專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有鉸接葉梢的葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于具有改良操作性能的現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平的 風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片以及帶有這種葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置。本發(fā)明還 涉及對(duì)運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電裝置的操作進(jìn)行改進(jìn)的方法。
背景技術(shù)：
可從風(fēng)力發(fā)電裝置中得到的功率輸出直接取決于轉(zhuǎn)子面積的大 小以及葉片有效長(zhǎng)度的大小。作為經(jīng)驗(yàn)法則，葉片長(zhǎng)度減短1%意味
著功率輸出減少2-3%。作為盡量節(jié)約材料和重量的結(jié)果，風(fēng)力發(fā)電 裝置上的葉片通常非常柔軟，因此由風(fēng)造成彎曲可能會(huì)相當(dāng)大。由 此葉片變形導(dǎo)致轉(zhuǎn)子面積減少，因此導(dǎo)致在功率產(chǎn)量上出現(xiàn)不希望 的減少。
此外在新型風(fēng)力發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)中，葉片變形通常是尺寸上的一 個(gè)限制因素，因?yàn)槿藗儽仨毐ＷC葉片不會(huì)撞到塔體。更加遠(yuǎn)離塔體 的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是不受歡迎的，因?yàn)橹鬏S長(zhǎng)度上的增加會(huì)引起塔體上的 動(dòng)量變大以及在轂內(nèi)的齒輪和軸承上出現(xiàn)不想要的作用力。
因?yàn)槿Q于風(fēng)速，因此期望既增加轉(zhuǎn)子以更大程度地利用風(fēng)力和 增加功率輸出(在低風(fēng)速的情況下)又改變?nèi)~片形狀以使它們不會(huì) 撞到塔體(在高風(fēng)速的情況下)。
從EP 1019631中知道可以制造預(yù)彎曲的葉片，其在一定程度上 補(bǔ)償了由風(fēng)引起的彎曲。然而，僅在特定的設(shè)計(jì)風(fēng)速下才能得到葉 片的整個(gè)凈長(zhǎng)度。在所有的其它風(fēng)速的情況下，葉片將仍然向著風(fēng) 或向后彎曲。
從具有可響應(yīng)于風(fēng)狀態(tài)而移出或移入的疊縮式葉片的風(fēng)力發(fā)電 裝置中可以知道另一種改變風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子直徑的方法。然而，
純粹從空間觀點(diǎn)來(lái)看，其原理涉及葉片部件要移入彼此，這是不理 想的。但是，缺陷在于葉片的剛性和因此其產(chǎn)出會(huì)通過(guò)使翼片部件 完全或部分容納在其中而非常顯著地變化。因此，在其所有的配置 中，不可能設(shè)計(jì)出具有最佳剛性性質(zhì)的疊縮式葉片。
DE3150715教導(dǎo)了一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其中可繞著鉸鏈以相對(duì) 于各葉片的縱向軸線的(優(yōu)選地)45度的角轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的最遠(yuǎn)端部分。 通過(guò)設(shè)置在葉片外部的彈簧和平衡重物來(lái)平衡各個(gè)葉梢，因此葉梢 能夠設(shè)成三種主要方式并因此影響旋轉(zhuǎn)次數(shù)在低風(fēng)速下和啟動(dòng)期 間，葉片末端將逆著風(fēng)稍微向上轉(zhuǎn)動(dòng)以提供改善的旋轉(zhuǎn)動(dòng)量，在正 常操作中葉片將是筆直的，在風(fēng)速升高的情況下，風(fēng)將使葉梢進(jìn)一 步彎曲，這將具有制動(dòng)效果。然而這種結(jié)構(gòu)意味著不管是在低風(fēng)速 還是在高風(fēng)速的情況下，風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子面積都將減少。同樣， 在風(fēng)使葉梢轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)增加了葉片與塔體碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。最后，從空氣動(dòng) 力學(xué)和操作的角度來(lái)看，所描述的以設(shè)置在葉片外部的平衡重物和
彈簧為特征的這種結(jié)構(gòu)是不利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片，消除 上述由葉片彎曲引起的轉(zhuǎn)子面積減少的問(wèn)題。另一個(gè)目的是在需要 的時(shí)候能夠調(diào)整風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片和塔體之間的距離。
本發(fā)明因此涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片，其包括至少設(shè)置 在葉片內(nèi)部的至少一個(gè)可控制的致動(dòng)器，該致動(dòng)器包括例如電動(dòng)、 液壓和/或氣動(dòng)活塞，以及橫向于葉片縱向方向的至少一個(gè)接頭，通 過(guò)致動(dòng)器控制將葉片的最遠(yuǎn)端部分繞著該接頭從葉片原始旋轉(zhuǎn)面上 向外轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠在運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)轉(zhuǎn)子面積進(jìn)行控制。
通過(guò)這種方法可獲得這樣的優(yōu)點(diǎn)，即能夠在風(fēng)力發(fā)電裝置處于運(yùn) 轉(zhuǎn)狀態(tài)的同時(shí)以不同角度轉(zhuǎn)動(dòng)葉梢，從而改變?nèi)~片形狀以任意地補(bǔ) 償由風(fēng)引起的葉片彎曲。因此能夠在不同的風(fēng)速下使轉(zhuǎn)子面積最大 化，從而能夠得到更高的功率輸出。這種轉(zhuǎn)動(dòng)可以是逆著風(fēng)向上的以補(bǔ)償由風(fēng)引起的彎曲，或在葉片被制成過(guò)于彎曲的情況下，在風(fēng) 速相對(duì)低時(shí)順著風(fēng)向下。根據(jù)本發(fā)明的葉片的另一個(gè)有利功能是， 葉梢還能夠進(jìn)行足夠多的轉(zhuǎn)動(dòng)以使轉(zhuǎn)子面積減少，而這種減少在需 要減少負(fù)栽的高風(fēng)速情況下是必要的。另外，葉梢的轉(zhuǎn)動(dòng)可以用作 風(fēng)力發(fā)電裝置上的剎閘。如本發(fā)明描述的葉梢轉(zhuǎn)動(dòng)作為在運(yùn)轉(zhuǎn)中增 加葉梢與塔體之間距離的簡(jiǎn)單有效方式也是有利的，其中所述距離 可能是一個(gè)受限和連系尺寸參數(shù)(特別是在高風(fēng)速的情況下)。這 樣就能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子設(shè)置成更靠近塔體，和減少風(fēng)力發(fā)電裝置的主軸長(zhǎng) 度，這也就導(dǎo)致了齒輪和軸承上的作用力和負(fù)載的減少。此外，根 據(jù)本發(fā)明，這種接頭意味著葉片能夠被制造成更有彈性，從而節(jié)約 了重量和材料，繼而也就具有更低的生產(chǎn)成本。在葉梢始終垂直于 葉片縱向方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，還達(dá)到了葉梢可用作具有降噪和改進(jìn)性能特 性的小翼。最后，葉梢的轉(zhuǎn)動(dòng)將便于將現(xiàn)在稍微更短一些的葉片從 其生產(chǎn)地點(diǎn)運(yùn)送到風(fēng)力發(fā)電裝置的部署地點(diǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)可控制的致 動(dòng)器，或作為局部或平均風(fēng)速的函數(shù)，而且作為例如葉片上的負(fù)載、 振動(dòng)、噪聲、當(dāng)前的風(fēng)梯度、葉片彎曲、紊流強(qiáng)度、偏航誤差、傾 角、偏航位置、渦輪輸出、空氣密度或當(dāng)前渦輪轉(zhuǎn)速等大量其它運(yùn) 轉(zhuǎn)參數(shù)的函數(shù)，單獨(dú)地或共同地對(duì)葉梢的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制。
本發(fā)明還涉及一種如上所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片，其中接 頭大體沿著葉片輪廓的弦布置。因此在通過(guò)拉力以及氣壓力使接頭 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接頭能夠移動(dòng)。
根據(jù)另 一個(gè)實(shí)施例，如上所述的葉片中的接頭被設(shè)置成相對(duì)葉片
縱向方向成在-60度至+60度之間的角度，并且設(shè)置成與葉片根部 的距離為葉片長(zhǎng)度的80%-90%。
此外，本發(fā)明涉及一種如上所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片，其 至少在接頭周?chē)膮^(qū)域上是由彈性材料諸如橡膠制成。從而實(shí)現(xiàn)了 在對(duì)葉片周?chē)娘L(fēng)流動(dòng)圖象破壞最小的情況下從未轉(zhuǎn)動(dòng)部分到轉(zhuǎn)動(dòng) 部分的平滑過(guò)渡，因此由轉(zhuǎn)動(dòng)引起的功率損失同樣地降到最小。相 比于葉片和葉梢之間的緩慢(edged)或非彈性過(guò)渡，這種平滑過(guò)渡
還使得噪聲得到降低。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，葉片包括旋轉(zhuǎn)接頭或在葉片縱向方 向上有一定伸展性的彈性接頭。通過(guò)后者實(shí)現(xiàn)了葉片的更漸進(jìn)的轉(zhuǎn) 動(dòng)，繼而對(duì)葉片殼體材料的彈性要求更小了。
此外，本發(fā)明涉及如上所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片，其中葉 片包括包含例如電動(dòng)、液壓或氣動(dòng)活塞的且配置成也能夠支撐接頭 的致動(dòng)器。從而以在一定程度上簡(jiǎn)單有效的方式實(shí)現(xiàn)葉梢在所需要 的位置上的固定。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，如上所述，可以通過(guò)一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的實(shí)現(xiàn)所 要求的動(dòng)力傳遞的方法、即通過(guò)一個(gè)或多個(gè)牽線來(lái)使葉梢繞著接頭 轉(zhuǎn)動(dòng)。
此外，本發(fā)明涉及一種具有根據(jù)上述實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)的葉 片的風(fēng)力發(fā)電裝置。
此外，本發(fā)明涉及一種改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電裝置的操作的方法，該方法
包括通過(guò)至少一個(gè)可控制的致動(dòng)器控制將葉片的最遠(yuǎn)端部分繞著 橫向于葉片縱向方向的至少一個(gè)接頭以某一角度從葉片原始旋轉(zhuǎn)面 上向外轉(zhuǎn)動(dòng)，從而在運(yùn)行期間控制轉(zhuǎn)子面積。從而能夠改變和/或增 加轉(zhuǎn)子面積，或增加風(fēng)力發(fā)電裝置上的葉片和塔體之間的距離。如 上所述，其優(yōu)點(diǎn)在關(guān)于用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片的上文中。
本發(fā)明還涉及如上所述的方法，該方法還包括測(cè)量風(fēng)速和/或 葉片變形量，且基于此確定葉梢的轉(zhuǎn)動(dòng)。從而可以得到以下優(yōu)點(diǎn)， 即可以作為葉片風(fēng)速和行為的函數(shù)的方式連續(xù)地確定給出葉片的最 佳整體形狀的葉梢角度。
根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，接頭通過(guò)至少一個(gè)致動(dòng)器相對(duì)于葉梢被支 撐，從而能夠有效地控制和維持葉梢角度。
最后，本發(fā)明還涉及如上所述的方法，其包括能夠使葉梢繞著大 體平行于葉梢的縱向軸線的軸線旋轉(zhuǎn)。因此還能夠選擇如何轉(zhuǎn)動(dòng)葉 梢，這在葉片例如是傾斜的或扭轉(zhuǎn)的情況下是有利的。


下面參考這些圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中
圖l示出了風(fēng)力發(fā)電裝置的典型功率曲線；
圖2示出了在前斜視圖中看到的、具有根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)的葉梢 的風(fēng)力發(fā)電裝置；
圖3示出了從側(cè)面向內(nèi)看去的、從轂開(kāi)始向下并具有根據(jù)本發(fā)明
的用于改變轉(zhuǎn)子面積的轉(zhuǎn)動(dòng)的葉梢的風(fēng)力發(fā)電裝置；
圖4示出了從側(cè)面向內(nèi)看去的、從轂開(kāi)始向下并具有根據(jù)本發(fā)明 的其葉梢被轉(zhuǎn)動(dòng)以增加轉(zhuǎn)子面積的預(yù)彎曲葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置；
圖5示出了從側(cè)面向內(nèi)看去的、從轂開(kāi)始向下并具有根據(jù)本發(fā)明 的用于增加葉梢與塔體之間的距離的轉(zhuǎn)動(dòng)的葉梢的風(fēng)力發(fā)電裝置；
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片的最遠(yuǎn)端部 分，其中一方面是從上面看過(guò)去的，另一方面是從側(cè)面向內(nèi)看去的；
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片的最遠(yuǎn)端部 分的另一個(gè)實(shí)施例，其中一方面是從上面看過(guò)去的，另一方面是從 側(cè)面向內(nèi)看去的；
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的具有彈性接頭的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片的最遠(yuǎn)端部分，其中一方面是從上面看過(guò)去的，另一方面是從 側(cè)面向內(nèi)看去的；
圖9示出了具有接連兩個(gè)接頭的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片的最 遠(yuǎn)端部分的替換實(shí)施例，其中一方面是從上面看過(guò)去的，另一方面 是從側(cè)面向內(nèi)看去的；以及
圖10示出的與圖9相同，但是具有另一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)接頭位置，其 中一方面是從上面看過(guò)去的，另一方面是從側(cè)面向內(nèi)看去的。
具體實(shí)施例方式
圖l示意性地示出了風(fēng)力發(fā)電裝置的典型功率曲線。該曲線示出 了作為風(fēng)速V的函數(shù)所得到的功率P。在速度為V。的啟動(dòng)風(fēng)下風(fēng)力 發(fā)電裝置開(kāi)始輸出電流，從此功率量在風(fēng)速達(dá)到K之前隨著風(fēng)速增
加而增加。在面積101中，風(fēng)力發(fā)電裝置被構(gòu)造成使風(fēng)力發(fā)電裝置的 功率輸出和生產(chǎn)率最大。在風(fēng)速Vi下，風(fēng)力發(fā)電裝置產(chǎn)生最大功率Pmax。速度的大小取決于各種因素，諸如包括例如發(fā)電機(jī)尺寸在內(nèi)的 經(jīng)濟(jì)因素以及要建立風(fēng)力發(fā)電裝置的地方的風(fēng)力條件。從風(fēng)速Vi開(kāi)始直至停止速度V2，風(fēng)力發(fā)電裝置被構(gòu)造成產(chǎn)生恒定的最大效益 Pmax。通常不會(huì)開(kāi)發(fā)實(shí)際可以從高風(fēng)速中得到的額外功率，因?yàn)榕c一 方面這種升高風(fēng)速的頻率和另一方面由相應(yīng)更高的風(fēng)力負(fù)載(為更 堅(jiān)固的齒輪、塔體、發(fā)電機(jī)等形式)引起的額外生產(chǎn)成本相比，這 是無(wú)收益的。在區(qū)域102中，在Vi和V2之間的速度下，風(fēng)力發(fā)電裝 置通常被構(gòu)造成使風(fēng)力發(fā)電裝置上的負(fù)載最小。同樣的，在形成具 有相對(duì)柔軟的葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置的尺寸時(shí)， 一般考慮葉片不能變 形和彎曲很大以至于會(huì)撞到塔體的程度(在考慮彎曲的情況下形成 尺寸)，這恰好在高風(fēng)速下的面積102中是不可忽視的參數(shù)。
圖2示出了具有坐落在轂203中并與其一起旋轉(zhuǎn)的三個(gè)葉片202 的風(fēng)力發(fā)電裝置201。被葉片202掃過(guò)的旋轉(zhuǎn)面積204的面積大小決 定了風(fēng)力發(fā)電裝置能從風(fēng)中提取多少能量，并因此決定了其功率輸 出。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，半徑變小1%將意味著產(chǎn)生的功率減少2-3%。 因此葉片的有效長(zhǎng)度對(duì)于風(fēng)力發(fā)電裝置的生產(chǎn)率來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵的。根 據(jù)用于葉片202的材料，它們可具有相當(dāng)?shù)膿闲?，這種撓性在風(fēng)負(fù)載 的作用下導(dǎo)致葉梢發(fā)生相對(duì)大的變形和彎曲。作為一個(gè)實(shí)例，在對(duì) 應(yīng)于普通運(yùn)行條件的風(fēng)速的情況下，長(zhǎng)度為30米的玻璃纖維葉片能 夠彎曲多達(dá)6米。因此，這種彎曲在相當(dāng)大的程度上減少了轉(zhuǎn)子面 積204。根據(jù)運(yùn)用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了補(bǔ)償葉片的這種變形， 各個(gè)葉片202設(shè)有接頭206，葉梢205能夠繞著該接頭轉(zhuǎn)動(dòng)。在葉梢 未被轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下由葉片掃過(guò)的面被指定為原始旋轉(zhuǎn)面。根據(jù)該運(yùn) 用實(shí)施例，葉梢205從原始旋轉(zhuǎn)面上向外轉(zhuǎn)動(dòng)，由此增加轉(zhuǎn)子面積。
這將也能從圖3中看出，其中圖3以側(cè)視圖示出了風(fēng)力發(fā)電裝置 201的最下端部分。風(fēng)力發(fā)電裝置頂著風(fēng)向上轉(zhuǎn)動(dòng)，其中風(fēng)的方向用 箭頭301表示。用虛線302畫(huà)出處于未變形狀態(tài)下的葉片202的輪廓，且用實(shí)線303畫(huà)出了處于變形狀態(tài)下的葉片202的輪廓。此時(shí)葉梢繞 著沿葉片一段距離設(shè)置的接頭206抵靠著風(fēng)向上轉(zhuǎn)動(dòng)角度304。如圖 所示，這種轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致葉片從轂中伸出的增加量305，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子面 積相應(yīng)增加。優(yōu)選地，在與轂的距離為葉片總長(zhǎng)度的80%-90%之 間的地方設(shè)置接頭206。根據(jù)本發(fā)明，葉片也可以設(shè)有多個(gè)接頭。
圖4示出了一種具有預(yù)彎曲葉片202的風(fēng)力發(fā)電裝置。同樣，虛 線示出了未變形的葉片302，實(shí)線示出了由風(fēng)301引起變形的葉片 303。在低風(fēng)速的情況下，預(yù)彎曲葉片的變形還不足以發(fā)生彎曲，因 此能夠?qū)崿F(xiàn)最大轉(zhuǎn)子面積。在這種情況下，可以通過(guò)讓葉片的最外 端部分205繞著接頭206轉(zhuǎn)動(dòng)角度304形成葉片從轂203中伸出的增 加量305來(lái)增加轉(zhuǎn)子面積。此時(shí)，葉梢205朝著與風(fēng)301 —致的方向 轉(zhuǎn)動(dòng)。
從增加葉片與塔體之間的距離的視角出發(fā)可以使用如上圖所示 的具有鉸接葉梢的葉片。這在圖5中得到說(shuō)明，其類(lèi)似于圖3和4， 在葉片202處于最低位置的情況下，以側(cè)視圖示出了風(fēng)力發(fā)電裝置。 風(fēng)力發(fā)電裝置逆著使葉片沿朝向塔體401的方向彎曲的、具有風(fēng)向 301的風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)。就這方面來(lái)講，當(dāng)然不希望葉片在旋轉(zhuǎn)期間撞到塔體。 另一方面，希望盡可能靠近塔體401地放置葉片202和轂203以減少 主軸長(zhǎng)度，從而減少齒輪和軸承上的負(fù)載和力。在能夠使葉梢關(guān)于 接頭206轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片202與塔體401之間的臨界距離變大。此外， 轉(zhuǎn)動(dòng)可以用作特別是在高風(fēng)速的情況下需要的風(fēng)力發(fā)電裝置上的剎 閘。最后，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)成近似垂直于葉片的其它部分(如圖5中畫(huà)出 的那樣)，葉梢205可以用作小翼。小翼特別是在汽車(chē)和飛機(jī)領(lǐng)域?yàn)?人們所熟知并且起到這樣的效果，即，使葉梢周?chē)臏u流形成最小， 因而相當(dāng)大地減少了來(lái)自旋轉(zhuǎn)葉片的噪聲和增加了空氣動(dòng)力性能。
圖6-10示出了根據(jù)本發(fā)明的具有一個(gè)或多個(gè)接頭206的葉片的 不同實(shí)施例。這些圖的共同點(diǎn)在于它們示出了葉片的最遠(yuǎn)端部分， 其中一方面是從上方垂直于葉片的縱向方向501和葉片輪廓的弦 (cord) 502看到的(在左邊示出)，另一個(gè)方面是從葉片邊緣向內(nèi) 看到的(在右邊示出)。虛線表示葉梢的未彎曲和部分彎曲狀態(tài)。
圖6示出了一個(gè)實(shí)施例，其中橫向于葉片的縱向方向501設(shè)置旋 轉(zhuǎn)接頭206。例如，接頭可以配置為鉸鏈或類(lèi)似物。在示出的實(shí)例中， 接頭206設(shè)置成大致垂直于葉片的縱向方向501，但是也可以選擇將 其相對(duì)于縱向軸線成角度601地放置。這在圖7中得到說(shuō)明。在這里， 關(guān)于圖6的左邊，葉片輪廓被詳細(xì)地示出以清楚示出接頭206沿葉片 輪廓503中的弦502的位置。還可以選擇以其它一些方式設(shè)置接頭， 例如在一段葉片殼體的最外端。接頭的位置決定了葉梢205的最終位 置，因此接頭的最佳結(jié)構(gòu)一方面取決于接頭被使用時(shí)所處的風(fēng)速和 其用途(例如用作小翼或?yàn)榱嗽黾愚D(zhuǎn)子面積)，另一方面取決于葉 片的特定設(shè)計(jì)參數(shù)，諸如葉片沿其長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)量、葉片是否為斜度 可調(diào)整的以及葉片的長(zhǎng)/寬比。在圖6所示的實(shí)例中，使旋轉(zhuǎn)接頭轉(zhuǎn) 動(dòng)角度504。這可以通過(guò)例如能夠如箭頭507所示那樣移動(dòng)的一個(gè)或 多個(gè)液壓活塞506進(jìn)行控制。 一方面，活塞能夠提供功率以使葉梢 205轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的角度；另一方面，活塞支撐接頭，并且抵消來(lái)自風(fēng) 的壓力并且將葉梢205固定所需要的位置上(不管是未轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)還是 轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下)。液壓活塞可以設(shè)在葉片輪廓503上以施加壓力或進(jìn)行 拖拉。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所需要的拉力也可以由一個(gè)或多個(gè)牽線、 或牽線與一個(gè)或多個(gè)活塞的組合來(lái)供應(yīng)。此外，其它類(lèi)型的已知致
動(dòng)器可用于轉(zhuǎn)動(dòng)葉梢。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于各個(gè)葉片的動(dòng)力機(jī)械裝置連接到 中央控制單元，該中央控制單元連接到氣象臺(tái)。該中央控制單元接 收到關(guān)于風(fēng)速的信息，基于這些信息來(lái)確定和控制葉梢的最佳轉(zhuǎn)動(dòng)。 或者，也可以基于葉片的彎曲或負(fù)載的測(cè)量結(jié)果控制葉梢的轉(zhuǎn)動(dòng)， 其中測(cè)量結(jié)果可以例如通過(guò)用應(yīng)力計(jì)、光纖維傳感器或GPS對(duì)一個(gè) 或多個(gè)葉片進(jìn)行連續(xù)測(cè)量得到，或者通過(guò)用例如紅外線或類(lèi)似的對(duì) 葉梢與塔體之間的距離進(jìn)行測(cè)量得到。
為了確保盡可能地不干擾葉片周?chē)牧鲌?chǎng)，在接頭位置周?chē)膮^(qū) 域中，葉片殼體是用彈性材料制成。因此，可以實(shí)現(xiàn)從未轉(zhuǎn)動(dòng)葉梢 連續(xù)過(guò)渡到轉(zhuǎn)動(dòng)葉梢。此外，在葉片回復(fù)到其起始位置上時(shí)，可重 新獲得葉片的原始平滑表面。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，整個(gè)葉 梢是由彈性材料制成。其實(shí)例為橡膠。
圖7說(shuō)明了具有可繞著旋轉(zhuǎn)接頭206諸如鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)的葉梢205 的葉片。與圖6中示出的實(shí)施例相反，雖然此處還橫向于葉片縱軸 501設(shè)置接頭206，但是接頭被設(shè)置成相對(duì)于縱軸成角度601而不是 如圖6所示的設(shè)置成與之垂直。這樣導(dǎo)致了葉梢205的另一種轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié) 構(gòu)，其可根據(jù)葉片是否傾斜或扭轉(zhuǎn)以及其傾斜量或扭轉(zhuǎn)量，更直接 地逆著風(fēng)向上轉(zhuǎn)動(dòng)并因此得到更大的最終轉(zhuǎn)子面積。
圖8示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中葉片中的接頭206被配置 為在葉片的縱向方向501上有一定伸展量的彈性接頭。因此葉梢205 的轉(zhuǎn)動(dòng)要通過(guò)某一段葉片發(fā)生。這可能是有利的，因?yàn)閺奈崔D(zhuǎn)動(dòng)葉 片到葉梢的過(guò)渡延伸了較長(zhǎng)的距離并因此變得遞增漸進(jìn)的。因此， 可以減少葉片殼體材料在各點(diǎn)上的所要求彈性變形，且可相應(yīng)地減 少材料上的負(fù)載。通過(guò)此實(shí)施例，可以得到與具有如上圖6和7所示 的旋轉(zhuǎn)接頭的例子相同的最終角度504，且可以通過(guò)例如液壓活塞或 其它致動(dòng)器和/或牽線以同樣的方式對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制。
還可以在葉片上連續(xù)放置幾個(gè)接頭，因此在幾次操作中或在幾個(gè) 地方同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)葉梢，這樣也可以如上述那樣減少葉片材料上的負(fù)載。 葉梢205的轉(zhuǎn)動(dòng)也可以與葉梢繞著葉片的縱軸501的旋轉(zhuǎn)結(jié)合在一 起。這在圖9和10中得到說(shuō)明。在圖9中，如上所述那樣，首先繞 著橫向于葉片縱軸的根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)接頭206以角度504轉(zhuǎn)動(dòng)葉梢 205。然后繞著葉片的縱軸501如箭頭801所示地旋轉(zhuǎn)葉梢。在圖10 中，對(duì)這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭的順序進(jìn)行了轉(zhuǎn)換以到達(dá)這樣的效果，即首 先如箭頭801所示地繞著縱軸501旋轉(zhuǎn)葉梢205，然后繞著橫向于葉 片縱軸的旋轉(zhuǎn)接頭206轉(zhuǎn)動(dòng)葉梢，隨之得到另一個(gè)最終轉(zhuǎn)動(dòng)位置。如 前所述，形成葉梢的最佳轉(zhuǎn)動(dòng)的接頭方式、數(shù)量以及類(lèi)型取決于幾 個(gè)不同的參數(shù)，諸如葉片沿其長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)，以及取決于當(dāng)前風(fēng)速的 葉片轉(zhuǎn)動(dòng)目的。
將能理解在本說(shuō)明書(shū)和圖中提及的發(fā)明可被改進(jìn)和改變，同時(shí)繼 續(xù)包括在由以下權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片(202)，其特征在于，其包括至少一個(gè)可控制致動(dòng)器(506)，其設(shè)置在葉片內(nèi)部并且包括例如電動(dòng)、液壓和/或氣動(dòng)活塞；至少一個(gè)接頭(206)，其橫向于葉片的縱向方向(501)，可通過(guò)所述可控制致動(dòng)器控制葉片的最遠(yuǎn)端部分(205)繞著接頭(206)從葉片原始旋轉(zhuǎn)面向外轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，從而能夠在運(yùn)行中控制轉(zhuǎn)子面積(204)。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的葉片，其中接頭 (206)大體沿著葉片輪廓的弦(502)設(shè)置。
3. 如權(quán)利要求1-2中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片，其中接頭(206 )被設(shè)置成相對(duì)于葉片的縱向方向(501)成在 -60度到+60度之間的角度(601)。
4. 如權(quán)利要求l -3中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片，其中接頭(206)位于與葉片根部間隔為葉片長(zhǎng)度的80%-90% 的地方。
5. 如權(quán)利要求l-4中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片，其中葉片至少在接頭(206)周?chē)膮^(qū)域上是用彈性材料諸如 橡膠制成。
6. 如權(quán)利要求1 - 5中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片，其中接頭(206 )包括旋轉(zhuǎn)接頭。
7. 如權(quán)利要求l-6中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片，其中接頭(206)包括在葉片的縱向方向(501)上具有一定伸 展性的彈性接頭。
8. 如權(quán)利要求l-7中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片，其中葉片包括致動(dòng)器(506),該致動(dòng)器包括例如電動(dòng)、液壓 或氣動(dòng)活塞，所述活塞被構(gòu)造成能夠支撐接頭(206)。
9. 如權(quán)利要求l - 8中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的用于風(fēng)力發(fā)電裝置的 葉片，其中葉片包括被構(gòu)造成能夠繞著接頭(206)轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的最外 端部分(205 )的牽線。
10. —種以根據(jù)權(quán)利要求1-9中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的葉片為特 征的風(fēng)力發(fā)電裝置。
11. 一種改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電裝置的操作的方法，其特征在于，其包括 通過(guò)至少一個(gè)致動(dòng)器(50)控制葉片的最遠(yuǎn)端部分(205)繞著橫向 于葉片的縱向方向(501)的至少一個(gè)接頭(206)從葉片原始旋轉(zhuǎn)面 向外轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，從而在運(yùn)行期間控制轉(zhuǎn)子面積(204)。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中相對(duì)于葉片轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的最 遠(yuǎn)端部分(205 )，從而增加旋轉(zhuǎn)面積(204)。
13. 如權(quán)利要求11所迷的方法，其中葉片的最遠(yuǎn)端部分(205) 相對(duì)于風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增加風(fēng)力發(fā)電裝置上的葉片(202)與塔體(401) 之間的間隔。
14. 如權(quán)利要求11-13中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，還包括測(cè) 量風(fēng)速并基于該分速確定葉梢的轉(zhuǎn)動(dòng)。
15. 如權(quán)利要求11-14中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，還包括測(cè) 量葉片的變形并基于該變形確定葉梢的轉(zhuǎn)動(dòng)。
16. 如權(quán)利要求11-15中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，還包括通 過(guò)至少一個(gè)致動(dòng)器(506 )相對(duì)于葉梢(205)支撐接頭(206)。
17. 如權(quán)利要求11-16中的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，還包括繞 著與葉片的縱向軸線(501)大體平行的軸線旋轉(zhuǎn)葉梢(205)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力發(fā)電裝置(201)的葉片(202)，其包括可控制的致動(dòng)器和橫向于葉片的縱向方向的至少一個(gè)接頭(206)，通過(guò)致動(dòng)器控制葉片的最遠(yuǎn)端部分(205)從葉片原始旋轉(zhuǎn)面向外轉(zhuǎn)動(dòng)某一角度。從而能夠在運(yùn)轉(zhuǎn)期間對(duì)轉(zhuǎn)子面積進(jìn)行連續(xù)控制，且可以增加/減少葉梢和塔體之間的距離?？赏ㄟ^(guò)牽線和/或致動(dòng)器諸如電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓活塞來(lái)控制接頭的轉(zhuǎn)動(dòng)和支撐。本發(fā)明還涉及使用該機(jī)構(gòu)對(duì)運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電裝置的操作進(jìn)行改進(jìn)的方法。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101198788SQ200680021746
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月17日
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