[發明專利]用于渦輪機葉片的平背插入物

有效

• 申請號: 200910113663.3
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101769229A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: E·貝爾;M·甘;J·利溫斯頓;M·薩爾坦;A·沃克
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;楊松齡

技術領域

本公開大體上涉及平背(flatback)翼型件(airfoil)，且更具 體地說涉及后緣插入物(insert)的使用，該后緣插入物提供了更高的葉 片效率和有所增加的能量捕獲(energy?capture)。

背景技術

隨著對代用能源的追求的持續，風力和風力渦輪機的使 用已經得到了有所增長的關注。風力可被認為是目前可獲得的最清 潔、最環保的能源之一。不同于傳統的礦物燃料源，風力是完全可再 生的，并且不會產生有毒的或對環境有害的副產物。隨著對于從風力 中產生更多能量的日益增加的關注，本領域的進步已經為有所增大的 風力渦輪機的尺寸和新的風力渦輪機構件的設計作了準備。然而，隨 著風力渦輪機的物理尺寸和可用性的增加，平衡制造成本和操作風力 渦輪機的成本的需要也增加，以進一步容許風力變得同其它能源相比 成本上有競爭力。

現代風力渦輪機典型地包括塔架、發電機、齒輪箱、機 艙、以及一個或多個轉子葉片。轉子葉片利用本領域中已知的翼片原 理捕獲風的動能。轉子葉片將動能以轉動能的形式傳遞，從而使軸旋 轉，該軸將轉子葉片聯接到齒輪箱上，或者，如果未使用齒輪箱，則 直接聯接到發電機上。然后，發電機將機械能轉換成電能，其可被調 度到公用電網上。

轉子葉片的尺寸、形狀和重量是影響風力渦輪機的能量 效率的因素。例如，轉子葉片尺寸的增加會增加風力渦輪機的發電量 (energy?production)，而重量的減少同樣提高了風力渦輪機的效率。此 外，隨著轉子葉片尺寸的增加，需要對轉子葉片的結構完整性(integrity) 給予額外的關注。目前，大型商業風力渦輪機能夠產生在1.5兆瓦至 5兆瓦之間的功率。某些更大的風力渦輪機具有直徑大于90米的轉子 葉片掃掠面積。另外，轉子葉片形狀上的進步促進了這樣的掃掠形 (swept-shaped)轉子葉片的制造，即，該掃掠形轉子葉片具有從葉片底 部至葉片頂部的大致弓形的外形(contour)，提供了有所改善的空氣動 力特性(aerodynamics)。因此，增加轉子葉片尺寸、減少轉子葉片重量 和提高轉子葉片強度的努力在還改善了轉子葉片空氣動力特性的同 時有助于風力渦輪機技術以及采用風能作為代用能源的持續的發展。

為了實現帶有有所增加的年發電量的更高性能的葉片， “平背”翼型件已經被測試并被用于葉片的內側(inboard)區域。與厚的 傳統的尖銳后緣的翼型件相比，具有相同厚度的平背翼型件展現了增 加的升力和減少的易結垢性(sensitivity?to?fouling)。這些之前的設計已 經通過沿著脊線(camber?line)均勻地將翼型件的后緣打開而將該平背 概念合并到表層(skin)中。盡管提供了有所改進的性能，但是這些之前 的設計的結構并非在所有情況中都是可靠的。

因此，提供這樣一種結構化平背翼型件插入物是有利 的，其提供了空氣動力學性能和極大的能量捕獲能力。提供一種增加 葉片的穩定性并可替代其它結構部件(例如輔助抗剪腹板)的結構化平 背翼型件同樣是有利的。

發明內容

本公開的一個方面涉及一種供風力渦輪機使用的葉片。 該葉片具有前緣和后緣。葉片的第一殼部分(shell?portion)從前緣延伸 到后緣。葉片的第二殼部分也從前緣延伸到后緣。葉片的根部部分(root portion)定位成接近風力渦輪機而頂部部分(tip?portion)從根部部分延 伸遠離風力渦輪機。后緣插入物定位在第一殼部分和第二殼部分之 間、接近根部部分。后緣插入物具有在第一殼部分第二殼部分之間延 伸并使它們分隔開(在后緣處)的表面，從而，插入物提供了用于提高 的葉片效率的大升力輪廓(high?lift?profile)。

在本公開的另一方面，公開了一種用于在發電中使用的 葉片。該葉片具有前緣和后緣。葉片的第一殼部分從前緣延伸到后緣。 葉片的第二殼部分也從前緣延伸到后緣。具有設置在纖維織物的層之 間的加固芯(stiffening?core)的插入物定位在第一殼部分和第二殼部分 之間、靠近葉片的后緣。插入物的外表面在后緣處在第一殼部分與第 二殼部分之間延伸并將其分隔開。插入物為后緣提供了結構穩定性并 提供了用于提高的葉片效率的大升力輪廓。