CN1755102B - 多部分风轮机转子叶片以及包括该叶片的风轮机 - Google Patents

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Abstract

多部分风轮机转子叶片以及包括该叶片的风轮机一种用于风轮机(100)的多部段叶片(208)，其包括：在一端具有间距支承部(212)的轮毂延伸部(200)、具有穿过其中的孔并被配置用于安装于轮毂延伸部上的套筒或整流罩(202)、以及被配置用于与间距支承部相连的外侧部段(204)。

Description

多部分风轮机转子叶片以及包括该叶片的风轮机
关于联邦政府资助的研发的声明
美国政府对本发明具有如由能源部国家可再生能源实验室部门所授予的、合同No.ZAM-4-31235-01的条款所规定的某些权利。
技术领域
本发明涉及风轮机，以及更详细地说涉及具有以多于一个部分建造的转子叶片的风轮机。
背景技术
近来，风轮机作为环保且相对廉价的替代能源而已受到越来越多的关注。由于这种日益增加的性趣，进行了大量的工作以发展可靠且高效的风轮机。
通常，风轮机包括具有多个叶片的转子。该转子被安装在壳体或者机舱中，该壳体或者机舱被定位在桁架或者管状塔架的顶部。实用等级风轮机(即被设计成向实用输电线路提供电力的风轮机)可以具有大的转子(例如直径为30米或更大)。在这些转子上的叶片将风能转换为驱动一个或多个发电机的旋转力矩或者力，所述发电机通过齿轮箱而可旋转地与该转子相连。该齿轮箱可以被用于提高用于发电机的涡轮机转子本来比较低的旋转速度，从而有效地将机械能变换为电能，该电能被供给实用输电线路。某些涡轮机应用不使用齿轮箱而直接连接到转子上的发电机。
随着风轮机功率产生能力增加，其转子叶片以及其他部件的尺寸也增加。在某一点上，实际输送和后勤限制可以被超出。这些非技术限制导致对岸上风轮机的能量生产额定值的限制。
发明内容
因此在本发明的一些结构中提供一种用于在风轮机现场组装风轮机的转子的方法。该方法包括将多部段转子叶片的未组装零件运送到现场，以及在现场组装该多部段转子叶片。
在其他方面中，本发明提供一种用于风轮机的多部段叶片。该多部段叶片包括在一端具有间距支承部的轮毂延伸部、具有穿过其中的孔并被配置用于安装于轮毂延伸部上的套筒或整流罩、以及被配置用于与间距支承部相连的外侧部段。
在另一方面中，本发明提供一种具有转子的风轮机，所述转子包括多部段叶片。
因此看出，本发明的结构提供可被高效输送的部件，该部件可以在风轮机现场被组装成大的转子。同样，本发明的多种结构提供用于更便利地运送并在风轮机现场组装转子的方法。
附图说明
图1是本发明的风轮机结构的示意性结构的附图。
图2表示图1的风轮机结构的部分地组装的转子。
图3是多部分叶片的套筒或整流罩的结构的截面图，多部分叶片结合折翼，用来产生牵引，以在风暴天气条件下降低提升。
图4表示图1的风轮机结构的部分地组装的转子，其中叶片具有替代的套筒或整流罩结构。
具体实施方式
在某些结构中以及参照图1，在某些结构中的风轮机100包括容纳发电机(在图1中未图示)的机舱102。机舱102被安装在高塔架104的顶上，在图1中只示出了高塔架的一部分。风轮机100还包括转子106，转子106包括多个接附在旋转轮毂110上的转子叶片108。尽管图1中示出的风轮机100包括三个转子叶片108，但是本发明所需的转子叶片108的数量没有特别的限制。
在示出的结构中的风轮机100的各种部件被容纳在机舱102中，机舱102在风轮机100的塔架104的顶上。塔架104的高度基于本领域中公知的因素和条件来进行选择。在某些结构中，一个或多个微控制器包括被用于整个系统的监视以及控制的控制系统，所述整个系统的监视以及控制包括间距和速度的调节、高速轴及偏转制动应用、偏转及泵马达应用，以及故障监视。替代的分布式或集中式控制体系结构被用于某些结构中。在某些结构中，叶片108的间距可以被单独控制。轮毂110和叶片108共同组成风轮机转子106。转子106的旋转促使发电机(在图中未示出)产生电力。
在本发明的某些结构中以及参照图1和图2，叶片108包括可以被分别运送或现场制造的多个部段，以便于运输和/或利用可以制造内侧部段和外侧部段的方式的不同。
例如，叶片108的某些结构包括三个部段，即，轮毂延伸部200、套筒或整流罩202、以及外侧部段204。在某些结构中，叶片108以所选择的距离(例如大约30％)从叶片基部210分开。在这些结构中，套筒或整流罩202包括从叶片基部210起组装好的叶片108的长度的大约30％，以及外侧部段204包括剩余的长度。在某些结构中，套筒或整流罩202固定地装配于轮毂延伸部200上(以致不会旋转或移动)，或者被机械连接到外侧部段204(例如通过粘合、螺栓连接、接附到框架上、或另外将整流罩固定其上)。轮毂延伸部200被固定到轮毂110并且在与其在轮毂110的安装点相对的一端具有支承部212。
在某些结构中，外侧部段204被配置用于提供气动弹性连接，而内侧部段200和202被配置为不提供这样的连接。在这些结构中的一些中，通过利用接近顶梢208的叶片108的外侧部段204的向前或向后摆动(sweep)(或其组合)而提供该气动弹性连接。在其他结构中，通过在外侧部段204中的层压层(在图中未示出)的偏轴扭绞来提供气动弹性连接，以实现扭曲连接。
叶片部段200、202和/或204可以使用碳纤维和/或其他建筑材料制成。在使用上述材料的某些结构中，通过限制将碳纤维用于转子叶片108的外部部分(即、支承部212之外的那些部分，即外侧部段204)而实现额外的节约，其中碳纤维提供每磅最大的静态力矩降低。该限制还避免转子叶片中的碳和玻璃之间的复杂过渡，并且容许单独的凸缘长度比否则将是必要的长度要短。通过该限制也可以增强制造质量。多部分叶片108的另一优点在于：在转子106的发展或寿命期间，可以使用或尝试不同的选择。
间距支承部212位于轮毂延伸部202的外侧端。有利地，直径相对小的间距支承部212可以被使用在此处，以便仅移动外侧部段204，这与现有技术的单部分叶片相对，单部分叶片需要在其基部使用间距支承部，以移动整个叶片。进而，整个系统更加灵活，因为外侧部段204具有比整个叶片的惯性低的惯性，因此无论是支承部212还是操作它的马达都不是必须针对整个叶片而确定大小。轮毂延伸部200在某些结构中是截头圆锥形或圆柱形的，并且可以包括纤维缠绕碳或玻璃或由纤维缠绕碳或玻璃组成。在某些结构中的外侧部段204包括与气动连接结合的混合复合结构。当叶片组装好时，套筒或整流罩202覆盖内侧部段200。套筒或整流罩202可以定位于(pitch with)外侧部段204以确保高的气动效率，从而提供辅助降低在正常的操作过程中外侧部段204产生的围绕间距支承部212的弯曲力矩的弯曲力矩。
风轮机100的转子106可以在例如风暴的不利条件下暂停。套筒或整流罩202通过在空转时破坏内侧提升分布而有利地降低在这样的条件下的暂停负载。例如，以及参照图3，设置有固定的内侧套筒或整流罩202以及外移动叶片200。为了在空转时破坏内侧提升分布，在内侧套筒或整流罩202的窄端设置可移动的折翼216，以针对例如风暴负载的情况创造牵引并降低提升。更具体的说，图3示出通过套筒或整流罩202的截面。当需要时，折翼216在铰链218打开，以形成如图3所示的V或T形开口。无论风从那个方向流动，其会撞到该折翼上的挡板上并且创造充分的牵引以及降低提升。通过设置V或T形状而不是L形状，用于提供牵引以及降低提升的风方向敏感性被降低。在某些结构中的折翼216通过将折翼的开口连接到外部的机械装置(在附图中未示出)而被移动。通过使折翼位于内侧套筒或整流罩202上而不是将其放在外侧位置，与某些现有技术的单部分叶片结构，其中折翼被放置在具有相当柔性的外侧位置相比，该折翼有利地更可能存活到其目标寿命。该柔性可以引起折翼的过早故障，特别是用于大叶片(例如大约20米长的叶片)的折翼。在某些结构中，套筒或整流罩202的部段220被铰接以替代折翼216或除了折翼216之外还铰接部段220，以此部段220作为折翼进行运转。
要在风轮机现场组装风轮机的转子，该多部段叶片108的各个部分可以作为分离的部件被运送到未组装的现场和/或在现场制造，因此降低了卡车、火车或其他用于输送这些叶片的输送车辆的长度。该叶片然后被在现场组装。例如，轮毂延伸部200及外侧部段204的零件可以分别或共同但作为分离的部件被运送到风轮机现场。有利地，无论是轮毂延伸部200还是外侧部段204都不与具有多零件叶片108的组装长度的现有技术叶片长度相同，所以输送成本被降低。套筒或整流罩202可以一起但作为分离的部件、或与轮毂延伸部200和/或外侧部段204分开地运送到现场。作为一替代例，叶片108的任何零件可以在现场被制造。在多个这样的替代结构中，轮毂延伸部200及外侧部段204被运送到现场并且套筒或整流罩202在现场被一体制造。参照图4，某些这样的结构应用替代套筒或整流罩202，该替代套筒或整流罩202可以以类似于Fowler折翼的方式制造为多个沿翼展方向的薄片222、224和226。在任何情况下，在一端具有间距支承部的轮毂延伸部200在另一端被固定地接附到轮毂110，以及套筒或整流罩202或208被固定地安装到轮毂延伸部200上或者机械地连接到外侧部段204及轮毂延伸部200上。在套筒或整流罩208的情况下，某些结构中的每个薄片222、224和226被固定地连接外侧部段204上的板(未图示)以及连接到轮毂110上或连接到其上或其中的板(未图示)上。外侧部段204本身被连接到轮毂延伸部200上的间距支承部212。应当注意的是，将套筒或整流罩安装到轮毂延伸部上包括该轮毂延伸部被插入到套筒或整流罩的孔中。
应当明白的是，本发明的结构提供高可输送部件，其可以在风轮机现场组装成大的转子。此外，本发明的多种结构提供一种用于更方便地运送并在风轮机现场组装转子的方法。
尽管本发明根据多个具体实施例进行了说明，但本领域普通技术人员在权利要求书的主旨和范围内本发明可以进行修改。
部件列表
风轮机100
机舱102
塔架104
转子106
叶片108
轮毂110
轮毂延伸部200
套筒或整流罩202
外侧部段204
顶梢208
叶片基部210
间距支承部212
可移动的折翼216
铰链218
部分或者部段220
翼展方向的薄片222
另一个薄片224
另一个薄片226
套筒或整流罩228

Claims (8)

1.一种用于在风轮机现场组装风轮机(100)的转子(106)的方法，所述方法包括：
将多部段转子叶片(208)的未组装的零件(200、202、216、204)运送到现场，所述未组装的零件包括具有截头圆锥形或圆柱形形状并在一端具有间距支承部的轮毂延伸部、外侧部段、和套筒或整流罩，所述套筒或整流罩从所述外侧部段分开；以及
在现场组装多部段转子叶片并将所述外侧部段联接至所述间距支承部，使得所述外侧部段和套筒或整流罩能围绕转子叶片的相应俯仰轴线一起旋转。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在现场制作所述转子叶片的套筒或整流罩。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述套筒或整流罩制造为多个沿翼展方向的薄片。
4.一种用于风轮机(100)的多部段叶片(208)，其包括：
在一端具有间距支承部(212)的轮毂延伸部(200)，所述轮毂延伸部是截头圆锥形或圆柱形的；
具有穿过其中的孔并被配置用于安装于轮毂延伸部上的套筒或整流罩(202)；以及
被配置用于与间距支承部相连的外侧部段(204)。
5.如权利要求4所述的多部段叶片，其特征在于，所述外侧部段被配置用于提供气动弹性连接，并且所述轮毂延伸部及所述套筒或整流罩则配置为不提供此类气动弹性连接。
6.如权利要求5所述的多部段叶片，其特征在于，通过所述外侧部段的顶梢(208)附近的向前或向后的摆动或其组合而提供所述气动弹性连接。
7.一种风轮机(100)，其具有转子(106)，转子(106)包括多部段叶片(108)，所述至少一个多部段叶片包括：
在一端具有间距支承部的轮毂延伸部(200)；
具有穿过其中的孔并被配置用于安装于轮毂延伸部上的套筒或整流罩(202)；以及
被配置用于与间距支承部相连的外侧部段(204)。
8.如权利要求7所述的风轮机，其特征在于，所述轮毂延伸部(204)是截头圆锥形或圆柱形的。
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