專利名稱:包括可控凹陷的風力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明大體涉及風力渦輪機,并且更具體而言涉及包括可控凹陷的風力渦輪機轉(zhuǎn) 子葉片。
背景技術(shù):
將風能轉(zhuǎn)換成電能的風力渦輪機是環(huán)境友好且成本有效的替代能源。風力渦輪機 典型地包括具有多個轉(zhuǎn)子葉片的風力轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子葉片是用于將風能轉(zhuǎn)換成電能的風力渦輪 機的主要元件。轉(zhuǎn)子葉片大體包括吸力側(cè)和壓力側(cè)。吸力側(cè)是轉(zhuǎn)子葉片的與壓力側(cè)的區(qū)域 的壓力相比處于低壓區(qū)域中的一側(cè)。典型地,風力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)歷兩種主要空氣動力,即升力和拖曳力。升力主要 起作用來使轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn),而拖曳力主要阻礙轉(zhuǎn)子葉片的旋轉(zhuǎn)。在運行中,風沿著轉(zhuǎn)子葉片 的壓力側(cè)和吸力側(cè)流動,從而在壓力側(cè)和吸力側(cè)之間產(chǎn)生壓力差。結(jié)果,產(chǎn)生從轉(zhuǎn)子葉片的 壓力側(cè)朝向吸力側(cè)的升力。因此,升力使轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)。此外,在旋轉(zhuǎn)期間,各個轉(zhuǎn)子葉片相對于到達風力渦輪機的進入風流具有相對運 動。攻角定義為相對于轉(zhuǎn)子葉片的自由流風速和轉(zhuǎn)子葉片的弦之間的相對運動的角。弦是 轉(zhuǎn)子葉片的前緣和后緣之間的直線距離。因此,轉(zhuǎn)子葉片在空氣動力學上設(shè)計成以便以最大升力和最小拖曳力運行,以使 得能夠獲得風力渦輪機的最大效率。例如,控制轉(zhuǎn)子葉片的槳距角和轉(zhuǎn)速,以有利于轉(zhuǎn)子葉 片以最佳攻角旋轉(zhuǎn)。但是,由于風的湍流特性,轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)歷的攻角會快速波動。在高的攻 角處,流在轉(zhuǎn)子葉片上的分離可導(dǎo)致產(chǎn)生尾流和壓力差。尾流和壓力差會產(chǎn)生增大的拖曳 力。此外,攻角的波動會產(chǎn)生從轉(zhuǎn)子葉片的附著流到分離流的循環(huán)轉(zhuǎn)變,或反之亦然。從而 循環(huán)轉(zhuǎn)變可在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生增大的噪聲和疲勞載荷。因此,開發(fā)控制轉(zhuǎn)子葉片以最小化拖曳力且最大化升力的控制系統(tǒng)是非常合乎需 要的。此外,開發(fā)控制轉(zhuǎn)子葉片的表面以提高風力渦輪機的效率的控制系統(tǒng)是合乎需要的。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本技術(shù)的一方面,提供了一種風力渦輪機系統(tǒng)。該風力渦輪機系統(tǒng)包括操作 地聯(lián)接到控制系統(tǒng)上的多個轉(zhuǎn)子葉片,轉(zhuǎn)子葉片中的至少一個包括制造在轉(zhuǎn)子葉片上的活 動性表面(active surface) 0另外,控制系統(tǒng)構(gòu)造成以便基于多個風流參數(shù)產(chǎn)生用于以最 佳頻率且在活動性表面上的一些最佳位置處形成一個或多個凹陷的控制信號,以及將控制 信號傳遞給轉(zhuǎn)子葉片,以便以該最佳頻率且在該活動性表面上的這一些最佳位置處形成該 一個或多個凹陷。根據(jù)本技術(shù)的另一方面,提供了一種用于在風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片上形成一個或 多個凹陷的方法。該方法包括基于多個風流參數(shù)來產(chǎn)生用于以最佳頻率且在活動性表面 上的一些最佳位置處形成一個或多個凹陷的控制信號,以及將控制信號傳遞給多個轉(zhuǎn)子葉 片,以便以該最佳頻率且在該活動性表面上的這一些最佳位置處形成該一個或多個凹陷。
根據(jù)本技術(shù)的又一個實施例,提供了一種組裝轉(zhuǎn)子葉片的方法。該方法包括形成 轉(zhuǎn)子葉片的多個模塊;在轉(zhuǎn)子葉片中的一個或(多個)模塊或其部分上形成活動性表面; 以及接連地聯(lián)接模塊,以形成轉(zhuǎn)子葉片。根據(jù)本技術(shù)的再一個實施例,提供了一種生產(chǎn)風力渦輪機系統(tǒng)的方法。該方法包 括提供多個轉(zhuǎn)子葉片;在轉(zhuǎn)子葉片中的至少一個上提供活動性表面;提供操作地聯(lián)接到 轉(zhuǎn)子葉片上的控制系統(tǒng),其中,該控制系統(tǒng)構(gòu)造成以便基于多個風流參數(shù)來產(chǎn)生用于以最 佳頻率且在活動性表面上的一些最佳位置處形成一個或多個凹陷的控制信號,以及將控制 信號傳遞給轉(zhuǎn)子葉片,以便以該最佳頻率且在該活動性表面上的這一些最佳位置處形成該 一個或多個凹陷。
當參照附圖閱讀以下詳細描述時,本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得 更好理解,在附圖中,相似的標號在所有圖中表示相似的部件,其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的風力渦輪機系統(tǒng)的示意圖;圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、包括轉(zhuǎn)子葉片的示例性最佳位置處的凹陷的 圖1的示例性轉(zhuǎn)子葉片的截面圖;圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、包括朝向轉(zhuǎn)子葉片的后緣的凹陷的圖1的示 例性轉(zhuǎn)子葉片的截面圖;圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的、包括凹陷的不同最佳形狀、最佳大小、最佳深 度和最佳寬度的圖1的轉(zhuǎn)子葉片的俯視圖;圖5是表示用于在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生凹陷的方法中的步驟的流程圖;圖6是表示包含在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于組裝圖1的轉(zhuǎn)子葉片的示例性 方法中的步驟的流程圖;以及圖7是表示用于生產(chǎn)風力渦輪機的示例性方法中的步驟的流程圖。部件列表100風力渦輪機系統(tǒng)101 風流102、104、106多個轉(zhuǎn)子葉片108 塔架109 機艙110、112、114、116、118、120、122、124 感測裝置126傳感器信號128控制系統(tǒng)130、132、134 凹陷136控制信號138風力渦輪機控制子系統(tǒng)140、142、144 活動性表面202吸力側(cè)204壓力側(cè)
206 前緣208 后緣210 凹陷212控制信號302 凹陷402、404、406、408、410、412 多個最佳位置413傳感器414、416、418、420、422、424 凹陷415促動器500表示用于在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生凹陷的方法中的步驟的流程圖502傳遞傳感器信號504接收傳感器信號506需要形成凹陷?508確定凹陷的最佳位置、最佳頻率、最佳大小、最佳形狀、最佳寬度和最佳深度510傳遞表示凹陷的最佳位置、最佳頻率以及最佳大小和形狀的信號512以最佳頻率在活動性表面的最佳位置上施加電壓514形成凹陷600表示包含在用于組裝轉(zhuǎn)子葉片的示例性方法中的步驟的流程圖602形成多個模塊604在一個或多個模塊上形成活動性表面606將模塊接連地彼此聯(lián)接,以形成轉(zhuǎn)子葉片700表示用于生產(chǎn)風力渦輪機的示例性方法中的步驟的流程圖702提供多個轉(zhuǎn)子葉片704提供活動性表面706提供控制系統(tǒng)
具體實施例方式如下面詳細論述的那樣,本發(fā)明的實施例包括多個轉(zhuǎn)子葉片?;顒有员砻嬷圃煸?各個轉(zhuǎn)子葉片上。如本文所用,用語“活動性表面”可用來指制造在轉(zhuǎn)子葉片上的這種表面 可控制該表面以形成凹陷。凹陷例如可包括腔體、凹穴、突出部(bump)等??蓪崟r控制轉(zhuǎn) 子葉片的活動性表面,以在轉(zhuǎn)子葉片的最佳位置處且以最佳頻率形成凹陷。如本文所用,用 語“最佳位置”可用來指在轉(zhuǎn)子葉片上的、可用來在轉(zhuǎn)子葉片上形成凹陷從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子葉片 的提高的效率的位置。更具體而言,用語“最佳位置”可用來指制造在轉(zhuǎn)子葉片上的活動性 表面上的可用來形成凹陷的位置。因此,最佳位置可為轉(zhuǎn)子葉片上的這樣的位置該位置對 于在活動性表面上形成凹陷以最小化拖曳力而言是最佳的。在最佳位置處形成凹陷通過遲 延風流在轉(zhuǎn)子葉片上的分離而導(dǎo)致使拖曳力最小化,從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子葉片的提高的效率。另 外,如本文所用,用語“最佳頻率”可用來指提高風力渦輪機的效率的、在制造在轉(zhuǎn)子葉片上 的活動性表面上形成凹陷的頻率。更具體而言,用語“最佳頻率”可用來指由于風流參數(shù)的 變化的原因而在轉(zhuǎn)子葉片的活動性表面上形成凹陷的頻率。如本文所用,用語“風流參數(shù)”可用來指可用來確定風對風力渦輪機的效率的影響的參數(shù)。在運行中,風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片大體受兩種空氣動力影響,包括拖曳力和升力。 雖然升力增大一般會提高風力渦輪機的效率,但是拖曳力增大一般會降低風力渦輪機的效 率。升力和拖曳力取決于作用于轉(zhuǎn)子葉片上的風流狀況而波動。風流狀況可包括例如風速、 風湍流、攻角等。此外,增大導(dǎo)致風力渦輪機的降低的效率的拖曳力的重要原因之一是風流在轉(zhuǎn)子 葉片上的分離。風流在轉(zhuǎn)子葉片上的分離可增大拖曳力。拖曳力的增大提高了阻礙轉(zhuǎn)子葉 片旋轉(zhuǎn)的阻力,從而不利地影響風力渦輪機的效率和輸出。因此,合乎需要的是開發(fā)聯(lián)接到 控制系統(tǒng)上的風力渦輪機,其中,控制系統(tǒng)構(gòu)造成以便在風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片上實時地 形成凹陷。在轉(zhuǎn)子葉片上形成凹陷可延遲風流在轉(zhuǎn)子葉片上的分離,從而減小拖曳力,產(chǎn)生 風力渦輪機的提高的效率。形成凹陷也可增大拖曳力?,F(xiàn)在參看圖1,其描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的示例性風力渦輪機系統(tǒng)100的示 意圖。如本文所用,用語“風力渦輪機”可用來指將風的動能轉(zhuǎn)換成機械能的旋轉(zhuǎn)機器。然 后機械能可被轉(zhuǎn)換成電能。在一個示例性實施例中,風力渦輪機100包括轉(zhuǎn)子葉片102、104、106、塔架108、機 艙109和輪轂(在圖1中未顯示)。如圖1所示,風流101對轉(zhuǎn)子葉片102、104、106起作 用。在一種當前構(gòu)思的構(gòu)造中,轉(zhuǎn)子葉片102包括感測裝置110、112。此外,轉(zhuǎn)子葉片104 包括感測裝置114、116,并且轉(zhuǎn)子葉片106包括感測裝置118、120。另外,在某些實施例中, 塔架108包括感測裝置122、124,如圖1所示。感測裝置110、112、114、116、118、120、122、 124例如可包括風速儀、電壓傳感器、光學傳感器、溫度傳感器、近程式傳感器、轉(zhuǎn)速計轉(zhuǎn)子 傳感器、轉(zhuǎn)速計發(fā)電機傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、載荷傳感器、壓力傳感器、偏航傳感器、扭轉(zhuǎn)電 纜傳感器或它們的組合。在一個實施例中,感測裝置110、112、114、116、118、120可沿著轉(zhuǎn) 子葉片102、104、106的長度而布置。在另一個實施例中,感測裝置110、112、114、116、118、 120可布置在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的預(yù)定區(qū)段上??勺⒁獾?,雖然在當前構(gòu)思的構(gòu)造中, 顯示了風力渦輪機100的各個轉(zhuǎn)子葉片102、104、106和塔架108各自包括兩個感測裝置, 但在某些實施例中,傳感器的數(shù)量和傳感器在風力渦輪機100中的定位可有所改變。還可 注意到,雖然在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,機艙109和輪轂不包括任何感測裝置,但在某些實施例 中,機艙109和輪轂也可包括一個或多個感測裝置。此外,在一個實施例中,感測裝置110、112、114、116、118、120、122、124可產(chǎn)生表
示多個風流參數(shù)的傳感器信號126。風流參數(shù)例如可包括風速、風向、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、應(yīng)力、溫 度、發(fā)電繞組、葉片中的振動、塔架中的振動、功率測量結(jié)果、風力渦輪機的發(fā)電機的功率電 纜中的扭轉(zhuǎn)、載荷狀況、轉(zhuǎn)子葉片角、多個轉(zhuǎn)子葉片的速度、偏航角、攻角、湍流、陣風、尾流 相互作用等。另外,如圖1所示,風力渦輪機100與控制系統(tǒng)128操作地聯(lián)接。在一個實施例 中,控制系統(tǒng)128可構(gòu)造成以便確定各個轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的槳距角設(shè)定點,槳距角設(shè) 定點可增大或減小風力渦輪機100上的載荷。如本文所用,用語“槳距角設(shè)定點”可用來指 可基于風流來增大或減小風力渦輪機上的載荷的轉(zhuǎn)子葉片的潛在的槳距角。在一個實施例 中,轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的槳距角可包括可產(chǎn)生風力渦輪機100的期望的效率的轉(zhuǎn)子葉 片102、104、106的潛在的槳距角??刂葡到y(tǒng)128例如可基于轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的轉(zhuǎn)速和風力渦輪機100的輸出功率來確定槳距角??刂葡到y(tǒng)128例如可接收來自轉(zhuǎn)子葉片102、 104、106上的轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速。在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,單個控制器128確定轉(zhuǎn)子葉片102、 104,106的槳距角,在某些實施例,可針對各個轉(zhuǎn)子葉片102、104、106存在確定相應(yīng)的轉(zhuǎn)子 葉片的槳距角的單獨的控制器。此外,控制器128可構(gòu)造成以便基于風流101來確定風力渦輪機100的扭矩設(shè)定 點。如本文所用,用語“扭矩設(shè)定點”可用來指可基于風流來產(chǎn)生風力渦輪機的期望的效率 的潛在扭矩。因此,控制器128通過改變轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的槳距角設(shè)定點和風力渦 輪機100的扭矩設(shè)定點來對風流101的不同的條件進行補償。另外,在某些實施例中,控制系統(tǒng)128可構(gòu)造成以便接收來自感測裝置110、112、 114、116、118、120、122、124的傳感器信號126。傳感器信號126可表示風流參數(shù)。控制系 統(tǒng)128進一步構(gòu)造成以便處理傳感器信號126,以確定用于在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上形成 凹陷130、132、134的最佳位置??刂葡到y(tǒng)128基于傳感器信號126來確定最佳位置。在一 個實施例中,控制系統(tǒng)128可基于傳感器信號126和轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的槳距角設(shè)定 點和扭矩設(shè)定點來形成凹陷130、132、134。在某些實施例中,控制系統(tǒng)128基于風流參數(shù) 來確定最佳位置。用于在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上形成凹陷130、132、134的最佳位置可基 于風流參數(shù)而變化。此外,凹陷130、132、134例如可包括腔體、凹穴、突出部等。在轉(zhuǎn)子葉 片102、104、106上形成凹陷130、132、134導(dǎo)致在旋轉(zhuǎn)期間延遲或促進風流101在轉(zhuǎn)子葉片 102、104、106上的分離。此外,用于形成凹陷130、132、134的最佳位置例如可包括在轉(zhuǎn)子葉片的根部附 近、轉(zhuǎn)子葉片的端部、在前緣的附近、在后緣的附近、在前緣上、在后緣上、整個轉(zhuǎn)子葉片、轉(zhuǎn) 子葉片的中心表面等。在一個實施例中,控制系統(tǒng)128還可基于轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的 幾何和徑向位置來確定最佳位置。另外,控制系統(tǒng)128構(gòu)造成以便確定在轉(zhuǎn)子葉片102、 104、106上形成凹陷130、132、134的最佳頻率??刂葡到y(tǒng)128可進一步構(gòu)造成以便確定凹 陷130、132、134的最佳形狀、最佳大小、最佳深度、最佳寬度等??刂葡到y(tǒng)128基于傳感器 信號126來確定用于形成凹陷130、132、134的最佳頻率,以及凹陷130、132、134的最佳形 狀、最佳大小、最佳深度和最佳寬度。更具體而言,控制系統(tǒng)128基于風流參數(shù)來確定用于 形成凹陷130、132、134的最佳頻率,以及凹陷130、132、134的最佳形狀、最佳大小、最佳深 度和最佳寬度。將參照圖2-4更加詳細地闡述最佳位置、最佳形狀、最佳大小、最佳寬度和 最佳深度的示例性實施例。另外,控制系統(tǒng)128進一步構(gòu)造成以便將表示凹陷130、132、134的確定的最佳位 置、最佳頻率、最佳形狀、最佳大小、最佳寬度和最佳深度的控制信號136傳遞給風力渦輪 機控制子系統(tǒng)138。風力渦輪機控制子系統(tǒng)138構(gòu)造成以便接收由控制系統(tǒng)128傳遞的控 制信號136。風力渦輪機控制子系統(tǒng)138進一步構(gòu)造成以便有利于基于控制信號136來在 轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上形成凹陷130、132、134。更具體而言,風力渦輪機控制子系統(tǒng)138 構(gòu)造成以便有利于分別在制造在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上的活動性表面140、142、144上形 成凹陷130、132、134?;顒有员砻?40、142、144包括可受控制來形成凹陷的表面。雖然在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,顯示了轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的前側(cè)包括活動性表面 140、142、144,但根據(jù)本技術(shù)的示例性方面,活動性表面可制造在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的 后側(cè)處。在另一個示例性實施例中,活動性表面可制造在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的前側(cè)和后側(cè)上?;顒有员砻?40、142、144例如可由彈性體材料制成。更具體而言,活動性表面140、 142、144可由電介質(zhì)彈性體材料制成。在一個實施例中,電介質(zhì)彈性體材料可包括電活性聚 合物。在一個實施例中,活動性表面140、142、144可構(gòu)造成以便確定轉(zhuǎn)子葉片102、104、106 上的壓力波動??墒褂脟娔∷⒌葘⒒顒有员砻?40、142、144制造在轉(zhuǎn)子葉片102、104、 106上。在一個實施例中,活動性表面140、142、144可包括電活性陶瓷促動器,例如壓電促 動器、電致伸縮促動器等。在另一個實施例中,活動性表面140、142、144可包括形狀記憶合 金、微機電裝置、形狀記憶合金、微型突片等。應(yīng)當注意,雖然在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,顯示了 轉(zhuǎn)子葉片102、104、106包括感測裝置110、112、114、116、118、120,但在某些實施例中,制造 在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上的活動性表面140、142、144可包括感測裝置110、112、114、116、 118、120。此外,如之前提到的那樣,風力渦輪機控制子系統(tǒng)138構(gòu)造成以便基于控制信號 136來有利于在轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上形成凹陷130、132、134。在運行中,控制子系統(tǒng) 138基于控制信號136來產(chǎn)生啟動信號。啟動信號啟動活動性表面140、142、144的至少一 部分。更具體而言,啟動活動性表面140、142、144的至少一部分會導(dǎo)致對活動性表面140、 142、144的電激勵。對活動性表面140、142、144的電激勵會導(dǎo)致在活動性表面140、142、144 上施加電壓。施加電壓導(dǎo)致形成凹陷130、132、134。形成凹陷130、132、134可延遲或促進 風流相對于攻角的分離,并且因此還減小或增大升力。在一個實施例中,形成凹陷130、132、 134可增大轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上的機械載荷。在一個備選實施例中,形成凹陷130、132、 134可導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上的機械載荷減小。另外,形成凹陷130、132、134可減小 聯(lián)接到風力渦輪機100的轉(zhuǎn)子葉片102、104、106上的其它機械構(gòu)件上的機械載荷。在某些 實施例中,形成凹陷130、132、134還可導(dǎo)致減小轉(zhuǎn)子葉片102、104、106所引起的噪聲。更 具體而言,形成凹陷130、132、134可導(dǎo)致減小由各個轉(zhuǎn)子葉片102、104、106的尖部所產(chǎn)生 的噪聲。圖2是包括在轉(zhuǎn)子葉片102的示例性最佳位置處的凹陷210的圖1的轉(zhuǎn)子葉片 102的截面圖。如圖2所示,轉(zhuǎn)子葉片102包括活動性表面140(見圖1)、吸力側(cè)202、壓力 側(cè)204、前緣206和后緣208。另外,風流101對轉(zhuǎn)子葉片102起作用。此外,轉(zhuǎn)子葉片102 和控制系統(tǒng)128 (見圖1)操作地聯(lián)接到風力渦輪機控制子系統(tǒng)138 (見圖1)上。在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,風力渦輪機控制子系統(tǒng)138接收來自控制系統(tǒng)128的控制 信號212??刂菩盘?12表示用于形成凹陷210的最佳位置、最佳頻率、最佳大小、最佳寬度 和最佳深度。在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,最佳位置包括轉(zhuǎn)子葉片102上的整個活動性表面140 或其部分,并且最佳形狀包括凹穴。因此,如圖1所示,形成于活動性表面140上的凹陷210 為最佳的凹穴形狀。此外,風力渦輪機控制子系統(tǒng)138構(gòu)造成以便有利于在活動性表面140 上形成凹陷210。風力渦輪機控制子系統(tǒng)138有利于通過對活動性表面140進行電激勵來 形成凹陷210。對活動性表面140的電激勵導(dǎo)致在用于形成凹陷210的最佳位置處施加確 定水平的電壓。因此,在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,在整個活動性表面140上施加電壓,以形成凹 陷210。在一個實施例中,活動性表面140可包括用于在活動性表面140上的最佳位置處施 加電壓的電路(未顯示)。在另一個實施例中,活動性表面140可包括用于在活動性表面 140上的最佳位置處施加電壓的陰極(未顯示)。另外,在一個實施例中,施加在活動性表 面上的電壓導(dǎo)致凹陷210的深度的增大或減小。備選地,電壓可有所改變,以增大或減小凹
9陷的深度。另外,在一個實施例中,形成凹陷210導(dǎo)致延遲流相對于攻角的分離的開始。換句 話說,形成凹陷210導(dǎo)致在轉(zhuǎn)子葉片102與風流101分離之前實現(xiàn)攻角。因此,形成凹陷 210可增大升力和風力渦輪機100所捕獲的功率。如本文所用,用語“攻角”可用來指相對 于轉(zhuǎn)子葉片的自由流相對風速和轉(zhuǎn)子葉片的弦之間的角。另外,如本文所用,用語“弦”可 用來指轉(zhuǎn)子葉片的前緣距轉(zhuǎn)子葉片的后緣的直線距離。在一個備選實施例中,形成凹陷210 可最小化動態(tài)載荷,例如疲勞載荷或極端載荷。在又一個實施例中,形成凹陷210可最小化 載荷的動態(tài)波動。在又一個實施例中,形成凹陷210可有利于風力渦輪機100對極端陣風 事件作出反應(yīng)。圖3是包括壓力側(cè)204上的且朝向轉(zhuǎn)子葉片102的后緣208的示例性凹陷302的、 圖1的轉(zhuǎn)子葉片102的截面圖。如圖3所示,轉(zhuǎn)子葉片102包括吸力側(cè)202、壓力側(cè)204、前 緣206和后緣208。(見圖2)。如此處所示,凹陷302最佳地位于壓力側(cè)204上且朝向轉(zhuǎn) 子葉片102的后緣208。凹陷302基于接收自控制系統(tǒng)128的控制信號而形成于轉(zhuǎn)子葉片 102上??刂葡到y(tǒng)128基于風流參數(shù)來確定最佳位置。在當前構(gòu)思的構(gòu)造中,在活動性表面 140上形成凹陷302導(dǎo)致在壓力側(cè)204上和朝向后緣208的風壓增大。壓力側(cè)204上的壓 力增大會增大升力,以提高轉(zhuǎn)子葉片102的效率,以及減小轉(zhuǎn)子葉片102上的疲勞載荷。在 當前構(gòu)思的構(gòu)造中,類似的最佳形狀、最佳大小、最佳深度和最佳寬度的凹陷302形成于轉(zhuǎn) 子葉片102上,在某些實施例中,不同的最佳形狀、最佳大小、最佳寬度和最佳深度的凹陷 可形成于轉(zhuǎn)子葉片102上。在轉(zhuǎn)子葉片102上的凹陷的最佳形狀、最佳大小、最佳寬度和最 佳深度的變化將在圖4中示出。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4,其描繪了根據(jù)本技術(shù)的示例性方面的、包括多個最佳位置402、 404、406、408、410、412、不同的最佳形狀、最佳大小、最佳深度和最佳寬度的圖1的轉(zhuǎn)子葉 片102的俯視圖。如圖4所示,轉(zhuǎn)子葉片102操作地聯(lián)接到控制系統(tǒng)128上。另外,如在 當前構(gòu)思的構(gòu)造中所示,轉(zhuǎn)子葉片102分成多個區(qū)402、404、406、408、410、412。另外,各個 區(qū)402、404、406、408、410、412在活動性表面140上包括相應(yīng)的促動器415。如之前參照圖 1所提到的那樣,促動器415例如可包括電活性陶瓷促動器、形狀記憶合金、微機電裝置、形 狀記憶合金、微型突片等。另外,各個區(qū)402、404、406、408、410、412包括傳感器413??刂破?28接收來自傳 感器413的傳感器信號。傳感器信號例如可表示一個或多個風流參數(shù),例如風壓力差、載荷 差等??刂破?28選擇在區(qū)402、404、406、408、410、412上的用于形成多個凹陷414、416、 418、420、422、424的點。用于形成凹陷414、416、418、420、422、424的點例如包括在區(qū)402、 404、406、408、410、412上的、最靠近相應(yīng)的促動器415的最佳位置。此外,各個區(qū)402、404、406、408、410、412分別包括在最佳形狀、最佳大小、最佳深 度或最佳寬度上與其余最佳位置處的凹陷不同的多個凹陷414、416、418、420、422、424。如 圖4所示,凹陷414是橢圓形的,凹陷416是長方形的,凹陷418是加號形的,凹陷420是豎 直橢圓形的,凹陷422是六角形的,且凹陷424是菱形的。另外,在最佳位置402、404、406、 408,410,412處的各個凹陷414、416、418、420、422、424的最佳大小、最佳寬度和最佳深度 彼此不同。最佳凹陷414、416、418、420、422、424基于接收自控制系統(tǒng)128的控制信號而形 成于最佳位置處。在一個實施例中,凹陷414、416、418、420、422、424基于接收自控制系統(tǒng)128的控制信號而形成。在一個實施例中,凹陷414、416、418、420、422、424基于在各個最佳 位置402、404、406、408、410、412上起作用的風壓力差和波動、載荷差或兩者而形成于最佳 位置 402、404、406、408、410、412 處。圖5是表示用于在轉(zhuǎn)子葉片上產(chǎn)生凹陷的方法中的步驟的流程圖500。該方法在 步驟502處開始,在步驟502中,傳遞傳感器信號。傳感器信號可由感測裝置110、112、114、 116、118、120、122、124(見圖1)產(chǎn)生和傳遞。另外,如之前參照圖1所提到的那樣,傳感器信 號例如可表示風流參數(shù)。風流參數(shù)的一些非限制性實例包括風速、風向、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、應(yīng)力、 溫度、發(fā)電繞組、葉片中的振動、塔架中的振動、功率測量結(jié)果、風力渦輪機的發(fā)電機的功率 電纜中的扭轉(zhuǎn)、載荷狀況、轉(zhuǎn)子葉片角、多個轉(zhuǎn)子葉片的速度、偏航角、攻角、湍流、陣風、尾 流相互作用,或它們的組合。隨后在步驟504處,傳感器信號由控制系統(tǒng)接收。傳感器信號例如可由控制系統(tǒng) 128(見圖1)接收。此外,在步驟506處,可執(zhí)行檢查,以確定是否需要形成凹陷??衫?基于風流參數(shù)來執(zhí)行檢查。在控制系統(tǒng)的一個實施例中,例如控制系統(tǒng)128可處理傳感器 信號,以確定形成凹陷的需要。例如,如果風的湍流情況未超過確定的閾值,則可不需要形 成凹陷。而且,在另一個實施例中,如果載荷波動高過了確定的閾值,則可不需要形成凹陷。 在又一個實施例中,可不需要形成凹陷來對作用于轉(zhuǎn)子葉片上的陣風事件作出反應(yīng)。在另 一個實例中,如果風流參數(shù)包括攻角的快速波動、高風速和高的風湍流,則可需要凹陷。因 此,如果確定不存在形成凹陷的需要,則控制可轉(zhuǎn)移到步驟504。因而,如果不存在形成凹陷 的需要,則可在步驟504處接收表示新的風流參數(shù)的新的傳感器信號。 但是,如果確定需要形成凹陷,則控制轉(zhuǎn)移到步驟508。如步驟508所描繪的那樣, 確定形成凹陷的最佳位置和最佳頻率。此外,在步驟508處,確定凹陷的最佳大小、最佳形 狀、最佳寬度和最佳深度。最佳位置、形成凹陷的最佳頻率、最佳大小、最佳形狀、最佳寬度 和最佳深度可例如由控制系統(tǒng)128確定。此外,在步驟510處,表示最佳位置、形成凹陷的最佳頻率、最佳形狀、最佳大小、 最佳寬度和最佳深度的控制信號可傳遞給風力渦輪機控制子系統(tǒng),例如,風力渦輪機控制 子系統(tǒng)138(圖1)。風力渦輪機控制子系統(tǒng)可構(gòu)造成以便以電的方式激勵制造在轉(zhuǎn)子葉片 上的活動性表面。風力渦輪機控制子系統(tǒng)138例如可構(gòu)造成以便以電的方式激勵活動性表 面 140、142、144。如步驟512所描繪的那樣,對活動性表面的電激勵會導(dǎo)致在活動性表面上的最佳 位置處施加電壓。在一個實施例中,可由活動性表面中的電極來施加電壓。電壓例如可施 加在活動性表面140、142、144(見圖1)上。隨后,在步驟514處,在最佳位置處施加電壓會導(dǎo)致在活動性表面上形成凹陷。凹 陷例如可為分別形成于活動性表面140、142、144上的凹陷130、132、134 (見圖1)。另外,可 以以最佳頻率施加電壓,以有利于以最佳頻率形成凹陷。圖6是表示包含在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于組裝圖1的轉(zhuǎn)子葉片的示例性 方法中的步驟的流程圖600。該方法包括在步驟602形成轉(zhuǎn)子葉片102的多個模塊。另外, 在步驟604處,活動性表面形成于模塊中的一個或多個上。在一個實施例中,形成活動性表 面包括在模塊中的一個或多個上制造活動性表面。更具體而言,形成活動性表面包括在模 塊中的一個或多個上制造電路??衫缡褂脟娔∷⒎椒ǖ葋韺⒒顒有员砻嬷圃煸谀K中的一個或多個上?;顒有员砻婵蔀榛顒有员砻?40、142、144(見圖1)中的一個。在步驟 606中,多個模塊接連地彼此聯(lián)接,以形成轉(zhuǎn)子葉片,其中,各個模塊包括具有基本圓周截面 的居中設(shè)置的縱向梁、固定到所述縱向梁上的至少一個肋組件,以及附連到所述至少一個 肋組件上的蒙皮。在一個示例性實施例中,通過在相應(yīng)的第一端處加熱模塊來接連地聯(lián)接 多個模塊。在本發(fā)明的另一個實施例中,通過在前面的模塊的相應(yīng)的第一端處接連地插入 相鄰的模塊來接連地聯(lián)接多個模塊。在本發(fā)明的又一個實施例中,在第一模塊的相應(yīng)的第 一端處施用粘合劑來粘合模塊,以形成風力渦輪機葉片。圖7是表示用于生產(chǎn)風力渦輪機的示例性方法中的步驟的流程圖700。該方法包 括在步驟702處提供多個轉(zhuǎn)子葉片。在一個實施例中,提供了機艙。在另一個實施例中,提 供了輪轂。在又一個實施例中,提供了塔架。轉(zhuǎn)子葉片例如可為轉(zhuǎn)子葉片102、104、106(見 圖1)。在一個實施例中,控制系統(tǒng)可為控制系統(tǒng)128(見圖1)。如圖7所示,在步驟704處, 在轉(zhuǎn)子葉片中的一個或多個上提供了活動性表面。在一個實施例中,可通過在轉(zhuǎn)子葉片上 制造電路來在轉(zhuǎn)子葉片中的一個或多個上提供活動性表面。在一個實施例中,可使用噴墨 印刷方法等來制造電路。此外,在步驟706處提供了控制系統(tǒng)。在一個實施例中,該控制系 統(tǒng)構(gòu)造成以便基于多個風流參數(shù)產(chǎn)生用于以最佳頻率且在活動性表面上的一些最佳位置 處形成一個或多個凹陷的控制信號。另外,該控制系統(tǒng)構(gòu)造成以便將控制信號傳遞給轉(zhuǎn)子 葉片,以便以最佳頻率且在該活動性表面上的這一些最佳位置處形成該一個或多個凹陷。本發(fā)明的各種實施例提高了不同的風況期間的風力渦輪機的效率。本發(fā)明通過在 轉(zhuǎn)子葉片上形成凹陷來提高風力渦輪機的效率。另外,本發(fā)明提供了凹陷的實時形成。實 時形成凹陷可增大或減小升力和拖曳力。此外,本發(fā)明的各種實施例減小了風力渦輪機上 的疲勞載荷。減小疲勞載荷會導(dǎo)致減小風力渦輪機的磨損和破裂。此外,本發(fā)明的實施例 降低了旋轉(zhuǎn)期間的轉(zhuǎn)子葉片的噪音。將理解,上面所述的所有這樣的目的或優(yōu)點未必均可根據(jù)任何特定實施例來實 現(xiàn)。因此,例如,本領(lǐng)域技術(shù)人員將認可,本文所述的系統(tǒng)和技術(shù)可以以這種方式來實施或 執(zhí)行即實現(xiàn)或優(yōu)化本文所教導(dǎo)的一個優(yōu)點或一組優(yōu)點,而不必實現(xiàn)可能在本文中教導(dǎo)或 建議的其它目的或優(yōu)點。雖然僅結(jié)合了有限數(shù)量的實施例來對本發(fā)明進行詳細描述,但是應(yīng)當容易地理 解,本發(fā)明不限于這種公開的實施例。例如,本發(fā)明還可用于水輪機。更確切地,可對本發(fā) 明作出修改,以結(jié)合此前未描述的但與本發(fā)明的精神和范圍相當?shù)娜魏螖?shù)量的變型、改變、 代替物或等效布置。另外,雖然已經(jīng)對本發(fā)明的不同實施例進行了描述,但是將理解到,本 發(fā)明的各方面可包括所述實施例中的僅一些。因此,本發(fā)明將不視為由前面的描述限制,而 是僅由所附權(quán)利要求書的范圍限制。權(quán)利要求書中的內(nèi)容聲明為新的且期望受專利法的保護。
權(quán)利要求
1.一種風力渦輪機系統(tǒng)(100),包括操作地聯(lián)接到控制系統(tǒng)(128)上的多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106),所述多個轉(zhuǎn)子葉片 (102,104,106)中的至少一個包括制造在所述多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106)上的活動性表面(140,142,144),其中,所述 控制系統(tǒng)(128)構(gòu)造成以便基于多個風流參數(shù)來產(chǎn)生用于以最佳頻率且在所述活動性表面(140,142,144)上的 一些最佳位置處形成一個或多個凹陷(130,132,134,210,302)的控制信號(136,212);以 及將所述控制信號(136,212)傳遞給所述多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106),以便以所述最 佳頻率且在所述活動性表面上的所述一些最佳位置處形成所述一個或多個凹陷(130,132, 134,210,302)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,所述活動性表面(140, 142,144)包括構(gòu)造成以便在所述活動性表面上的所述最佳位置處施加電壓的電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,所述活動性表面(140, 142,144)包括構(gòu)造成以便以最佳頻率在所述活動性表面上施加電壓的電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,在所述活動性表面 (140,142,144)上的所述最佳位置處施加電壓導(dǎo)致形成所述一個或多個凹陷(130,132, 134,210,302)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,所述一個或多個凹陷 (130,132,134,210,302)可為不同的最佳形狀、最佳大小、最佳深度和最佳寬度,或它們的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,所述多個風流參數(shù)包括 風速、風向、每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)、應(yīng)力、溫度、發(fā)電繞組、葉片中的振動、轉(zhuǎn)速、塔架中的振動、功率測 量結(jié)果、發(fā)電機的功率電纜中的扭轉(zhuǎn)、載荷狀況、轉(zhuǎn)子葉片角、所述多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104, 106)的速度、偏航角、攻角、湍流、陣風、尾流相互作用,或它們的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,所述多個轉(zhuǎn)子葉片 (102,104,106)包括構(gòu)造成以便產(chǎn)生所述多個風流參數(shù)的多個感測裝置(110,112,114, 116,118,120,122,124)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,使用噴墨印刷方法等來 將所述活動性表面(140,142,144)制造在所述多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機系統(tǒng)(100),其特征在于,在所述活動性表面 (140,142,144)上形成所述一個或多個凹陷(130,132,134,210,302)有利于延遲流在所述 多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106)上的分離。
10.一種用于在風力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106)上形成一個或多個凹陷(130, 132,134,210,302)的方法(500),包括:基于多個風流參數(shù)來產(chǎn)生用于以最佳頻率且在活動性表面(140,142,144)上的一些 最佳位置處形成所述一個或多個凹陷(130,132,134,210,302)的控制信號(136,212);以 及將所述控制信號(136,212)傳遞(510)給多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106),以便以所述最佳頻率且在所述活動性表面(140,142,144)上的所述一些最佳位置處形成所述一個或多 個凹陷(130,132,134,210,302)。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括可控凹陷的風力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片。公開了一種風力渦輪機系統(tǒng)(100)。該風力渦輪機系統(tǒng)包括操作地聯(lián)接到控制系統(tǒng)(128)上的多個轉(zhuǎn)子葉片(102,104,106)。該多個轉(zhuǎn)子葉片中的至少一個包括制造在該多個轉(zhuǎn)子葉片上的活動性表面(140,142,144),其中,控制系統(tǒng)構(gòu)造成以便基于多個風流參數(shù)來產(chǎn)生用于以最佳頻率且在活動性表面上的一些最佳位置處形成一個或多個凹陷(130,132,134,210,302)的控制信號(136,212),以及將控制信號傳遞給該多個轉(zhuǎn)子葉片,以便以該最佳頻率且在活動性表面上的這一些最佳位置處形成該一個或多個凹陷。
文檔編號F03D7/02GK102116259SQ20111000585
公開日2011年7月6日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月4日
發(fā)明者P·維亞斯 申請人:通用電氣公司