[發(fā)明專利]具有偏移的吸力側(cè)的風(fēng)力渦輪機

有效

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• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103790769A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沃特·瑞杰特
• 申請（專利權(quán)）人: 遠(yuǎn)景能源（江蘇）有限公司
• 主分類號: F03D1/00
• 分類號: F03D1/00;F03D1/06
• 代理公司: 廣州新諾專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 李德魁

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機，其包括：

‐風(fēng)力渦輪機塔架；

‐機艙，該機艙設(shè)置在風(fēng)力渦輪機塔架上；

‐轉(zhuǎn)子輪轂，該轉(zhuǎn)子輪轂可旋轉(zhuǎn)地安裝至機艙；

‐一片或更多風(fēng)力渦輪機葉片，該風(fēng)力渦輪機葉片具有安裝至轉(zhuǎn)子輪軸的葉根以，以及尖端，其中風(fēng)力渦輪機葉片進(jìn)一步包括通過前緣和后緣相互連接的壓力側(cè)和吸力側(cè)，其中該風(fēng)力渦輪機葉片的相對長度為1。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及上述風(fēng)力渦輪機的具體用途。

技術(shù)背景

近年來，風(fēng)力渦輪機的尺寸和功率隨著其效率而變大。同時，風(fēng)力渦輪機葉片的尺寸和長度增大，并且氣動外形也發(fā)生了變化。風(fēng)力渦輪機葉片具有翼型的橫斷面輪廓，其中翼型輪廓的尺寸朝向風(fēng)力渦輪機葉片的尖端逐漸減小。風(fēng)力渦輪機葉片的另一端連接至風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子輪轂，其中這一端通常具有圓形橫斷面輪廓和加強結(jié)構(gòu)。

圖1示出了一種示范性風(fēng)力渦輪機葉片1的示意圖，該葉片1沿風(fēng)力渦輪機葉片的長度方向具有數(shù)個橫斷面輪廓。風(fēng)力渦輪機1具有氣動型的結(jié)構(gòu)，其包括前緣2和后緣3。風(fēng)力渦輪機1包括連接至風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子輪轂（未示出）的葉根4。風(fēng)力渦輪機1的自由端5為收攏該氣動外形的尖端。每個橫斷面輪廓形成一個內(nèi)切圓，該內(nèi)切圓確定了共有中心直線6，沿風(fēng)力渦輪機葉片1的縱向延伸，其中該中心線6平行于風(fēng)力渦輪機葉片1限定的旋轉(zhuǎn)平面。圖2示出了從葉根4向尖端5看到的不同橫斷面輪廓。如圖所示，葉根4具有圓形的輪廓，該輪廓轉(zhuǎn)變?yōu)楦训臍鈩油庑?，其中該氣動外形的尺寸朝著尖端5逐漸變小。由此在吸力側(cè)和壓力側(cè)兩種輪廓之間形成過渡區(qū)域，其中輪廓的厚度朝著尖端5非線性遞減，即形成如圖7所示的從中心線看到的凹面。風(fēng)力渦輪機1具有扭曲的縱向輪廓，其中不同橫斷面輪廓的弦線相對例如尖端5的參照弦線8，成遞增/遞減的角度，使得沖擊的角度沿風(fēng)力渦輪機葉片1的長度最優(yōu)化。在此結(jié)構(gòu)中，主導(dǎo)的氣動載荷使風(fēng)力渦輪機葉片彎向風(fēng)力渦輪機塔架。風(fēng)力渦輪機葉片隨之會像梁一樣，其吸力側(cè)被壓縮，壓力側(cè)張緊。這樣會增加風(fēng)力渦輪機葉片擊打到風(fēng)力渦輪機塔架的風(fēng)險，并會減少風(fēng)力渦輪機葉片的掃掠面積。從而降低風(fēng)力渦輪機的效率。風(fēng)力渦輪機葉片的彎曲，特別在吸力側(cè)，可導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機葉片波動（彎曲），導(dǎo)致葉片失效。

國際專利99/14490A1公開了一種具有預(yù)先彎曲的風(fēng)力渦輪機葉片的風(fēng)力渦輪機，該風(fēng)力渦輪機葉片尖端朝著遠(yuǎn)離風(fēng)力渦輪機塔架的方向向外彎曲。作用在壓力側(cè)的風(fēng)會將尖端往回壓，使得葉片變直，從而增大掃掠面積。這種設(shè)置具有以下缺點：當(dāng)風(fēng)載荷出現(xiàn)時，沿風(fēng)力渦輪機葉片的長度葉片輪廓的厚度分布造成在過渡區(qū)域的吸力側(cè)的翼梁蓋處形成S型主載荷路線。這會導(dǎo)致層壓體沿翼梁蓋預(yù)彎曲；由此形成層壓體缺陷，當(dāng)風(fēng)載荷持續(xù)時該偏差會無限增大。這會導(dǎo)致壓力載荷伴隨有局部彎曲載荷，該局部彎曲載荷形成在沿S區(qū)域的層壓體中；這會導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機葉片較早失效。

德國專利20120324U1公開了一種風(fēng)力渦輪機，其具有三片風(fēng)力渦輪機葉片，，每片該風(fēng)力渦輪機葉片沿其翼展方向具有平直的壓力側(cè)表面和吸力側(cè)凹面。該葉片在過渡區(qū)域形成相對大的凸起部分，緊接著是相對大的凹陷部分，該形狀確定了吸力側(cè)的主載荷路線。這會增加吸力側(cè)的壓力載荷，并且由于作用在風(fēng)力渦輪機葉片的風(fēng)載荷，因此會增加這些部分的彎曲載荷。這會增加層壓體彎曲的風(fēng)險，并導(dǎo)致失效。

美國專利2008/0112813A1公開了一種具有預(yù)先彎曲的風(fēng)力渦輪機葉片的風(fēng)力渦輪機。為減少壓力載荷，該風(fēng)力渦輪機葉片的橫斷面輪廓的厚度分布朝著尖端線性遞減。這在壓力側(cè)和吸力側(cè)均形成平直表面。橫斷面輪廓根據(jù)中心線對齊，該中心線沿風(fēng)力渦輪機葉片的長度方向延伸，其中該中心線的一部分相對葉根處的中心線成銳角。此葉片輪廓并未規(guī)定風(fēng)力渦輪機葉片最內(nèi)部分的厚度或長細(xì)。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的在于提供一種已改進(jìn)的渦輪機葉片設(shè)計，減小運行時風(fēng)力渦輪機葉片上的應(yīng)力。

本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力渦輪機葉片，其具有最小曲率的葉片層壓體，在正常運行期間承受壓力載荷。

本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力渦輪機葉片，該葉片在具有風(fēng)載荷期間消除了主壓力載荷曲線中的局部彎曲載荷的產(chǎn)生。

本發(fā)明的目的在于提供一種具有更高強度/重量比的風(fēng)力渦輪機葉片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的可通過具有以下特征的風(fēng)力渦輪機實現(xiàn)：

‐風(fēng)力渦輪機葉片包括數(shù)個沿著風(fēng)力渦輪機葉片的相對長度設(shè)置的橫斷面輪廓，該橫斷面輪廓確定了吸力側(cè)的外表面和壓力側(cè)的外表面；以及