专利名称：具有多孔窗和可控制的覆盖构件的风力机转子叶片的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及风力机，确切的说，涉及为控制负载而设有机翼通道的风力机转子叶片。
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，风力机已获得广泛关注。现代风力机通常包括塔筒、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原理捕获风的动能并通过转动能传输动能，以扭转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)的轴。之后，发电机将机械能转化成可以分配到公用设施电网中的电能。为确保风能仍为可行能源，人们努力通过改变风力机的尺寸和容量，包括增加转子叶片的长度和表面积，以增加能量输出。然而，转子叶片的偏转力和负载的大小通常是叶片长度、风速、风力机的运行状态、叶片刚度以及其他变量的函数。增加负载不仅会使转子叶片和其他风力机组件疲劳，而且会增加转子叶片突发严重故障的风险，例如，过度负载会引起叶片偏转，从而导致与塔筒发生碰撞。因此，在现代风力机的运行过程中，控制负载是需要考虑的关键因素。人们广泛使用现行的主动变桨控制系统通过改变叶片的桨距来控制转子叶片上的负载。然而，在风力较大的情况下，由于风的阻力较大以及变桨控制系统的灵敏度不高，通常难以调整叶片的桨距角。已知改变单个转子叶片的气动特性是一种控制负载的方法，例如，将可控制的涡旋单元(“发电机”)、叶瓣、调整片等配置在叶片表面上。
第6，984，110号美国专利描述了一种系统，其中风力机叶片具有由可调整板以可变方式覆盖的风压调整孔，所述可调整板配置于叶片的一侧上以便在导向器内沿叶片表面滑动。因此，需要一种相对复杂的机械致动和控制系统来同时调整单个叶片上的所有板。第7，400, 057号美国专利描述了一种使用环形堆叠的叶片进行全方位垂直定向的风力机。叶片包括沿前缘和每个环形的凹面设置的排气通道，以将高动能从前缘引入到叶片的凹面，从而强化边界层并减少气流沿叶片分离。这些通道是打开的(未被覆盖)，在控制叶片负载方面没有任何意义。因此，本行业可受益于用于单个转子叶片的负载控制系统和方法，所述负载控制系统和方法在设计负载限制范围内不会对叶片的气动性能产生不利影响，而且在高负载条件下相对容易奏效。
发明内容
以下说明将部分地阐明本发明的各方面内容和优点，或者，这些方面和优点在说明中可能是显而易见的，或通过实践本发明能够推导出。一方面，风力机转子叶片具有压力侧和吸入侧，所述压力侧和吸入侧在前缘和后缘处接合。多孔窗是其中设有至少一个开口或孔的部分，设于吸入侧中。在一个特定实施例中，多个孔设于多孔窗中。可展开的覆盖构件经配置成具有多孔窗，且所述覆盖构件的位置可从全封闭位置，即通过所述多孔窗的气流被堵塞的位置，变为全打开位置，即确定气流通过整个多孔窗的位置。致动机制置于内腔中，且经配置成具有覆盖构件，从而响应于控制信号而使所述覆盖构件在全封闭位置与全打开位置之间移动。在一个特定实施例中，所述致动机制为主动装置，其响应于由控制器产生的主动控制信号来移动覆盖构件，从而根据叶片的不同条件(例如，叶片负载、不同的转子功率、 叶片位置等)以可变的方式定位所述覆盖构件。在其他各实施例中，所述风力机叶片可包括多个多孔窗和相应覆盖构件，以及与多个覆盖构件中的每一者通信的控制器。所述覆盖构件可单独定位，以便在不同多孔窗之间产生不同的覆盖范围。在某些实施例中，所述致动机制可为被动装置，其经配置成具有覆盖构件，以将所述覆盖构件偏置到全封闭位置或全打开位置，并在叶片处于所界定的设定点条件时使覆盖构件移动到相反位置。例如，所述致动机制可为用弹簧偏置的芯构件，随着覆盖构件从全封闭位置移动到全打开位置，所述覆盖构件会缠绕在所述芯构件上。可提供一种驱动滚轴，其将覆盖构件连接到所述驱动滚轴的附接构件来将所述覆盖构件从所述芯牵拉到全封闭位置。例如，所述附接构件可为沿着所述覆盖构件的边缘间隔开的多个带状构件。在一个替代性实施例中，所述覆盖构件可为多孔网状材料，其与所述覆盖构件同延并具有气流孔，从而在覆盖构件处于打开位置时不会抑制气流通过多孔窗。在某些实施例中，所述致动机制为双向驱动滚轴，其配合覆盖构件并使之在全打开位置与全封闭位置之间交替移动。在其他实施例中，所述风力机叶片包括至少一个进气通道，其与多孔窗成气流连通状态。此进气通道可能包括易致动覆盖板，其可从封闭位置，即进气通道被堵塞的位置， 移动到打开位置，即进气通道畅通以使气流通过多孔窗的位置。致动器可经配置成具有覆盖板，从而响应于控制信号而使所述覆盖板在打开位置与封闭位置之间移动。本发明还包括一种具有一片或多片风力机叶片的风力机，所述风力机叶片经配置成具有主动或被动致动的机翼通道，如本专利申请文件所述。参考以下具体说明和所附权利要求书可以更深入地了解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图包括在本说明书内、并构成本说明书的一部分，显示了本发明的各个实施例，且与具体说明一起用于解释本发明的原理。
本说明书参考附图，针对所属领域一般技术人员，完整且可实现地详细披露了本发明，包括其最佳模式，其中图1为传统风力机的透视图；图2为具有沿叶片纵向对齐的多个多孔窗和相关覆盖构件的风力机转子叶片的纵视图；图3为具有可纵向展开的覆盖构件的风力机转子叶片的纵视图；图4为具有可在叶片外表面中的凹口内翼弦向展开的覆盖构件的风力机转子叶片的纵视图；图5为根据可纵向展开的覆盖构件的替代性实施例的风カ机转子叶片的纵视图；图6为根据可纵向展开的覆盖构件的又一实施例的风カ机转子叶片的纵视图；图7为具有可双向展开的覆盖构件的风カ机叶片的ー个实施例的纵视图；图8为可在内部翼弦向展开的覆盖构件的一个实施例的截面图；图9为可在内部翼弦向展开和收缩的覆盖构件的另ー实施例的截面图；图10为可在内部翼弦向展开和收缩的覆盖构件的又一实施例的截面图；图11为可从外部翼弦向展开的覆盖构件的一个实施例的截面图；图12为风カ机叶片的纵向内部视图，其图示具有多个进气通道的空气歧管的实施例；图13为内部连续环式覆盖构件的一个实施例的截面图；以及图14图示根据本发明的各方面的具有转子叶片的风力机。元件符号列表
权利要求
1.一种风力机叶片(16)，其包括压力侧00)和吸入侧(22)，所述压力侧和所述吸入侧在前缘04)和后缘06)处接合，并构成所述叶片的内腔(32)；设于所述吸入侧中的多孔窗(34)，所述多孔窗允许气流通过所述吸入侧从所述内腔中流出；可展开的覆盖构件(46)，其经配置成与所述多孔窗配合，所述覆盖构件的位置可从全封闭位置，即通过所述多孔窗的气流被堵塞的位置，变为全打开位置，即确定气流通过整个所述多孔窗的位置；以及致动机制(58)，其置于所述内腔中且经配置成与所述覆盖构件配合，响应于控制信号而使所述覆盖构件在所述全封闭位置与所述全打开位置之间移动。
2.根据权利要求1所述的风力机叶片(16)，其特征在于，所述致动机制(58)为主动装置，其响应于主动控制信号来移动所述覆盖构件(46)，所述致动机制与控制器(60)通信， 所述控制器产生所述控制信号，以根据所述叶片的不同条件以可变的方式定位所述覆盖构件。
3.根据权利要求2所述的风力机叶片(16)，其特征在于，进一步包括多个所述多孔窗 (34)和相应所述覆盖构件(46)，所述控制器(60)与所述多个覆盖构件中的每一者通信，其中所述覆盖构件单独定位，以在不同所述多孔窗之间产生不同的覆盖范围。
4.根据权利要求1所述的风力机叶片(16)，其特征在于，所述致动机制(58)为被动装置，其经配置成与所述覆盖构件G6)配合，以将所述覆盖构件偏置到所述全封闭位置或所述全打开位置，并在所述叶片处于所界定的设定点条件时使所述覆盖构件移动到相反位置。
5.根据权利要求1所述的风力机叶片(16)，其特征在于，所述致动机制(58)包括用弹簧偏置的芯构件(62)，随着所述覆盖构件从所述全封闭位置移动到所述全打开位置，所述覆盖构件G6)会缠绕在所述芯构件上。
6.根据权利要求5所述的风力机叶片，其特征在于，进一步包括将所述覆盖构件06) 从所述芯牵拉到所述全封闭位置的驱动滚轴(64)，以及将所述覆盖构件连接到所述驱动滚轴的附接构件(65)。
7.根据权利要求6所述的风力机叶片(16)，其特征在于，所述附接构件(65)包括多孔网状材料，其与所述覆盖构件同延并具有气流孔，从而在所述覆盖构件处于打开位置时不会抑制气流通过所述多孔窗。
8.根据权利要求1所述的风力机叶片(16)，其特征在于，所述致动机制(58)包括双向驱动滚轴，其配合所述覆盖构件G6)并使之在所述全打开位置与所述全封闭位置之间交替移动。
9.根据权利要求8所述的风力机叶片，其特征在于，所述覆盖构件06)包括具有交替的渗透性部分G7)和非渗透性部分0 的环式构件。
10.根据权利要求1所述的风力机叶片(16)，其特征在于，进一步包括至少一个进气通道(44)，其与所述多孔窗(34)成气流连通状态，所述进气通道进一步包括易致动的覆盖板 (68)，其可从封闭位置，即所述进气通道被堵塞的位置，移动到打开位置，即进气通道畅通以使气流通过所述多孔窗的位置，且所述风力机叶片进一步包括致动器(70)，其经配置成具有所述覆盖板，所述致动器响应于控制信号而使所述覆盖板在所述打开位置与所述封闭位置之间移动。
11.一种风力机(10)，其包括多片风力机叶片(16)，每片所述叶片经配置成如权利要求1至10中任一权利要求所述的那样。
12.根据权利要求11所述的风力机(10)，其特征在于，所述风力机叶片的所述致动机制(58)为主动装置，其响应于主动控制信号来移动所述覆盖构件(46)，所述致动机制与产生所述控制信号的相应所述控制器(60)通信，所述控制器与中心风力机控制器(76)通信， 从而根据所述叶片的不同条件以可变的方式定位所述覆盖构件并协调所述覆盖构件的移动。
13.根据权利要求12所述的风力机(10)，其特征在于，所述中央风力机控制器(76)与至少一个条件传感器(78)通信，其中所述中央风力机控制器(76)根据所述条件传感器所感测到的条件向所述相应叶片控制器(60)产生控制信号。
全文摘要
一种风力机叶片，其包括设于所述叶片的吸入侧中的多孔窗。所述多孔窗允许从所述叶片的内腔中流出并通过所述吸入侧的气流渗透。可展开的覆盖构件，其经配置成具有多孔窗，且所述覆盖构件的位置可从全封闭位置，即通过所述多孔窗的气流被堵塞的位置，变为全打开位置，即确定气流通过整个所述多孔窗的位置。致动机制，其置于所述叶片的所述内腔中，且经配置成具有所述覆盖构件，从而响应于控制信号而使所述覆盖构件在全封闭位置与全打开位置之间移动。
文档编号F03D3/06GK102536631SQ20111042092
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者D·S·佩塞特斯基 申请人:通用电气公司