[发明专利]具有可促动式翼型通道的风力涡轮机转子叶片

说明书

技术领域

本主题主要涉及风力涡轮机，并且具体地涉及为负载控制考虑而具有可控翼型通道的涡轮转子叶片。

背景技术

风力认为是当前可用的最为清洁、对环境最为友好的能源之一，且为此风力涡轮机获得了日益增加的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱，以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用公知的翼片原理捕获来自风的动能并将该动能通过旋转能传送以转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱上，或如果未使用齿轮箱则直接联接到发电机上。发电机然后将机械能转换成可配置到公用电网上的电能。

为了确保风力保持为切实可行的能源，已尝试通过改进风力涡轮机的大小和容量来增加能量输出。一个这样的改型是增加转子叶片的长度和表面面积。然而，转子叶片偏转力和加载的量值通常随着叶片长度，连同风速、涡轮运行状态、叶片刚度以及其它变量的变化而变化。这种增加的加载不仅在转子叶片和其它风力涡轮机构件上产生疲劳而且还会增加转子叶片突然灾难性失效的风险，例如当过多的加载导致叶片偏转而引起塔架撞击时。

因此，负载控制为在现代风力涡轮机的运行中具有决定性的因素。主动桨距控制系统广泛地用来通过改变叶片桨距而控制转子叶片上的负载。然而，在高风况中，由于风阻力增加和桨距控制系统的响应速率而通常难以调整叶片的桨距角。

还公知的是，单独转子叶片的空气动力特性随着负载控制的方式例如利用构造在叶片表面上的可控涡流元件、翅片、突片等而改变。

美国专利No.6984110描述了一种系统，其中，风车叶片设有风压调整孔，这些孔由构造在叶片侧面上的可调整板而可变地遮盖，以便在导向件内沿着叶片表面滑动。需要的是，相对较复杂的机械促动和控制系统同时地调整单个叶片上的所有板。

美国专利No.7400057描述了一种具有环形叠置叶片的全向垂直定向式风力涡轮机。叶片包括沿着前缘的空气泄放通路和各个环形的凹入表面，以便将高动能从叶片的前缘引至凸起表面来加强边界层和减少沿着叶片的空气流动分离。这些通路是开启(未遮盖)的，且在叶片上的负载控制方面并未起到很有意义的作用。

因此，本工业将受益于一种用于单独转子叶片的负载控制系统和方法，其并未在设计负载约束内不利地影响叶片的空气动力性能且相对较为容易地在高负载状态下促动。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐释，或可根据该描述而清楚，或可通过本发明的实施而懂得。

在一个方面，风力涡轮机转子叶片提供有压力侧和吸入侧。至少一个翼型通道限定在压力侧和吸入侧之间。在一个具体实施例中，翼型通道由通路部件限定，该通路部件在压力侧和吸入侧之间的叶片内部空腔内延伸。相应的盖在各个压力侧和吸入侧处构造在翼型通道上，使得各个翼型通道均具有相关的盖组。各盖均可被动地或主动地在闭合位置和开启位置之间促动，其中，在闭合位置，盖与相应的压力侧或吸入侧齐平，以及在开启位置，盖运动以开启翼型通道。例如，盖可枢转到翼型通道中。

叶片可包括定位在叶片上的各个位置处或以叶片上的图案(pattern)定位的一个或多个翼型通道。在一个具体实施例中，翼型通道定位在压力侧上的翼弦位置且朝向叶片后缘成一定角度，使得限定通道的部件在压力侧和吸入侧之间以直线性路径延展且不会经过叶片的内部结构构件，例如翼梁缘条或连板。

对于主动控制盖的实施例，任何方式的机械、电动、液压、气动或其它适合机构都可用来响应于接收自风力涡轮机控制器的控制信号而在闭合位置和开启位置之间主动地驱动盖。例如，为此目的电动马达可与各个盖一起构造。盖可以可变地可定位在闭合位置和完全开启位置之间以可变地控制经过通道的空气流。

在其它实施例中，盖可被动地控制。例如，偏压元件如弹簧、活塞等，可与各个盖一起构造成将盖偏压至闭合位置和在叶片所经历的限定的设定点负载状态下容许盖运动至开启位置。为了使得偏压元件不需要精确地校准或过大，可能期望的是将可促动式锁定件如电磁锁定件与各个盖相结合，以将盖保持在闭合位置。在设定点负载状态下，锁定件将释放盖，该盖于是将克服偏压元件的力而运动至开启位置。偏压元件可具有足够的强度以在相同或不同的设定点负载状态下使盖保持或返回至闭合位置。在备选实施例中，偏压元件具有的强度不足以在设定点负载状态下使盖保持或返回至闭合位置，由此叶片的桨距可改变以将叶片卸载至一定点，藉此偏压元件将使盖返回至闭合位置