專利名稱：用于風能渦輪的轉子以及用于控制轉子轂的內(nèi)部溫度的方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種風能渦輪，并且尤其涉及一種控制風能渦輪轉子的轂內(nèi)部的溫度的方法。
背景技術：
現(xiàn)代大型能量渦輪包括具有轂的轉子，所述轉子包括幾個部件例如轉子葉片致動器(pitch)驅動，所述轉子葉片致動器驅動以增大轂內(nèi)部溫度的熱的形式產(chǎn)生能量損失。在一些類型的風能渦輪中，由于從位于接近于轉子轂的機艙的部件流出的熱能，轂內(nèi)部的溫度增大。由于從轂向機艙延伸的轉子的軸，在轂和機艙之間存在相對較大的開口，在此處來自機艙內(nèi)部的熱空氣能夠容易地傳送到轂。在較高的環(huán)境溫度，以上確認的兩個效果能夠導致轂內(nèi)部的溫度水平比布置在轂的部件的容許溫度上限高。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，用于風能渦輪的轉子包括限定出內(nèi)部空間的轂，限定出內(nèi)部空間并且具有端部和連接到轂的根部的至少一個轉子葉片，其中轂和至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間流體連通，以及使空氣從轂流出并且流入至少一個轉子葉片的氣流裝置。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于控制風能渦輪轉子的轂的內(nèi)部的溫度的方法。轉子包括轂和具有端部和連接到轂的根部的至少一個轉子葉片。所述方法包括的步驟為提供轂和至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間之間用于交換轂和至少一個轉子葉片內(nèi)部空間之間的空氣的流體連通。


圖1示出了示意性的表示用于冷卻轂的葉片內(nèi)部的氣流的風能渦輪的前視圖；圖2是在轂內(nèi)部用于溫度控制的氣流的第一可替換實施例的示意圖；圖3示出了在轂內(nèi)部用于溫度控制的氣流的第二可替換實施例。
部件列表10風能渦輪12塔架14機艙16轉子18轂20葉片22端部24根部26氣流28裝置30風扇32外殼34內(nèi)部空間36一半空間38一半空間40內(nèi)支承壁42進口44出口46內(nèi)部空間46內(nèi)部47被動氣流裝置48開口50箭頭具體實施方式
為了解決風能渦輪的轉子轂內(nèi)部的溫度增大的問題，通過本發(fā)明的方式建議采用使空氣從轂內(nèi)部流出轂并且流入到其根部連接到轂的至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間的氣流裝置。為了交換轂和葉片的內(nèi)部空間之間的空氣，轂的內(nèi)部空間和至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間在至少一個轉子葉片的根部彼此流體連通。從轂流入至少一個轉子葉片的空氣排出相同的空氣到其外部或在通過內(nèi)部空間或通過至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間的至少一部分流動后，可能重新進入轂。
典型地，氣流裝置被設計為主動系統(tǒng)或被動系統(tǒng)。在主動系統(tǒng)中，氣流裝置包括布置在轂的用于將空氣從轂吹入至少一個轉子葉片中的風扇。作為可替換的方式，風扇位于在至少一個轉子葉片的內(nèi)部用于將空氣從轂吸入到至少一個轉子葉片。
現(xiàn)代轉子葉片包括限定出轉子葉片的內(nèi)部空間的外殼。外殼包括橫桿(spar)，該橫桿具有布置在外殼的相對壁的兩個橫桿艙(spar cab)并且通過從接近于根部處向接近于轉子葉片的端部處通過轉子葉片縱向延伸的支承筋(supporting web)或壁連接。內(nèi)支承筋將轉子葉片的內(nèi)部空間分隔成在葉片的端部彼此流體連通的兩半的空間并且其中在轉子葉片的根部通過兩個單獨的開口兩半空間都與轂流體連通。為了將加熱的空氣通過在轉子葉片的根部的兩個開口中的一個吹入到各自的一半空間中，在主動氣流裝置中，例如，在轂中布置有風扇。氣流通過該一半空間向轉子葉片的端部流動，并且在端部，流入到另一半空間并且返回到轂。當空氣沿轉子葉片的殼的內(nèi)表面流動時空氣被冷卻，從而來自轂內(nèi)部的加熱空氣在至少一個轉子葉片中被冷卻并且作為冷卻空氣返回到轂。在該主動系統(tǒng)中風扇也能夠布置在轉子葉片的根部的一個開口中。
根據(jù)本發(fā)明也能夠使用被動氣流裝置，其包括在至少一個轉子葉片的外殼中連接到轂的開口。根據(jù)轉子的轉動，由于文丘里效應，在至少一個轉子葉片中產(chǎn)生真空或負壓，其因此導致來自轂的空氣被吸入到至少一個轉子葉片中。
本發(fā)明既可以在較高的環(huán)境溫度時用于冷卻轂的內(nèi)部空間也可以在冬天時用于加熱轂的內(nèi)部。風能渦輪轂的轉子葉片可以用來自太陽的輻射加熱從而該熱能可以用作使熱空氣從至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間流出到葉片中。通過該作用，執(zhí)行轂內(nèi)部的溫度控制以保持轂內(nèi)部的溫度更恒定并且更接近于例如電池或轂內(nèi)部的其它工作元件的理想設計溫度，這樣增加了這些部件的壽命。
圖1示出了包括塔架12和由塔架12可轉動地支承的機艙以及由機艙14可轉動地支承的轉子16的風能渦輪10。轉子16包括中心轂18和安裝到轂18的三個轉子葉片20。每個轉子20包括外端部22和連接到轂18的內(nèi)根部24。虛線26示意性的表示轂18外部并且通過轉子葉片20的內(nèi)部用于控制轂18內(nèi)的溫度的氣流。在圖1中示出的實施例包括三個轉子葉片16。然而，轉子16的葉片20的數(shù)目對于本發(fā)明并不是特別重要。同樣不是必須的是，為了轂18內(nèi)部的溫度控制，氣流26必須通過所有的轉子葉片20建立。因此，本發(fā)明還在一個葉片轉子和多個葉片轉子中起作用，其中從轂18向轉子葉片中的至少一個和通過這樣在至少一個轉子葉片20上產(chǎn)生氣流。
圖2示出了布置在轂18中并且產(chǎn)生從轂18通過葉片20并且返回轂18的環(huán)形氣流26的氣流裝置28的第一可替換實施例。該主動氣流裝置18包括布置在轂18內(nèi)部的機動化的風扇30。風扇30也能夠布置在葉片20中。葉片20典型地包括限定出內(nèi)部空間34的外殼或外壁32，所述內(nèi)部空間34通過用于加強和穩(wěn)固葉片20的外殼32的內(nèi)部支承壁40被分成兩半空間36，38。內(nèi)部支承壁40從轉子葉片20的根部24向靠近其端部22延伸，在所述端部22處兩半空間36，38彼此流體連通。在葉片20的根部24有兩個單獨的開口，即一個進口42和一個出口44。來自轂18內(nèi)部的將被溫度控制的空氣通過風扇30被吹出轂并且被吹入一半空間36，在這個過程中空氣沿通過相同的轉子葉片20的縱向方向流動。在端部22空氣進入第二半空間38，在這個過程中空氣流回到轂18的內(nèi)部46。該空氣流動系統(tǒng)對于冷卻轂18中的空氣非常有用，在其中當通過轉子葉片20流動時空氣在轉子葉片20的內(nèi)表面被冷卻從而作為被冷卻空氣重新進入轂18。然而，該系統(tǒng)同樣可以諸如在冬天或寒冷天氣的情況下用作對轂內(nèi)部空氣加熱。通過傳感器(未示出)能夠確定轂和葉片內(nèi)部空氣溫度之間的溫度差，而控制器(未示出)控制通過主動或被動風扇30的熱傳遞，從而如果葉片和轂內(nèi)部空氣溫度之間的溫度差允許按要求的冷卻或加熱效果時提供冷卻。
圖3示出了用于被動空氣流動裝置47的可替換實施例。如果圖3中示出的元件與圖2中示出的元件的結構和功能相同，那么在圖3中使用相同的附圖標記。
根據(jù)圖3的被動空氣流動裝置47包括在至少一個轉子葉片20的端部22上的至少一個開口48。在該實施例中轉子葉片20的端部22包括三個開口48。此外，在被動空氣流動裝置47中空氣能夠從轉子葉片20的外部被吸入轂18的內(nèi)部46，其在圖3中通過箭頭50表示。根據(jù)配備有根據(jù)圖3的被動空氣流動裝置47的轉子的轉動，由于文丘里效應在轉子葉片24的內(nèi)部空間34中產(chǎn)生負壓或真空。該負壓或真空引起從轂18的內(nèi)部空間46朝向在葉片20的端部22的開口48的氣流26。由于轂18中的真空和負壓，來自轉子外部的用于冷卻的環(huán)境空氣被吸入到轂18。
通過本發(fā)明的裝置，位于轂內(nèi)部的部件例如轉子葉片致動器驅動(馬達)，轉換器以及電池能夠有效地被冷卻或保持在接近其最佳設計溫度恒溫。由于該冷卻或溫度控制效果，因為溫度等級不需要很高，所以很容易地可以設計出用于定位作用(pitch application)的馬達和轉換器。同樣在較高海拔風能渦輪的安裝將切實可行。最后，由于工作或溫度將保持地更恒定并且更接近于最佳設計溫度，電池的壽命將會增加。最后，轂中的溫度控制相對于具有布置在機艙和更接近于轉子中的熱產(chǎn)生元件的風能渦輪類型也非常有用。在高溫處或高海拔處對于當前的齒輪箱設計風能渦輪來說，為了冷卻位于接近齒輪箱的轂本發(fā)明將同樣適用。
雖然本發(fā)明用各種具體實施例進行了說明，但本領域技術人員將會認識到本發(fā)明能夠在權利要求的精神和范圍的內(nèi)做出各種修改和變形。
權利要求
1.一種用于風能渦輪(10)的轉子(16)，包括限定出內(nèi)部空間(34)的轂(18)；限定出內(nèi)部空間并且具有端部(22)和連接到所述轂的根部(24)的至少一個轉子葉片(20)；其中所述轂和所述至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間流體連通；以及使空氣從轂流出到至少一個轉子葉片的氣流(26)裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的轉子(16)，其中所述氣流(26)裝置包括至少一個風扇(30)。
3.根據(jù)權利要求2所述的轉子(16)，其中所述至少一個轉子葉片(20)包括外殼(32)和內(nèi)部支承壁(40)，該內(nèi)部支承壁通過所述轉子葉片從其根部(24)向其端部(22)縱向延伸，從而將所述至少一個轉子葉片分隔為兩半的空間(36，38)，該兩半的空間在所述轉子葉片的所述端部彼此流體連通，在所述轉子葉片的所述根部流體連通到所述轂，并且其中通過在所述至少一個轉子葉片的一半空間中的所述風扇(30)吹動空氣，而所述吹出空氣通過所述轉子葉片的另一半空間重新進入所述轂。
4.根據(jù)權利要求1所述的轉子(16)，其中所述氣流(26)裝置包括在所述至少一個轉于葉片(20)的所述端部(22)的至少一個開口(48)，用于在所述轂(18)的轉動下導致在所述至少一個轉子葉片中產(chǎn)生負壓，進而導致空氣從所述轂的內(nèi)部空間流入所述至少一個轉子葉片，因此通過所述至少一個開口把空氣吸到所述至少一個轉子葉片外部。
5.一種用于控制風能渦輪(10)的轉子(16)的轂(18)的內(nèi)部溫度的方法，其中轉子包括轂和至少一個轉子葉片(20)，該轉子葉片具有端部(22)和連接到轂的根部(24)，其中所述方法包括在轂和至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間(46)之間提供流體連通用于在轂和至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間之間交換空氣。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括在進入至少一個葉片(20)的第一部分和進入至少一個葉片的第二部分之間的轂(18)的內(nèi)部空間(46)之間提供氣流(26)，氣流從所述第二部分處重新進入轂的內(nèi)部空間，其中空氣的溫度受至少一個其中通過有空氣的葉片溫度的影響。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括在至少一個葉片(20)的至少一個開口(48)，并且尤其是在其端部(22)，提供至少一個開口(48)，用于在至少一個轉子葉片內(nèi)部產(chǎn)生使空氣從轂(18)流入至少一個轉子葉片的負壓。
全文摘要
一種用于風能渦輪(10)的轉子(16)，包括限定出內(nèi)部空間(34)的轂(18)和限定出內(nèi)部空間并且具有端部(22)和連接到轂的根部(24)的至少一個轉子葉片(20)。轂和所述至少一個轉子葉片的內(nèi)部空間流體連通。轉子還包括使空氣從轂流出并且流入至少一個轉子葉片的氣流(26)裝置。
文檔編號F03D1/06GK101029624SQ20061017286
公開日2007年9月5日 申請日期2006年11月18日 優(yōu)先權日2005年11月18日
發(fā)明者H·呂策 申請人:通用電氣公司