专利名称：风力涡轮机控制表面铰链的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力涡轮机，并且特别地涉及是具有可偏转的襟翼的风力涡轮机叶片。
背景技术：
虽然大多数商用风力涡轮机不具有可移动的控制表面，但是过去存在许多提议， 提议在风力涡轮机叶片上使用襟翼或副翼以提供叶片的额外控制，对风力条件的变化做出反应。在美国北方电力系统公司的US 5527151中公开了具有后缘副翼的已知风力涡轮机叶片的实例。所公开的副翼能够用于通过将副翼移动到由在所述副翼和所述叶片的后缘之间的缝隙产生升力(lift)毁灭性湍流的位置来制动转子。这产生足够的空气阻力以停止叶片。在US 5527151的实例中，所述副翼和所述叶片之间的缝隙是故意被包括的。然而，在现代风力涡轮机叶片设计中，一般认为在所述叶片表面包括缝隙是不期望的，这是因为这将在正常运转情况下不利地干扰空气流并且减少能量的提取效率。相应地，制造将襟翼连接到叶片并且使襟翼与叶片齐平的铰链是期望的。在i^orskningscenter Risoe的WO 2004/074681中示出了这种类型的襟翼的实例。然而在移动所述襟翼时该实例引入了一个问题，这能够从图1中说明。图1显示了具有沿着后缘布置的三个襟翼的风力涡轮机叶片。 现代的叶片非常长并且设计成能够在襟翼方向上偏转相当大的距离。当所述叶片偏转时， 这种偏转使得很难控制所述襟翼倾向于从关闭位置弹出到完全打开位置的移动。这个问题因所述铰合线弯曲而加重。因为后缘襟翼在控制随机湍流载荷和不对称载荷方面是有用的，后缘襟翼对大型现代风力涡轮机的设计人员是有吸引力的，然而，随机湍流载荷和不对称载荷这两者都随着叶片长度的增加而存在问题。
发明内容
本发明目的在于解决这个问题。因此，这里提供一种包括至少一个可移动的控制表面的风力涡轮机转子叶片，所述叶片的上表面限定沿铰合线的襟翼铰链，所述控制表面是绕铰合线可移动的，其中所述叶片表面沿着所述铰合线配置有一个或多个槽。优选地，所述可移动的控制表面是襟翼。本发明的实施例具有的优点是，当所述叶片在襟翼方向上弯曲时避免所述襟翼或者其它控制表面弹出的趋势，因此允许所述襟翼或其它控制表面的平滑展开。优选地，所述一个或多个槽用诸如硅橡胶的软质可变形材料填充。这样做的优点是保证平滑气流保持在铰链上，避免所述襟翼表面上方出现不希望的湍流。所述可变形材料可以包括预先模制的塞子。优选地，所述叶片的上表面具有围绕所述一个或多个槽的一个或多个强化区域。 所述强化区域可以被包括在所述叶片模制过程中并且弥补因形成沿所述铰合线的槽所引起的任何强度损失。
所述叶片的上表面可以包括延伸穿过所述铰合线的表层。这可以是形成所述整个叶片上表面以及襟翼上表面或者也形成所述襟翼上表面的部分并且限定铰合线的所述叶片上表面的部分的单个表层。可替代地，它可以包括桥接所述铰合线或者所述叶片上表面的外层材料(其通常是GRP)的薄膜。在一个优选的实施例中，机械铰链布置在襟翼铰链下方。除所述叶片上表面的铰链外，机械铰链可以是期望的，例如当襟翼相对大时。优选地，多个槽沿着铰合线大致均勻地隔开。可以在每个槽的周围沿着所述铰链的长度均勻提供强化。优选地，所述襟翼是后缘襟翼。本发明的实施例在铰合线是弯曲的时是尤其有利的，因为襟翼弹出的倾向在铰合线不是直的地方是最明显的。本发明还提供了一种具有包括两个或者多个如上所述的转子叶片的转子的风力涡轮机。
现在将参考附图，只以实例的方式描述本发明的实施例，其中图1 (上面引用过)显示了具有多个后缘襟翼的风力涡轮机叶片；图2是贯穿叶片和襟翼的截面图，显示了铰合线；以及图3是说明本发明实施例的叶片和襟翼的部分；
具体实施例方式下面将给出关于具有多个后缘襟翼的风力涡轮机叶片的描述。然而，本发明可适用于根据需要具有仅仅单个后缘襟翼或者任何数量的后缘襟翼的叶片。尽管本发明目前旨在使用后缘襟翼，它也适用于单个和多个襟翼以及位于所述叶片的其它位置(例如，在前缘)的其它控制表面。图1示出了风力涡轮机的转子叶片10，其具有根部12，翼尖14，前缘16和后缘18。 大型商用风力涡轮机的叶片通常用诸如GRP(玻璃强化塑料)的可弹性变形材料制成。该材料通常可以是玻璃纤维强化环氧树脂或聚酯。每一叶片具有中心梁或沿着其长度延伸的强化区域，其中表层或表面形成叶片的上和下表面17、19。所述表层在整个叶片表面上是连续的。然而，对于较大的叶片而言，其可以是模块化的并由数个部分构成。如本领域技术人员所公知的，叶片具有一定的扭转度，使得叶片前缘的攻角在叶片的根部要比在翼尖更陡。当转子叶片响应即将来临的风而旋转时，所述转子叶片设计成显著弯曲和变形。 变形可以沿边缘方向或者沿襟翼方向或者两者的组合。与所述叶片扭转相结合的变形对襟翼的性能有影响。图1显示了具有三个后缘襟翼20a，20b，20c的转子叶片。这个数量是只以实例显示的并且根据所述叶片的长度和从所述襟翼需要的控制量，可以设置任何数量的襟翼。所述襟翼响应风力状况并且可选择地在风力涡轮机控制器的控制下在襟翼方向上下偏转。所述襟翼的上表面21是所述叶片表面的延伸部，并且因此用与具有由铰合线22限定的襟翼向内边缘的叶片上表面相同的连续表层制成。从图1可见，沿其布置襟翼的叶片后缘是弯曲的，并且襟翼本身以及它们的铰合线也是弯曲的。在襟翼方式的叶片弯曲的情况下，这将防止襟翼自由地上下偏转。在这种情况下，所述襟翼倾向于从与所述叶片齐平的位置弹出到完全伸展的位置。显然，这是不希望的。襟翼弯曲的方向在图1中由箭头F表
7J\ ο 图2显示了贯通图1的线II-II上的叶片的截面图。能够看到所述叶片表层的连续表面从一边延伸到另一边并且形成具有由铰合线限定的襟翼的襟翼上表面。可替代地， 所述襟翼上面的涂层可以包括桥接铰合线或者叶片上表面的外层材料的薄膜。所述襟翼的下表面此处显示为表面对，在其向内端是自由的以便当襟翼变形时滑过所述叶片的下表面 19。然而，这只是襟翼结构的一个实例并且其它襟翼下表面构造也是可能的。端壁沈在所述叶片的上表面和下表面之间延伸，以限定所述叶片的后端部并且布置在所述铰合线下在图2中，在叶片上表层17中的铰合线22显示为襟翼能够通过其偏转的唯一装置。尽管没有显示，也可以包括机械铰链并且机械铰链能够布置成沿着表层下的铰合线延伸。图3显示了沿着所述铰合线可以如何修改所述叶片表层以防止当所述叶片在襟翼方向上偏转时襟翼弹出的问题。沿所述铰合线在表层形成多个槽30。优选地，这些槽然后用诸如硅橡胶的弹性材料填充。这些材料可以选择成软质的并且是可变形的。填充所述槽以保持叶片上的平滑上表面并且因此保持叶片上方的平稳气流是有利的。避免诸如襟翼上表面的控制表面上的湍流是特别有利的。所述表层上槽的数量取决于所述襟翼的长度， 并且可根据沿襟翼长度分布单个长槽还是多个槽而变化。优选地，槽沿铰链的分布是均勻的，从而相邻槽之间的距离大致相同。包括沿铰合线的槽引入了能够导致沿着所述铰合线折断或破裂的结构弱点，特别是随着重复展开时。为了防止这样，并且强化铰合线，强化围绕所述槽的表层以弥补在所述槽处的材料损失。这样，围绕槽应用一个或多个强化或加固区域。所述铰合线的强化可以是叶片模制过程的一部分。所述槽的位置优选地标注在模子上并且围绕标注位置添加加固成为附加层的GRP材料或者其它材料，这根据叶片的组成成分而定。当叶片从模子里移出时，所述槽的标注仍然保持可见，并且所述槽然后能够用铣磨机床进行机加工。然后所述槽能够用软质可变形的材料填充。应当理解的是，包括沿铰合线的槽能够使襟翼即使在严重襟翼弯曲的情况下能够平稳地偏转。围绕槽的表层的加固保证所述铰链与没有槽的铰链具有大致相同的强度，并且槽的软质可以变形的填充物保证在有槽的铰链上方维持平稳的空气流。已经描述了关于具有一个或多个后缘襟翼的叶片的实施例，但是它也适用于为了任何目的而定位于所述叶片上任何点的一个或多个襟翼或副翼，例如在前缘或在用作翼尖制动器的所述叶片的翼尖上。本发明适用于任何襟翼或者使用叶片表层作为铰链的其它控制表面，与是否用机械铰链补充无关。因此，例如，本发明可以应用到例如百叶板或者阻流板。尽管在描述的实施例中所述表层是连续的，但是它可以是由许多单独的片件或部分构成，至少其中之一形成在所述叶片本体和襟翼之间的搭接，并且因此限定铰链。这种结构可以用于例如由几个单独的部分形成(几个单独的部分然后再结合在一起)的模块式叶片组件。上面描述的风力涡轮机叶片可用于任何合适的风力涡轮机转子，例如具有两个或三个叶片的转子。
权利要求
1.一种风力涡轮机转子叶片，其包括至少一个可移动控制表面，所述叶片的上表面限定沿着铰合线的铰链，所述控制表面围绕所述铰合线是可以移动的，其中，所述叶片表面设有沿铰合线的一个或多个槽。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述可移动控制表面是襟翼。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述一个或多个槽用软质可变形材料填充。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述软质可变形材料是硅橡胶。
5.根据权利要求3或4所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述软质可变形材料包括预先模制的塞子。
6.根据权利要求1到5中的任意一项所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述叶片的上表面具有围绕所述一个或多个槽的一个或多个强化区域。
7.根据权利要求1到6中的任意一项所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述叶片的上表面包括延伸穿过所述铰合线的表层。
8.根据任一前面的权利要求所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述风力涡轮机转子叶片包括在控制表面铰链下方布置的机械铰链。
9.根据任一前面的权利要求所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述风力涡轮机转子叶片包括沿着所述铰合线大致均勻隔开的多个槽。
10.根据权利要求2所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述襟翼是后缘襟翼。
11.根据任一前面的权利要求所述的风力涡轮机转子叶片，其特征在于，所述铰合线是弯曲的。
12.—种风力涡轮机，其具有转子，所述转子包括两个或更多个根据前面任一权利要求所述的转子叶片。
全文摘要
一种具有多个后缘襟翼的风力涡轮机转子叶片，其上表面形成为连续的叶片表层。所述襟翼在所述表层绕铰合线转动。所述铰合线具有多个隔开的槽以防止所述铰链当叶片在襟翼方向上偏转时弹出。所述槽用软质可变形材料填充并且槽周围的表层在制造过程中被强化。
文档编号F03D1/06GK102257269SQ200980151808
公开日2011年11月23日 申请日期2009年11月30日 优先权日2008年12月2日
发明者C·H·韦斯特加德 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司