[发明专利]具有空气动力学小翼的风力涡轮机转子叶片

说明书

技术领域

本发明主题总体涉及风力涡轮机，且具体地涉及具有空气动力学小翼构造的风力涡轮机转子叶片。

背景技术

风力被认为是当前可获得的最清洁、最环境友好的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已经获得了增加的关注。现代风力涡轮机典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或更多转子叶片。转子叶片使用已知的翼面原理从风捕获动能并通过旋转能传递此动能以使得将转子叶片联接到齿轮箱上或者如果未使用齿轮箱则直接联接到发电机上的轴旋转。发电机然后将机械能转换成可运用于公用电网的电能。

为了确保风力保持为可用的能源，已经做出了努力来通过改变风力涡轮机的尺寸以及容量来增加能量输出。一种此类改变为增加转子叶片的长度和表面积。然而，转子叶片的偏转力以及负载的大小通常是叶片长度以及风速、涡轮机操作状态、叶片硬度以及其它变量的函数。此增加的负载不仅在转子叶片和其它风力涡轮机部件上产生疲劳，并且还可能增加转子叶片的突然灾难性失效的风险，例如当过度负载导致叶片的偏转从而导致塔架撞击时。

局部控制因而是现代风力涡轮机的操作中的关键性考虑。例如，主动变桨控制系统被广泛用于在高负载条件下通过改变叶片的桨距而减小转子叶片上的负载。美国专利申请出版物No.2010/0092288描述了带有根端轴承的桨距可调节叶片，其具有相对于叶片的纵向轴线成角度的变桨轴线。通过此构造，叶片在变桨时移入及移出转子平面，这实质上改变了叶片的有效长度。还已知改变单个转子叶片的空气动力学特性作为负载控制的手段，例如利用构造在叶片表面上的可控涡流元件、襟翼、突片等。

美国专利No.6,972,498描述了各种风力涡轮机叶片构造，其中在基部叶片节段上设置了可收回延伸部，以减小高负载条件下叶片的有效长度。在一个特定实施例中，叶片延伸部铰接到基部叶片节段上并在完全延伸位置和完全收回位置之间对折，其中该叶片延伸部折叠到基部叶片节段中。用于此类装置的铰接接头导致沿叶片边缘的开口区段，这会产生噪音并且负面地影响处于叶片延伸部的收回(部分或完全)位置上的叶片的空气动力学性能。

因此，行业将从用于减小高负载条件下风力涡轮机转子叶片的有效长度的改善的系统受益。

发明内容

在以下描述中将部分地陈述本发明的多个方面和优点，或者可从该描述变得明显，或者可通过本发明的实践而获悉。

根据本发明的多个方面，提供了具有多个转子叶片的风力涡轮机。各转子叶片均具有联接到转子轮毂的根部，以及从转子轮毂径向向外延伸的翼型件部。翼型件部还包括主翼面区段和小翼。小翼可枢转地联接到主翼面区段上并从直线位置向关节位置(articulated position)枢转，在直线位上转子叶片具有第一扫掠长度，在关节位置上转子叶片具有小于该第一扫掠长度的第二扫掠长度。可展开的套筒连接到小翼上，以便在小翼的关节位置上在小翼与主翼面区段之间延伸。套筒在小翼的关节位置上提供桥接小翼和主翼面区段之间的间隙的空气动力学表面，并且在小翼的直线位置上可收起在主翼面区段或小翼内。

在各种实施例中，套筒可为预制构件，诸如弓形壳体，其在小翼的直线位置上摆动进入主翼面区段，并且在小翼移向关节位置时摆出主翼面区段。在一个备选实施例中，套筒可包括易弯材料，其折入主翼面区段或小翼。例如，易弯材料可为材料板、褶皱板等。在又另一个实施例中，易弯材料可为在小翼的关节位置上在小翼和主翼面区段之间伸展的弹性板或其他构件。

任何方式的合适致动机构均可以可操作地配套小翼，以便将小翼移向关节位置、直线位置或在两个位置之间移动。致动机构例如可为主动装置，其通过控制信号致动以使小翼在直线位置和关节位置之间移动。该主动装置例如可为电气致动器(即马达)、电机装置、气动或液压装置等。

在又另外的实施例中，致动机构可包括偏压装置，其构造成将小翼向直线位置或关节位置的任一位置偏压。主动装置可用来使小翼向与偏压装置相反的其它相应位置移动。

可能期望包括相对于小翼以及主翼面区段设置的传感器，以指示小翼何时处于直线位置。传感器可以与涡轮机控制器通信，用于任何方式的控制功能。

在某些实施例中，可能有用的是在涡轮机叶片的小翼和主翼面区段之间包括可控锁止机构，且小翼仅在释放锁止时才可向关节位置移动。在此实施例中，小翼可通过弹簧或其它偏压元件向关节位置偏压，并且可通过主动致动机构向直线位置收回。