专利名称：用于外壳的模制的风力涡轮机外壳区段和结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力涡轮机，特别地涉及外罩式风力涡轮机。外壳由彼此接合的多个外壳区段形成。
背景技术：
用于发电的传统风力涡轮机通常具有类似于螺旋桨地设置的2至5个开放式叶片，叶片安装到水平轴，水平轴附接到驱动发电机的齿轮箱。这些涡轮机通常已知为水平轴线风力涡轮机，或HAWT。这些涡轮机通常需要高度在60至90米范围内的支承塔。叶片一般以大约10至22rpm的转速转动。齿轮箱通常用于逐步提高速度以驱动发电机，当然一些设计也可以直接驱动环形发电机。虽然HAWT已经获得广泛应用，但其效率不是最佳的。特别地，HAWT在获取经过其的风的势能方面的效率将不超过贝茨(Betz)极限的59.3%。HAWT在结构和操作方面均存在若干问题。高的塔和长的叶片难于运输。需要大型塔结构来支承重的叶片、齿轮箱和发电机。需要非常高且昂贵的起重机以及熟练的操作者进行安装。在操作过程中，HAWT需要另外的偏航控制机构以使叶片朝向风。HAWT的气翼上通常具有大的冲角，该大的冲角不适合于风流的不稳定变化。HAWT难于在近地面紊流风下操作。在舱和叶片上的冰堆积能够导致功率减小和安全问题。高的HAWT会影响机场雷达。 它们的高度也会使它们在大面积突出可见，破坏景观并且有时是令人讨厌的。最后，下风处的变异经受由紊流引起的疲劳和结构失效。希望的是，提供一种能够避免这些问题的风力涡轮机。
发明内容
这里公开的是外罩式风力涡轮机以及用于构造用在这种涡轮机中的外壳的方法和设备。特别地，风力涡轮机外壳区段围绕中心轴线组装以形成风力涡轮机外壳。实施方式中公开了一种风力涡轮机外壳区段，包括前边缘、后边缘、内部面、外部面、第一侧面和第二侧面。前边缘具有第一端和第二端。后边缘包括第一外边缘、第二外边缘、内边缘、第一径向边缘和第二径向边缘。第一外边缘和第二外边缘位于外平面内。内边缘位于内平面内且在第一外边缘和第二外边缘之间。第一径向边缘从内边缘的第一端延伸到第一外边缘的内部端。第二径向边缘从内边缘的第二端延伸到第二外边缘的内部端。内部面从前边缘延伸到后边缘。外部面从前边缘延伸到后边缘。第一侧面从第一外边缘的外部端延伸到前边缘的第一端。第二侧面从第二外边缘的外部端延伸到前边缘的第二端。在一些实施方式中，前边缘具有弓形形状。在这里描述的其它实施方式中，前边缘用于将外壳区段连接到外壳中的另外的结构构件。第一侧面和第二侧面每个均可以具有翼型形状。在一些实施方式中，第一外边缘和第二外边缘具有共同外曲率半径，内边缘具有内曲率半径，前边缘具有前曲率半径。前曲率半径小于外曲率半径，并且内曲率半径小于外曲率半径。在特定实施方式中，风力涡轮机外壳区段是中空的。风力涡轮机外壳区段的第一侧面可以包括突出部，风力涡轮机外壳区段的第二侧面可以包括腔，突出部和腔的形状基本上互补，使得相邻的外壳区段能够彼此接合。有时， 突出部和腔被成形为使得相邻的外壳区段沿侧向方向彼此接合。在其它实施方式中，突出部和腔被成形为使得相邻的外壳区段沿径向方向彼此接合。风力涡轮机外壳区段还可以包括从外部面沿径向延伸的支承构件。这里还公开了用于制造风力涡轮机外壳区段的方法，包括将熔融塑料材料放置在模子中；使熔融塑料材料符合模子，以形成区段形状；冷却区段形状；并且将区段形状从模子移出，以获得外壳区段。外壳区段具有如上和这里描述的形状。塑料材料可以通过沿双轴旋转模子来符合模子。在其它实施方式中，塑料材料通过将压缩空气注入熔融塑料材料以便在熔融塑料材料中形成中空内部空间来符合模子。塑料材料能够是聚合物，诸如聚烯烃或聚酰胺。还公开了包括多个风力涡轮机外壳区段的风力涡轮机外壳，其中，相邻的风力涡轮机外壳区段围绕中心轴线以径向方式彼此接合。风力涡轮机外壳区段具有如上和这里描述的形状。在一些实施方式中，风力涡轮机外壳还包括环绕风力涡轮机外壳区段的环构件。 在其它实施方式中，风力涡轮机外壳还包括刚性结构构件，每个外壳区段的前边缘连接到刚性结构构件。在其它实施方式中，用于形成风力涡轮机外壳的多个外壳区段包括第一组外壳区段和第二组外壳区段。第一组外壳区段还包括从每个外壳区段的外部面沿竖向延伸的支承构件。第二组外壳区段不具有支承构件。
以下是附图的简要说明，出于图示这里提及的内容的目的而不是限制所述内容的目的给出附图。图1是本发明的MEWT的第一示例性实施方式或变型的分解图。图2是图1的附接到支承塔的前透视图。图3是MEWT的第二示例性实施方式的前透视图，其中示出有外罩式三叶片叶轮。图4是图3的MEWT的后视图。图5是沿着图4的线5-5截取的截面图。图6是本发明的具有用于风对准的一对翼片的风力涡轮机的另一示例性实施方式的透视图。图7是本发明的MEWT的另一示例性实施方式的前透视图。这里，涡轮机外壳和喷射器外壳在它们的后缘上均具有混合凸起。
图8是图7的MEWT的后透视图。图9是根据本发明的MEWT的另一示例性实施方式的前透视图。图10是穿过涡轮机轴线截取的图9的MEWT的侧向截面图。图11是图10的缩小视图。图IlA和图IlB是图9的MEWT的混合凸起的放大图。图12是根据本发明的风力涡轮机外壳区段的示例性实施方式的前透视图。图13是图12的外壳区段的后透视图。图14是根据本发明具有支承构件的风力涡轮机外壳区段的示例性实施方式的前透视图。图15是图14的外壳区段的后透视图。图16是根据本发明具有不同结合机构的风力涡轮机外壳区段的另一示例性实施方式的前透视图。图17是图16的外壳区段的后透视图。图18是类似于图16但具有支承构件的风力涡轮机外壳区段的另一示例性实施方式的前透视图。图19是图18的外壳区段的后透视图。图20示出风力涡轮机的分解图。风力涡轮机具有涡轮机外壳和喷射器外壳，涡轮机外壳和喷射器外壳均由风力涡轮机外壳区段形成。图21是图20的风力涡轮机处于组装状态的透视图。图22是图20的喷射器外壳的后视图，示出了风力涡轮机外壳区段的额外方面。图23是风力涡轮机外壳在组装之前的分解透视图。外壳包括多个风力涡轮机外壳区段和环绕外壳区段的环构件。图M是图23的风力涡轮机处于组装状态的透视图。图25是示例性外罩式风力涡轮机的透视图。风力涡轮机包括涡轮机外壳和喷射器外壳。涡轮机外壳包括多个风力涡轮机外壳区段，所述多个风力涡轮机外壳区段连接到形成涡轮机外壳的前缘的第一刚性结构构件。第一组风力涡轮机外壳区段包括支承构件。 第二组风力涡轮机外壳区段不包括支承构件。
具体实施例方式通过参照附图能够更加完整地理解这里公开的部件、过程和设备。这些附图仅仅是基于方便且容易展示本发明的示意性表示，因此，附图不意于指明其装置或部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示例性实施方式的范围。虽然为了清楚的目的在下面的描述中使用了特定术语，这些术语仅用于指示附图中选择示出的实施方式的具体结构，并且不意于限定或限制本发明的范围。在下面的附图和描述中，可以理解相同的附图标记指示具有相同功能的部件。与量有关地使用的修饰语“大约”把所述值包括在内，并且具有上下文指示的意思 (例如，其至少包括与特定量的测量相关的误差度)。当在上下文中用于范围时，修饰语“大约”也应当被认为公开了由两个端点的绝对值限定的范围。例如，范围“从大约2至大约4” 也公开了范围“从2至4”。
混合器-喷射器功率系统(MEPS)提供了一种从风流产生功率的独特且改进的方式。MEPS包括: 主外壳，其包含从主流提取功率的类似于螺旋桨的涡轮机或叶片叶轮；和 单级或多级混合器-喷射器，用以利用每个这种混合器/喷射器级摄取流量，这种混合器/喷射器级包括用于引起副流且提供喷射器级的流动混合长度的混合管道。混合管道或外壳的入口轮廓被设计成使流动损失最小化，同时提供良好喷射器性能所需的压力。得到的混合器/喷射器通过以下各项增强了功率系统的操作特征(a)增加经过系统的流量，(b)减小涡轮机叶片上的出口压力或背压，以及(c)降低从系统传播的噪音。MEPS可以包括 使管道轮廓成弧形，以增强流入和流经系统的量； 主管道和混合管道中的声学处理，以便对主管道中的用于控制流动漩涡的导流叶片和/或适于消除流动漩涡影响的混合器凸起进行噪声控制； 基于新的理论功率极限进行涡轮机状叶片空气动力设计，以开发可以具有多个和/或反向旋转叶片排的短的、在结构上坚固的构造族； 在混合管道上有出口扩散器或喷嘴，以进一步改进整个系统的性能； 具有非圆形截面的入口区域和出口区域，以适应安装限制； 在其较低外表面上有旋转接头，用于安装在竖向支架/塔架上，允许将系统朝向风； 竖向空气动力稳定器叶片，安装在管道外部上，利用补翼或叶片将系统保持指向风；或 多级喷射器系统的单级上有混合器凸起。具体参照附图，图中示出了申请人的具有混合器和喷射器的轴流风力涡轮机 (“MEffT")的替代实施方式。参照图1和图2，MEffT 100是轴流涡轮机，具有a)具有空气动力学轮廓的涡轮机外壳102 ；b)位于涡轮机外壳102中并且附接到涡轮机外壳102的具有空气动力学轮廓的中心体103 ；c)环绕中心体103的涡轮机级104，其包括具有定子叶片108a的定子环106和具有转子叶片11 的转子110。转子110位于下游并且与定子叶片“成直线”，即，叶轮叶片的前缘与定子叶片的后缘基本上对准，其中i)定子叶片108a安装在中心体103上；ii)转子叶片11 通过安装在中心体103上的内环和外环或箍附接和保持在一起；d)整体由118指示的混合器，其具有在涡轮机外壳102的终点区域(即，端部)上的一圈混合器凸起120a，其中，混合器凸起120a向下游延伸超出转子叶片11 ；和e)整体由122指示的喷射器，其包括环绕涡轮机外壳上的一圈混合器凸起120a的喷射器外壳128，其中，混合器凸起(例如120a)向下游延伸并且进入喷射器外壳128的入 Π 129 ο
如图2所示，MEWT 100的中心体103经过定子环106或以其它方式希望地连接到涡轮机外壳102。这种结构用于消除由传统风力涡轮机随着来自涡轮机叶片的尾流冲击支承塔而产生的损坏、扰动和长距离传播的低频声音。涡轮机外壳102和喷射器外壳128的空气动力学轮廓被空气动力学地形成弧形，以增大经过涡轮机转子的流动。为了最佳效率，申请人计算出由喷射器外壳128的出口区域与涡轮机外壳102的出口区域所限定的喷射器泵122的面积比在1. 5-3. 0的范围内。混合器凸起120a的数量在6和14之间。每个凸起的内后缘角度和外后缘角度在5和65度之间。这些角度是从混合凸起的出口处画的切线至与涡轮机的中心轴线平行的线测量的，如这里进一步说明的。 主凸起出口位置在喷射器外壳128的入口位置或入口 1 处或附近。凸起通道的高宽比在 0.5和4. 5之间。混合器穿透率在50%和80%之间。中心体103栓后缘角度为30度或更小。总的MEffT 100的长度直径比(L/D)在0. 5和1. 25之间。申请人:执行的优选MEWT 100的基于第一原理的理论分析表明，对于相同的前面区域，MEffT能够产生3倍或更多倍于其无外罩式对应涡轮机的功率；并且，MEffT 100能够将风力发电厂的生产率增加2或更多倍。基于该理论分析，相信MEWT实施方式100将产生 3倍于现有的相同尺寸传统开放式叶片风力涡轮机的功率。MEffT的令人满意的实施方式100包括轴流涡轮机(例如，定子叶片和叶轮叶片)，其由具有空气动力学轮廓的涡轮机外壳102环绕，该具有空气动力学轮廓的涡轮机外壳102的终点区域(即，端部)中包含混合装置；和分离的喷射器外壳128，其与涡轮机外壳102重叠但位于其后面，涡轮机外壳102本身可以在其终点区域中包含混合器凸起。与喷射器外壳128结合的混合器凸起120a的圈118能够被认为是混合器/喷射器泵。该混合器/喷射器泵提供为了风力涡轮机的运行效率而一致地超过Betz极限的装置。定子叶片的出口倾角可以在原位机械地改变(即，叶片枢转)以适应流体流速度的变化，以便确保离开转子的流动的最小残余漩涡。换种方式描述，MEffT 100包括具有安装在中心体103上的定子环106和转子110 的涡轮机级104，中心体103由涡轮机外壳102环绕，涡轮机外壳102具有嵌入的混合器凸起120a，混合器凸起120a具有稍插入在喷射器外壳128的入口平面内的后缘。涡轮机级 104和喷射器外壳1 在结构上连接到涡轮机外壳102，该涡轮机外壳102是主要载荷承载构件。这些附图描绘了用于产生功率的转子/定子组件。这里使用术语“叶轮”来一般地指代叶片附接到轴且能够转动从而允许由使叶片转动的风产生功率或能量的任何组件。 示例性的叶轮包括螺旋桨或转子/定子组件。任何类型的叶轮可以包含在本发明的风力涡轮机中的涡轮机外壳102内。在一些实施方式中，涡轮机外壳102的长度等于或小于涡轮机外壳的最大外径。 同样，喷射器外壳128的长度等于或小于喷射器外壳的最大外径。中心体103的外表面被空气动力学地成型，以使MEWT 100下游的流动分离的影响最小。其可以被构造成比涡轮机外壳102或喷射器外壳128、或它们结合的长度更长或更短。涡轮机外壳的入口区域和出口区域等于或大于由涡轮机级104占据的环带的入口区域和出口区域，但其形状不必是圆形的，以允许更好地控制流源及其尾流的影响。由中心体103和涡轮机外壳102的内表面之间的环带形成的内部流路径截面区域在空气动力学上被成形，以在涡轮机的平面处具有最小面积并且另外从其各自的入口平面到其出口平面平滑地变化。涡轮机外壳和喷射器外壳的外表面在空气动力学上被成形，以辅助将流动引导到涡轮机外壳入口中，消除从其表面的流动分离，并且将平滑流动输送到喷射器入口 129 中。可以替代地是非圆形的喷射器128的入口区域大于混合器118的出口平面区域；并且如果希望的话喷射器的出口区域也可以是非圆形的。优选实施方式100的可选特征能够包括轮状结构形式的动力输出装置，其在叶轮的外轮缘处机械地连接到发电机；竖向支承轴，其具有用于可转动地支承MEWT的可转动联接件，轴位于MEWT上的压力中心位置的前向，用于自对准MEWT ；和自运动竖向稳定翅片或“翼片”，其固定到喷射器外壳的上表面和下表面，以稳定与不同风流的对准方向。MEffT 100在住宅附近使用时能够具有吸声材料，该吸声材料固定到其外壳102、 128的内表面，以吸收并由此消除由定子106尾流与转子110相互作用产生的相对高频声波。MEWT 100也能够包含用于增加安全性的叶片容纳结构。MEWT也应当被认为是水平轴线风力涡轮机。图3-5示出外罩式风力涡轮机200的第二示例性实施方式。涡轮机200使用螺旋桨式叶轮142，替代如图1和图2所示的转子/定子组件。另外，在该实施方式中能够更清楚地看到混合凸起。涡轮机外壳210具有不同的两组混合凸起。参照图3和图4，涡轮机外壳210具有一组高能混合凸起212，其朝着涡轮机的中心轴线向内延伸。在该实施方式中， 涡轮机外壳被示出具有10个高能混合凸起。涡轮机外壳也具有一组低能混合凸起214，其远离中心轴线地向外延伸。同样，涡轮机外壳210被示出具有10个低能混合凸起。高能混合凸起与低能混合凸起围绕涡轮机外壳210的后缘交替。从如图4看到的后面，涡轮机外壳的后缘可以被认为具有圆雉堞形状。术语“雉堞状”或“齿形的”是指后缘的这种大致上下或内外形状。如图5所示，喷射器外壳230的入口面积232大于喷射器外壳的出口面积234。将理解，入口面积是指喷射器外壳的整个嘴部，而不是喷射器外壳的在喷射器外壳230和涡轮机外壳210之间的环形面积。但是，如这里进一步所示，喷射器外壳的入口面积也可以比喷射器外壳的出口面积234小。如所期望的，喷射器外壳230的入口面积232大于涡轮机外壳210的出口面积218，以便容纳混合凸起并且在涡轮机外壳和喷射器外壳之间形成环形面积238，高能空气能够通过该环形面积238进入喷射器。这里描述的混合器-喷射器设计构思能够显著增强流体动态性能。这些混合器-喷射器系统相对于传统系统提供了多个优点，诸如更短的喷射器长度；增大的进入和经过系统的质量流量；对入口流动阻断和/或与主要流动方向未对准的更低的敏感度；降低的空气动力噪声；增加的推力；以及在主出口处增大的抽吸压力。如图6所示，风力涡轮机沈0的另一示例性实施方式可以具有喷射器外壳沈2，该喷射器外壳262具有内部肋，内部肋被成形为提供翼片或翅片沈4。翼片或翅片264被定向成有利于风力涡轮机260与进入的风流对准，以改善能量或功率产生。图7和图8示出了 MEWT的另一示例性实施方式。涡轮机400再次使用螺旋桨式叶轮302。涡轮机外壳310具有不同的两组混合凸起。一组高能混合凸起312朝着涡轮机的中心轴线向内延伸。一组低能混合凸起314远离中心轴线向外延伸。另外，喷射器外壳 330的后缘上设置有混合凸起。同样，存在不同的两组混合凸起。一组高能混合凸起332朝着涡轮机的中心轴线向内延伸。一组低能混合凸起334远离中心轴线向外延伸。如图8所示，喷射器外壳在这里示出具有10个高能混合凸起和10个低能混合凸起。高能混合凸起与低能混合凸起围绕涡轮机外壳330的后缘交替。同样，喷射器外壳的后缘可以被认为具有圆雉堞形状。图9-11示出MEWT的另一示例性实施方式。图9中的MEWT400具有被构造用于功率抽取的定子408a和转子410。涡轮机外壳402环绕转子410并且由定子408a的叶片或辐条支承或连接到定子408a的叶片或辐条。涡轮机外壳402具有翼型截面形状，抽吸侧 (即，低压侧)在外壳的内部上。喷射器外壳4 与涡轮机外壳402同轴，并且通过在两个外壳之间延伸的连接器构件405支承。因此，环形区域形成在两个外壳之间。涡轮机外壳 402的后端或下游端被成形为形成不同的两组混合凸起418、420。高能混合凸起418朝着混合器外壳402的中心轴线向内延伸；并且，低能混合凸起420远离中心轴线向外延伸。通常由箭头406指示的经过定子408a的自由流空气的能量通过转子410提取。通过箭头4 指示的高能空气旁通经过外壳402和定子408a，并且在涡轮机外壳402上流过且通过高能混合凸起418向内指引。低能混合凸起420导致自转子410向下游离开的低能空气与高能空气4 混合。参照图10，以轴向截面图示出了图9的涡轮机的中心舱403、低能混合凸起420的后缘和高能混合凸起418的后缘。喷射器外壳4 用于向内指引或吸入高能空气429。可选地，舱403可以形成有穿过其的中心轴向通道，以减小舱的质量并且提供额外的高能涡轮机旁通流。在图IlA中，沿着高能混合凸起418的通常以457指示的内部后缘画出切线452。 涡轮机外壳402的后平面451可见。线450被形成为垂直于后平面451并且与低能混合凸起420和高能混合凸起418交汇的点相切。角Φ2由切线452和线450相交形成。该角Φ2 在5和65度之间。换句话说，高能混合凸起418相对于涡轮机外壳402形成在5和65度之间的角Φ2。在图IlB中，沿着低能混合凸起420的通常以455指示的内部后缘画出切线454。 角Φ通过切线4 和线450相交形成。角Φ在5和65度之间。换句话说，低能混合凸起 420相对于涡轮机外壳402形成在5和65度之间的角Φ。上面公开的外罩式风力涡轮机示出了具有混合凸起的涡轮机外壳。一些实施方式也包括具有混合凸起的喷射器外壳。具有混合凸起的这种外壳能够由多个风力涡轮机区段组装，其中每个风力涡轮机区段是整个风力涡轮机外壳的一部分。通过将多个风力涡轮机外壳区段围绕中心轴线组装形成风力涡轮机外壳。这种形式的一个优点在于风力涡轮机外壳区段能够比整体组装好的外壳更容易输送。另外，外壳区段的内部部分能够如所希望的制成中空的，使得整个外壳的重量能够减小。在这里将进一步讨论风力涡轮机外壳区段和由这种外壳区段组装的外壳。图12和图13示出了风力涡轮机外壳区段500的一种示例性实施方式。风力涡轮机外壳区段500可以是中空或实心的。在一些希望的实施方式中，风力涡轮机外壳区段500 是中空的。图12是前透视图。图13是后透视图。风力涡轮机外壳区段500具有弓形前边缘510以及后边缘520。术语“边缘”在这里不应被解释为是指二维线。如这里所示，前边缘510和后边缘520均被圆化。前边缘510
10具有第一端512和第二端514。后边缘520能够被认为包括第一外边缘530、第二外边缘M0、第一径向边缘550、 第二径向边缘560和内边缘570。第一外边缘530和第二外边缘540位于外平面内。如之后将要示出的，根据透视图，外平面大致像柱形。内边缘570位于内平面中，根据透视图，内平面也大致像柱形。第一外边缘530具有内部端532和外部端534。类似地，第二外边缘 540具有内部端542和外部端M4。在特定实施方式中，第一外边缘和第二外边缘具有基本上相同的长度。第一外边缘内部端532和第二外边缘内部端542之间的距离小于第一外边缘外部端534和第二外边缘外部端544之间的距离。第一径向边缘550从内边缘570的第一端572延伸到第一外边缘530的内部端 532。类似地，第二径向边缘560从内边缘570的第二端574延伸到第二外边缘MO的内部端M2。这些边缘彼此结合所在的表面能够被认为是被圆化的表面。得到的后边缘520可以被描述为具有部分齿形或雉堞形状，或者具有在以草体D’ Nealian字体书写时类似于大写字母V的形状。内部面580从前边缘510延伸到后边缘520。外部面590也从前边缘510延伸到后边缘520。如在这里进一步说明的，内部面形成得到的风力涡轮机外壳的内部。换句话说，内部面在外壳的低抽吸侧，并且比外部面更靠近叶轮。第一侧面600从第一外边缘530的外部端534延伸到前边缘510的第一端512。 同样，第二侧面610从第二外边缘540的外部端544延伸到前边缘510的第二端514。如这里所示，第一侧面600和第二侧面610具有翼型形状。至少一个突出部620存在于第一侧面600上并且远离第一侧面地延伸。至少一个腔630存在于第二侧面610上。一般地，具有多个突出部和腔。通常，突出部的数量等于腔的数量。突出部620和腔630的形状大致互补，使得相邻的外壳区段能够彼此接合。突出部是凸出构件，腔是凹陷构件，并且它们形成接合关系。如这里所示，突出部620包括柱622 和头部624。腔630的一侧包括键孔632。另一腔具有形成槽636的两个凸缘634。突出部 620的头部6M插入到键孔632中，然后沿侧向运动到槽636中以接合两个凸缘634。两个凸缘防止头部6M纵向或径向地运动，由此保持两个相邻的风力涡轮机外壳区段之间的接合。图14和图15示出了风力涡轮机外壳区段700的另一示例性实施方式。图14是前透视图，图15是后透视图。风力涡轮机外壳区段700具有弓形前边缘710以及后边缘720。如这里所示，前边缘710和后边缘720均被圆化。前边缘710具有第一端712和第二端714。后边缘720包括第一外边缘730、第二外边缘740、第一径向边缘750、第二径向边缘760和内边缘770。第一外边缘730和第二外边缘740位于外平面中。内边缘770位于内平面中。第一外边缘730具有内部端732和外部端734。类似地，第二外边缘740具有内部端742和外部端744。第一径向边缘750从内边缘770的第一端772延伸到第一外边缘 730的内部端732。类似地，第二径向边缘760从内边缘770的第二端774延伸到第二外边缘740的内部端742。内部面780从前边缘710延伸到后边缘720。外部面790也从前边缘710延伸到后边缘720。第一侧面800从第一外边缘730的外部端734延伸到前边缘710的第一端712。同样，第二侧面810从第二外边缘740的外部端744延伸到前边缘710的第二端714。多个突出部820存在于第一侧面800上。多个腔830存在于第二侧面810上。突出部820和腔 830的形状基本上互补，使得相邻的外壳区段能够彼此接合。图14的外壳区段与图12的外壳区段的不同处在于前者包括支承构件860。支承构件860从外部面790竖向延伸。竖向也可以被认为是相对于中心轴线的径向。换句话说， 支承构件860的第一端862在外部面790上，支承构件860的第二端864与外部面790隔开。以另一种方式描述，支承构件860从外壳区段延伸，使得后面720的外边缘730、740在支承构件的第二端864和后面的内边缘770之间。支承构件也可以在外壳区段700的后边缘720的方向上沿侧向延伸。支承构件860可以定位成与侧面中的一个相比更靠近侧面中的另一个。在这种实施方式中，第一外边缘和第二外边缘的长度不相等。例如，如果支承构件定位成更靠近第一侧面，第一外边缘通常比第二外边缘更长。可以设想，支承构件860能够成形为风力涡轮机外壳区段700的整体部分，或者支承构件可以是结合到外壳区段的分离部分。根据结构要求，支承构件860能够是实心或中空的，而与外壳区段的其余部分的结构无关。也可以设想，支承构件能够由与外壳区段不同的材料制成。例如，如这里进一步讨论的，支承构件可以是金属杆，而外壳区段是塑料材料。图16和图17示出了风力涡轮机外壳区段900的另一示例性实施方式。图16是前透视图，图17是后透视图。风力涡轮机外壳区段900具有弓形前边缘910以及后边缘920。如这里所示，前边缘910和后边缘920被圆化。前边缘910具有第一端912和第二端914。后边缘920包括第一外边缘930、第二外边缘940、第一径向边缘950、第二径向边缘960和内边缘970。第一外边缘930和第二外边缘940位于外平面中。内边缘970位于内平面中。第一外边缘930具有内部端932和外部端934。类似地，第二外边缘940具有内部端942和外部端944。第一径向边缘950从内边缘970的第一端972延伸到第一外边缘 930的内部端932。类似地，第二径向边缘960从内边缘970的第二端974延伸到第二外边缘940的内部端942。内部面980从前边缘910延伸到后边缘920。外部面990也从前边缘910延伸到后边缘920。第一侧面1000从第一外边缘930的外部端934延伸到前边缘910的第一端912。 同样，第二侧面1010从第二外边缘940的外部端944延伸到前边缘910的第二端914。至少一个突出部1020存在于第一侧面1000上。这里示出两个突出部。至少一个腔1030存在于第二侧面1010上。这里示出两个腔。突出部1020和腔1030的形状基本上互补，使得相邻的外壳区段能够彼此接合。图16的外壳区段与图12和图14的外壳区段的不同处在于突出部1020和腔1030 的结构。在该实施方式中，第一外边缘930和第二外边缘940的长度不同。但是，第一外边缘的内部端932和第二外边缘的内部端942之间的距离仍然小于第一外边缘的外部端934 和第二外边缘的外部端944之间的距离。如图17所示，突出部1020包括与第一侧面1000隔开的外面1022。第一突出部侧面IOM和第二突出部侧面10 将外面1022结合到第一侧面1000。外面1022超出后边缘 920的第一外边缘的外部端934。换句话说，突出部1020远离第一侧面1000地延伸。
如图16所示，腔1030包括与第二侧面1010隔开的内面1032。第一腔侧面1034 和第二腔侧面1036将外面1032结合到第二侧面1010。外面1032在后边缘920的第二外边缘的外部端944内。换句话说，外面1032位于第一侧面1000和第二侧面1010之间。换句话说，腔1030延伸到第二侧面1010中。也应当注意，腔不位于前边缘910或后边缘920 附近，而是位于第二侧面1010的中心部分1011内。突出部1020的侧面1024、10 和腔1030的侧面1034、1036被成形为使得相邻的
外壳区段的突出部和腔沿径向接合。另外，侧面被成形为使得在一个径向上出现接合，而在相对的径向上出现分离。图18和图19示出了风力涡轮机外壳区段1100的另一示例性实施方式。图16是前透视图，图17是后透视图。风力涡轮机外壳区段1100具有弓形前边缘1110以及后边缘1120。如这里可见， 前边缘1110和后边缘1120被圆化。前边缘1110具有第一端1112和第二端1114。后边缘1120包括第一外边缘1130、第二外边缘1140、第一径向边缘1150、第二径向边缘1160和内边缘1170。第一外边缘1130和第二外边缘1140位于外平面内。内边缘 1170位于内平面内。第一外边缘1130具有内部端1132和外部端1134。类似地，第二外边缘1140具有内部端1142和外部端1144。第一径向边缘1150从内边缘1170的第一端1172 延伸到第一外边缘1130的内部端1132。类似地，第二径向边缘1160从内边缘1170的第二端1174延伸到第二外边缘1140的内部端1142。外部面1180从前边缘1110延伸到后边缘1120。外部面1190也从前边缘1110延伸到后边缘1120。第一侧面1200从第一外边缘1130的外部端1134延伸到前边缘1110的第一端1112。同样，第二侧面1210从第二外边缘1140的外部端1144延伸到前边缘1110 的第二端1114。至少一个突出部1220存在于第一侧面1200上。至少一个腔1230存在于第二侧面1210上。突出部1220和腔1230的形状基本上互补，使得相邻的外壳区段能够彼此接合。在该实施方式中突出部1220和腔1230类似于图16中所示的。另外，存在支承构件1260。支承构件1260从外部面1190沿径向延伸。换句话说，支承构件1260的第一端 1262位于外部面1190上，支承构件1260的第二端1264与外部面1190隔开。支承构件也可以在外壳区段1100的后边缘1120的方向上沿侧向延伸。图20示出了上面描述的风力涡轮机外壳区段如何能够被组装以形成风力涡轮机外壳。这是在外壳区段接合之前风力涡轮机1300的分解图。叶轮1305沿着中心轴线1310 定位，该中心轴线1310是风力涡轮机的中心轴线。第一组风力涡轮机外壳区段1320围绕中心轴线定位。当接合在一起时，第一组外壳区段1320将形成涡轮机外壳1325。第二组风力涡轮机外壳区段1330也围绕中心轴线定位。当接合在一起时，第二组外壳区段1330将形成喷射器外壳1335。这里示出的两组外壳区段1320、1330类似于图12和图13所示的。外壳区段1350 包括突出部1352，而外壳区段1355包括腔(不可见)。两个外壳区段通过将突出部1352 沿纵向插入到腔中，然后使两个外壳区段相对于彼此沿侧向运动而接合。纵向方向由箭头 1361指示。侧向方向由箭头1359指示，并且也能够被认为是相对于中心轴线1310的轴向方向。
图21示出了处于组装状态的图20的风力涡轮机。叶轮1305、涡轮机外壳1325和喷射器外壳1335围绕轴线1310同轴。喷射器外壳1335位于涡轮机外壳1335的下游。图22是图21的组装的喷射器外壳1335的后视图，并且示出了风力涡轮机外壳区段的一些附加方面。参照风力涡轮机外壳区段1500，第一外边缘1530、第二外边缘1540和内边缘1570可见。第一外边缘1530和第二外边缘1540位于外平面内，该外平面在这里用附图标记1640指示。内边缘1570位于在这里用附图标记1650指示的内平面内。如从该透视图可见，外平面1640和内平面1650为大致柱形，它们的轴线是中心轴线1310。外平面 1640和内平面1650也同轴。另外，外壳区段1500的第一外边缘1530和第二外边缘1540能够被认为具有共同外曲率半径1670。术语“共同”用在这里意味着第一外边缘和第二外边缘具有相同的曲率半径。类似地，内边缘1570具有内曲率半径1680。外壳区段1500的在这里如虚线圈1510 指示的前边缘(不可见)具有前曲率半径1690。外壳区段的外曲率半径1670大于内曲率半径1680。外壳区段1500的前曲率半径1690能够大于、基本上等于或小于外曲率半径 1670。在特定实施方式中，外壳区段的外曲率半径1670大于内曲率半径1680，并且外壳区段1500的前曲率半径1690也小于外曲率半径1670。图23是示出风力涡轮机外壳区段如何能够组装以形成风力涡轮机外壳的另一视图。这是在外壳区段接合之前风力涡轮机外壳1700的分解图。第一组风力涡轮机外壳区段1720围绕中心轴线1710定位。外壳区段的内部面以附图标记1704指示，并且外部面由附图标记1706指示。这里所示的外壳区段1720类似于图16和图17中所示的。外壳区段1750包括突出部1752，而外壳区段1755包括腔1757。两个外壳区段通过将突出部1752朝向中心轴线 1710沿着径向方向插入到腔1752中而接合。径向方向由箭头1759指示，并且是相对于中心轴线1710。两个外壳区段如果希望的话可以通过将突出部1752远离中心轴线1710沿着径向方向从腔1757移出而分离。另外，这里示出了环构件1760。当外壳1700被组装时，环构件接合外壳区段1720 并且防止它们分离，即，远离中心轴线沿着径向方向运动。环构件通常接合在外壳区段1720 的前边缘1762和后边缘1764之间。可以设想，环构件1760可以是柔性的，并且例如可以像围绕外壳区段1720系紧的带一样起作用。图M示出了处于组装状态的图23的风力涡轮机外壳1700。外壳区段1720以围绕中心轴线1710的径向方式设置。环构件1760在这里被示出接合外壳区段1720并且将它们保持在接合或组装状态。环构件1760环绕外壳构件1720。换句话说，环构件1760沿着外壳区段1720的外部面1706布置。图25示出了风力涡轮机1800的另一示例性实施方式，其图示本发明的附加方面。 如这里所见，叶轮1802、涡轮机外壳1804和喷射器外壳1806沿着中心轴线1810定位。这里，涡轮机外壳1804由多个风力涡轮机外壳区段形成。外壳区段能够被分成一组第一外壳区段1820和一组第二外壳区段1830。第一外壳区段1820每个具有支承构件 1825，并且类似于图14的实施方式。第二外壳区段1830不具有支承构件，并且类似于图12 的实施方式。应当注意，在这里所示的外壳区段中，第一外边缘和第二外边缘的长度不相同，并且与一个侧面相比，支承构件1825更靠近另一个侧面。另外，外壳区段1820、1830结合到第一结构构件1850的后边缘1852。这里，第一结构构件1850限定涡轮机外壳1804的前缘1805。当沿着中心轴线1810从前面观察时，第一结构构件1850为大致圆形的。第一结构构件1850提供用以支承叶轮1802的结构，并且也用作使空气通过叶轮的通道。在使用第一结构构件的实施方式中，第一结构构件和外壳区段的结合形成翼型形状。换句话说，在这种实施方式中外壳区段的第一侧面和第二侧面本身不必具有翼型形状。本发明中描述的风力涡轮机外壳区段能够通过模制制造。通常，熔融塑料材料被放置在模子中。随后熔融塑料材料符合模子以形成区段形状。该形状随后被冷却并从模子移出，以获得风力涡轮机外壳区段。本发明设想旋转模制和吹塑工艺。在旋转模制中，通过双轴地旋转模子来使熔融塑料材料符合模子。该双轴旋转可以相对慢，并且通常围绕两个垂直轴线。旋转模制是高温、低压工艺，并且需要较长的循环时间。但是，较长的循环时间通常由生产较少量的部件来抵消。通过旋转模制工艺制造被设计成耐受恒定暴露于元件的许多产品。吹塑允许形成中空塑料部件。这里，放置在模子中的熔融塑料材料起初具有管状形状，已知为型坯或预制件。通过将压缩空气注入型坯、迫使塑料材料抵靠模子腔的侧面以形成希望形状来使熔融塑料材料符合模子。该工艺的一些优点包括在成品工件中连续挤压和多达7层的多层混合挤压。循环时间也能够比旋转模制短。用于制造风力涡轮机外壳区段的塑料材料通常是聚合物。在特定实施方式中， 塑料材料包括聚烯烃或聚酰胺。示例性聚烯烃包括聚丙烯和聚乙烯，诸如高密度聚乙烯 (HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)。示例性聚酰胺包括尼龙。也可以使用聚氯乙烯和塑料溶胶。已经参照示例性实施方式描述了本发明。明显地，在阅读和理解前面详细的描述后，将会想到变型和替代。在这种变型和替代落入权利要求书或其等效范围内的情况下，本发明被解释为包括所有这种变型和替代。
权利要求
1.一种风力涡轮机外壳区段，包括 前边缘，其具有第一端和第二端； 后边缘，其包括第一外边缘和第二外边缘，其位于外平面内； 内边缘，其位于内平面内且在所述第一外边缘和第二外边缘之间； 第一径向边缘，其从所述内边缘的第一端延伸到所述第一外边缘的内部端；和第二径向边缘，其从所述内边缘的第二端延伸到所述第二外边缘的内部端； 内部面，其从所述前边缘延伸到所述后边缘； 外部面，其从所述前边缘延伸到所述后边缘；第一侧面，其从所述第一外边缘的外部端延伸到所述前边缘的所述第一端；和第二侧面，其从所述第二外边缘的外部端延伸到所述前边缘的所述第二端。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机外壳区段，其中，所述前边缘具有弓形形状。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机外壳区段，其中，所述第一侧面和第二侧面每个均具有翼型形状。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机外壳区段，其中，所述第一外边缘和第二外边缘具有共同外曲率半径，所述内边缘具有内曲率半径，并且所述前边缘具有前曲率半径；所述前曲率半径小于所述外曲率半径；并且所述内曲率半径小于所述外曲率半径。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机外壳区段，其中，所述风力涡轮机外壳区段是中空的。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机外壳区段，其中，所述风力涡轮机外壳区段的第一侧面包括突出部，所述风力涡轮机外壳区段的第二侧面包括腔，所述突出部和所述腔的形状基本上互补，使得相邻的外壳区段能够彼此接合。
7.根据权利要求6所述的风力涡轮机外壳区段，其中，所述突出部和所述腔被成形为使得相邻的外壳区段沿着侧向方向彼此接合。
8.根据权利要求6所述的风力涡轮机外壳区段，其中，所述突出部和所述腔被成形为使得相邻的外壳区段沿着径向方向彼此接合。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机外壳区段，还包括从所述外部面沿径向延伸的支承构件。
10.一种用于制造风力涡轮机外壳区段的方法，包括 将熔融塑料材料放置在模子中；使所述熔融塑料材料符合所述模子，以形成区段形状； 冷却所述区段形状；并且将所述区段形状从所述模子移出，以获得所述外壳区段； 其中，所述外壳区段包括 前边缘，其具有第一端和第二端； 后边缘，其包括第一外边缘和第二外边缘，其位于外平面内； 内边缘，其位于内平面内且在所述第一外边缘和第二外边缘之间；第一径向边缘，其从所述内边缘的第一端延伸到所述第一外边缘的内部端；和第二径向边缘，其从所述内边缘的第二端延伸到所述第一外边缘的内部端； 内部面，其从所述前边缘延伸到所述后边缘； 外部面，其从所述前边缘延伸到所述后边缘；第一侧面，其从所述第一外边缘的外部端延伸到所述前边缘的所述第一端；和第二侧面，其从所述第二外边缘的外部端延伸到所述前边缘的所述第二端。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，使所述塑料材料符合所述模子是通过沿双轴旋转所述模子来执行的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，使所述塑料材料符合所述模子是通过将压缩空气注入所述熔融塑料材料以便在所述熔融塑料材料中形成中空内部空间来执行的。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述塑料材料是聚合物。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述塑料材料是聚烯烃。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述塑料材料是聚酰胺。
16.一种包括多个风力涡轮机外壳区段的风力涡轮机外壳；其中，相邻的风力涡轮机外壳区段围绕中心轴线以径向方式彼此接合；并且其中，每个外壳区段包括 前边缘，其具有第一端和第二端； 后边缘，其包括第一外边缘和第二外边缘，其位于外平面内； 内边缘，其位于内平面内且在所述第一外边缘和第二外边缘之间； 第一径向边缘，其从所述内边缘的第一端延伸到所述第一外边缘的内部端；和第二径向边缘，其从所述内边缘的第二端延伸到所述第一外边缘的内部端； 内部面，其从所述前边缘延伸到所述后边缘； 外部面，其从所述前边缘延伸到所述后边缘；第一侧面，其从所述第一外边缘的外部端延伸到所述前边缘的所述第一端；和第二侧面，其从所述第二外边缘的外部端延伸到所述前边缘的所述第二端。
17.根据权利要求16所述的风力涡轮机外壳，其中，所述风力涡轮机外壳区段是中空的。
18.根据权利要求16所述的风力涡轮机外壳，其中，所述风力涡轮机外壳还包括环绕所述风力涡轮机外壳区段的环构件。
19.根据权利要求16所述的风力涡轮机外壳，还包括刚性结构构件，每个外壳区段的所述前边缘连接到所述刚性结构构件。
20.根据权利要求16所述的风力涡轮机外壳，其中，所述多个外壳区段包括第一组外壳区段和第二组外壳区段，所述第一组外壳区段还包括从每个外壳区段的所述外部面沿竖向延伸的支承构件。
全文摘要
一种风力涡轮机外壳，其包括围绕中心轴线以径向方式彼此接合的多个风力涡轮机外壳区段。每个风力涡轮机外壳区段可以通过旋转模制和/或吹塑工艺形成，并且能够与其它风力涡轮机外壳区段接合以形成多种风力涡轮机外壳。
文档编号F03D1/04GK102483034SQ201080031657
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月3日 优先权日2009年6月3日
发明者M·J·威尔, R·多尔德, T·J·肯尼迪, W·M·普雷兹, W·S·基利 申请人:弗洛设计风力涡轮机公司