用于减轻失速引起的振动的转子叶片组件的制作方法

文档序号:33507472发布日期:2023-03-18 05:18阅读:134来源:国知局
用于减轻失速引起的振动的转子叶片组件的制作方法

1.本公开总体上涉及风力涡轮机,并且更特别地,涉及用于减轻停息期间风力涡轮机上的失速引起的振动的转子叶片组件。


背景技术:

2.风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一,并且风力涡轮机在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮机典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。机舱包括联接到齿轮箱和发电机的转子组件。转子组件和齿轮箱安装在位于机舱内的底板支撑框架上。一个或多个转子叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片以旋转能量的形式传递动能,以便转动轴,该轴将转子叶片联接到齿轮箱,或者如果不使用齿轮箱,则直接联接到发电机。发电机然后将机械能转换成电能,该电能可被部署到公用电网。
3.在风力涡轮机的使用寿命期间,可能不时会有转子叶片停放或空转的时段。例如,在转子叶片的安装或修理期间,风力涡轮机大体上被锁定在固定位置。在另一种情况下,转子叶片可能俯仰(pitch),以便在维护过程期间使风力涡轮机空转。常常,在这种维护或安装过程期间,或者响应于系统故障,可能会失去使转子叶片俯仰或使机舱相对于风偏航的能力。因此,当现代风力涡轮机停放或空转时,它们处于由风造成的流动引起的振荡的风险中。
4.在一种情况下,流动引起的振荡可能是风以如导致转子叶片处于失速条件中的此类攻角冲击转子叶片和/或风具有展向流动分量的结果。当以这种方式冲击转子叶片时,风可能在流从转子叶片分离的位置处形成涡流。根据风与转子叶片之间的相对角度以及转子叶片的运动,可能会发生下述现象:其中流从转子叶片脱离并重新附着到转子叶片,潜在地向风力涡轮机系统增添能量。载荷的这种变化可能导致失速引起的振动,失速引起的振动与结构的固有频率一致或足够接近,从而可能导致大的且破坏性振动。
5.抵消这种失速引起的振动的已知方法是使转子叶片相对于风顺桨(feather),从而使风绕转子叶片平顺地流动。然而,在没有调整转子叶片位置的能力的情况下,可能需要附加的方法来抵消失速引起的振动。
6.鉴于上述问题,本领域不断寻求新的和改进的系统和方法,以减轻失速引起的振动。因此,本公开涉及一种转子叶片组件,用于在停息期间减轻风力涡轮机上的失速引起的振动。


技术实现要素:

7.本发明的方面和优点将在以下描述中部分阐述,或从描述中显而易见,或可通过实践本发明而了解。
8.一方面,本公开涉及风力涡轮机的转子叶片组件。转子叶片组件可包括转子叶片,该转子叶片限定在根部与尖部之间延伸的主体,并具有限定吸力侧、压力侧、前缘和后缘的
表面。转子叶片还可限定在前缘与后缘之间延伸的弦向基准线。附加地,转子叶片组件可包括固定在转子叶片的前缘或后缘处的至少一个突起,至少一个突起限定延伸的前缘。(一个或多个)突起还可从吸力侧到压力侧绕转子叶片的部分包裹。此外,(一个或多个)突起可以具有根部侧面和与根部侧面相对设置的尖部侧面。根部侧面可以相对于弦向基准线成角度布置。该角度相对于弦向基准线可以大于零度且小于或等于45度。优选地,至少一个突起被固定到前缘,并限定延伸的前缘。
9.在一个实施例中,(一个或多个)突起可具有第一弓形轮廓和第二弓形轮廓。第二弓形轮廓可限定邻近转子叶片的吸力侧的吸力侧偏移、邻近转子叶片的压力侧的压力侧偏移和中间偏移。中间偏移可以大于压力侧偏移和吸力侧偏移。中间偏移、压力侧偏移和吸力侧偏移可限定第二弓形轮廓与转子叶片的表面之间的距离。在一个实施例中,第一弓形轮廓和第二弓形轮廓可以限定具有月牙形状的突起轮廓。
10.在附加实施例中,中间偏移可以为转子叶片的弦的至少5%。弦可以是转子叶片在(一个或多个)突起的展向安装位置处的弦。
11.在另一个实施例中,突起可为多个突起中的一个。在这样的实施例中,多个突起中的每个突起之间的间距可以是转子叶片的弦长的至少1.5倍。
12.在一个实施例中,多个突起可跨转子叶片的尖部区域分布。
13.在附加实施例中,多个突起中的每个突起之间的间距可以为转子叶片的弦长的至少三倍。
14.在另一个实施例中,(一个或多个)突起可限定突起轮廓。(一个或多个)突起还可包括从突起轮廓在展向方向上延伸的轮廓延伸部。轮廓延伸部可以在展向方向上逐渐变细。
15.在一个实施例中,(一个或多个)具有突起沿转子叶片的吸力侧的长度,该长度为转子叶片的弦的至少10%或更多,诸如该弦的10%或更多至该弦的40%或更少。
16.在附加的实施例中,(一个或多个)突起可以能够移动地联接到转子叶片。(一个或多个)突起还可以包括退回的操作位置和展开的操作位置。转子叶片组件还可包括致动机构,该致动机构被配置成使(一个或多个)突起在正常操作位置与展开的操作位置之间转换。
17.在另一个实施例中,致动机构可包括气穴,该气穴被配置成接收与弦向基准线成角度的气流的部分。响应于接收到气流的该部分,(一个或多个)突起可以转换到展开的操作位置。
18.在一个实施例中,(一个或多个)突起经由枢转构件能够枢转地联接至转子叶片。转子叶片组件还可包括限位器(pitstop),限位器被配置成限制突起的旋动。
19.在附加的实施例中,转子叶片组件还可包括激发元件,该激发元件定位成便于(一个或多个)突起在正常操作位置与失速操作位置之间转换。
20.在另一个实施例中,(一个或多个)突起也可包括多个涡流穿孔。每个涡流穿孔可具有涡流孔通路(access),涡流孔通路定向成垂直于根部侧面。多个涡流穿孔可响应于与弦向基准线成角度的气流而生成多个涡流。
21.在一个实施例中,(一个或多个)突起还可包括多个通道穿孔。多个通道穿孔中的每个通道穿孔可具有通道孔通路,通道孔通路定向成平行于弦向基准线。多个通道穿孔可
限定用于平行于弦向基准线的气流的多个流动路径。
22.在附加的实施例中,(一个或多个)突起可包括经由枢转元件能够操作地联接到其的翼片元件。翼片元件可包括根部侧翼片部分,当翼片元件处于第一翼片位置中时,根部侧翼片部分设置在根部侧面的凹部内。当转子叶片处于失速条件中时,根部侧翼片部分可具有由根部侧翼片部分与根部侧面之间的第一距离限定的第二翼片位置。翼片元件还可以包括尖部侧翼片部分,当翼片元件处于第一翼片位置中时,尖部侧翼片部分设置在尖部侧面的凹部内。当转子叶片处于失速条件中时,第二翼片位置可由尖部侧翼片部分与尖部侧面之间的距离限定。
23.在另一个实施例中,翼片元件还可包括激发元件,该激发元件定位成便于翼片元件在第一翼片位置与第二翼片位置之间转换。
24.在一个实施例中,(一个或多个)突起也可包括多个涡流穿孔。多个涡流穿孔中的每个涡流穿孔可包括涡流孔轴线,涡流孔轴线定向成垂直于根部侧面。(一个或多个)突起还可以包括联接在(一个或多个)突起的尖部侧面与尖部侧翼片部分之间的填充部(plenum)构件。当翼片元件处于第二翼片位置中时,填充部构件可以流体联接到多个涡流穿孔。
25.在另一方面,本公开涉及一种风力涡轮机。风力涡轮机可包括塔架、安装在塔架顶部的机舱以及安装到机舱的转子。转子可包括能够旋转的毂,该能够旋转的毂具有固定到其的多个转子叶片组件。转子叶片组件中的每个可包括转子叶片,该转子叶片限定在根部与尖部之间延伸的主体,并具有限定吸力侧、压力侧、前缘和后缘的表面。转子叶片还可限定在前缘与后缘之间延伸的弦向基准线。附加地,转子叶片组件可包括固定在转子叶片的前缘或后缘处的至少一个突起,至少一个突起限定延伸的前缘或后缘。(一个或多个)突起还可从吸力侧到压力侧绕转子叶片的部分包裹。此外,(一个或多个)突起可以具有根部侧面和与根部侧面相对设置的尖部侧面。根部侧面可以相对于弦向基准线成角度布置。该角度可以相对于弦向基准线大于零度且小于或等于45度。
26.应理解,转子叶片组件可进一步包括本文所描述的任何附加特征。
27.参考以下描述和所附权利要求,本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书并构成其部分的附图图示了本发明的实施例,并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
28.在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的本发明的公开内容,包括其最佳模式,其中:图1图示了根据本公开的风力涡轮机的一个实施例的透视图,该风力涡轮机具有用于减轻失速引起的振动的转子叶片组件;图2图示了根据本公开的图1的转子叶片组件的透视图;图3图示了图2的转子叶片组件的横截面图;图4图示了图3的转子叶片组件的横截面图的部分的放大图;图5图示了根据本公开的转子叶片组件的部分的另一实施例的透视图;图6图示了根据本公开的转子叶片组件的部分的又一实施例的俯视图,特别地图
示了能够枢转地联接至转子叶片的突起;图7图示了根据本公开的转子叶片组件的部分的再一实施例的俯视图,特别地图示了形成有多个涡流穿孔的突起;图8图示了根据本公开的转子叶片组件的又一实施例的部分的俯视图,特别地图示了形成有多个通道穿孔的突起;图9a图示了根据本公开的转子叶片组件的部分的另一实施例的俯视图,特别地图示了处于第一翼片位置中的翼片元件;以及图9b图示了图9a的转子叶片组件的俯视图,特别地图示了处于第二翼片位置中的翼片元件。
29.本说明书和附图中重复使用的参考符号旨在代表本发明的相同或类似特征或元件。
具体实施方式
30.现将详细参考本发明的实施例,其一个或多个示例在附图中图示。每个示例都是通过解释本发明的方式提供的,而不是对本发明的限制。事实上,对于本领域技术人员来说,将显而易见的是,在不脱离本发明的范围或精神的情况下,能够对本发明进行各种修改和变化。例如,作为一个实施例的部分图示或描述的特征能够与另一个实施例一起使用,以产生又一个实施例。因此,本发明旨在覆盖如落入所附权利要求及其等同物的范围内的这些修改和变化。
31.总体而言,本公开涉及一种转子叶片组件,用于减轻在停息时在风力涡轮机上的失速引起的振动。转子叶片组件可包括至少一个突起,该至少一个突起固定到转子叶片的前缘,并从转子叶片的吸力侧延伸到压力侧。(一个或多个)突起可成角度定位,该角度在风力涡轮机在正常操作中时使阻力最小化,而在转子叶片处于失速条件中时使(一个或多个)突起对横向气流的效应最大化。(一个或多个)突起可通过扰动由转子叶片的失速条件导致的涡流脱落现象来影响横向气流。
32.现在参考附图,图1图示了根据本公开的风力涡轮机100的一个实施例的透视图。如图所示,风力涡轮机100大体上包括从支撑表面104延伸的塔架102、安装在塔架102上的机舱106以及联接到机舱106的转子108。转子108包括能够旋转的毂110和至少一个转子叶片组件(组件)300,转子叶片组件300联接到毂110并从毂110向外延伸。组件300可包括(一个或多个)转子叶片302。例如,在图示的实施例中,转子108包括三个转子叶片302。然而,在备选实施例中,转子108可包括多于或少于三个转子叶片302。每个转子(一个或多个)叶片302可围绕毂110间隔开,以便于旋转转子108,从而使得动能能够从风转变成可用的机械能,并且随后转变成电能。例如,毂110可以能够旋转地联接到位于机舱106内的电发电机,以允许产生电能。
33.现参考图2,图示了图1中所示的风力涡轮机100的组件300的透视图。组件300的(一个或多个)转子叶片302可以大体上包括叶片根部304和与叶片根部304相对设置的叶片尖部306,叶片根部304被配置成安装或以其他方式固定到风力涡轮机100的毂110。(一个或多个)转子叶片302的主体壳308可大体上沿着俯仰轴线310在叶片根部304与叶片尖部306之间延伸。主体壳308可大体上用作(一个或多个)转子叶片302的外部壳或表面或覆盖物。
主体壳308可以限定基本上空气动力学轮廓,诸如通过限定对称的或拱形的翼型形状的横截面。主体壳308还可限定在(一个或多个)转子叶片302的前缘316与后缘318之间延伸的压力侧312和吸力侧314。
34.在一个实施例中,(一个或多个)转子叶片302还可具有翼展(s),翼展(s)限定叶片根部304与叶片尖部306之间的总长度。(一个或多个)转子叶片302还可具有弦(c),该弦(c)在指定的展向位置处限定前缘316与后缘318之间的长度。弦(c)可定向成平行于转子108的旋转轴线(r)。如通常所理解的,随着(一个或多个)转子叶片302从叶片根部304延伸至叶片尖部306,弦(c)的长度可相对于翼展(s)变化。因此,在一实施例中,(一个或多个)转子叶片302可将吸力侧314和压力侧312限定为在前缘316与后缘318之间弦向延伸,以及在根部304与尖部306之间展向延伸。
35.在一个实施例中,(一个或多个)转子叶片302还可限定在前缘316与后缘318之间延伸的弦向基准线320。弦向基准线320可定向成平行于(一个或多个)转子叶片302在操作中遇到的正交气流322。在一个实施例中,可针对风力涡轮机100的标称操作范围计算正交气流322相对于(一个或多个)转子叶片302的角度。例如,在一个实施例中,正交气流322可平行于旋转轴线(r)和弦(c)。在附加的实施例中,用于标称操作范围的转子108的旋转速度可导致正交气流322从平行于旋转轴线(r)偏离小于10度。应当领会的是,在将(一个或多个)转子叶片302安装在风力涡轮机100上之前,可以为(一个或多个)转子叶片302的标称操作范围计算和建立弦向基准线320。还应当领会的是,转子108的旋转速度可从根部304到尖部306变化,导致正交气流322和对应的弦向基准线320的角度变动。
36.仍参照图2,在一个实施例中,组件300可包括至少一个突起324。(一个或多个)突起324可固定在(一个或多个)转子叶片302的前缘316处。在一个实施例中,(一个或多个)突起324可以是直线构件和/或空气动力学地逐渐变细(如图6中所描绘的)。附加地,(一个或多个)突起324可以在至少一个方面是对称的和/或在至少一个方面是不对称的。
37.在一个实施例中,当转子叶片处于失速条件中时,(一个或多个)突起324可配置成影响横向气流326。横向气流326可包括弦向分量和展向分量,并且可与弦向基准线320相交。例如,在一实施例中,横向气流326可大体上从根部304流向尖部306。应当领会的是,影响横向气流326可包括生成涡流,这可能扰动由失速条件中跨(一个或多个)转子叶片302的气流导致的涡流生成/脱落模式,并且因此减轻所造成的失速引起的振动。
38.如图3至图5中特别地描绘的,在一个实施例中,(一个或多个)突起324可固定在转子叶片302的前缘316处,并限定延伸的前缘。在附加的实施例中,(一个或多个)突起324可固定在转子叶片302的后缘318处,并限定延伸的后缘。(一个或多个)突起324可从吸力侧314到压力侧312绕转子叶片302的部分包裹。换句话说,(一个或多个)突起324可从吸力侧314延伸到压力侧312。在一实施例中,(一个或多个)突起324可以具有沿(一个或多个)转子叶片302的吸力侧314的长度,该长度为(一个或多个)转子叶片302的弦(c)的10%或更多至该弦(c)的40%或更少。在一实施例中,(一个或多个)突起324可以具有沿(一个或多个)转子叶片302的压力侧312的长度,该长度为(一个或多个)转子叶片302的弦(c)的5%或更多至该弦(c)的10%或更少。
39.在一个实施例中,(一个或多个)突起324可包括根部侧面328和与根部侧面328相对设置的尖部侧面330。根部侧面328可被定向以便面向(一个或多个)转子叶片302的根部
304。尖部侧面330可被定向以便面向(一个或多个)转子叶片302的尖部306。当(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时,根部侧面328可能受到横向气流326的冲击。因此,根部侧面328可相对于弦向基准线320成角度332布置。换句话说,当风力涡轮机100在正常(非失速/非顺桨)操作状态下操作时,根部侧面328可布置成与正交气流322成角度。
40.在一个实施例中,角度332可相对于弦向基准线320大于零度。换句话说,角度332可反映出在操作中时根部侧面328可不平行于正交气流322。在一个实施例中,角度332可相对于弦向基准线320小于或等于45度。例如,根部侧面328可定向成与弦向基准线320成角度332,该角度332至少为3度且小于或等于40度。在这样的实施例中,角度332可包括相对于正交气流322的攻角,在操作中,正交气流322可平行于(一个或多个)转子叶片302的弦(c)。在附加的实施例中,角度332可相对于弦向基准线320小于20度(例如,5度)。
41.应当领会的是,呈现给正交气流322的(一个或多个)突起324的表观宽度可随着角度332的增加而增加。当风力涡轮机100操作时,表观宽度的这种增加可增加(一个或多个)突起324的空气动力学阻力。由于通常希望在操作中时限制(一个或多个)转子叶片302上的阻力,因此可能希望通过最小化角度332来限制(一个或多个)突起324的表观宽度。然而,最小化角度332也可以通过减少呈现给横向气流326的(一个或多个)突起324的表观长度来减少(一个或多个)突起324对横向气流326的效应。例如,当(一个或多个)突起324的表观长度与(一个或多个)突起324的实际长度一致时,(一个或多个)突起324对横向气流326的尾流效应可最大化,而涡流发生器效应可在相对于横向气流326成20度至30度的角度处最大化。当(一个或多个)突起324定向为垂直于横向气流326时,(一个或多个)突起324的表观长度可对应于(一个或多个)突起324的实际长度。因此,应当领会的是,通过安装(一个或多个)突起324的角度332的建立可在(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时平衡阻力的最小化与(一个或多个)突起324对横向气流326的效应。
42.现特别地参考图3,在一个实施例中,组件300的(一个或多个)突起324可具有第一弓形轮廓334和第二弓形轮廓336。第一弓形轮廓334可对应于前缘316与压力侧312和吸力侧314的接口的轮廓。第二弓形轮廓336可限定邻近(一个或多个)转子叶片302的吸力侧314的吸力侧偏移338。第二弓形轮廓336还可限定邻近(一个或多个)转子叶片302的压力侧312的压力侧偏移340。附加地,在一个实施例中,第二弓形轮廓336可以限定中间偏移342。在一个实施例中,中间偏移342可大于压力侧偏移340和吸力侧偏移338。偏移338、340、342可限定第二弓形轮廓336与(一个或多个)转子叶片302的表面(例如主体壳308)之间的距离。例如,在一实施例中,中间偏移342可以是在(一个或多个)突起324的展向位置处的(一个或多个)转子叶片302的弦(c)的至少5%。
43.在一个实施例中,第一弓形轮廓334和第二弓形轮廓336可限定大体上具有月牙形状的突起轮廓344。在这样的实施例中,第二弓形轮廓336可在吸力侧交点346与压力侧交点348之间延伸。在附加的实施例中,第二弓形轮廓336可在不与(一个或多个)转子叶片302的吸力侧314和/或压力侧312相交的情况下终止。应当领会的是,在这样的实施例中,突起轮廓344可以保持大体上月牙形状,而不逐渐变细到至少一个点。
44.再次参考图1和图2,在一个实施例中,(一个或多个)突起324可为多个突起中的一个。在这样的实施例中,多个突起中的每个突起324之间的间距(d)可以是(一个或多个)转子叶片302的弦(c)的至少1.5倍。在另一个实施例中,用于多个突起的每个突起320之间的
间距(d)可以是(一个或多个)转子叶片302的弦(c)的至少三倍。在一个实施例中,弦(c)可以是多个突起中的每个突起324的展向位置处的弦(c)的平均值。例如,在一个实施例中,如图1中所描绘的,多个突起可以包括三个突起324。多个突起可跨(一个或多个)转子叶片302的尖部区域350分布。尖部区域350可包括(一个或多个)转子叶片302的翼展(s)的至少四分之一。应当领会的是,可选择每个突起324之间的间距(d)以最大化突起324对横向气流326的效应,并且因此减轻失速引起的振动,同时通过采用最少数量的突起324来最小化(一个或多个)转子叶片302上的突起324的阻力。
45.现在参考图4,在一个实施例中,组件300的(一个或多个)突起324可以能够移动地联接到(一个或多个)转子叶片302。(一个或多个)突起324可以具有退回的操作位置352和展开的操作位置354。当(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时,(一个或多个)突起324可处于展开的操作位置354中。退回的操作位置352可以是正常操作位置,其中当(一个或多个)转子叶片302处于非失速条件中时,(一个或多个)突起324至少部分地缩回到凹部中。例如,在一个实施例中,当处于退回的操作位置352中时,(一个或多个)突起324可以至少部分地缩回到主体壳308中或折叠到主体壳308上。在一个实施例中,退回的操作位置352可以包括定位(一个或多个)突起324,使得第一弓形轮廓336在空气动力学上基本符合主体壳308。
46.在一个实施例中,组件300可包括能够操作地联接至(一个或多个)突起324的致动机构356。致动机构356可以被配置成在退回的操作位置352与展开的操作位置354之间转换(一个或多个)突起324。致动机构356可以是电气系统、气动系统、液压系统和/或它们的组合。例如,在一个实施例中,致动机构356可以包括气穴358。气穴358可被配置成接收与弦向基准线320成角度的气流的部分(例如横向气流326)。响应于用气穴358接收气流的部分,(一个或多个)突起324可以转换到展开的操作位置354。换句话说,横向气流326的存在可以触发和/或驱动(一个或多个)突起324的展开。例如,由气穴358接收的空气的部分可以使致动机构356的部分充胀,以便展开(一个或多个)突起324。
47.现参考图5,在一个实施例中,组件300的(一个或多个)突起324可包括轮廓延伸部360。轮廓延伸部360可以从突起轮廓344在展向方向上延伸。轮廓延伸部360可在展向方向上逐渐变细。在一个实施例中,轮廓延伸部360可以沿着第二弓形轮廓336的长度联接,并且可以从第二弓形轮廓336到与前缘316的相交线362逐渐变细。在一个实施例中,与前缘316的相交线362可定位成邻近多个突起中的(一个或多个)附加突起324,并且轮廓延伸部可在突起324之间延伸。
48.在一个实施例中,轮廓延伸部360可包括气流内流体连通的填充部。在这样的实施例中,诸如横向气流326的气流可进入填充部。在至少一个实施例中,填充部可以由柔性材料(诸如复合材料、塑料、箔片和/或织物)构成。因此,由轮廓延伸部360限定的填充部可被横向气流326充胀。应当领会的是,当没有被横向气流326充胀时,填充部可以在空气动力学上基本上符合前缘316。
49.现参考图6,在一个实施例中,组件300的(一个或多个)突起324可经由枢转构件364能够枢转地联接到(一个或多个)转子叶片302。(一个或多个)突起324可以被配置成在正常操作位置366与失速操作位置368之间枢转。在这样的实施例中,当(一个或多个)转子叶片302处于非失速条件中时,(一个或多个)突起324可处于正常操作位置366中。因此,正
常操作位置366可以最小程度地从平行于正交气流322偏离。这种取向可能是由于正交气流322对(一个或多个)突起324的效应。换句话说,这种取向可能是由于风向标效应。
50.在其中(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中的实施例中,(一个或多个)突起324可定向在失速操作位置368中。在失速操作位置368中,(一个或多个)突起324可以定向成相对于横向基准线320成角度332。这种取向可增加横向气流326冲击(一个或多个)突起324的毂侧面328的角度,从而在(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时增加(一个或多个)突起324对横向气流326的冲击。因为(一个或多个)突起324可枢转到空气动力学上更有利的正常操作位置366,所以角度332可大于当(一个或多个)突起324固定地联接到(一个或多个)转子叶片302上时可采用的角度。在一个实施例中,来自(一个或多个)突起324的涡流的开始和等待生成可以被延迟到临界横流角度范围。在这样的实施例中,可允许(一个或多个)突起324枢转到不超过最大效应角度的角度,从而增加对失速引起的振动的减轻的冲击。
51.在一个实施例中,失速操作位置368的角度332可经由枢转止动件370进行限制,枢转止动件370被配置成限制(一个或多个)突起324的旋动。在一个实施例中,枢转止动件370可以将(一个或多个)突起324的旋动限制到其中角度332大于零度且小于或等于45度的弧。例如,在一个实施例中,枢转止动件370可被配置成将(一个或多个)突起324的旋动限制到相对于弦向基准线320在3度与20度之间延伸的弧。
52.仍参照图6,在一个实施例中,组件300还可包括激发元件372,该激发元件372定位成便于(一个或多个)突起324在正常操作位置366与失速操作位置368之间转换。激发元件372可以例如是弹簧、重物、弹性体构件、伺服机构和/或它们的组合。在一个实施例中,激发元件372可以是与枢转构件364共置的扭转弹簧。在另一个实施例中,激发元件372可以是位于前缘316前方的质量集中,诸如重物或(一个或多个)突起324的密度增加的区域。当(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时,在没有离心加速度的情况下,这种质量集中可便于(一个或多个)突起324响应于万有引力而转换到失速操作位置368中。
53.现参考图7,在一个实施例中,组件300的(一个或多个)突起324可包括多个涡流穿孔374。每个涡流穿孔374可具有涡流孔轴线376,涡流孔轴线376定向成垂直于根部侧面328。在这样的实施例中,多个涡流穿孔374可响应于与弦向基准线320成角度的气流(例如,弦向气流326)而生成多个涡流。换句话说,在采用多个涡流穿孔374的实施例中,弦向气流326可穿过涡流穿孔374的至少部分,相对于绕(一个或多个)突起324经过的弦向气流326生成的涡流的数量,这可导致涡流的数量增加。
54.现参考图8,在一个实施例中,组件300的(一个或多个)突起324可包括多个通道穿孔378。每个通道穿孔378可具有通道孔轴线380,通道孔轴线380定向成平行于弦向基准线320。在这样的实施例中,多个通道穿孔378可限定用于平行于弦向基准线320的气流(例如,正交气流322)的多个流动路径382。应当领会的是,多个流动路径382可以有效地减小呈现给正交气流322的(一个或多个)突起324的横截面积,从而相对于其中(一个或多个)突起324没有多个通道穿孔378的实施例,减小由(一个或多个)突起324产生的阻力的量。还应该领会的是,虽然多个通道穿孔378可以减小由正交气流322看到的(一个或多个)突起324的有效横截面积,但是通道穿孔378的取向可以导致(一个或多个)突起324对于横向气流326表现为固体表面。
55.现参考图9a和图9b,在一个实施例中,组件300的(一个或多个)突起324还可包括翼片元件384。翼片元件384可以经由枢转元件386能够操作地联接到(一个或多个)突起324。在一个实施例中,翼片元件384可包括根部侧翼片部分388,当翼片元件384处于如图9a中所描绘的第一翼片位置390中时,根部侧翼片部分388设置在根部侧面328的凹部内。在一个实施例中,翼片元件384可包括尖部侧翼片部分392,当翼片元件384处于第一翼片位置390中时,尖部侧翼片部分392设置在尖部侧面330的凹部内。在翼片元件384处于第一翼片位置390中的实施例中,翼片元件384可在空气动力学上基本上符合根部侧面328和尖部侧面330。应当领会的是,当(一个或多个)转子叶片302处于非失速条件中时,翼片元件384可处于第一翼片位置390中,从而允许正交气流322向翼片元件384施加力,这可便于翼片元件384保持在第一翼片位置390中。
56.如图9b中所描绘的,在一个实施例中,根部侧翼片部分388可具有第二侧翼片位置394。当(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时,第二翼片位置394可由根部侧翼片部分388与根部侧面328之间的距离(d1)来限定。在一实施例中,当(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时,尖部侧翼片部分392可具有由尖部侧翼片部分392与尖部侧面330之间的距离(d2)限定的第二翼片位置394。应当领会的是,当(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时,第二翼片位置394可改变由横向气流326看到的(一个或多个)突起324的形状以及横向气流326遇到(一个或多个)突起324所成的角度。
57.仍参考图9a和图9b,在一个实施例中,翼片元件384还可包括激发元件372,激发元件372定位成便于翼片元件384在第一翼片位置390与第二翼片位置394之间转换。激发元件372可以例如是弹簧、重物、弹性体构件、伺服机构和/或它们的组合。在一个实施例中,激发元件372可以是与枢转元件386共置的扭转弹簧。在另一个实施例中,激发元件372可以是定位到枢转元件386的后缘侧的质量集中,诸如重物或翼片元件384的密度增加的区域。当(一个或多个)转子叶片302处于失速条件中时,这种质量集中可便于翼片元件384响应于万有引力而转换到第二翼片位置394。
58.如在图9b中所描绘的,在一个实施例中,(一个或多个)突起324可形成有如本文所描述的多个涡流穿孔374。在这样的实施例中,填充部构件396可联接在(一个或多个)突起324的尖部侧面330与尖部侧翼片部分392之间。在至少一个实施例中,填充部构件396可以由柔性材料(诸如复合材料、塑料、箔片和/或织物)构成。当翼片元件384处于第二翼片位置394中时,填充部构件396可以流体联接到多个涡流穿孔374。在这样的实施例中,填充部构件396可减慢和/或扰动进入涡流穿孔374的横向气流326的部分。应当领会的是,横向气流326的减慢和/或扰动可以用来减轻失速引起的振动。
59.此外,技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的可互换性。类似地,所描述的各种方法步骤和特征以及对于每个这样的方法和特征的其它已知等同物能够由本领域的普通技术人员混合和匹配,以根据本公开的原理构造另外的系统和技术。当然,应当理解,不必需可根据任何特定实施例实现上述所有这些目的或优点。因此,例如,本领域技术人员将认识到,本文中描述的系统和技术可以实现或优化如本文中教导的一个优点或一组优点的方式来实施或执行,而不必需实现如本文中可教导或建议的其它目的或优点。
60.本书面描述使用示例来公开本发明,包括最佳模式,并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明,包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发
明的可专利性范围由权利要求限定,并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元素,或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等效结构元素,则这些其它示例旨在处于权利要求的范围内。
61.为完整起见,本公开的各个方面在以下编号的条款中陈述:条款1.一种风力涡轮机的转子叶片组件,该转子叶片组件包括:转子叶片,该转子叶片限定在前缘与后缘之间弦向延伸并且在根部与尖部之间展向延伸的吸力侧和压力侧,该转子叶片还限定在前缘与后缘之间延伸的弦向基准线;以及固定在转子叶片的前缘或后缘处的至少一个突起,该至少一个突起从吸力侧延伸到压力侧,该至少一个突起具有根部侧面和与根部侧面相对设置的尖部侧面,该根部侧面相对于弦向基准线成角度布置,该角度相对于弦向基准线大于0度且小于或等于45度。优选地,至少一个突起被固定到前缘,并限定延伸的前缘。
62.条款2.根据权利要求1所述的转子叶片组件,其中,该至少一个突起具有第一弓形轮廓和第二弓形轮廓,第二弓形轮廓限定邻近转子叶片的吸力侧的吸力侧偏移、邻近转子叶片的压力侧的压力侧偏移以及中间偏移,该中间偏移大于压力侧偏移和吸力侧偏移,其中偏移限定第二弓形轮廓与转子叶片的表面之间的距离,其中第一弓形轮廓和第二弓形轮廓限定具有月牙形状的突起轮廓。
63.条款3.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,中间偏移为转子叶片在至少一个突起的位置处的弦的至少5%。
64.条款4.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起是多个突起中的一个,其中,多个突起中的每个突起之间的间距是转子叶片的弦长的至少1.5倍。
65.条款5.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,多个突起跨转子叶片的尖部区域分布。
66.条款6.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,多个突起中的每个突起之间的间距是转子叶片的弦长的至少三倍。
67.条款7.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起限定突起轮廓,至少一个突起还包括:在展向方向从突起轮廓延伸的轮廓延伸部,轮廓延伸部在展向方向上逐渐变细。
68.条款8.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,轮廓延伸部还包括与气流流体连通的填充部。
69.条款9.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起具有沿转子叶片的吸力侧的长度,该长度为转子叶片的弦的至少10%或更多,诸如为该弦的10%或更多至该弦的40%或更少。
70.条款10.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起能够移动地联接到转子叶片,至少一个突起还包括退回的操作位置和展开的操作位置,转子叶片组件还包括:致动机构,该致动机构被配置成使至少一个突起在退回的操作位置与展开的操作位置之间转换。
71.条款11.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,致动机构包括气
穴,气穴被配置成接收与弦向基准线成角度的气流的部分,并且其中,响应于接收到气流的部分,至少一个突起被转换到展开的操作位置。
72.条款12.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起经由枢转构件能够枢转地联接到转子叶片,转子叶片组件还包括:枢转止动件,该枢转止动件被配置成限制至少一个突起的旋动。
73.条款13.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起还包括激发元件,该激发元件定位成便于至少一个突起在正常操作位置与失速操作位置之间转换。
74.第14条.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起还包括:多个涡流穿孔,每个涡流穿孔具有涡流孔轴线,涡流孔轴线定向成垂直于根部侧面,其中,多个涡流穿孔响应于与弦向基准线成角度的气流而生成多个涡流。
75.条款15.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起还包括:多个通道穿孔,多个通道穿孔中的每个通道穿孔具有通道孔轴线,通道孔轴线定向成平行于弦向基准线,多个通道穿孔限定用于平行于弦向基准线的气流的多个流动路径。
76.条款16.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起还包括:经由枢转元件能够操作地联接到其的翼片元件,该翼片元件包括:根部侧翼片部分和尖部侧翼片部分,当翼片元件处于第一翼片位置中时,根部侧翼片部分设置于根部侧面的凹部内,当转子叶片处于失速条件中时,根部侧翼片具有由根部侧翼片部分与根部侧面之间的距离限定的第二翼片位置,当翼片元件处于第一翼片位置中时,尖部侧翼片部分设置在尖部侧面的凹部内,当转子叶片处于失速条件中时,第二翼片位置限定从尖部侧翼片部分的尖部侧面到尖部侧面的分离。
77.条款17.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,该翼片元件还包括激发元件,该激发元件定位成便于翼片元件在第一翼片位置与第二翼片位置之间的转换。
78.条款18.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片组件,其中,至少一个突起还包括:多个涡流穿孔,多个涡流穿孔中的每个涡流穿孔包括涡流孔轴线,涡流孔轴线定向成垂直于根部侧面;以及填充部构件,该填充部构件联接在至少一个突起的尖部侧面与尖部侧翼片部分之间,当翼片元件处于第二翼片位置中时,填充部构件流体联接到多个涡流穿孔。
79.条款19.一种风力涡轮机,包括:塔架;机舱,该机舱安装在塔架顶部;以及转子,该转子安装到机舱,该转子包括能够旋转的毂,该能够旋转的毂具有固定到其的多个转子叶片组件,转子叶片组件中的每个包括:转子叶片,该转子叶片限定在前缘与后缘之间弦向延伸并且在根部与尖部之间展向延伸的吸力侧和压力侧,该转子叶片还限定在前缘与后缘之间延伸的弦向基准线;以及固定在转子叶片前缘处的多个突起,多个突起中的每个突起从吸力侧延伸到压力侧,其中突起中每个之间的间距是转子叶片的弦长的至少1.5倍,每个突起包括:根部侧面和与根部侧面相对设置的尖部侧面,根部侧面相对于弦向基准线成角度布置,该角度相对于弦向基准线大于零度且小于或等于45度;第一弓形轮廓和第二弓形轮廓,第二弓形轮廓限定邻近转子叶片的吸力侧的吸力侧偏移、邻近转子叶片的压力侧的压力侧偏移以及中间偏移,中间偏移大于压力侧偏移和吸力侧偏移,其中所述偏移限定第二
弓形轮廓与转子叶片的表面之间的距离,其中第一弓形轮廓和第二弓形轮廓限定具有月牙形状的突起轮廓。
80.条款20.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机,其中,突起中的每个经由枢转构件能够枢转地联接到转子叶片,突起中的每个还包括:枢转止动件,该枢转止动件被配置成限制突起的旋动。
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