件）来限制或以其他方式保持可变形膜222处于非致动位置，直到需要使该膜222变形到致动位置。

现参阅图8和9，所示为根据本发明各方面的致动式扰流板组件302的另一实施例。具体而言，图8所示为其中安装有扰流板组件302的上文参阅图2到5所述转子叶片100的局部截面图，尤其所示为处于致动位置时扰流板组件302的可变形膜322。此外，图9所示为图8所示转子叶片100的另一局部截面图，尤其所示为处于非致动位置时扰流板组件302的可变形膜322。

一般而言，扰流板组件302可以采用与上文参阅图3到7所述的扰流板组件102、202相同或类似的配置，并且因此可以包括大部分或所有相同部件。例如，扰流板组件302可包括包括可变形膜322，所述可变形膜经配置以在邻近壳体108的外表面124的位置固定到转子叶片100。此外，可变形膜322可经配置以从非致动位置（图9），即可变形膜322大体对齐壳体108的外表面124的位置，变形和/或移动到致动位置（图8），即可变形膜322的至少一部分置于壳体108的外表面124上以沿外表面124形成扰流板状部件的位置。

此外，扰流板组件302可包括加压流体源264。但是，与上述实施例不同，加压流体源264可与设在可变形膜322和壳体108之间单独的可膨胀构件380流体连通。具体而言，如所述实施例所示，可膨胀构件380可设置在可变形膜322与设在壳体108中的凹表面260之间，并且可与喷嘴270、软管或管268，或者经配置以将加压流体源264连接到可膨胀膜380的的任何其他流体联轴器流体连通。这样，通过将加压流体提供给可膨胀构件380，可膨胀构件380即可在可变形膜322下方进行延伸或膨胀，以使可变形膜322变形和/或移动到致动位置。类似地，通过对可膨胀构件380进行放气，可变形膜322可返回非致动位置。

应了解，可膨胀构件380大体可包括任何合适的物体，其可通过加压流体进行膨胀。例如，在一个实施例中，可膨胀构件380可包括沿扰流板组件302的一部分或整个长度126（图2）在可变形膜322下方延伸的细长气球。此外，应了解，可膨胀膜380大体可经配置以在进行膨胀时形成任何合适的形状。例如，如图8所示，可膨胀膜380可形成圆形截面形状。然而，在替代实施例中，可膨胀构件380在进行膨胀时可形成矩形、三角形或任何其他合适的截面形状。

此外，应了解，当披露的转子叶片100包括一个以上致动式扰流板组件102、202、302，该组件102、202、302可单独控制，也可成组控制。例如，可能需要仅将可变形膜122、222、322的一部分移动到致动位置，以便精确控制转子叶片100产生的升力大小。类似地，可能需要根据每个组件102、202、302的翼展向或翼弦向位置将可变形膜122、222、322移动到不同高度152（图4）。还应了解，可以使用任何合适的装置来控制组件102、202、302的致动器132和/或加压流体源264（例如，通过阀）。例如，在一个实施例中，致动器132和/或加压流体源264可以通信方式连接到风力发电机10（图1）的涡轮机控制器20或者任何其他合适的控制装置（例如，计算机和/或任何其他合适的处理设备），其中所述控制装置经配置以控制致动器132和/或加压流体源264的运行。

此外，在本发明的若干实施例中，所披露的转子叶片100可包括用于确定转子叶片100和/或风力发电机10（图1）的运行条件的任何合适的装置。因此，在一个实施例中，一个或多个传感器（未图示），例如，负载传感器、速度传感器、应变传感器等可沿转子叶片100设置在任何合适的位置（例如，在叶根104（图2）上或邻近该叶根的位置），其中每个传感器可经配置以测量和/或确定转子叶片100的一个或多个运行条件。例如，传感器可经配置以测量风速、叶根104处的负载、叶根104的变形、转子叶片100的转速和/或任何其他合适的运行条件。所披露的扰流板组件102、202、302随后可根据已测量/已确定的运行条件移动到致动位置，从而优化转子叶片100的性能。例如，传感器可以通信方式连接到与致动器132相同的控制器和/或控制装置，以便每个可变形膜122可根据来自传感器的输出自动移动到致动位置。因此，在一个实施例中，如果来自传感器的输出表明，风速、叶根负载和/或叶根变形的程度明显较高，那么每个可变形膜122、22、322可移动到致动位置，以将气流与转子叶片100隔开，并且减少叶根104上的负载和/或变形。然而，应了解，在替代实施例中，本发明无需根据来自传感器的输出进行控制。例如，可变形膜122、222、322可根据编入涡轮机控制器20或其他合适的控制装置的控制逻辑中的预定运行条件和/或预定触发信号移动至致动位置。

作为主动致动所披露的可变形膜122、222、322的一个替代，应了解，可变形膜122、222、322还可经配置以进行被动致动。例如，在若干实施例中，可变形膜122、222、322可根据转子叶片100的吸入侧与叶片内部之间的压差进行被动致动。具体而言，可变形膜122、222、322可进行适配，以便在处于或高于吸入侧和叶片内部之间的特定压差（例如，由于风速处于或高于特定风速阈值）的情况下，压差所形成的力促使可变形膜向外变形至致动位置。压差减少之后（例如，当风速降低到风速阈值以下时），可变形膜122、222、322随后可返回非致动位置。应了解，可变形膜122、222、322的被动致动还可结合主动控制特征进行。例如，在一个实施例中，可以使用合适的锁定机构（例如，致动式机械锁或可调式压力密封件）来保持可变形膜122、222、322处于非致动位置。在此实施例中，一旦风速和/或叶片负载达到预定点（例如，处于风速阈值），锁定机构即可因叶片的吸入侧和内部之间的压差而被释放，从而向外推动可变形膜。

此外，应了解，由可变形膜122、222、322制成的扰流板装部件大体可具有任何合适的截面形状，例如，三角形、矩形或弧形截面形状。此外，在若干实施例中，扰流板状部件所设定的形状可以是对称或偏心的。

此外，应了解，本发明还涉及一种用于相对于风力发电机转子叶片100的外表面124致动扰流板组件102、202、302的方法。所述方法大体包括：向邻近外表面124设置的可变形膜122、222、322施加力（例如，使用致动器132或加压流体）以使可变形膜122、222、322的至少一部分从非致动位置移动到致动位置；从可变形膜122、222、322上撤除所述力，以使可变形膜122、222、322返回致动位置。

本说明书使用了各种实例来披露本发明，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 (20)

1.一种用于风力发电机的转子叶片，所述转子叶片包括：

壳体，其具有压力侧和吸入侧，所述壳体沿气流流经的所述压力侧和所述吸入侧界定外表面；以及

扰流板组件，其包括邻近所述外表面设置的可变形膜，所述可变形膜经配置以相对于所述外表面变形，以便所述可变形膜的至少一部分可在非致动位置和致动位置之间移动，

其中所述可变形膜的所述至少一部分经配置以在处于所述致动位置时将所述气流与所述外表面隔开。

2.根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述扰流板组件进一步包括设置在所述壳体内的致动器，所述致动器经配置以使所述可变形膜的所述至少一部分移动到所述致动位置。

3.根据权利要求2所述的转子叶片，其进一步包括致动连杆，所述致动连杆经配置以进行线性致动来碰触所述可变形膜。

4.根据权利要求2所述的转子叶片，其中所述壳体通过所述吸入侧和所述压力侧中的至少一者界定槽，所述可变形膜固定到所述壳体，以便覆盖所述槽。

5.根据权利要求4所述的转子叶片，其进一步包括致动连杆，所述致动连杆经配置以通过所述槽作线性致动，从而使所述可变形膜移动到所述致动位置。

6.根据权利要求2所述的转子叶片，其中所述扰流板组件进一步包括加压流体源。

7.根据权利要求6所述的转子叶片，其中所述加压流体源与设在所述可变形膜和所述壳体之间的空腔流体连通。

8.根据权利要求7所述的转子叶片，其中所述加压流体源经配置以向所述空腔提供加压流体，从而使所述可变形膜移动到所述致动位置。

9.根据权利要求6所述的转子叶片，其进一步包括与所述加压流体源流体连通的可膨胀构件，所述可膨胀构件设置在所述可变形膜和所述壳体之间的下方。

10.根据权利要求8所述的转子叶片，其中所述加压流体源经配置以向所述可膨胀构件提供加压流体，从而使所述可变形膜移动到所述致动位置。

11.根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述可变形膜至少部分由弹性材料制成。

12.根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述可变形膜经配置可在所述可变形膜处于所述非致动位置时与所述外表面大体对齐，从而在所述可变形膜和所述外表面之间形成大体连续的气动表面。

13.根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述可变形膜界定在处于所述致动位置时高出所述外表面的高度。

14.根据权利要求1所述的转子叶片，其进一步包括沿所述转子叶片隔开的多个扰流板组件。

15.一种用于风力发电机的转子叶片，所述转子叶片包括：

壳体，其具有压力侧和吸入侧，所述壳体沿气流流经的所述压力侧和所述吸入侧界定外表面；以及

扰流板组件，所述扰流板组件包括：

邻近所述外表面设置的可变形膜，所述可变形膜经配置以相对于所述外表面变形，以便所述可变形膜的至少一部分可在非致动位置和致动位置之间移动；以及

用于使所述可变形膜的所述至少一部分移动到所述致动位置的装置。

16.一种用于相对于风力发电机的转子叶片的外表面致动扰流板组件的方法，所述方法包括：

向邻近外表面设置的可变形膜施加力以使所述可变形膜的至少一部分从非致动位置移动到致动位置；以及

从所述可变形膜上撤除所述力以使所述可变形膜的所述至少一部分返回所述非致动位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中向设置在所述外表面上的可变形膜施加力以使所述可变形膜的至少一部分从非致动位置移动到致动位置包括对致动连杆进行致动以使其碰触所述可变形膜的所述至少一部分。

18.权利要求17所述的方法，其中槽通过外表面界定，并且所述可变形膜设置在所述槽上，其中对致动连杆进行致动以使其碰触所述可变形膜的所述至少一部分包括在转子叶片内对所述致动连杆进行致动以使其穿过所述槽并碰触所述可变形膜的所述至少一部分。

19.根据权利要求16所述的方法，其中向设置在所述外表面上的可变形膜施加力以使所述可变形膜的至少一部分从非致动位置移动到致动位置包括通过加压流体对所述可变形膜进行膨胀。

20.根据权利要求16所述的方法，其中向设置在所述外表面上的可变形膜施加力以使所述可变形膜的至少一部分从非致动位置移动到致动位置包括通过加压流体对设置在所述可变形膜下方的可膨胀构件进行膨胀。

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