專利名稱：操縱跨過風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的邊界層的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及風(fēng)力渦輪機，更具體地涉及用于操縱跨過風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的邊界層的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
至少一些已知的風(fēng)力渦輪機包括固定在塔架頂上的機艙，機艙包括通過軸聯(lián)接至發(fā)電機的轉(zhuǎn)子。在已知的轉(zhuǎn)子組件中，多個葉片從轉(zhuǎn)子延伸。葉片定向成使得經(jīng)過葉片的風(fēng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動并且使軸旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。隨著風(fēng)流過轉(zhuǎn)子葉片的外表面，在外表面之上形成了有利于跨過轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生升力的邊界層。至少一些已知的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片包括主動流動控制系統(tǒng)。主動流動控制 (AFC)是用于對給定的流入條件作出反應(yīng)而主動嘗試影響物體的氣動響應(yīng)的技術(shù)和/或系統(tǒng)的一般性術(shù)語。更具體地，至少一些已知的AFC系統(tǒng)用于操縱跨過風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的邊界層。至少一些已知的AFC系統(tǒng)使用空氣供給系統(tǒng)來提供將從轉(zhuǎn)子葉片排出并進入邊界層中的空氣。已知的AFC系統(tǒng)要求將空氣從機艙和/或轂引導(dǎo)至轉(zhuǎn)子葉片。通過從機艙和/或轂引導(dǎo)空氣，已知的AFC系統(tǒng)使風(fēng)力渦輪機部件的能量需求增加，從而導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機的年發(fā)電量的減少。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，提供一種用于操縱跨過風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的空氣的邊界層的空氣分配系統(tǒng)。該風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片包括其中限定腔的至少一個側(cè)壁。側(cè)壁在前緣與軸向地間隔開的后緣之間延伸，并在前緣與后緣之間限定弦向軸線。該空氣分配系統(tǒng)包括多個泄流組件，多個泄流組件定位在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)并構(gòu)造成將空氣排出至邊界層中以減少邊界層與轉(zhuǎn)子葉片的分離。多個泄流組件中的每個泄流組件都包括泄流管道，泄流管道聯(lián)接至側(cè)壁的內(nèi)表面上并相對于前緣與后緣之間的弦向軸線定向。泄流管道構(gòu)造成引導(dǎo)空氣穿過轉(zhuǎn)子葉片。穿過泄流管道并穿過側(cè)壁限定入口孔，以將空氣引導(dǎo)至泄流管道中。穿過泄流管道并穿過側(cè)壁限定出口孔，以將空氣從泄流管道排出至邊界層中。在另一個方面中，提供一種風(fēng)力渦輪機。該風(fēng)力渦輪機包括塔架；聯(lián)接至塔架上的機艙；可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至機艙上的轂；以及聯(lián)接至轂上的至少一個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片包括至少一個側(cè)壁，該至少一個側(cè)壁具有限定腔的內(nèi)表面和在前緣與軸向地間隔開的后緣之間延伸的外表面。多個泄流組件定位在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)，用于將空氣排出至跨過外表面的空氣的邊界層中從而減少邊界層與外表面的分離。多個泄流組件中的每個泄流組件都包括泄流管道，泄流管道聯(lián)接至側(cè)壁的內(nèi)表面上并相對于前緣與后緣之間限定的弦向軸線定向。泄流管道構(gòu)造成引導(dǎo)空氣穿過轉(zhuǎn)子葉片。穿過泄流管道并穿過側(cè)壁限定入口孔，以將空氣引導(dǎo)至泄流管道中。穿過泄流管道并穿過側(cè)壁限定出口孔，以將空氣從泄流管道排出至邊界層中。所述側(cè)壁包括第一葉片段和聯(lián)接至所述第一葉片段上以形成所述轉(zhuǎn)子葉片的相對的第二葉片段，穿過接近所述后緣的所述第一葉片段限定所述出口孔，穿過接近所述前緣的所述第二葉片段限定所述入口孔。所述轉(zhuǎn)子葉片具有與所述弦向軸線垂直地限定的厚度，所述出口孔定位在所述后緣與所述轉(zhuǎn)子葉片相對于所述弦向軸線的最大厚度的位置之間。所述入口孔定位在所述前緣與相對于所述弦向軸線的最大厚度的位置之間。所述轉(zhuǎn)子葉片進一步包括旁流組件，穿過所述轉(zhuǎn)子葉片限定所述旁流組件以在陣風(fēng)過程中選擇性地引導(dǎo)空氣穿過所述轉(zhuǎn)子葉片，從而減小跨過所述轉(zhuǎn)子葉片的升力，所述旁流組件包括多個旁路入口開口，穿過所述第二葉片段限定所述多個旁路入口開口，以將環(huán)境空氣引導(dǎo)至所述轉(zhuǎn)子葉片腔內(nèi)；以及多個旁路出口開口，穿過所述第一葉片段限定所述多個旁路出口開口，以將空氣從所述轉(zhuǎn)子葉片腔排出至所述邊界層內(nèi)。 所述旁流組件進一步包括多個出口艙蓋，所述多個出口艙蓋聯(lián)接至所述第一葉片段上并相對于相應(yīng)的旁路出口開口定位，所述多個出口艙蓋中的每個出口艙蓋均能夠運動，以在第一位置中遮蓋相應(yīng)的旁路出口開口并在第二位置中允許將空氣從所述轉(zhuǎn)子葉片腔排出；以及多個入口艙蓋，所述多個入口艙蓋聯(lián)接至所述第二葉片段上并相對于相應(yīng)的旁路入口開口定位，每個入口艙蓋均能夠在所述第一位置與所述第二位置之間運動，以在所述第一位置中遮蓋所述旁路入口開口并在所述第二位置中允許將空氣引導(dǎo)至所述轉(zhuǎn)子葉片腔內(nèi)。所述旁流組件進一步包括多個致動器，每個所述致動器均操作地聯(lián)接至相應(yīng)的入口艙蓋上，以將所述入口艙蓋定位在所述第一位置、所述第二位置以及所述第一位置與所述第二位置之間的任意位置處；以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)操作地聯(lián)接至所述入口艙蓋上，以便于在所述第一位置、所述第二位置以及所述第一位置與所述第二位置之間的任意位置處運動所述入口艙蓋。所述轉(zhuǎn)子葉片在根部與尖端部之間延伸，所述空氣分配系統(tǒng)進一步包括至少一個進氣孔，穿過所述側(cè)壁限定所述至少一個進氣孔；至少一個排氣孔，所述至少一個排氣孔穿過所述側(cè)壁限定并鄰近所述尖端部定位；以及排氣歧管，所述排氣歧管聯(lián)接至所述進氣孔與所述排氣孔之間，用于穿過所述轉(zhuǎn)子葉片的所述尖端部將空氣排出。在又一個方面中，提供一種操縱跨過風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的邊界層的方法。該轉(zhuǎn)子葉片具有其中限定腔的至少一個側(cè)壁。該側(cè)壁在前緣與軸向地間隔開的后緣之間延伸， 并且在前緣與后緣之間限定弦向軸線。該方法包括將泄流管道聯(lián)接至側(cè)壁的內(nèi)表面上并相對于前緣與后緣之間的弦向軸線定向泄流管道。穿過側(cè)壁并穿過泄流管道形成入口孔，以提供環(huán)境空氣與泄流管道之間的流動連通。穿過側(cè)壁并穿過泄流管道形成出口孔，以提供泄流管道與邊界層之間的流動連通。穿過泄流管道將空氣從入口孔引導(dǎo)至出口孔，并將空氣從泄流管道排出至邊界層中，以防止邊界層與轉(zhuǎn)子葉片的分離。所述葉片側(cè)壁包括第一葉片段和聯(lián)接至所述第一葉片段上以形成所述轉(zhuǎn)子葉片的相對的第二葉片段，所述方法進一步包括
穿過接近所述后緣的所述第一葉片段形成所述出口孔；以及穿過接近所述前緣的所述第二葉片段形成所述入口孔。所述的方法，進一步包括將旁流組件聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子葉片上；將指示風(fēng)速的信號從傳感器傳輸至控制系統(tǒng)；基于感測的風(fēng)速操作所述旁流組件，以將空氣從所述轉(zhuǎn)子葉片腔引導(dǎo)至所述邊界層內(nèi)。所述的方法，將旁流組件聯(lián)接至所述轉(zhuǎn)子葉片上包括穿過所述第二葉片段形成多個旁路入口開口，以將環(huán)境空氣引導(dǎo)至所述轉(zhuǎn)子葉片腔內(nèi)；穿過所述第一葉片段形成多個旁路出口開口，以將空氣從所述轉(zhuǎn)子葉片腔排出至所述邊界層內(nèi)；以及將多個出口艙蓋聯(lián)接至鄰近相應(yīng)的旁路出口開口的所述第一葉片段上，每個出口艙蓋均能夠運動，以在第一位置中遮蓋相應(yīng)的旁路出口開口并在第二位置中允許將空氣從所述轉(zhuǎn)子葉片腔排出。


圖I是示例性風(fēng)力渦輪機的一部分的透視圖。圖2是適于與圖I所示的風(fēng)力渦輪機一起使用的示例性轉(zhuǎn)子葉片的透視圖，該示例性轉(zhuǎn)子葉片包括示例性空氣分配系統(tǒng)。圖3是沿剖面線3-3的圖2所示的包括空氣分配系統(tǒng)的示例性轉(zhuǎn)子葉片的橫截面圖。圖4是沿剖面線4-4的圖2所示的包括空氣分配系統(tǒng)的示例性轉(zhuǎn)子葉片的另一個橫截面圖。圖5是適于與圖I所示的風(fēng)力渦輪機一起使用的示例性控制系統(tǒng)的框圖。圖6是示出操縱跨過圖2所示的轉(zhuǎn)子葉片的邊界層的示例性方法的流程圖。附圖標記列表:
權(quán)利要求
1.一種用于操縱跨過風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(28)的空氣的邊界層(76)的空氣分配系統(tǒng) (30)，所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片具有在其中限定腔￠0)的至少一個側(cè)壁(54)，所述側(cè)壁在前緣(66)與軸向地間隔開的后緣(68)之間延伸并在所述前緣與所述后緣之間限定弦向軸線(44)，所述空氣分配系統(tǒng)包括多個泄流組件(84)，所述多個泄流組件(84)定位在所述轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)并構(gòu)造成將空氣排出至所述邊界層內(nèi)以減少所述邊界層與所述轉(zhuǎn)子葉片的分離，所述多個泄流組件中的每個泄流組件均包括泄流管道(90)，所述泄流管道(90)聯(lián)接至所述側(cè)壁的內(nèi)表面(92)上并相對于所述前緣與所述后緣之間的所述弦向軸線定向，所述泄流管道構(gòu)造成引導(dǎo)空氣穿過所述轉(zhuǎn)子葉片;入口孔(86)，穿過所述泄流管道并穿過所述側(cè)壁限定所述入口孔(86)，以將空氣引導(dǎo)至所述泄流管道內(nèi)；以及出口孔(88)，穿過所述泄流管道并穿過所述側(cè)壁限定所述出口孔(88)，以將空氣從所述泄流管道排出至所述邊界層內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣分配系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述葉片側(cè)壁(54)包括第一葉片段和聯(lián)接至所述第一葉片段上以形成所述轉(zhuǎn)子葉片(28)的相對的第二葉片段，穿過接近所述后緣￠8)的所述第一葉片段限定所述出口孔(88)，穿過接近所述前緣的所述第二葉片段限定所述入口孔(86)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣分配系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片 (28)具有與所述弦向軸線(44)垂直地限定的厚度(22)，所述出口孔(88)定位在所述后緣 (68)與所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片相對于所述弦向軸線的最大厚度的位置之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣分配系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述入口孔(86)定位在所述前緣(66)與相對于所述弦向軸線(44)的最大厚度(72)的位置之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣分配系統(tǒng)(30)，進一步包括旁流組件(146)，穿過所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片(28)限定所述旁流組件(146)，以在陣風(fēng)過程中選擇性地引導(dǎo)空氣穿過所述轉(zhuǎn)子葉片，從而減小跨過所述轉(zhuǎn)子葉片的升力，所述旁流組件包括多個旁路入口開口(148)，穿過所述第二葉片段限定所述多個旁路入口開口(148)，以將環(huán)境空氣引導(dǎo)至所述轉(zhuǎn)子葉片腔(60)內(nèi)；以及多個旁路出口開口(150)，穿過所述第一葉片段限定所述多個旁路出口開口(150)，以將空氣從所述轉(zhuǎn)子葉片腔排出至所述邊界層(76)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣分配系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述旁流組件(146)進一步包括多個出口艙蓋(158)，所述多個出口艙蓋(158)聯(lián)接至所述第一葉片段上并相對于相應(yīng)的旁路出口開口(150)定位，所述多個出口艙蓋中的每個出口艙蓋均能夠運動，以在第一位置(160)中遮蓋相應(yīng)的旁路出口開口并在第二位置(162)中允許將空氣從所述轉(zhuǎn)子葉片腔(60)排出；以及多個入口艙蓋(164)，所述多個入口艙蓋(164)聯(lián)接至所述第二葉片段上并相對于相應(yīng)的旁路入口開口(148)定位，每個入口艙蓋均能夠在所述第一位置與所述第二位置之間運動，以在所述第一位置中遮蓋所述旁路入口開口并在所述第二位置中允許將空氣引導(dǎo)至所述轉(zhuǎn)子葉片腔內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的空氣分配系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述旁流組件(146)進一步包括多個致動器(166)，每個所述致動器均操作地聯(lián)接至相應(yīng)的入口艙蓋(164)上，以將所述入口艙蓋定位在所述第一位置(160)、所述第二位置以及所述第一位置(160)與所述第二位置之間的任意位置處；以及控制系統(tǒng)(32)，所述控制系統(tǒng)(32)操作地聯(lián)接至所述入口艙蓋上，以便于在所述第一位置、所述第二位置(162)以及所述第一位置與所述第二位置(162)之間的任意位置運動所述入口艙蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的空氣分配系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片在根部(50) 與尖端部(52)之間延伸，所述空氣分配系統(tǒng)進一步包括至少一個進氣孔(174)，穿過所述側(cè)壁(54)限定所述至少一個進氣孔(174)；至少一個排氣孔(176)，所述至少一個排氣孔(176)穿過所述側(cè)壁限定并鄰近所述尖端部(52)定位；以及排氣歧管(172)，所述排氣歧管(172)聯(lián)接在所述進氣孔與所述排氣孔之間，用于穿過所述轉(zhuǎn)子葉片的所述尖端部排出空氣。
9.一種風(fēng)力渦輪機(10)，包括塔架(12)；機艙(16)，所述機艙(16)聯(lián)接至所述塔架上；轂(26)，所述轂(26)可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接至所述機艙上；至少一個轉(zhuǎn)子葉片(28)，所述至少一個轉(zhuǎn)子葉片聯(lián)接至所述轂上，所述轉(zhuǎn)子葉片包括至少一個側(cè)壁(54)，所述至少一個側(cè)壁(54)具有限定腔￠0)的內(nèi)表面(92)和在前緣(66) 與軸向地間隔開的后緣(68)之間延伸的外表面(74);以及多個泄流組件(84)，所述多個泄流組件(84)定位在所述轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)，用于將空氣排出至跨過所述外表面的空氣的邊界層(76)內(nèi)，從而減少所述邊界層與所述外表面的分離，所述多個泄流組件中的每個泄流組件均包括泄流管道(122)，所述泄流管道(122)聯(lián)接至所述側(cè)壁(114)的內(nèi)表面(114)上并相對于所述前緣(66)與所述后緣之間限定的弦向軸線(44)定向，所述泄流管道構(gòu)造成引導(dǎo)空氣穿過所述轉(zhuǎn)子葉片；入口孔(124)，穿過所述泄流管道并穿過所述側(cè)壁限定所述入口孔(124)，以將空氣引導(dǎo)至所述泄流管道內(nèi)；以及出口孔(126)，穿過所述泄流管道并穿過所述側(cè)壁限定所述出口孔(126)，以將空氣從所述泄流管道排出至所述邊界層內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(10)，其特征在于，所述側(cè)壁(54)包括第一葉片段和聯(lián)接至所述第一葉片段上以形成所述轉(zhuǎn)子葉片(28)的相對的第二葉片段，穿過接近所述后緣￠8)的所述第一葉片段限定所述出口孔(126)，穿過接近所述前緣￠6)的所述第二葉片段限定所述入口孔(124)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于操縱跨過風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的空氣的邊界層的空氣分配系統(tǒng)。該風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片包括其中限定腔的至少一個側(cè)壁。該側(cè)壁在前緣與軸向地間隔開的后緣之間延伸，并且在前緣與后緣之間限定弦向軸線?？諝夥峙湎到y(tǒng)包括多個泄流組件，多個泄流組件定位在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)并構(gòu)造成將空氣排出至邊界層中以減少邊界層與轉(zhuǎn)子葉片的分離。多個泄流組件中的每個泄流組件都包括泄流管道，泄流管道聯(lián)接至所述側(cè)壁的內(nèi)表面上并相對于前緣與后緣之間的弦向軸線定向。泄流管道構(gòu)造成引導(dǎo)空氣穿過轉(zhuǎn)子葉片。穿過泄流管道并穿過側(cè)壁限定入口孔，以將空氣引導(dǎo)至泄流管道中。穿過泄流管道并穿過側(cè)壁限定出口孔，以將空氣從泄流管道排出至邊界層中。
文檔編號F03D7/04GK102588205SQ201210012918
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者A·古普塔, N·沙斯特里, S·S·海索拉 申請人:通用電氣公司