專利名稱：帶交叉腹板的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里所述的主題大體上涉及流體反作用表面，其帶有形成有主梁 的特定的葉片結(jié)構(gòu)，并且更具體地說，涉及具有交叉腹板的風(fēng)力渦輪 機(jī)葉片。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)是一種用于將風(fēng)力中的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的機(jī)器。如 果機(jī)械能直接被機(jī)器使用，例如用于抽送水或碾磨小麥，則可將風(fēng)力 渦輪機(jī)稱為風(fēng)車。類似地，如果將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電力，則還可將該機(jī) 器稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
風(fēng)力渦輪機(jī)通常根據(jù)葉片旋轉(zhuǎn)所圍繞的豎直軸線或水平軸線進(jìn) 行分類。圖1中示意性地顯示了一種所謂的水平軸線式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，
其可從通用電氣公司得到。這種用于風(fēng)力渦輪機(jī)2的特定構(gòu)造包括塔 架4,其支承著封裝了傳動系8的吊艙6。葉片10設(shè)置在轂上，以便 在傳動系8的位于吊艙6外部的一端處形成"轉(zhuǎn)子"。旋轉(zhuǎn)葉片IO驅(qū)動 在傳動系8的另一端處連接到發(fā)電機(jī)14上的變速箱12,其與接收來 自風(fēng)速計18的輸入的控制系統(tǒng)16 —起設(shè)置在吊艙6內(nèi)部。
葉片10產(chǎn)生升力并從運動的空氣中捕獲動量，然后該動量在葉 片于"轉(zhuǎn)子平面"中旋轉(zhuǎn)時被賦予轉(zhuǎn)子。各個葉片通常在其"根"端進(jìn)行 固定，且之后沿徑向"向外""跨越"至自由的"頂"端。在葉片的相對端 處，從頂部至根部的距離被稱為"跨度"。葉片的前面或"前緣"與首先 接觸到空氣的葉片最前點連接。葉片的后面或"后緣"是已經(jīng)被前緣分 隔開的氣流在越過葉片的吸力面和壓力面之后重新結(jié)合的地方。
"弦線"在越過葉片的典型氣流方向上將葉片的前緣和后緣連接起來。弦線的長度被簡稱為"弦長"。因為許多葉片IO在跨度上改變其弦 長，該弦長長度在靠近根部處被稱為"根弦"，且在靠近葉片的頂部處 被稱為"頂弦"。弦線設(shè)置在延伸通過葉片的相應(yīng)的壓力面和吸力面上 的流線的"弦面"中。多個"抗剪腹板平面"設(shè)置成垂直于弦面。
如圖2中所示，通常通過例如利用結(jié)合材料24將各"殼體"部分 20固定在一個或多個"梁"部件22上來制造用于這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)2 的葉片10。梁部件22沿著葉片10的內(nèi)側(cè)至少部分地沿翼展而延伸， 并通常構(gòu)造為工字梁，其具有通常在兩個^L稱為"罩"或"梁罩"28的凸 緣之間延伸的被稱為"抗剪腹板"26的腹板。例如，可將梁罩28連接 到殼體20的吸力面和壓力面的內(nèi)側(cè)，或者它們可形成殼體的一部分。 然而，也可在沒有罩的條件下利用抗剪腹板26,并且殼體20和/或梁 22的各構(gòu)件可不用結(jié)合材料24而整體地形成。對于梁22還可使用其 它構(gòu)造，包括Y旦不限于"C形"、"L形"、"T形"、"X形"、"K形"和/ 或盒形粱。
梁罩的屈曲和扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性僅僅是與葉片10的設(shè)計相關(guān)聯(lián)的問題 中的兩個問題。例如，必須經(jīng)常(例如利用額外的材料層)增厚梁罩28, 以便防止這種屈曲。然而，這種解決梁罩屈曲問題的方法可能顯著地 增加葉片IO的重量，并且不一定在扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性方面提供顯著的改善。

發(fā)明內(nèi)容
這里，在各實施例中，通過一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片來解決與 這樣的傳統(tǒng)方法相關(guān)聯(lián)的這些以及其它缺陷，該葉片包括具有抗剪 腹板的梁；和自該梁延伸的至少一個交叉腹板。還提供了一種用于風(fēng) 力渦輪機(jī)的葉片，其包括具有抗剪腹板的梁；和至少一個交叉腹板， 其具有連接在抗剪腹板上的邊緣，在基本垂直于抗剪腹板的弦面中自 該抗剪腹板延伸。


現(xiàn)在將參照以下附圖("圖")來描述該技術(shù)的各個方面，附圖不一 定是按比例繪制的，但貫穿若千附圖的各個附圖使用相同的參考標(biāo)號 來標(biāo)示7十應(yīng)的部件。
圖1是傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意性的側(cè)視圖。
圖2是圖1中的傳統(tǒng)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性的截面圖。
圖3是包括梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的局部正射視圖。 圖4是圖3中所示的梁的正射視圖。
圖5是用于圖3中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的另一梁的局部正射視圖。
圖6是用于圖3中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的另一梁的局部正射視圖。
圖7是圖3-6和8中所示的交叉腹板的截面圖。
圖8是包括梁的另一風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的局部正射視圖。
部件列表 2風(fēng)力渦輪機(jī)； 4塔架； 6吊艙； 8傳動系； 10葉片； 12變速箱； 14發(fā)電機(jī)； 16控制系統(tǒng)； 18風(fēng)速計; 20殼體； 22梁；
24結(jié)合材料； 26抗剪腹板；28梁罩； 30交叉腹板； 32芯部； 34外殼
具體實施例方式
圖3是用于與圖1中所示的風(fēng)力渦輪機(jī)2和/或任何其它風(fēng)力渦輪 機(jī)一起使用的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的局部正射視圖。葉片10包括梁22， 其具有抗剪腹板26和自該梁延伸的一個或多個交叉腹板30。交叉腹 板30可放置在葉片IO的任何區(qū)域中，包括可能發(fā)生屈曲，例如梁罩 屈曲和/或過分扭轉(zhuǎn)的地方。可實現(xiàn)交叉腹板30的各種構(gòu)造，例如交 叉腹板的數(shù)量、布局構(gòu)造、交叉腹板的放置和交叉腹板之間的間距， 以便解決特定的屈曲邊界和;溪式需求。
在這里所示的示例中，交叉腹板30基本上是平坦的，連接到抗 剪腹板26的一個邊緣上，并基本垂直于抗剪腹板26而在弦面中延伸。 然而，還可將交叉腹板30與抗剪腹板26間隔開、屈曲、折疊和/或設(shè) 置成與抗剪腹板成其它角度。交叉腹板30還可沿著少于抗剪腹板26 的整個長度和/或少于梁罩28的整個寬度而延伸。
如圖4和圖5中最佳所示，兩個或更多個交叉腹板30可從抗剪 腹板26的相對側(cè)延伸。例如，如圖4中所示，可將兩個交叉腹板30 設(shè)置在基本同一平面中。如圖5中所示，交叉腹板30中的某些或全 部還可沿著梁22而彼此相對移置。例如，兩個交叉腹板可沿著梁22 而彼此相對移置大約50至1000毫米的范圍，大約250至750毫米的 更窄的范圍，或甚至大約450至550毫米的更窄的范圍，或大約500 毫米。
交叉腹板30中的某些或全部還可在抗剪腹板26的一側(cè)上具有與 抗剪腹板相對的非線性邊緣。例如，如圖6中所示，非線性邊緣可基 本上是拋物線形的。然而，還可使用其它曲率構(gòu)造，包括但不限于各種類型的代數(shù)曲線、焦散曲線、蔓葉線、蚌線、圓錐曲線、橢圓曲線、 雙曲線、 一般平面曲線、隱含曲線、反曲線、漸開線和漸屈線、垂足 曲線、配極曲線、追蹤曲線、徑向曲線、軌跡線、環(huán)索線、有理曲線、 超越曲線、分形曲線、連續(xù)曲線、不連續(xù)曲線和/或分段曲線的任何部 分或組合。還可使用其它曲率，包括半圓形、雙曲線。非線性邊緣還 可以是U形或V形。
如圖7中所示，交叉腹板30可形成有芯部32和外殼34。例如， 芯部32可包括低密度材料，例如泡沫或輕木。外殼34可由一個或多 個樹脂浸漬的纖維增強層-例如玻璃、碳、芳香族聚酰胺/凱夫拉爾和 /或其任何組合而形成。例如，外殼34層可由45度雙軸線結(jié)構(gòu)織物形 成。然而還可使用其它材料和構(gòu)造。如圖8中所示，位于梁22的任 一側(cè)或兩側(cè)上的交叉腹板30還可越過頂部和底部梁罩28中的任一個 或這兩者的邊緣而延伸。
這里公開的技術(shù)提供了超越常規(guī)方法的各種優(yōu)勢。例如，在一種 仿真中，對于17.5米的徑向位置(其中三個交叉腹板30之間的間距為 500毫米，或者是基線才莫型中的屈曲才莫式的波長的一半)，其在基線情 況下使梁罩的屈曲失效邊界從1.08增加至1.28。屈曲因數(shù)的等效增量 將可能需要在梁罩28上有額外的七個材料層。被限定為屈曲因數(shù)增 量除以質(zhì)量增量的效率因數(shù)也從0.619%增加至2.41%。減少屈曲容許 使用更大的葉片10來改善能量捕獲，并容許使用更寬的梁罩。轉(zhuǎn)子 葉片IO的抗扭剛度將增加，特別是在其中交叉腹板30沿著抗剪腹板 26的整個高度而延伸的單個抗剪腹板設(shè)計中。
應(yīng)該強調(diào)的是，上述實施例-尤其是任何"優(yōu)選的"實施例都僅僅 是為了提供對該技術(shù)各個方面的清晰理解而在這里陳述的各種實現(xiàn) 形式的示例。在基本上沒有脫離僅由所附的權(quán)利要求的恰當(dāng)結(jié)構(gòu)所限 定的保護(hù)范圍的情況下，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將能夠修改這些實 施例中的許多實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)(2)的葉片(10)，其包括具有抗剪腹板(26)的梁(22)；和自所述梁(22)延伸的至少一個交叉腹板(30)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，所述至少一個交 叉腹板(30)基本上垂直于所述抗剪腹板(26)而延伸。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的葉片，其特征在于，所述 至少一個交叉腹板(30)布置在弦面中。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的葉片，其特征在于，所述兩個交叉腹板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的葉片，其特征在于，所述至少兩個交 叉腹板(30)沿著所述梁(22)而相對彼此移置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4-5中的任一項權(quán)利要求所述的葉片，其特征在 于，所述至少兩個交叉腹板(30)沿著所述梁(22)而相對于彼此移置大約 500毫米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4-6中的任一項權(quán)利要求所述的葉片，其特征在 于，所述至少兩個交叉腹板(30)布置在基本同一平面中。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的葉片，其特征在于，所述 交叉腹板(30)中的一個在與所述抗剪腹板相對的一側(cè)上包括非線性邊 緣。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的葉片，其特征在于，所述非線性邊緣 基本上是拋物線形的。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的葉片，其特征在于，還包括布置在所述抗剪腹板(26)的邊緣上的至少一個梁罩(28);且 所述交叉腹板(30)中的一個延伸越過所述梁罩(28)的邊緣。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶交叉腹板的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)(2)的葉片(10)包括具有抗剪腹板(26)的梁(22)，以及可自該梁延伸的至少一個交叉腹板(30)。
文檔編號F03D1/06GK101660486SQ200910172100
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者V·R·卡瓦拉 申請人:通用電氣公司