[發明專利]具有多孔窗和可控制的覆蓋構件的風力機轉子葉片

有效

• 申請號: 201110420926.2
• 申請日: 2011-12-07
• 公開（公告）號: CN102536631A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: D·S·佩塞特斯基
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;F03D3/06;F03D7/04;F03D7/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周心志;曹若

技術領域

本發明大體上涉及風力機，確切的說，涉及為控制負載而設有機翼通道的風力機轉子葉片。

背景技術

風能被認為是目前可用的最清潔、最環保的能源之一，在這一方面，風力機已獲得廣泛關注。現代風力機通常包括塔筒、發電機、齒輪箱、機艙以及一片或多片轉子葉片。轉子葉片使用已知的翼原理捕獲風的動能并通過轉動能傳輸動能，以扭轉將轉子葉片連接到齒輪箱(或者，如果未使用齒輪箱，則直接連接到發電機)的軸。之后，發電機將機械能轉化成可以分配到公用設施電網中的電能。

為確保風能仍為可行能源，人們努力通過改變風力機的尺寸和容量，包括增加轉子葉片的長度和表面積，以增加能量輸出。然而，轉子葉片的偏轉力和負載的大小通常是葉片長度、風速、風力機的運行狀態、葉片剛度以及其他變量的函數。增加負載不僅會使轉子葉片和其他風力機組件疲勞，而且會增加轉子葉片突發嚴重故障的風險，例如，過度負載會引起葉片偏轉，從而導致與塔筒發生碰撞。

因此，在現代風力機的運行過程中，控制負載是需要考慮的關鍵因素。人們廣泛使用現行的主動變槳控制系統通過改變葉片的槳距來控制轉子葉片上的負載。然而，在風力較大的情況下，由于風的阻力較大以及變槳控制系統的靈敏度不高，通常難以調整葉片的槳距角。

已知改變單個轉子葉片的氣動特性是一種控制負載的方法，例如，將可控制的渦旋單元(“發電機”)、葉瓣、調整片等配置在葉片表面上。

第6,984,110號美國專利描述了一種系統，其中風力機葉片具有由可調整板以可變方式覆蓋的風壓調整孔，所述可調整板配置于葉片的一側上以便在導向器內沿葉片表面滑動。因此，需要一種相對復雜的機械致動和控制系統來同時調整單個葉片上的所有板。

第7,400,057號美國專利描述了一種使用環形堆疊的葉片進行全方位垂直定向的風力機。葉片包括沿前緣和每個環形的凹面設置的排氣通道，以將高動能從前緣引入到葉片的凹面，從而強化邊界層并減少氣流沿葉片分離。這些通道是打開的(未被覆蓋)，在控制葉片負載方面沒有任何意義。

因此，本行業可受益于用于單個轉子葉片的負載控制系統和方法，所述負載控制系統和方法在設計負載限制范圍內不會對葉片的氣動性能產生不利影響，而且在高負載條件下相對容易奏效。

發明內容

以下說明將部分地闡明本發明的各方面內容和優點，或者，這些方面和優點在說明中可能是顯而易見的，或通過實踐本發明能夠推導出。

一方面，風力機轉子葉片具有壓力側和吸入側，所述壓力側和吸入側在前緣和后緣處接合。多孔窗是其中設有至少一個開口或孔的部分，設于吸入側中。在一個特定實施例中，多個孔設于多孔窗中。可展開的覆蓋構件經配置成具有多孔窗，且所述覆蓋構件的位置可從全封閉位置，即通過所述多孔窗的氣流被堵塞的位置，變為全打開位置，即確定氣流通過整個多孔窗的位置。致動機制置于內腔中，且經配置成具有覆蓋構件，從而響應于控制信號而使所述覆蓋構件在全封閉位置與全打開位置之間移動。

在一個特定實施例中，所述致動機制為主動裝置，其響應于由控制器產生的主動控制信號來移動覆蓋構件，從而根據葉片的不同條件(例如，葉片負載、不同的轉子功率、葉片位置等)以可變的方式定位所述覆蓋構件。

在其他各實施例中，所述風力機葉片可包括多個多孔窗和相應覆蓋構件，以及與多個覆蓋構件中的每一者通信的控制器。所述覆蓋構件可單獨定位，以便在不同多孔窗之間產生不同的覆蓋范圍。

在某些實施例中，所述致動機制可為被動裝置，其經配置成具有覆蓋構件，以將所述覆蓋構件偏置到全封閉位置或全打開位置，并在葉片處于所界定的設定點條件時使覆蓋構件移動到相反位置。例如，所述致動機制可為用彈簧偏置的芯構件，隨著覆蓋構件從全封閉位置移動到全打開位置，所述覆蓋構件會纏繞在所述芯構件上。可提供一種驅動滾軸，其將覆蓋構件連接到所述驅動滾軸的附接構件來將所述覆蓋構件從所述芯牽拉到全封閉位置。例如，所述附接構件可為沿著所述覆蓋構件的邊緣間隔開的多個帶狀構件。在一個替代性實施例中，所述覆蓋構件可為多孔網狀材料，其與所述覆蓋構件同延并具有氣流孔，從而在覆蓋構件處于打開位置時不會抑制氣流通過多孔窗。

在某些實施例中，所述致動機制為雙向驅動滾軸，其配合覆蓋構件并使之在全打開位置與全封閉位置之間交替移動。