CN103016258A - 带有根部幕帘的风力涡轮转子叶片组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有根部幕帘的风力涡轮转子叶片组件。具体而言，一种风力涡轮转子叶片组件包括转子叶片，该转子叶片具有在顶部和根部之间沿大体翼展方向延伸的压力侧、吸入侧、前缘以及后缘。边缘延伸部沿前缘或后缘中的任一个或两者在大体翼展方向上从根部附近朝顶部附连，其中，边缘延伸部具有限定大体连续的空气动力学表面的成形外表面。边缘延伸部具有与根部间隔开的末端。幕帘附连至边缘延伸部且沿翼展方向从末端延伸到根部。幕帘由适应根部到转子轮毂的连接以及转子叶片相对于轮毂的变桨运动的适应性的、柔性的材料形成。

Description

带有根部幕帘的风力涡轮转子叶片组件

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮转子叶片，并且更特定而言涉及用于风力涡轮叶片的根部幕帘(root curtain)。

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，并且风力涡轮在这方面获得增加的关注。一种现代的风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或更多转子叶片。转子叶片使用公知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片以旋转能的形式传输动能，以便转动将转子叶片联接至齿轮箱(或者如果不使用齿轮箱，直接联接至发电机)的轴。然后，发电机将机械能转换为可部署到公用电网的电能。

转子叶片通常在尺寸方面增加，以便变得能够捕获增加的动能。然而，由于转子叶片的轮廓，典型的风力涡轮转子叶片的形状导致相对大的空气动力学分离区。具体而言，与圆柱形根部相邻并包括圆柱形根部的转子叶片的内部部分的轮廓导致这种分离。在一些情况下，该内部部分可包括转子叶片的30％、40％或更多。分离区通过形成阻力而导致相对显著的能量损失。此外，当转子叶片尺寸增加时，这些损失放大。

已经提出附加延伸部或其它结构以改进转子叶片的内部部分的空气动力学轮廓。例如参考美国专利No.7,837,442。然而，存在的一个问题是在圆柱形根部构造处有效地利用这些结构，这对于促进叶片到转子轮毂的连接而言是必需的。延伸结构在叶片根部方向上的渐缩或者终止与叶片根部间隔开的延伸部导致了降低的空气动力学性能

因此，将期望一种改进的组件，其更有效地利用根端前缘或后缘延伸部的益处。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地阐述在下文的描述中，或者可从该描述显而易见，或者可通过实施本发明来了解。

在一个实施例中，提供了一种风力涡轮转子叶片组件，其包括转子叶片，该转子叶片具有在顶部部分和叶片根部之间沿大体翼展方向延伸的压力侧、吸入侧、前缘以及后缘。边缘延伸部沿前缘或所述后缘中的任一个或两者附连并且在大体翼展方向上从根部附近朝顶部延伸。边缘延伸部具有限定大体连续的空气动力学表面的成形外表面以及与根部间隔开的末端。幕帘附连至边缘延伸部且沿翼展方向从末端延伸到根部。该幕帘由适应叶片根部到转子轮毂的连接以及转子叶片相对于转子轮毂的变桨控制运动的适应性的、柔性的材料形成。

该组件不由限定幕帘的材料的类型限定。该材料例如可为适合于风力涡轮的操作环境的任何构造的织造或非织造材料。该幕帘可对于空气、水、湿气等可渗透，以便防止碎片在叶片根部周围的积聚。在一特定实施例中，幕帘由具有多个单独刚毛的刷状部件限定，刚毛沿大体翼展方向从边缘延伸部的末端延伸到叶片根部。刚毛可大体上平行于叶片的根部部分延伸，或者，在一个实施例中，可朝叶片根部成角度弯曲并在叶片根部周围聚集。刚毛可从附连至叶片的头部部分或带条延伸。

幕帘可包围延伸部的末端并附连至叶片根部而不完全围绕根部延伸。在另一实施例中，幕帘可在一种闭环构造中完全包围边缘延伸部的末端以及叶片根部。

本发明还涵盖任何形式的风力涡轮构造，其具有构造有根据本文提出的方面的边缘延伸部和幕帘的一个或更多转子叶片。

参考下面的描述和所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面和优点将变得更好理解。并入说明书中并构成该说明书的一部分的附图显示了本发明的实施例，并且与描述一起用于说明本发明的原理。

附图说明

在该说明书中阐述了本发明的完整且能够实现的公开，包括其致力于本领域普通技术人员的最佳模式，说明书对附图做出了参考，在附图中：

图1是根据本发明的方面的常规风力涡轮的透视图，该风力涡轮具有可包括边缘延伸部和相应幕帘的一个或更多转子叶片；

图2是带有后缘延伸部和幕帘的转子叶片的透视图；

图3是具有前缘延伸部和后缘延伸部以及相应幕帘的风力涡轮叶片的视图；

图4是具有后缘延伸部和相应幕帘的风力涡轮叶片的视图；

图5是具有前缘延伸部和相应幕帘的风力涡轮叶片的视图；

图6是带有前缘延伸部和后缘延伸部以及闭环幕帘构造的叶片根部的端视图；以及

图7是带有边缘延伸幕帘的转子叶片的透视图，该边缘延伸幕帘在叶片根部周围聚集。

附图标记：

10     风力涡轮

12     塔架

14     机舱

16     转子叶片

18     转子轮毂

22     压力侧

24     吸入侧

26     前缘

28     后缘

32     叶片顶部

34     叶片根部

42     翼弦(chord)

44     翼展(span)

46     局部翼弦

48     最大翼弦

52     内侧区域

54     外侧区域

100   转子叶片组件

110   叶片延伸部

114   外表面

116   末端

118   幕帘

120   端部

122   头部

124   刚毛(bristle)。

具体实施方式

现在将更详细地对本发明的实施例做出参考，这些实施例的一个或更多示例在附图中示出。每个示例以本发明的说明而不是本发明的限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中做出各种修改与变型。例如，作为一个实施例的一部分所显示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生更进一步的实施例。因此，当落入所附权利要求及其等同物的范围内时，本发明意图包括这样的修改与变型。

图1显示了常规结构的风力涡轮10。该风力涡轮10包括其上安装有机舱14的塔架12。多个转子叶片16被安装至转子轮毂18，转子轮毂18又连接至主凸缘，主凸缘使主转子轴旋转。风力涡轮的发电和控制构件被容纳在机舱14内。图1的视图仅仅为了说明性的目的而提供，以将本发明置于示例性的使用领域中。应当理解，本发明并不限于任何特定类型的风力涡轮构造。

参考图2，根据本公开的方面的示例性转子叶片16包括在前缘26和后缘28之间延伸的限定压力侧22和吸入侧24的外表面。叶片16从叶片顶部32延伸至叶片根部34。外表面可为具有大体上空气动力学轮廓的空气动力学表面，如本领域中所公知的那样。

在一些实施例中，转子叶片16可包括多个单独的叶片区段，其从叶片顶部32到叶片根部34以端对端的顺序排列。每个单独的叶片区段可独特地构造成使得多个叶片区段限定具有设计的空气动力学轮廓、长度和其它期望特性的完整的转子叶片16。例如，每个叶片区段可具有与相邻叶片区段的空气动力学轮廓相对应的空气动力学轮廓。因此，叶片区段的空气动力学轮廓可形成转子叶片16的连续的空气动力学轮廓。作为备选，转子叶片16可形成为具有设计的空气动力学轮廓、长度和其它期望特性的单个整体叶片。

转子叶片16还可限定分别沿翼弦方向和翼展方向延伸的翼弦42和翼展44，如图2中所示。翼弦42可在整个转子叶片16的翼展44上变化。因此，对转子叶片16而言，可沿着翼展44在转子叶片16上的任一点限定局部翼弦46。此外，转子叶片16可限定最大翼弦48，如图所示。

另外，转子叶片16可限定内侧区域52和外侧区域54。内侧区域52可为转子叶片16的从根部34延伸的翼展方向部分。例如，在一些实施例中，内侧区域52可包括从根部34延伸的翼展44的大约33％、40％、50％或任何其它百分比。外侧区域54可为转子叶片16的从顶部32延伸的翼展方向部分，并且在一些实施例中可包括转子叶片16的介于内侧区域52和顶部32之间的其余部分。

仍然参考图2，根据本发明的方面的叶片组件100包括与转子叶片16一起构造的边缘延伸部110。边缘延伸部110是在叶片的内侧区域52中安装至转子叶片16的大体上静止的构件。边缘延伸部110具有与根部34间隔开的端部116，并且大体上沿翼展方向朝顶部32延伸。因此，边缘延伸部110的端部116与根部34间隔开，而相对的端部在内侧区域52中定位于根部34和顶部32之间，并可延伸至最大翼弦48。边缘延伸部110改变转子叶片16的与根部34相邻的一部分的轮廓，在这种情况下，减少或消除了在转子叶片16的该部分中的任何空气流分离区，并且进一步降低了与转子叶片16相关联的阻力并提高了转子叶片16的性能。

边缘延伸部110包括内表面，该内表面被相符地安装至压力侧22、吸入侧24或后缘28中的至少一个，使得当边缘延伸部110被安装至转子叶片16时，相对极少空气或者没有空气可经过边缘延伸部110的内表面与压力侧22、吸入侧24和/或后缘28之间。应当理解，内表面可相符地安装至压力侧22、吸入侧24或后缘28的任何组合。

边缘延伸部110包括外表面114，其限定与转子叶片16的外表面中的一个或更多大体上连续的空气动力学表面。例如，外表面114以及压力侧22或吸入侧24中的至少一个限定大体上连续的空气动力学表面。大体上连续的空气动力学表面是具有大体上连续的空气动力学轮廓的表面。

在一些实施例中，边缘延伸部110可具有在翼展方向上朝顶部32大体上减小的横截面面积。然而，作为备选，边缘延伸110部可具有在翼展方向上朝顶部32大体上增加的横截面面积，或者可具有大体上恒定的横截面面积。

应当理解，本发明并不限于任何特定形状、长度或构造的空气动力学边缘延伸部110。

仍然参考图2，转子叶片组件100包括幕帘118，其附连至叶片延伸部110的端部116。幕帘118由任何合适的适应性的、柔性的材料形成，该材料能够适应叶片根部34到转子轮毂18（图1）的连接，以及适应转子叶片16相对于转子轮毂18的运动，该运动例如发生在叶片16相对于转子轮毂18的桨距控制旋转期间。幕帘118从叶片延伸部110的末端116延伸至介于根部34和末端116之间的位置，该位置可与根部34紧邻，或者至少与根部34相邻。应当理解，该位置包括幕帘118相对于根部34的略微过延伸或略微欠延伸。在某些实施例中，幕帘118可具有长度和构造，使得其在叶片16处于细桨距位置时接触转子轮毂118。

幕帘118提供若干益处。例如，它允许叶片边缘延伸部110的翼展方向长度的最大使用和因此叶片翼展44的总体增加的使用。幕帘118还抑制大的高损耗流出涡旋从根部34的发展，因为幕帘118减少从根部圆柱体34流到叶片16上的翼展方向流的量。

幕帘118并不限于限定幕帘118的材料的类型或组合。例如，幕帘118可由任何形式的非织造或织造材料形成，该材料足够适应性和柔性以适应叶片16相对于转子轮毂18的各种旋转位置。在图3至图5中显示的一个特定的代表性实施例中，幕帘118由具有多个刚毛124的刷状构件限定，该多个刚毛124沿翼展方向延伸至叶片根部34。刚毛可相对紧密地聚集，以便限定从边缘延伸部110的末端116朝叶片根部34延伸的大体上连续的空气动力学表面。刚毛124可从附连在叶片延伸部110的末端116处的任何形式的合适头部122延伸。例如，头部122可为容易附连至叶片表面的带条。头部122可通过任何合适方式(包括粘合剂、焊接、粘接材料、机械紧固件等)附连至边缘延伸部110和叶片表面。

图3描绘了叶片组件100的实施例，其中，相应的边缘延伸部110附连至叶片16的前缘26和后缘28。单独的相应幕帘118可与每个边缘延伸部110一起构造。在图3和图6中所描绘的备选实施例中，单个连续的幕帘118可包围每个边缘延伸部110的末端116，以及根部34的中间部分，使得幕帘118限定大体上连续的环型结构但包围边缘延伸部110和根部34。

在图4中所描绘的实施例中，单个叶片延伸部110沿着叶片16的后缘28构造。幕帘118包括头部122并具有端部120，头部122包围边缘延伸部110的末端，端部120延伸到叶片的表面上，例如在叶片16的压力侧和吸气侧上。头部122和端部120通过任何合适方式(包括粘合剂、焊接、粘接材料、机械紧固件等)附连至边缘延伸部110和叶片表面。

在图5的实施例中，单个叶片延伸部110沿着叶片16的前缘26附连并且包括幕帘118，该幕帘118包围延伸部110的末端，头部122附连至边缘延伸部110且端部120延伸到叶片16的压力侧表面和吸入侧表面上。

在图3至图5的实施例中，幕帘118被描绘为由带有刚毛124的刷状部件限定，刚毛124大体上沿直的翼展方向从边缘延伸部110的末端朝根部34延伸。利用该构造，刚毛124包围边缘延伸部110的末端116并且功能地限定边缘延伸部外表面轮廓的延续部分。

在图7的实施例中，幕帘118从边缘延伸部110的末端延伸，并且径向朝内渐缩至根部34。幕帘118聚集并包围根部34，从而在叶片的从根部34到边缘延伸部110的末端116的部分周围形成袋状封罩。在该实施例中，幕帘118可由刚毛124限定，如上面所论述的那样。

如所提及的，本发明还涵盖包括安装至转子轮毂18的多个转子叶片16的任何方式的风力涡轮10(图1)，其中，叶片16中的任何一个或组合包括如上面所论述的叶片组件100。

该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域技术人员能够实施本发明，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。如果这种其它示例包括与权利要求的字面语言没有差别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质差别的等同结构要素，那么这种其它示例意图在权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种风力涡轮转子叶片组件，包括： 

转子叶片，其具有在顶部和根部之间沿大体翼展方向延伸的压力侧、吸入侧、前缘以及后缘；

边缘延伸部，其沿所述前缘或所述后缘中的任一个在大体翼展方向上从所述根部附近朝所述顶部附连，所述边缘延伸部包括限定大体连续的空气动力学表面的成形外表面；

所述边缘延伸部具有与所述根部间隔开的末端；

幕帘，其附连至所述边缘延伸部且沿翼展方向从所述末端延伸到所述根部，所述幕帘由适应所述根部到转子轮毂的连接以及所述转子叶片相对于所述转子轮毂的变桨运动的适应性的、柔性的材料形成。

2.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述幕帘包围所述末端并具有延伸到所述根部上的端部。

3.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述幕帘包围所述末端和所述根部。

4.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，沿着所述前缘和所述后缘两者包括相应的所述边缘延伸部。

5.根据权利要求4所述的叶片组件，其特征在于，所述幕帘包围所述边缘延伸部的所述末端以及所述根部的中间部分。

6.根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述幕帘由在翼展方向上至少延伸至所述根部的刷状刚毛形成。

7.根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于，所述幕帘包括附连至所述边缘延伸部的头部部分。

8.根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于，所述刚毛从所述末端大体平直地延伸。

9.根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于，所述刚毛从所述末端延伸到所述根部以便周向地围绕所述根部。

10.一种风力涡轮，包括： 

安装至转子轮毂的多个转子叶片，所述多个转子叶片中的每一个具有在顶部和根部之间沿大体翼展方向延伸的压力侧、吸入侧、前缘以及后缘；

边缘延伸部，其沿所述前缘或所述后缘中的任一个在大体翼展方向上从所述根部附近朝所述顶部附连，所述边缘延伸部包括限定大体连续的空气动力学表面的成形外表面；

所述边缘延伸部具有与所述根部间隔开的末端；

幕帘，其附连至所述边缘延伸部且沿翼展方向从所述末端延伸到所述根部，所述幕帘由适应所述根部到所述转子轮毂的连接以及所述转子叶片相对于所述转子轮毂的变桨运动的适应性的、柔性的材料形成。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮，其特征在于，所述幕帘包围所述末端并具有延伸到所述根部上的端部。

12.根据权利要求10所述的风力涡轮，其特征在于，所述幕帘包围所述末端和所述根部。

13.根据权利要求10所述的风力涡轮，其特征在于，沿着所述前缘和所述后缘两者包括相应的所述边缘延伸部。

14.根据权利要求13所述的风力涡轮，其特征在于，所述幕帘包围所述边缘延伸部的所述末端以及所述根部的中间部分。

15.根据权利要求10所述的风力涡轮，其特征在于，所述幕帘由在翼展方向上至少延伸至所述根部的刷状刚毛形成。

16.根据权利要求15所述的风力涡轮，其特征在于，所述幕帘包括附连至所述边缘延伸部的头部部分。

17.根据权利要求15所述的风力涡轮，其特征在于，所述刚毛从所述末端大体平直地延伸。

18.根据权利要求15所述的风力涡轮，其特征在于，所述刚毛从所述末端延伸到所述根部以便周向地围绕所述根部。

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