[發(fā)明專利]風力渦輪機轉子葉片、其節(jié)段和互連構件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880035400.2
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN110709600A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 理查德·伯蒂爾森
• 申請（專利權）人: 贏富爾股份公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 11021 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 趙金強;王新華

本披露內容涉及一種風力渦輪機轉子葉片的節(jié)段，該節(jié)段包括：三個或更多個翼構件，這些翼構件沿著彼此、彼此相距一定距離、并且沿著該風力渦輪機轉子葉片的縱向方向延伸，其中，至少一個、優(yōu)選地每個翼構件當在橫向于該翼構件的縱向范圍的平面上觀看時具有翼型形狀的截面；其中，每個翼構件從相應的內端延伸到相應的外端；其中，該節(jié)段進一步包括第一多個三個或更多個支柱和第二多個三個或更多個支柱，其中，該第一多個支柱中的這些支柱各自從一個翼構件的內端延伸到另一個翼構件的內端，使得該第一多個支柱中的這些支柱在這些翼構件的內端處將這些翼構件互連，并且其中，該第二多個支柱中的這些支柱各自從一個翼構件的外端延伸到另一個翼構件的外端，使得該第二多個支柱中的這些支柱在這些翼構件的外端處將這些翼構件互連。本披露還涉及一種風力渦輪機轉子葉片并且涉及一種互連構件。

技術領域

本發(fā)明涉及一種風力渦輪機轉子葉片的節(jié)段。本發(fā)明還涉及一種風力渦輪機轉子葉片。本發(fā)明還涉及一種互連構件。

背景技術

全世界對可再生能源技術的興趣日益增大。例如，氣候變化問題正將能源生產推向可再生能源技術。因此，風力發(fā)電是重要的能源，并且每年通過風力發(fā)電產生的電量正在迅速增長。

風力發(fā)電是將風能轉化為更有用的形式，比如電。在這方面，使用風力渦輪機，風力渦輪機是將來自風的動能轉換成電力的裝置。風力渦輪機包括具有中央轂的轉子，一個或多個葉片附接到該中央轂。轉子被布置成隨著葉片由于刮風而經(jīng)受經(jīng)過風力渦輪機的大量空氣而旋轉。轉子的旋轉因此產生機械能，機械能可以在風力渦輪機中被轉換成電力。

有兩種主要類型的風力渦輪機：水平軸風力渦輪機(HAWT)，其中葉片繞水平軸線旋轉；以及豎直軸風力渦輪機(VAWT)，其中葉片繞豎直軸線旋轉。用于大規(guī)模電力生產的最常見類型的風力渦輪機是HAWT，并且下面的討論內容主要針對HAWT。

葉片形成有翼型形狀的截面。這意味著葉片形成為使得葉片的旋轉方向上的前側的表面使經(jīng)過該表面的空氣比經(jīng)過后側的表面的空氣要采取更長的路徑。因此，在前側表面上經(jīng)過的空氣將會比在后側表面上經(jīng)過的空氣走得更快。因此，形成壓力差，從而在葉片上產生升力。此升力引起圍繞轉子軸線的轉矩，這引起轉子旋轉。

運動葉片與空氣之間的相對流速(包括速度和方向)被稱為表觀流速。當空氣經(jīng)過翼型形狀的葉片的表面時，空氣會對其施加取決于表觀流速和翼型形狀的力。升力是該力的垂直于即將到來的表觀流動方向的分量。升力與作為該力的平行于表觀流動方向的分量的阻力形成對比。與升力相反，阻力往往阻礙葉片的運動，并且通過數(shù)學分析可以顯示出，為了優(yōu)化渦輪機的電力效率，葉片應被設計成使得升力與阻力之間的比率最大化。

風力渦輪機的電力生產能力主要受葉片長度的影響。風力渦輪機產生的電力與葉片掃過的面積成比例，該面積通常與葉片長度的平方成比例。因此，增加葉片長度使得能夠增大風力渦輪機的電力產量。

然而，還需要在考慮葉片在風力渦輪機的操作期間受到的載荷的情況下來設計葉片。空氣動力載荷是通過風和葉片在空氣中的旋轉產生表觀流動而形成的。空氣動力載荷在葉片上產生彎曲力矩，彎曲力矩在最靠近轂的地方最大。雖然空氣動力載荷可能由于風湍流而變化，但是施加在葉片上的空氣動力載荷通常與葉片長度的平方成比例。

由于葉片的質量，葉片也受到重力載荷的作用，并且在葉片旋轉一整圈時，葉片將經(jīng)歷疲勞循環(huán)。重力載荷通常與葉片長度的立方成比例。因此，盡管空氣動力載荷對于小尺寸葉片來說占主導地位，但隨著葉片長度增加，重力載荷將變得占主導地位。

因此，由于為了增加風力渦輪機的發(fā)電能力而增加葉片長度，所以葉片設計需要密切注意施加在葉片上的重力載荷。否則，由于葉片的質量大，存在疲勞失效的風險。另外，長葉片會導致與葉片變形、裂紋和扭曲有關的問題。因此，隨著葉片長度增加，葉片的設計變得困難。