專利名稱：具有多孔窗和可控制的覆蓋構(gòu)件的風(fēng)力機轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及風(fēng)力機，確切的說，涉及為控制負(fù)載而設(shè)有機翼通道的風(fēng)力機轉(zhuǎn)子葉片。
背景技術(shù)：
風(fēng)能被認(rèn)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(fēng)力機已獲得廣泛關(guān)注?，F(xiàn)代風(fēng)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(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片使用已知的翼原理捕獲風(fēng)的動能并通過轉(zhuǎn)動能傳輸動能，以扭轉(zhuǎn)將轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化成可以分配到公用設(shè)施電網(wǎng)中的電能。為確保風(fēng)能仍為可行能源，人們努力通過改變風(fēng)力機的尺寸和容量，包括增加轉(zhuǎn)子葉片的長度和表面積，以增加能量輸出。然而，轉(zhuǎn)子葉片的偏轉(zhuǎn)力和負(fù)載的大小通常是葉片長度、風(fēng)速、風(fēng)力機的運行狀態(tài)、葉片剛度以及其他變量的函數(shù)。增加負(fù)載不僅會使轉(zhuǎn)子葉片和其他風(fēng)力機組件疲勞，而且會增加轉(zhuǎn)子葉片突發(fā)嚴(yán)重故障的風(fēng)險，例如，過度負(fù)載會引起葉片偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致與塔筒發(fā)生碰撞。因此，在現(xiàn)代風(fēng)力機的運行過程中，控制負(fù)載是需要考慮的關(guān)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(zhuǎn)子葉片上的負(fù)載。然而，在風(fēng)力較大的情況下，由于風(fēng)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(zhuǎn)子葉片的氣動特性是一種控制負(fù)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號美國專利描述了一種系統(tǒng)，其中風(fēng)力機葉片具有由可調(diào)整板以可變方式覆蓋的風(fēng)壓調(diào)整孔，所述可調(diào)整板配置于葉片的一側(cè)上以便在導(dǎo)向器內(nèi)沿葉片表面滑動。因此，需要一種相對復(fù)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號美國專利描述了一種使用環(huán)形堆疊的葉片進(jìn)行全方位垂直定向的風(fēng)力機。葉片包括沿前緣和每個環(huán)形的凹面設(shè)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(fù)載方面沒有任何意義。因此，本行業(yè)可受益于用于單個轉(zhuǎn)子葉片的負(fù)載控制系統(tǒng)和方法，所述負(fù)載控制系統(tǒng)和方法在設(shè)計負(fù)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(fù)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(dǎo)出。一方面，風(fēng)力機轉(zhuǎn)子葉片具有壓力側(cè)和吸入側(cè)，所述壓力側(cè)和吸入側(cè)在前緣和后緣處接合。多孔窗是其中設(shè)有至少一個開口或孔的部分，設(shè)于吸入側(cè)中。在一個特定實施例中，多個孔設(shè)于多孔窗中?？烧归_的覆蓋構(gòu)件經(jīng)配置成具有多孔窗，且所述覆蓋構(gòu)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多孔窗的位置。致動機制置于內(nèi)腔中，且經(jīng)配置成具有覆蓋構(gòu)件，從而響應(yīng)于控制信號而使所述覆蓋構(gòu)件在全封閉位置與全打開位置之間移動。在一個特定實施例中，所述致動機制為主動裝置，其響應(yīng)于由控制器產(chǎn)生的主動控制信號來移動覆蓋構(gòu)件，從而根據(jù)葉片的不同條件(例如，葉片負(fù)載、不同的轉(zhuǎn)子功率、 葉片位置等)以可變的方式定位所述覆蓋構(gòu)件。在其他各實施例中，所述風(fēng)力機葉片可包括多個多孔窗和相應(yīng)覆蓋構(gòu)件，以及與多個覆蓋構(gòu)件中的每一者通信的控制器。所述覆蓋構(gòu)件可單獨定位，以便在不同多孔窗之間產(chǎn)生不同的覆蓋范圍。在某些實施例中，所述致動機制可為被動裝置，其經(jīng)配置成具有覆蓋構(gòu)件，以將所述覆蓋構(gòu)件偏置到全封閉位置或全打開位置，并在葉片處于所界定的設(shè)定點條件時使覆蓋構(gòu)件移動到相反位置。例如，所述致動機制可為用彈簧偏置的芯構(gòu)件，隨著覆蓋構(gòu)件從全封閉位置移動到全打開位置，所述覆蓋構(gòu)件會纏繞在所述芯構(gòu)件上。可提供一種驅(qū)動滾軸，其將覆蓋構(gòu)件連接到所述驅(qū)動滾軸的附接構(gòu)件來將所述覆蓋構(gòu)件從所述芯牽拉到全封閉位置。例如，所述附接構(gòu)件可為沿著所述覆蓋構(gòu)件的邊緣間隔開的多個帶狀構(gòu)件。在一個替代性實施例中，所述覆蓋構(gòu)件可為多孔網(wǎng)狀材料，其與所述覆蓋構(gòu)件同延并具有氣流孔，從而在覆蓋構(gòu)件處于打開位置時不會抑制氣流通過多孔窗。在某些實施例中，所述致動機制為雙向驅(qū)動滾軸，其配合覆蓋構(gòu)件并使之在全打開位置與全封閉位置之間交替移動。在其他實施例中，所述風(fēng)力機葉片包括至少一個進(jìn)氣通道，其與多孔窗成氣流連通狀態(tài)。此進(jìn)氣通道可能包括易致動覆蓋板，其可從封閉位置，即進(jìn)氣通道被堵塞的位置， 移動到打開位置，即進(jìn)氣通道暢通以使氣流通過多孔窗的位置。致動器可經(jīng)配置成具有覆蓋板，從而響應(yīng)于控制信號而使所述覆蓋板在打開位置與封閉位置之間移動。本發(fā)明還包括一種具有一片或多片風(fēng)力機葉片的風(fēng)力機，所述風(fēng)力機葉片經(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。參考以下具體說明和所附權(quán)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(gòu)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(lǐng)域一般技術(shù)人員，完整且可實現(xiàn)地詳細(xì)披露了本發(fā)明，包括其最佳模式，其中圖1為傳統(tǒng)風(fēng)力機的透視圖；圖2為具有沿葉片縱向?qū)R的多個多孔窗和相關(guān)覆蓋構(gòu)件的風(fēng)力機轉(zhuǎn)子葉片的縱視圖；圖3為具有可縱向展開的覆蓋構(gòu)件的風(fēng)力機轉(zhuǎn)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(gòu)件的風(fēng)力機轉(zhuǎn)子葉片的縱視圖；圖5為根據(jù)可縱向展開的覆蓋構(gòu)件的替代性實施例的風(fēng)カ機轉(zhuǎn)子葉片的縱視圖；圖6為根據(jù)可縱向展開的覆蓋構(gòu)件的又一實施例的風(fēng)カ機轉(zhuǎn)子葉片的縱視圖；圖7為具有可雙向展開的覆蓋構(gòu)件的風(fēng)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(gòu)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(gòu)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(gòu)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(gòu)件的一個實施例的截面圖；圖12為風(fēng)カ機葉片的縱向內(nèi)部視圖，其圖示具有多個進(jìn)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(gòu)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(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力機。元件符號列表
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力機葉片(16)，其包括壓力側(cè)00)和吸入側(cè)(22)，所述壓力側(cè)和所述吸入側(cè)在前緣04)和后緣06)處接合，并構(gòu)成所述葉片的內(nèi)腔(32)；設(shè)于所述吸入側(cè)中的多孔窗(34)，所述多孔窗允許氣流通過所述吸入側(cè)從所述內(nèi)腔中流出；可展開的覆蓋構(gòu)件(46)，其經(jīng)配置成與所述多孔窗配合，所述覆蓋構(gòu)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；以及致動機制(58)，其置于所述內(nèi)腔中且經(jīng)配置成與所述覆蓋構(gòu)件配合，響應(yīng)于控制信號而使所述覆蓋構(gòu)件在所述全封閉位置與所述全打開位置之間移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片(16)，其特征在于，所述致動機制(58)為主動裝置，其響應(yīng)于主動控制信號來移動所述覆蓋構(gòu)件(46)，所述致動機制與控制器(60)通信， 所述控制器產(chǎn)生所述控制信號，以根據(jù)所述葉片的不同條件以可變的方式定位所述覆蓋構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力機葉片(16)，其特征在于，進(jìn)一步包括多個所述多孔窗 (34)和相應(yīng)所述覆蓋構(gòu)件(46)，所述控制器(60)與所述多個覆蓋構(gòu)件中的每一者通信，其中所述覆蓋構(gòu)件單獨定位，以在不同所述多孔窗之間產(chǎn)生不同的覆蓋范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片(16)，其特征在于，所述致動機制(58)為被動裝置，其經(jīng)配置成與所述覆蓋構(gòu)件G6)配合，以將所述覆蓋構(gòu)件偏置到所述全封閉位置或所述全打開位置，并在所述葉片處于所界定的設(shè)定點條件時使所述覆蓋構(gòu)件移動到相反位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片(16)，其特征在于，所述致動機制(58)包括用彈簧偏置的芯構(gòu)件(62)，隨著所述覆蓋構(gòu)件從所述全封閉位置移動到所述全打開位置，所述覆蓋構(gòu)件G6)會纏繞在所述芯構(gòu)件上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力機葉片，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述覆蓋構(gòu)件06) 從所述芯牽拉到所述全封閉位置的驅(qū)動滾軸(64)，以及將所述覆蓋構(gòu)件連接到所述驅(qū)動滾軸的附接構(gòu)件(65)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力機葉片(16)，其特征在于，所述附接構(gòu)件(65)包括多孔網(wǎng)狀材料，其與所述覆蓋構(gòu)件同延并具有氣流孔，從而在所述覆蓋構(gòu)件處于打開位置時不會抑制氣流通過所述多孔窗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片(16)，其特征在于，所述致動機制(58)包括雙向驅(qū)動滾軸，其配合所述覆蓋構(gòu)件G6)并使之在所述全打開位置與所述全封閉位置之間交替移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述覆蓋構(gòu)件06)包括具有交替的滲透性部分G7)和非滲透性部分0 的環(huán)式構(gòu)件。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機葉片(16)，其特征在于，進(jìn)一步包括至少一個進(jìn)氣通道(44)，其與所述多孔窗(34)成氣流連通狀態(tài)，所述進(jìn)氣通道進(jìn)一步包括易致動的覆蓋板 (68)，其可從封閉位置，即所述進(jìn)氣通道被堵塞的位置，移動到打開位置，即進(jìn)氣通道暢通以使氣流通過所述多孔窗的位置，且所述風(fēng)力機葉片進(jìn)一步包括致動器(70)，其經(jīng)配置成具有所述覆蓋板，所述致動器響應(yīng)于控制信號而使所述覆蓋板在所述打開位置與所述封閉位置之間移動。
11.一種風(fēng)力機(10)，其包括多片風(fēng)力機葉片(16)，每片所述葉片經(jīng)配置成如權(quán)利要求1至10中任一權(quán)利要求所述的那樣。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的風(fēng)力機(10)，其特征在于，所述風(fēng)力機葉片的所述致動機制(58)為主動裝置，其響應(yīng)于主動控制信號來移動所述覆蓋構(gòu)件(46)，所述致動機制與產(chǎn)生所述控制信號的相應(yīng)所述控制器(60)通信，所述控制器與中心風(fēng)力機控制器(76)通信， 從而根據(jù)所述葉片的不同條件以可變的方式定位所述覆蓋構(gòu)件并協(xié)調(diào)所述覆蓋構(gòu)件的移動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的風(fēng)力機(10)，其特征在于，所述中央風(fēng)力機控制器(76)與至少一個條件傳感器(78)通信，其中所述中央風(fēng)力機控制器(76)根據(jù)所述條件傳感器所感測到的條件向所述相應(yīng)葉片控制器(60)產(chǎn)生控制信號。
全文摘要
一種風(fēng)力機葉片，其包括設(shè)于所述葉片的吸入側(cè)中的多孔窗。所述多孔窗允許從所述葉片的內(nèi)腔中流出并通過所述吸入側(cè)的氣流滲透?？烧归_的覆蓋構(gòu)件，其經(jīng)配置成具有多孔窗，且所述覆蓋構(gòu)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。致動機制，其置于所述葉片的所述內(nèi)腔中，且經(jīng)配置成具有所述覆蓋構(gòu)件，從而響應(yīng)于控制信號而使所述覆蓋構(gòu)件在全封閉位置與全打開位置之間移動。
文檔編號F03D3/06GK102536631SQ20111042092
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)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