CN1144947C - 风车转子和用于该风车转子的机翼型叶片 - Google Patents

Abstract

在常规的风车的情况下所用的机翼型叶片具有一定的弹性挠度，该弹性挠度，与“迎风转动体”相结合，意味着翼片在强风中朝着风车塔向内弯曲，也就是说翼片转子应该以离开风车塔的安全距离来布置。整个转子的相应的朝前位移卷入高成本并且已经以各种不成功的方式加以避免。本发明提供该问题的一种改善了的解决办法，公开了机翼型叶片本身被设计成带有这样一种朝前弯曲的形状，致使当翼片以常规的方式安装在翼片轮毂上时，翼片将以离开塔侧增加了的距离被布置。

Description

风车转子和用于该风车转子的机翼型叶片

本发明涉及一种带有通常类型，该类型通常配置成带有三个从风车壳体的主轴上的叶片轮毂延伸的叶片，的转子的风车。该风车壳体以可转动的方式布置在风车塔的顶部，并且带有所谓迎风转动体(front runners)，该系统配置成使风车壳体的转动被控制成保持叶片转子迎风，也就是说风首先吹到转子，然后吹到塔。

风车叶片大多配置成钢结构，其中努力尽实际可能既保持这些叶片轻又保持这些叶片坚固，结果是在叶片具有相当的刚度，但同时还具有一定的弹性，该弹性随着具有更大长度，例如15～30m，的叶片而自然地显现出来，之间的一种折衷。作用在叶片转子，在那里叶片把它的宽边转到对着风，上的风压于是将引起叶片向后弹性挠曲。通过转动叶片，此一状态被两种不同的情况明显地减弱，即部分地由于同时在叶片上产生的离心力试图把叶片弄直，而部分地由于叶片，作为它的与风交叉地运动的结果，受不直接朝向叶片的宽面的风向的影响。然而，仍将产生试图迫使叶片向后的风的分量。

叶片的此一相关的、弹性的向后挠曲的后果在于，在其掠过塔运动期间，风越强则叶片的外端离塔越近。因为风车最好是在强风中也能够有效地起作用，所以对叶片转子来说必须，沿风车壳体的主轴的方向观看，向前布置得这样远，致使在其转动期间，总也不能暴露于风的影响到这样一种程度，即它们与塔相接触，带来严重事故或立即损坏的相应的危险。可以用各种安全设备在强风中制动转子，但是在该情况下必须考虑到，转子越被制动，则作用在叶片的宽边上的有效风压越增加到显著的程度。

通过以离开风车塔的大距离布置叶片转子，该问题可以自然地得到解决，但是出于很多理由，这是一种十分昂贵的解决办法。因此，注意力集中于叶片的刚度，准确地说致使这些叶片能够承受高的风压而无需以离开塔的立轴线的某个加大的距离布置叶片轮毂。

叶片常规上被构成为有一个在其最厚区沿着叶片延伸的长而直的主梁的空气动力壳形元件。此一主梁本身严格地说沿这里讨论的以下方向特别坚固，该方向将沿该梁的高度方向，但是根据讨论可能有理由在梁的有关挠性方面，也就是在额外加固方面更严格地考虑。

至今为了解决该问题曾提出过两种不同的方法，虽然这些方法没有一个采取主梁应被加固的措施，就是说第一叶片转子布置在稍微向上倾斜的主轴上，以及第二叶片以向前倾斜的方式安装，这些解决方法可以简要地说明如下：

当使用一个向上倾斜的主轴时，整个转子平面向上/向后倾斜，致使在其在塔上方的空间中的转动运动中，叶片能够自如地摆过下方的塔的轮廓，同时叶片在下方的掠过将在离开塔的更大的距离上发生。于是风车可以在叶片的前端与塔的侧面之间有相当大的自由距离的情况下运行，甚至叶片轮毂布置成或多或少接近于塔也是如此，其中即使在很强的向后偏转的情况下叶片下方也将离开塔摆动，同时在上方它们将明显地离开塔摆动，即使它们在其整个上完全向后偏转也是如此。

用此一配置，转子平面将相对于竖直倾斜，而且已经确认只不过此一状态本身一般来说似乎不大美观，因为对于直觉的考虑来说它有点不合逻辑。众所周知，围绕敏感的风能利用存在着很深的情感束缚，而这里提到的状态本身足以对此一领域中的辩论产生引入歧途的效果。

同样的情况也适用于上面介绍的所述第二种解决方法，也就是其中虽然叶片在竖直平面内旋转，但是它们沿向前的方向取一种“锥面”造形，即它们布置在叶片轮毂上的一个这样倾斜的夹持件中，使得它们不仅简单地“径向延伸”，而且还各稍微向前倾斜，致使在其旋转中它们扫过一个圆锥面。借此还可以实现，叶片轮毂可以位于离开风车塔的轴或多或少短的距离上，同时在竖直平面内旋转的叶片转子中的叶片前端却有着被向后压而不因而与风车塔相碰撞的很大概率。然而，此一解决方法成本比较高，原因在于把稍微倾斜的夹持件配置在叶片轮毂上是昂贵的，此外根据美学准则的观点该锥面叶片转子的最终外观还可能招致拒绝。

虽然存在着一个明显的事实，即本发明应该集中于进一步加强所述主梁以便得到在竖直平面内旋转的叶片转子的景象，但是用本发明带来修改，即在叶片结构中省略所述‘直’梁的使用，而且成为代替“高边弯曲的”主梁，没有必要进一步考虑这些梁的刚度。

于是叶片本身将能够表现为从叶片轮毂向外直角延伸，它可以或多或少逐渐地进入曲线的延伸，例如只不过沿着叶片的外部三分之一延伸，致使叶片前端处于离开塔较大的距离。带有这样造形的叶片的转子已经被证实不仅对于所考虑的目的是比较有效的，而且美学上也是可以接收的，其中向外弯曲实际上显现得很小。例如，如果叶片轮毂能够布置成更接近塔轴半米，而长度为25m左右的叶片的相关的向外弯曲仅仅稍微看得出来，即当可以看到内部的、较厚的长度件在一个对于观察者看上去很自然的平面内工作时，将会是吸引人的结果。

比起带有所述负锥面的叶片来，根据本发明的叶片的特征将部分地在于转子轮毂可以按常规的方式来建造，而且部分地在于该轮毂将不受源自叶片上的离心力效应的常规的大弯曲力的影响。在锥面叶片的情况下，叶片的直出的大部分严格说将由离心力所致，致使它们必须额外地锥面化以便还适应在风压下出现的向后偏转。

比起所述倾斜转子来，本发明提供以下优点，即叶片从头到尾以均匀的方式，以与常规的转子颇为相同的方式受影响，而倾斜转子中的叶片不均匀地受影响，也就是完全取决于它们究竟是向上运动还是向下运动，并且因此分别顺风和逆风随同运动，这相当于可能引起各种问题的侧滑误差。

如上所述，根据本发明的叶片的特征在于，主梁本身部分地形成为在高边平面内带有弯曲，但是必须强调指出，本发明不限于此，其中通过在适当地造形的模具中成形，叶片也可以用整个或部分无梁的空心结构给出想要的弯曲。

下面将参照附图更详细地描述本发明，附图中

图1示出从侧面看的带有根据本发明的叶片转子的风车，

图2示出从正面看的风车叶片，以及

图3示出从侧边看的图2中的叶片。

图1中所示的风车按常规的方式包括一个塔2，一个风车壳体4和一个带有用于构成叶片转子的叶片10的转子轮毂8的主轴6。该风车是一个“迎风转动体”，其中转子朝着风W向前转动，这意味着风压将使叶片向后弯曲并随同朝着塔2向内弯曲。因而，系统4，6必须以这样一种方式来布置，即在叶片10与该塔之间必须存在着必要的安全距离。

在本发明的情况下，此一距离可以减至最小，办法是叶片设有朝前的弯曲，最好是仅在外段12上，借此叶片的前端，当静止时，将处于由叶片轴线在叶片的根部形成的平面p前面的某个距离(a)上。借此叶片可以这样构成，致使在强风中它们也将处于塔外侧的安全距离上，可能稍微向后弯曲。

在图2和图3中示出一种具有29m长度的风车叶片的经证实的形状。图3中所示的前端向外弯曲约为50cm，但是这有可以稍大一些或稍小一些。然而，最好是该弯曲不大于叶片根部的半径很多，因为这可能在叶片的运输中引起某些困难。

本发明不详细规定该弯曲如何产生和以多大的曲率产生的条件，其中这必须总体地兼顾叶片结构在专业水平上确定。因此，将不排除可以选择把曲率布置成在叶片的厚端部分的一个弯曲，同时叶片的外部笔直地或者稍微弯曲地延伸。

必须指出，在权利要求书中已经选择把本发明与作为公知技术的所述锥面转子联系起来，并且指出，借此已经发现最好是把叶片轴线p当作通常圆柱形叶片根部的中心，在那里这些叶片固定于叶片轮毂，或者在其向轮毂的过渡区。

Claims (2)

1.一种迎风转动体类型和具有一个塔(2)类型的风车，该塔用来可转动地支撑固定一大体上水平伸出的携带一叶片转子的主轴(6)的风车壳体(4)，叶片转子包括有三个径向伸出的叶片(10)的轮毂(8)，该风车只有一个这种叶片转子，其直径大体上相当于塔(2)的高度，致使在叶片转子旋转期间，每个叶片(10)将在一个沿着该塔(2)向下延伸的下部位置与一个基本上从该塔的顶部向上伸出的上部位置之间运动，其中叶片转子上的叶片从转子轮毂处向外延伸到前端区，该前端区处于通过叶片中心轴线在叶片(10)根部形成的平面(P)前面的一定距离上，其特征在于，该叶片(10)为弹性类型的，其在所述平面(P)内从轮毂(8)向外延伸，并在离开轮毂(8)的一定距离后和至少沿着叶片(10)外部三分之一以向外并向前弯曲的方式延伸。

2.根据权利要求1的风车，其中该叶片弯曲造成叶片前端的向前布置，其幅度与叶片根部的半径基本相同。

Images