專利名稱：具有以可變方式致動的多孔窗的風力機轉子葉片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及風力機，確切的說，涉及為控制負載而設有機翼通道的風カ機轉子葉片。
背景技術：
風能被認為是目前可用的最清潔、最環(huán)保的能源之一，在這一方面，風カ機已獲得廣泛關注?，F(xiàn)代風力機通常包括塔筒、發(fā)電機、齒輪箱、機艙以及一片或多片轉子葉片。轉子葉片使用已知的翼原理捕獲風的動能并通過轉動能傳輸動能，以扭轉將轉子葉片連接到齒輪箱(或者，如果未使用齒輪箱，則直接連接到發(fā)電機)的軸。之后，發(fā)電機將機械能轉化成可以分配到公用設施電網(wǎng)中的電能。為確保風能仍為可行能源，人們努力通過改變風カ機的尺寸和容量，包括增加轉·子葉片的長度和表面積，以增加能量輸出。然而，轉子葉片的偏轉カ和負載的大小通常是葉片長度、風速、風カ機的運行狀態(tài)、葉片剛度以及其他變量的函數(shù)。增加負載不僅會使轉子葉片和其他風カ機組件疲勞，而且會增加轉子葉片突發(fā)嚴重故障的風險，例如，過度負載會引起葉片偏轉，從而導致與塔筒發(fā)生碰撞。因此，在現(xiàn)代風力機的運行過程中，控制負載是需要考慮的關鍵因素。人們廣泛使用現(xiàn)行的主動變槳控制系統(tǒng)通過改變?nèi)~片的槳距來控制轉子葉片上的負載。然而，在風力較大的情況下，由于風的阻力較大以及變槳控制系統(tǒng)的靈敏度不高，通常難以調(diào)整葉片的槳距角。已知改變單個轉子葉片的氣動特性是ー種控制負載的方法，例如，將可控制的渦旋單元(“發(fā)電機”)、葉瓣、調(diào)整片等配置在葉片表面上。第6，984，110號美國專利描述了ー種系統(tǒng)，其中風カ機葉片具有由可調(diào)整板以可變方式覆蓋的風壓調(diào)整孔，所述可調(diào)整板配置于葉片的一側上以便在導向器內(nèi)沿葉片表面滑動。因此，需要一種相對復雜的機械致動和控制系統(tǒng)來同時調(diào)整單個葉片上的所有板。第7，400, 057號美國專利描述了ー種使用環(huán)形堆疊的葉片進行全方位垂直定向的風カ機。葉片包括沿前緣和每個環(huán)形的凹面設置的排氣通道，以將高動能從前緣引入到葉片的凹面，從而強化邊界層并減少氣流沿葉片分離。這些通道是打開的(未被覆蓋)，在控制葉片負載方面沒有任何意義。因此，本行業(yè)可受益于用于單個轉子葉片的負載控制系統(tǒng)和方法，所述負載控制系統(tǒng)和方法在設計負載限制范圍內(nèi)不會對葉片的氣動性能產(chǎn)生不利影響，而且在高負載條件下相對容易奏效。

發(fā)明內(nèi)容
以下說明將部分地闡明本發(fā)明的各方面內(nèi)容和優(yōu)點，或者，這些方面和優(yōu)點在說明中可能是顯而易見的，或通過實踐本發(fā)明能夠推導出。一方面，風カ機轉子葉片具有壓カ側和吸入側，所述壓カ側和吸入側在前緣和后緣處接合。多孔窗是其中設有至少ー個開ロ或孔的部分，設于吸入側中。在ー個特定實施例中，多個孔設于多孔窗中?？諝馄绻苤糜谌~片的內(nèi)腔內(nèi)，與多孔窗成氣流連通狀態(tài)。例如，在一個實施例中，多孔窗可能置于空氣歧管上方。進氣通道位于壓カ側，并與空氣歧管相連通?？烧归_的覆蓋構件以可操作的方式配置成鄰近多孔窗，且其位置可從全封閉位置，即所述覆蓋構件堵塞通過多孔窗內(nèi)的開ロ或孔的氣流的位置，變?yōu)槿蜷_位置，即確定氣流從空氣歧管通過多孔窗 中的開ロ或孔的位置。多孔窗可能有各種配置。例如，多孔窗可以沿吸入側縱向延伸，覆蓋構件相對于葉片在翼弦向展開。在此實施例中，覆蓋構件可朝向全打開位置單向移動，或者可從全封閉位置朝向后緣和前緣移動，從而可選擇最先揭開鄰近后緣的孔還是鄰近前緣的孔。可使用多個覆蓋構件，這樣覆蓋構件之間的空間可構成多孔窗的打開部分，其中在相應覆蓋構件協(xié)調(diào)移動的情況下所述空間在翼弦向上移動。在另ー實施例中，可提供多個可展開的覆蓋構件，其中每個覆蓋構件各自相應的多孔窗由覆蓋構件的表面覆蓋區(qū)域構成。多個多孔窗可能沿葉片縱向對齊?？赡芊謩e控制所述相應覆蓋構件，以改變不同多孔窗之間孔的覆蓋范圍。在此實施例中，空氣歧管可在不同多孔窗之間分段，或者多孔窗可由共用空氣歧管供應。在又一實施例中，多孔窗沿吸入側縱向延伸，覆蓋構件相對于葉片縱向展開。例如，覆蓋構件中可能包括通道，其中在所述覆蓋構件的縱向位移増加的情況下通道與多孔窗中的ー個或多個開ロ或孔對齊。此外，通道在覆蓋構件的縱向移動的方向上具有逐漸減小的縱面，從而在所述覆蓋構件增加的位移量給定的情況下按順序(在縱面上)揭開孔。覆蓋構件可相對于吸入側表面進行多種配置。在一個實施例中，覆蓋構件可以可有效地配置在葉片的內(nèi)腔中，并可面向多孔窗的內(nèi)表面展開，例如，沿內(nèi)腔中的導向結構(如軌道)展開。在一個替代性實施例中，覆蓋構件可面向多孔窗的外表面展開。例如，多孔窗可在吸入側內(nèi)凹陷，覆蓋構件在凹口內(nèi)在全封閉位置與全打開位置之間展開。此外，覆蓋構件可從全封閉位置展開到全打開位置，通過凹口中的槽，然后進入葉片的內(nèi)腔。覆蓋構件及相應致動機制的形式在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)可進行較大變化。例如，覆蓋構件可能是柔性的半剛性構件，其可在全封閉位置與全打開位置之間沿著多孔窗的內(nèi)表面或外表面滑動。在其他實施例中，覆蓋構件可能是可伸縮的易彎曲構件，其可以穿過多孔窗牽拉到全封閉位置。展開覆蓋構件的致動機制可以是響應控制信號而運行的主動裝置，或者也可以是對感測到的條件作出反應的被動裝置，例如，風カ機葉片上的負載、到塔筒的距離或感測到的葉片的任何其他條件。任意數(shù)量和配置的進氣通道均可與空氣歧管相連通。在又一實施例中，進氣通道可能包括可致動的覆蓋板，其從封閉位置，即進氣通道被堵塞的位置，移動到打開位置，即進氣通道暢通從而使氣流進入歧管并通過多孔窗流出的位置。對此覆蓋板的控制將與覆蓋構件的移動相協(xié)調(diào)。本發(fā)明還包括ー種具有一片或多片風カ機葉片的風力機，所述風カ機葉片經(jīng)配置成具有主動或被動致動的機翼通道，如本專利申請文件所述。本發(fā)明還包括用于控制負載的多種方法實施例，所述方法通過相對于設于吸入側中的多孔窗在全打開位置與全封閉位置之間以可變的方式定位覆蓋構件來控制風力機葉片上的負載，其中處于覆蓋構件的打開位置時，氣流從葉片的壓カ側中形成，通過葉片，然后通過多孔窗流出。在ー個特定方法實施例中，覆蓋構件相對于葉片在翼弦向展開，并可以向葉片的前緣或后緣移動。在一個替代性實施例中，覆蓋構件相對于葉片縱向移動，并且可以在任一縱向上移動。其他方法實施例可能包括在葉片的內(nèi)腔中展開覆蓋構件，而其他實施例是在葉片外部展開覆蓋構件。參考以下具體說明和所附權利要求書可以更深入地了解本發(fā)明的這些以及其他特征、方面和優(yōu)點。附圖包括在本說明書內(nèi)、并構成本說明書的一部分，顯示了本發(fā)明的各個實施例，且與具體說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。


本說明書參考附圖，針對所屬領域一般技術人員，完整且可實現(xiàn)地詳細披露了本 發(fā)明，包括其最佳模式，其中圖I為傳統(tǒng)風カ機的透視圖；圖2為具有沿葉片縱向對齊的多個多孔窗和相關覆蓋構件的風カ機轉子葉片的縱視圖；圖3為具有可縱向展開的覆蓋構件的風カ機轉子葉片的縱視圖；圖4為具有可在葉片外表面中的凹口內(nèi)翼弦向展開的覆蓋構件的風カ機轉子葉片的縱視圖；圖5為根據(jù)可縱向展開的覆蓋構件的替代性實施例的風カ機轉子葉片的縱視圖；圖6為根據(jù)可縱向展開的覆蓋構件的又一實施例的風カ機轉子葉片的縱視圖；圖7為具有可雙向展開的覆蓋構件的風カ機葉片的ー個實施例的縱視圖；圖8為可在內(nèi)部翼弦向展開的覆蓋構件的一個實施例的截面圖；圖9為可在內(nèi)部翼弦向展開和收縮的覆蓋構件的另ー實施例的截面圖；圖10為可在內(nèi)部翼弦向展開和收縮的覆蓋構件的又一實施例的截面圖；圖11為可從外部翼弦向展開的覆蓋構件的一個實施例的截面圖；圖12為風カ機葉片的縱向內(nèi)部視圖，其圖示具有多個進氣通道的空氣歧管的實施例；圖13為內(nèi)部連續(xù)環(huán)式覆蓋構件的一個實施例的截面圖；以及圖14圖示根據(jù)本發(fā)明的各方面的具有轉子葉片的風力機。兀件符號列表
參考標號 rww參考標號 rww
~To風カ機12mn
14機艙16葉片
~T8I&S20壓カ側
權利要求
1.一種風力機葉片(16)，其包括 壓力側(20)和吸入側(22)，所述壓力側和所述吸入側在前緣(24)和后緣(26)處接合，并構成所述葉片的內(nèi)腔(32)； 設于所述吸入側的多孔窗(34)，所述多孔窗允許氣流通過所述吸入側從所述內(nèi)腔中流出； 所述內(nèi)腔中的空氣歧管(42)，所述多孔窗與所述空氣歧管成氣流連通狀態(tài)； 所述壓力側中與所述空氣歧管連通的進氣通道(44);以及 經(jīng)配置成與所述多孔窗配合的可展開的覆蓋構件(46)，所述覆蓋構件的位置可從全封閉位置，即通過所述多孔窗的氣流被堵塞的位置，變?yōu)槿蜷_位置，即確定氣流通過整個所述多孔窗的位置。
2.根據(jù)權利要求I所述的風力機葉片(16)，其特征在于，所述多孔窗(34)包括所述吸入側(22)的特定部分中的多個獨立的孔(40)。
3.根據(jù)權利要求I所述的風力機葉片(16)，其特征在于，所述覆蓋構件(46)可在相對于所述葉片的翼弦向展開，且可從所述全封閉位置向所述后緣(26)和所述前緣(24)交替移動。
4.根據(jù)權利要求3所述的風力機葉片(16)，其特征在于，進一步包括多個所述多孔窗(34)和沿所述葉片縱向安置的相應所述覆蓋構件(46)，所述覆蓋構件可單獨進行控制以改變所述多孔窗之間的覆蓋范圍。
5.根據(jù)權利要求I所述的風力機葉片(16)，其特征在于，所述覆蓋構件(46)可相對于所述葉片縱向展開，且所述覆蓋構件中包括通道(52)，在所述覆蓋構件的縱向位移增加的情況下所述通道與所述多孔窗(34)中的孔(40)對齊。
6.根據(jù)權利要求5所述的風力機葉片(16)，其特征在于，所述通道(52)在所述覆蓋構件的縱向移動方向具有逐漸減小的縱向開口面，在所述覆蓋構件(46)增加的位移量給定的情況下按順序揭開孔(40)。
7.根據(jù)權利要求I所述的風力機葉片(16)，其特征在于，所述覆蓋構件(46)包括柔性的半剛性構件，其可在所述全封閉位置與所述全打開位置之間沿著所述吸入側(22)的所述內(nèi)表面(36)滑動，且所述覆蓋構件(46)可向所述后緣(26)和所述前緣(24)交替展開，以分別揭開距所述前緣和所述后緣最近的所述多孔窗(34)部分。
8.根據(jù)權利要求I所述的風力機葉片(16)，其特征在于，所述覆蓋構件(46)包括可伸縮的易彎曲構件，其可以穿過所述多孔窗(34)牽拉到所述全封閉位置。
9.根據(jù)權利要求I所述的風力機葉片(16)，其特征在于，所述覆蓋構件(46)可在所述吸入側(22)內(nèi)的凹口(56)中從外部展開。
10.一種用于控制風力機葉片(16)負載的方法，其包括 相對于設于葉片的吸入側(22)中的多孔窗(34)在全打開位置與全封閉位置之間以可變方式定位覆蓋構件(46)； 其中在所述覆蓋構件的打開位置，氣流從所述葉片(16)的壓力側(20)中形成，通過所述葉片，然后通過所述多孔窗(34)流出。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括相對于所述葉片(16)翼弦向或相對于所述葉片(16)縱向移動所述覆蓋構件(46)。
12.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，進一步包括相對于多個不同的多孔窗(34)單獨控制多個覆蓋構件(46)，以在所述不同多孔窗之間形成不同的覆蓋范圍。
13.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述葉片(16)的內(nèi)腔(32)中展開所述覆蓋構件(46)。
14.根據(jù)權利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述葉片的外部展開所述覆蓋構件(46)。
全文摘要
一種風力機葉片，其包括設于所述葉片的吸入側中的多孔窗。所述多孔窗包括設于其中的多個孔。所述葉片的內(nèi)腔中的空氣歧管與所述多孔窗成氣流連通狀態(tài)。所述葉片的壓力側中的進氣通道與所述空氣歧管相連通?？烧归_的覆蓋構件，其經(jīng)配置成鄰近所述多孔窗，且所述覆蓋構件的位置可從全封閉位置，即通過所述多孔窗中的所述孔的氣流被堵塞的位置，變?yōu)槿蜷_位置，即確定氣流通過所述多孔窗中的所述孔的位置。
文檔編號F03D7/06GK102705154SQ20111042090
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2010年12月7日
發(fā)明者D·S·佩塞特斯基 申請人:通用電氣公司