專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部套筒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
文中所述主題主要涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，且更具體地涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部套筒。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)是一種用于將風(fēng)中的動能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的機(jī)器。如果該機(jī)械能直接由機(jī)械使用，例如用來泵送水或磨麥，則風(fēng)力渦輪機(jī)可稱為風(fēng)車。類似而言，如果機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電，則該機(jī)器還可稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電設(shè)施。 風(fēng)力渦輪機(jī)通常根據(jù)葉片圍繞其旋轉(zhuǎn)的垂直或水平軸線進(jìn)行劃分。在圖1中示意性地示出了一種所謂的水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，且其可從通用電氣公司獲得。用于風(fēng)力渦輪機(jī)2的這種具體構(gòu)造包括塔架4，塔架4支承裝入傳動系8的機(jī)艙6。葉片10布置在"轂蓋(spi皿er)"或輪轂9上，用以在傳動系8的一端位于機(jī)艙6的外部形成"轉(zhuǎn)子"。旋轉(zhuǎn)葉片10驅(qū)動連接到發(fā)電機(jī)14上的齒輪箱12，發(fā)電機(jī)14在傳動系8的另一端連同控制系統(tǒng)16一起布置在機(jī)艙6內(nèi)，該控制系統(tǒng)16可接收來自風(fēng)速計18的輸入。 當(dāng)葉片10在"轉(zhuǎn)子平面"內(nèi)自旋時，該葉片由運動空氣產(chǎn)生隨后施加給轉(zhuǎn)子的升力以及俘獲動量。各葉片10通常在其"根部"端緊固到輪轂9上，且之后沿徑向"向外""橫越"至自由的"尖部"端。葉片10的前部或"前緣"連接葉片首先接觸空氣的最前點。葉片10的后部或"后緣"為已由前緣間隔開的空氣流在經(jīng)過葉片的吸力表面和壓力表面后再次匯合的位置。"翼弦線"沿經(jīng)過葉片的典型空氣流的方向連接葉片的前緣和后緣。翼弦線的長度簡單地稱為"翼弦"。 葉片10的厚度沿平面形狀(planform)而變化，以及對于任何具體的翼弦線而言在葉片的對置側(cè)上，用語"厚度"通常用來描述在低壓吸力表面和高壓力表面之間的最大距離。當(dāng)垂直于流的方向觀察時，葉片10的形狀稱為"平面形狀"。"迎角"是用來描述在葉片10的翼弦線和表示在葉片和空氣之間相對運動的矢量之間的角度的用語。"變槳"是指旋轉(zhuǎn)整個葉片10的迎角進(jìn)入或離開風(fēng)，以便控制轉(zhuǎn)速和/或吸收來自風(fēng)中的動力。例如，使葉片10 "朝向順槳"變槳是指旋轉(zhuǎn)葉片的前緣進(jìn)入風(fēng)中，而使葉片"朝向失速"變槳是指旋轉(zhuǎn)葉片的前緣離開風(fēng)。 葉片10的根部端常常為圓柱形形狀，以便有助于將葉片連接到輪轂9上。然而，這種圓柱形根部構(gòu)造在俘獲來自運動空氣中的動量時并不是非常有效。

發(fā)明內(nèi)容
與此類常規(guī)方式相關(guān)的這些和其它缺點在文中通過在各個實施例中提供一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的套筒而予以解決，該套筒包括用于接收風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部端的開口 ；以及用于充分鄰接風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂的內(nèi)側(cè)邊緣。


現(xiàn)在將參看以下附圖來描述本技術(shù)的各個方面，各附圖并無必要按比例繪制，但使用相同的標(biāo)號來指示全部各個視圖中的對應(yīng)部件。圖1為常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的示意性側(cè)視圖。圖2為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和根部套筒的平面形狀視圖。圖3為沿圖2中的截面線III-III所截取的截面圖。圖4為沿圖2中的截面線IV-IV所截取的截面圖。圖5為沿圖2中的截面線IV-IV所截取的另一截面圖。零件清單2風(fēng)力渦輪機(jī)4塔架6機(jī)艙8傳動系9輪轂10葉片12齒輪箱14發(fā)電機(jī)16控制系統(tǒng)18風(fēng)速計20套筒22內(nèi)側(cè)邊緣24前緣26后緣28外側(cè)邊緣30間距32流線
具體實施例方式
圖2為根據(jù)圖1的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的平面形狀視圖，該葉片10具有布置在葉片根部端的套筒20。然而，套筒20可結(jié)合任一或所有的葉片IO—起使用，結(jié)合其它類型的風(fēng)力渦輪機(jī)2 —起使用，和/或結(jié)合除開圖I和圖2所示那些的其它類型的風(fēng)力渦輪機(jī)葉
片io—起使用。 套筒20包括用于接收風(fēng)力渦輪機(jī)葉片IO根部端的開口，該根部端在圖2中由虛線所示。例如，所示葉片10的根部端為大致圓柱形。在正常運行期間，套筒20的內(nèi)側(cè)邊緣22布置在輪轂9處或其附近，用于大致鄰接輪轂和/或用于緊固到輪轂上。在所示實例中，套筒20沿翼展方向向外延伸至葉片10的最大翼弦，并保持與從圓形根部至葉片最大翼弦的翼型形狀的過渡部分協(xié)同工作的翼型形狀。然而，其它的套筒構(gòu)造也可使用，包括沿翼展方向和/或翼弦方向更長和更短的構(gòu)造。 如在圖3至圖5中所示截面圖中最佳地示出，套筒20具有翼型形狀，包括成圓角(rounded)的前緣24和銳利的后緣26。在所示實例中，套筒20還具有比外側(cè)翼弦(例如在截面線IV-IV處)更長的內(nèi)側(cè)翼弦(例如在截面線III-III處)。然而，也可采用任何其它的形狀，包括其它的翼型形狀。 套筒20的外側(cè)邊緣28具有布置在葉片10的吸力側(cè)和壓力側(cè)的至少一者上的凹入的平面形狀。在所示實例中，相同的凹入的平面形狀布置在外側(cè)邊緣28的壓力側(cè)和吸力側(cè)兩者上。然而，平面形狀還可在套筒20的各側(cè)上形成不同的形狀和/或僅布置在套筒的 如圖4和圖5中所示，葉片10在套筒20內(nèi)可旋轉(zhuǎn)，以便適應(yīng)葉片10的正常變槳。在這些實例中，套筒20不會旋轉(zhuǎn)或以其它方式與葉片10 —起變槳，并且可固定到輪轂9上。然而，套筒20還可固定到葉片10上，布置成與葉片10 —起變槳，和/或獨立于葉片進(jìn)行變槳。 間距30布置在葉片10和套筒20之間，用于容許在葉片10和套筒外側(cè)邊緣28之間的空氣流，如由圖4和圖5中的流線32所示。在圖4中所示的葉片10相對于套筒20的精細(xì)變槳旋轉(zhuǎn)位置，平滑的流線示出了在該構(gòu)造中所產(chǎn)生的多元件截面翼型效應(yīng)。在圖5中所示的葉片10的順槳變槳旋轉(zhuǎn)位置，隔離的流提供了減小的升力。所示多元件的翼型構(gòu)造在精細(xì)變槳中高效地運行而在順槳變槳中低效地運行。套筒20的前緣還可進(jìn)一步延伸和定形成用以與這些特征協(xié)同地工作，而套筒的后緣也可延伸以便進(jìn)一步使翼弦延伸和提取動力。 文中所披露的技術(shù)能夠提高在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10根部處的動力提取以及相關(guān)附加的年度能量生成。因此，本發(fā)明將產(chǎn)生增加的年度能量生成并且有可能減小在停機(jī)位置的負(fù)荷。通過優(yōu)化構(gòu)造，還可獲得提高的動力、設(shè)備利用率(capacity factor)、降低的用電成本以及更低的接通速度。本技術(shù)制造簡單，并且可針對各個風(fēng)力級數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本技術(shù)還保持標(biāo)準(zhǔn)的葉片構(gòu)成，具有用于固定到變槳機(jī)構(gòu)上的圓形根部以及通向葉片最大翼弦點以便引入的過渡部分。此外，本技術(shù)還允許在幾何形狀方面從低空氣動力學(xué)效率的圓柱形狀至更為高效的翼型形狀的逐步改變。 應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，上述實施例且尤其是任一"優(yōu)選的"實施例僅為文中闡述的各個實施方案的實例，用以提高對本技術(shù)各個方面的清楚理解。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在基本上不背離由所附權(quán)利要求的正確構(gòu)成所單獨限定的保護(hù)范圍的情形中將能夠?qū)@些實施例中的許多實施例進(jìn)行變更。
權(quán)利要求
一種風(fēng)力渦輪機(jī)(2)，包括塔架(4)；布置在所述塔架(4)上的機(jī)艙(6)；齒輪箱(12)，其連接到布置在所述機(jī)艙(6)中的發(fā)電機(jī)(14)上；葉片(10)，其布置在輪轂(9)上用于使所述齒輪箱(12)旋轉(zhuǎn)和驅(qū)動所述發(fā)電機(jī)(14)；用于裝入所述葉片(10)的一部分的套筒(20)，其具有大致成圓角的前緣(24)和大致銳利的后緣(26)，布置在所述葉片(10)的根部端大致鄰接所述輪轂(9)；間距(30)，其用于容許在所述葉片(10)和所述套筒(20)之間的空氣流；以及其中，所述葉片(10)可在所述套筒(20)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述套筒(20)在翼展方向上沿所述葉片(10)至少延伸到所述葉片的最大翼弦的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述套筒(20)包括外側(cè)邊緣(28)，所述外側(cè)邊緣(28)具有布置在所述葉片(10)的吸力側(cè)上的凹入的平面形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述間距(30)容許在所述葉片(10)和所述外側(cè)邊緣(28)之間的空氣流，所述外側(cè)邊緣(28)具有布置在所述葉片(10)的吸力側(cè)上的凹入的平面形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述套筒(20)的外側(cè)邊緣(28)還包括布置在所述葉片的壓力側(cè)上的凹入的平面形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求5中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述套筒(20)的內(nèi)側(cè)翼弦比所述套筒(20)的外側(cè)翼弦更長。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述套筒(20)與所述葉片(10) 一起旋轉(zhuǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求7中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述套筒(20)獨立于所述葉片(10)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求6中任一項所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述套筒(20)相對于所述輪轂(9)是固定的。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的套筒。具體而言，一種風(fēng)力渦輪機(jī)(2)，包括塔架(4)；布置在塔架(4)上的機(jī)艙(6)；齒輪箱(12)，其連接到布置在機(jī)艙(6)中的發(fā)電機(jī)(14)上；葉片(10)，其布置在輪轂(9)上用于旋轉(zhuǎn)齒輪箱(12)和驅(qū)動發(fā)電機(jī)(14)；用于裝入葉片(10)的一部分的套筒(20)，其具有大致成圓角的前緣(24)和大致銳利的后緣(26)，布置在葉片(10)的根部端大致鄰接輪轂(9)；間距(30)，其用于容許在葉片(10)和套筒(20)之間的空氣流；以及其中，葉片(10)可在套筒(20)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號F03D1/06GK101749188SQ20091025905
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者K·R·柯特利, S·赫爾, W·F·海因策 申請人:通用電氣公司