专利名称：带有可偏转襟翼的风轮机叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括带有可偏转襟翼的转子叶片的风轮机，尤其 涉及带有用于优化叶片载荷的可偏转襟翼的转子叶片。
背景技术：
风轮机是将机械能转化成电能的装置。典型风轮机包括装在塔架 上的机舱，机舱中装有将转子的旋转传给发电机的传动系统。
风轮机的效率取决于很多因素。其中一个是转子叶片相对于气流 方向的方位，这通常是由桨距系统控制，该系统能够调节转子叶片的 叶片桨距以保持转子转速为恒值或在给定范围内。否则，尤其是在高 风速时，转子载荷将超出由风轮机结构强度所设定的限值。
有两种基本方法用于改变转子叶片的桨距以控制风轮机的功率
"桨距"控制方法和"失速"控制方法。
在"桨距"控制方法中，转子叶片的桨距变为较小的迎角以减小 捕获的功率以及变为较大的迎角以增大捕获的功率。这种方法能够灵 敏且稳定地控制气动功率捕获和转子转速。
在"失速"控制方法中，转子叶片的安装角变为较大的迎角，在 该迎角处气流在转子叶片的表面分离，从而限制气动功率捕获。
通过周期桨距或通过单个叶片桨距，桨距可调的风轮机也能使用 桨距系统来减小动载荷。然而，对于大型风轮机而言，难以控制叶片 载荷，因为叶片载荷随叶片长度变化。随着转子尺寸的增大，改变叶 片桨距未必能在整个叶片上提供最优点载荷，因为不但风切变、迎角 偏差和阵风将会影响叶片上的气流，而且各种阵风会同时冲击叶片或 者会出现具有负风切变的复合风切变分布。
除了使用桨距系统，现有技术中还有一些用于优化叶片载荷的公 知方案。
一种已知方案是使用小的控制表面，例如连在叶片后缘上用于优
化叶片载荷的Gurney襟翼。Gurney襟翼的一个缺陷是增加了气动噪 声，气动噪声来自Gurney襟翼的自由端以及在叶片中固定Gurney襟 翼处的空隙。
另一种已知方案通过沿着部分或整个叶片范围连续改变处于叶 片前缘区域和后缘区域中的翼面几何形状，控制沿转子叶片的气动 力。
TO2004/088130公开了这些方案中的一种，其涉及的设计理念是 使用主动几何形状控制(如智能材料或通过嵌入机械致动器)、或者 被动几何形状控制(如由叶片的载荷和/或变形引起的变化)、或者 这两种方法的组合快速改变叶片的几何形状，从而控制风轮机的功 率、载荷和/或稳定性。在一个优选实施例中，在部分叶片的后缘中 嵌入压电板以改变其几何形状从而减小叶片载荷。压电板的一个缺陷 是需要电缆向其供电。这些线缆易被闪电破坏，并且如果受雷击容易损坏。
US 6， 769， 873公开的另一个方案涉及可动态重构的风轮机叶片
组件，其包括安装在轮毂上的多个可重构的叶片、固定在每个叶片上
且适于实现叶片重构的致动器以及用于调节供给致动器的功率的致 动器功率调节器。
这些方案中没有一个得到完全令人满意的结果，因此，仍然需要 包括带有用于减小叶片载荷的装置的转子叶片的风轮机。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种风轮机，其除了桨距系统之外，还 具有特殊的装置以实现对叶片载荷的精确控制。
本发明的另一个目的是提供一种风轮机，其具有用于控制气流变 化的装置并由此优化转子的整体性能和最小化叶片的桨距活动性。
通过提供一种具有转子叶片的风轮机来满足本发明的这些和其 它目的，该转子叶片包括具有空气动力学轮廓的第一部件，空气动力
学轮廓具有前缘、后缘和位于前缘与后缘之间的吸力和压力侧，转子 叶片还包括在至少一部分叶片上连接到第一部件的后缘和/或前缘的 第二部件，该第二部件包括通过靠近第一部件安置在襟翼内腔中的流 体可膨胀装置而可向上和/或向下偏转的襟翼，其使能改变叶片上的 气流；以及控制所述襟翼偏转的装置以根据风况和/或叶片载荷优化 叶片载荷。
根据叶片上载荷的测量结果、叶片上空气的速度或压力的测量结 果或叶片前方气流的激光雷达测量结果控制襟翼的偏转。有了载荷反 馈和合适的控制算法，可以比现有技术更精确地用襟翼控制叶片载
，如何。
在一个优选实施例中，所述流体可膨胀装置是沿襟翼的翼展方向 延伸的柔性管，其布置在位于适宜位置的内腔中以按预期方向偏转襟 翼，即在上方位置向下偏转襟翼，在下方位置向上偏转襟翼。因此， 实现在一个方向(向上或向下)的可偏转襟翼。
在另一个优选实施例中，所述流体可膨胀装置是沿襟翼的翼展方 向延伸的两根柔性管，其布置在位于适宜位置的内腔中以在两个方向 偏转襟翼。因此，实现两个方向(向上和向下)的可偏转襟翼。
在另一个优选实施例中，第二部件还包括下方和/或上方流线板 以防止在襟翼偏转时形成空气间隙。因此，实现气动性优化的可偏转襟翼。
在所有实施例中，襟翼可以用一片柔性材料制成，如橡胶或拉挤 玻璃纤维。
通过以下结合附图的详细说明将理解本发明的其它特征和优点。
图1是本发明的风轮机叶片的局部横截面示意图，示出连接到叶 片的后缘的可偏转襟翼以及控制其偏转的装置。
图2是根据本发明结合了一个可偏转襟翼的风轮机叶片的截面 示意图。图3是根据本发明结合了两个可偏转襟翼的风轮机叶片的截面 示意图。
具体实施例方式
图1示出根据本发明的第一实施例的连接到风轮机叶片的第 部件ll的第二部件13。
第一部件11具有典型的空气动力学的轮廓，该轮廓具有前缘5、
后缘7和位于前缘5与后缘7之间的吸力和压力侧。
下面的详细说明将参照本发明的实施例，其中第二部件13连接 到第一部件11的后缘7。本发明还包括第二部件13类似地连接到在 第一部件ll的前缘5的实施例。
图1中只示出第二部件13所连接到的后缘的端部。
第二部件13包括可偏转襟翼15和流线板17。
图1示出通过由空气或其它适宜流体引起的安置在内腔25中的 橡胶管23的膨胀，使襟翼15从第一位置到第二位置(虚线处)的向 下偏转。流线板17覆盖襟翼15以避免在其偏转过程中形成任何空气 间隙。 '
襟翼15由一片柔性材料制成，并用粘合剂、螺栓或其它适宜的 方式将其连到第一部件11。材料的柔性和安置可膨胀管23的内腔25 的位置可以使这样的连接表现为襟翼15像是用柔性铰链21铰接在第 一部件11上。
襟翼15可以是与管23整体制成的橡胶襟翼，从而使其与整体形 成的所有部件成为一体。
另一个优选解决方案是将襟翼15和流线板17做成拉挤轮廓，如 用玻璃纤维加强复合材料。由于材料的几何形状和机械特性，与第 部件11的连接是柔性的，而且橡胶管23能够藏在襟翼15内部并且 由此不会受到UV辐射、冰冻等。
图1示出襟翼15从第一中间位置向第二下方位置偏转，但是本 发明还包括构造为从第一上方位置向第二下方位置或相反的偏转的
襟翼15。在这种情况下，中间位置需要管23内部有一定的压力。
在本实施例的另一个形式中，襟翼15包括两根可膨胀管23以具 有一种双铰链系统， 一个铰链在上部， 一个铰链在下部，以更好地控 制其偏转方向。这种方案的优点在于，如果系统故障，即可膨胀管上 没有压力时，襟翼15将处于中间位置并且由此风轮机可以按照常规 倾斜角控制的风轮机那样运转，直到系统修复。
叶片可包括单个襟翼15如图2所示，或者多个襟翼15、 15'如 图3所示。在后者的情况下，每个襟翼15、 15'都有各自的可膨胀 装置23。
在一个优选实施例中，襟翼或多个襟翼15、 15'的宽度W是襟 翼中心处的弦长C的l-2(m。
襟翼或多个襟翼15、 15'的宽度W可以是不变的也可以是可变 的。在第一种情况下，通常是靠近叶片尖端的宽度较小，朝向叶片根 部的宽度较大。在后者的情况下，如图3所示，襟翼15'的宽度W 朝着叶片尖端减小。
在另一优选实施例中，襟翼或多个襟翼15、 15'在长度小于叶 片长度L的1/3的区段连接到叶片前缘5禾卩/或叶片后缘7。
如果在叶片的区段中安装多个襟翼15，这些襟翼将设计为可更 换且能用少数几个螺钉安装。空气/液体连接可以是快速连接，因此 该单元的模块度高，所以在维修时易于更换。为了避免在襟翼15和 第一部件的后缘之间出现裂口，在它们之间可以安装橡胶板并由此防 止空气流入气隙中，从而避免产生鸣笛声。
风轮机包括计算机装置，其根据传感器提供的叶片上的载荷测量 结果和相关气流参数控制用于偏转襟翼15的致动装置23。
尽管已经结合优选实施例全面描述了本发明，但是很明显在其范 围内可以引入修改，本发明的范围不受这些实施例的限制，而由权利 要求的内容限制。
权利要求
1、风轮机，具有至少一个叶片，所述叶片包括具有空气动力学轮廓的第一部件(11)，所述空气动力学轮廓具有前缘、后缘和前缘与后缘之间的吸力、压力侧，所述叶片还包括在至少一部分叶片上连接到第一部件(11)的后缘和/或前缘的第二部件(13)，其特征在于第二部件(13)包括可向上和/或向下偏转的襟翼(15)，所述襟翼可以改变叶片上的气流；用于偏转襟翼(15)的装置是靠近第一部件(11)安置在襟翼内腔(25)中的流体可膨胀装置(23)；风轮机包括根据风况和/或叶片载荷控制所述可膨胀装置(23)的装置。
2、 如权利要求1所述的风轮机，其特征在于所述流体可膨胀装 置是沿襟翼(15)的翼展方向延伸的柔性管(23)。
3、 如权利要求1所述的风轮机，其特征在于所述流体可膨胀装 置是沿襟翼(15)的翼展方向延伸的两根柔性管(23)，其中一根构 造成向上偏转襟翼(15)，另一根构造成向下偏转襟翼(15)。
4、 如权利要求1-3任一所述的风轮机，其特征在于第二部件(13) 还包括下方和/或上方流线板(17)以防止在襟翼(15)偏转时形成 气隙。
5、 如权利要求4所述的风轮机，其特征在于襟翼(15)由一片 柔性材料制成。
6、 如权利要求5所述的风轮机，其特征在于襟翼(15)由橡胶 制成。
7、 如权利要求5所述的风轮机，其特征在于襟翼(15)由拉挤玻璃纤维加强复合材料制成。
8、 如权利要求5所述的风轮机，其特征在于襟翼(15)的宽度 W是襟翼(15)中心处的叶片弦长C的1-20%。
9、 如权利要求8所述的风轮机，其特征在于襟翼(15)的宽度W在叶片方向上不变。
10、 如权利要求8所述的风轮机，其特征在于襟翼(15')的宽 度W沿叶片方向可变化。
11、 如权利要求8所述的风轮机，其特征在于襟翼(15)在长度 小于叶片长度L的l/3的区段连接到叶片前缘(5)和/或叶片后缘(7)。
12、 如权利要求U所述的风轮机，其特征在于叶片包括单个或 多个第二部件(13)，每个第二部件(13)都有各自的襟翼(15、 15')， 每个襟翼都有各自的可膨胀装置(23)。
全文摘要
一种风轮机，具有至少一个叶片，该叶片包括具有空气动力学轮廓的第一部件，空气动力学轮廓具有前缘、后缘和位于前缘与后缘之间的吸力、压力侧，叶片还包括在至少一部分叶片上连接到第一部件(11)的后缘和/或前缘上的第二部件(13)，其中第二部件包括向上和/或向下的可偏转襟翼(15)，该襟翼可以改变叶片上的气流，其中用于偏转襟翼(15)的装置是靠近第一部件(11)安置在襟翼内腔(25)中的流体可膨胀装置(23)，其中风轮机包括根据风况和/或叶片载荷控制所述可膨胀装置(23)的装置。
文档编号F03D1/06GK101338727SQ20081013149
公开日2009年1月7日 申请日期2008年6月23日 优先权日2007年6月22日
发明者C·梅尔戈德, M·弗里德里克 申请人:歌美飒创新技术公司