转子叶片组件以及用于调整转子叶片负载能力的方法

摘要

本发明涉及并揭示了一种转子叶片组件以及一种用于调整转子叶片负载能力的方法。所述转子叶片组件包括转子叶片，其表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、吸入侧、前缘和后缘。所述转子叶片进一步设有翼展和翼弦。所述转子叶片组件进一步包括扰流板组件，其用于改变经过所述转子叶片的表面的流。所述扰流板组件可通过沿所述扰流板组件的长度或宽度中一者的所述表面进行渐增式部署。

说明书

技术领域

本发明大体涉及转子叶片组件，确切地说，涉及具有可以渐增式 部署的扰流板组件的转子叶片组件以及用于调整转子叶片负载能力 的方法。

背景技术

风能被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，在这一方 面，风力发电机已获得广泛关注。现代风力发电机通常包括塔筒、发 电机、齿轮箱、机舱以及一片或多片转子叶片。转子叶片使用已知的 翼型理论来捕获风的动能。转子叶片以转动能的形式传输动能，以使 轴转动，所述轴将转子叶片连接到齿轮箱，或者，如果未使用齿轮箱， 则直接连接到发电机。之后，发电机将机械能转化成电能，从而输送 到公用设施电网中。

风力发电机转子叶片的特定大小是影响风力发电机整体效率的 重要因素。具体而言，转子叶片长度或翼展的增加一般可使风力发电 机的发电量整体增加。因此，致力于增加转子叶片大小有助于持续发 展风力发电机技术，也有助于将风能作为替代能源使用。但是，由于 转子叶片大小增加，通过叶片传输至风力发电机其他部件(例如风力 发电机轮毂和其他部件)的负载也会因此增加。例如，转子叶片加长 会导致负载因叶片质量增加而增加，也会导致沿着叶片翼展发生作用 的气动负载增加。由于通过转子叶片传输的负载可能超过其他风力发 电机部件的负载承受能力，因此在风速较高的条件下，此类负载的增 加会成为相当棘手的问题。

已知扰流板等某些零件可用于改变转子叶片的外表面上的气流， 以减小叶片所产生的升力，并减小作用在叶片上的负载，从而进一步 减小转子叶片不需要的偏转。但是，这些零件通常被设计成沿转子叶 片的外表面永久设置。因此，无论风力发电机在何种条件下运行，转 子叶片所产生的升力大小均会减小。此外，在此类零件可移动的情况 下，此类零件通常仅设计成在完全未部署位置与完全部署位置之间移 动。因此，该设计并未考虑不断变化的条件，而在不断变化的条件中， 对零件进行部分部署则较为有益。

因此，所属领域需要一种改良的转子叶片组件以及用于调整负载 能力的方法。举例来说，一种包括可以渐增式部署的扰流板组件的转 子叶片组件将非常有利。

发明内容

以下说明书将部分阐明本发明的各方面和优点，或者，这些方面和 优点在说明书中可能是显而易见的，或者通过实践本发明能够推导出。

在一项实施例中，本发明揭示了一种转子叶片组件。所述转子叶 片组件包括转子叶片，其表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、 吸入侧、前缘和后缘。所述转子叶片进一步设有翼展和翼弦。所述转 子叶片组件进一步包括扰流板组件，其用于改变经过所述转子叶片的 表面的流。所述扰流板组件可通过沿所述扰流板组件的长度或宽度中 一者的所述表面进行渐增式部署。其中所述扰流板组件包括扰流板和 致动器，所述扰流板组件可进一步包括多个扰流板。其中所述扰流板 组件进一步包括多个致动器。其中所述扰流板组件可沿所述翼展进行 渐增式部署。其中所述扰流板组件可从内侧端以渐增式部署到外侧 端。所述的转子叶片组件，其进一步包括，与所述扰流板组件保持有 效通信的控制器。所述的转子叶片组件，其中所述扰流板组件放置在 所述前缘附近。其中所述扰流板组件可通过所述吸入侧进行部署。

在另一项实施例中，揭示了一种风力发电机，包括：多片转子叶 片，每片转子叶片的表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、吸入 侧、前缘和后缘，所述多片转子叶片中的每片转子叶片进一步设有翼 展和翼弦；以及扰流板组件，其用于改变经过所述多片转子叶片中的 一片转子叶片的表面的流，所述扰流板组件可通过沿所述扰流板组件 的长度或宽度中一者的所述表面进行渐增式部署。

其中所述扰流板组件包括扰流板和致动器。其中所述扰流板组件 进一步包括多个扰流板。其中所述扰流板组件进一步包括多个致动 器。其中所述扰流板组件可沿所述翼展进行渐增式部署。其中所述扰 流板组件可从内侧端以渐增式部署到外侧端。所述的风力发电机，其 进一步包括，与所述扰流板组件保持有效通信的控制器。

在另一项实施例中，本发明揭示一种用于调整转子叶片负载能力 的方法。所述方法包括监测所述转子叶片的所述负载能力。所述转子 叶片的表面设有在叶尖与叶根之间延伸的压力侧、吸入侧、前缘和后 缘。所述转子叶片进一步包括翼展和翼弦。所述方法进一步包括以下 步骤：当所述负载能力达到预定负载能力极限时，运行扰流板组件， 以使所述扰流板组件通过沿所述扰流板组件的长度或宽度中一者的 所述转子叶片的表面进行渐增式部署。所述的方法，其中所述扰流板 组件可沿所述翼展进行渐增式部署。所述的方法，其中所述扰流板组 件可从内侧端以渐增式部署到外侧端。其中所述运行步骤包括运行控 制器，所述控制器与所述扰流板组件保持有效通信。

参考以下具体实施方式和所附权利要求书可以更深入地理解本 发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成 本说明书的一部分，说明了本发明的各实施例，并与具体实施方式一 起解释本发明的原理。

附图说明

本说明书参考附图，针对所属领域的一般技术人员，完整且可实 现地详细揭示了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1为根据本发明的一项实施例的风力发电机的透视图；

图2为根据本发明的一项实施例的转子叶片组件的俯视图；

图3为沿着图2中线3-3截得的转子叶片组件的截面图，所述转 子叶片组件包括根据本发明的一项实施例的处于部分部署位置的扰 流板组件；

图4为图3所示转子叶片组件的截面图，所述转子叶片组件包括 根据本发明的一项实施例的处于完全部署位置的扰流板组件；

图5为沿着图2中线5-5截得的转子叶片组件的截面图，所述转 子叶片组件包括根据本发明的一项实施例的处于部分部署位置的扰 流板组件；

图6为图5所示转子叶片组件的截面图，所述转子叶片组件包括 根据本发明的一项实施例的处于完全部署位置的扰流板组件；

图7为沿着图2中线7-7截得的转子叶片组件的截面图，所述转 子叶片组件包括根据本发明的一项实施例的处于部分部署位置的扰 流板组件；以及

图8为图7所示转子叶片组件的截面图，所述转子叶片组件包括 根据本发明的一项实施例的处于完全部署位置的扰流板组件。

元件符号列表：

  参考标号   部件   参考标号   部件   10   风力发电机   12   塔筒   14   机舱   16   转子叶片   18   转子轮毂   22   压力侧   24   吸入侧   26   前缘   28   后缘   32   叶尖   34   叶根   42   翼弦   44   翼展   52   内侧区域   54   外侧区域   100   转子叶片组件   102   扰流板组件   104   流   106   扰流板   108   开口   110   致动器   112   缸   114   轨道   116   滚轮   120   长度   122   宽度   130   内侧端   132   外侧端

  134   前端  136   后端   150   控制器

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各实施例，附图中将图示本发明实施例 的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明而非限定本发明。事实 上，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，所属领域的技术人员可 轻易对本发明做出各种修改和变化。例如，作为一项实施例的一部分 说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一项实施例。因 此，本发明应涵盖所有基于所附权利要求书及其等效物的范围内的修 改和变化。

图1所示为采用传统结构的风力发电机10。风力发电机10包括 塔筒12，所述塔筒上安装有机舱14。多片转子叶片16安装到转子轮 毂18上，而所述转子轮毂连接到转动主转子轴的主法兰上。风力发 电机的发电和控制部件安置在机舱14内。图1仅作说明目的，以示 例性地说明本发明。应了解，本发明不局限于任何特定类型的风力发 电机配置。

参考图2，根据本发明的转子叶片16可包括外表面，其设有在前 缘26与后缘28之间延伸的压力侧22和吸入侧24(见图3到图5)， 且所述转子叶片可从叶尖32延伸到叶根34。如所属领域所熟知，所 述外表面可为具有大体气动轮廓的大体气动表面。

在某些实施例中，转子叶片16可包括从叶尖32到叶根34以端 对端的次序对齐的多个单独的叶片段。每个单独的叶片段可采用独特 配置，以便多个叶片段构成一个具有设计好的气动廓线、长度和其他 所需特征的完整转子叶片16。例如，每个叶片段的气动廓线可对应于 相邻叶片段的气动廓线。因此，叶片段的气动廓线可形成转子叶片16 的连续气动廓线。或者，可将转子叶片16形成为具有设计好的气动 廓线、长度和其他所需特征的单个整体性叶片。

在各项示例性实施例中，转子叶片16可以弯曲。弯曲转子叶片 16可以使转子叶片16在大体拍打方向和/或在大体沿边方向上弯曲。 拍打方向通常可解释为气动升力作用于转子叶片16上的方向(或反 方向)。沿边方向通常垂直于拍打方向。转子叶片16在拍打方向上 的弯曲也称为预弯曲，而在沿边方向上的弯曲也称为扫掠。因此，弯 曲的转子叶片16可能是预弯曲和/或扫掠的。弯曲可使得转子叶片16 在风力发电机10运作期间更能承受拍打方向负载和沿边方向负载， 且可在风力发电机10运作期间进一步使转子叶片16远离塔筒12。

转子叶片16可进一步设有翼弦42和翼展44。如图2所示，翼弦 42可根据转子叶片16的翼展44而变化。因此，可在转子叶片16上 沿翼展44的任何一点处为转子叶片16设定局部翼弦。

另外，转子叶片16可设有内侧区域52和外侧区域54。内侧区域 52可为从叶根34延伸的转子叶片16的翼展方向部分。举例而言，在 某些实施例中，内侧区域52可包括始于叶根34的翼展44的约33％、 40％、50％、60％、67％或其间的任何百分比或百分比范围、或任何其 他合适的百分比或百分比范围。外侧区域54可为从叶尖32延伸的转 子叶片16的翼展方向部分，且在某些实施例中，可包括内侧区域52 与叶尖32之间的转子叶片16的剩余部分。或者或此外，在某些实施 例中，外侧区域54可包括始于叶尖32的翼展44的约33％、40％、50％、 60％、67％或其间的任何百分比或百分比范围、或任何其他合适的百 分比或百分比范围。

如图2到图8所示，本发明可进一步涉及转子叶片组件100。转 子叶片组件100可包括一个或多个扰流板组件102以及转子叶片16。 通常，根据本发明的扰流板组件102可用于改变经过转子叶片16的 一个或多个表面的流104，例如风流。例如，扰流板组件102可改变 经过压力侧22、吸入侧24、前缘26或后缘28中的任何一者或多者 的流104。为了改变流24，扰流板组件102可通过转子叶片16的一 个表面进行完全或部分部署，如下文所述。此部署可将流104与该表 面分离或者以其他方式阻断流104，从而改变经过该表面的流104。

如上文所述的改变经过表面的流104，可调整转子叶片16的负载 能力。换句话说，改变流104可改变叶片16产生的升力，改变作用 在叶片16上的负载，并改变叶片16的偏转。通常情况下，改变流104 会降低负载能力，但在某些情况下，此类改变可提高负载能力。

在示例性实施例中，扰流板组件102可放置在转子叶片16的前 缘26附近。或者，扰流板组件102可放置在后缘28附近或放置在相 对于转子叶片16的任何其他合适表面的任何其他合适位置上。

此外，在示例性实施例中，扰流板组件102可通过吸入侧24进 行部署。或者，扰流板组件102可通过压力侧28或通过转子叶片16 的任何其他合适的表面进行部署。

根据本发明的扰流板组件102可包括一个或多个扰流板106以及 一个或多个致动器110。在进行完全或部分部署时，每个扰流板106 可通常具有用于改变经过转子叶片16的表面的流104的任何合适形 状和/或配置。例如，扰流板106可为大体平坦的板、大体立方形的结 构，或为三角形、弧形(例如半椭圆形或半圆形)、“L”形或任何 其他合适的形状。

在某些实施例中，如图所示，扰流板组件102的扰流板106在处 于未部署位置时，可摆放成与转子叶片16的表面大体齐平。在其他 实施例中，如图所示，扰流板106在处于未部署位置时，通常可设置 在内部，且因此低于转子叶片16的表面。在这些实施例中，在进行 完全或部分部署时，扰流板106可通过设于转子叶片16的表面中的 开口108伸出。此外，在某些实施例中，根据本发明的扰流板组件102 的所有扰流板106可通过设于转子叶片16的表面中的一个开口108 伸出。

每个致动器110可连接到扰流板106，且所述致动器在致动时， 可完全或部分部署扰流板106。例如，致动器110可为例如气压缸或 液压缸的缸112，或可包括移动式轨道114和滚轮116，如下文所述， 或可为齿轮组件或任何其他合适的致动装置或组件。

根据本发明的扰流板组件102可进一步有利地进行渐增式部署。 此渐增式部署可让扰流板组件102的各部分在其余部分之前进行部 署，因而导致对扰流板组件102进行部分部署。然后，可按需要或要 求以渐增式部署扰流板组件102的剩余部分，直到完全部署所述扰流 板组件为止。渐增式部署可按需要或要求对转子叶片16的负载能力 进行初步最小调整。因此，无需完全部署扰流板组件102，即可实现 必要调整。这些最小调整仅对提升能力等做出最小调整，从而有利地 让转子叶片16和风力发电机10通常在尽可能接近完全负载能力的状 态下不断运行，即使在必需进行此类调整的情况下也是如此。

在某些实施例中，根据本发明的扰流板组件102可沿扰流板组件 102的长度120进行渐增式部署，如图3到图6所示。在其他实施例 中，根据本发明的扰流板组件102可沿扰流板组件102的宽度122进 行渐增式部署，如图7和图8所示。

此外，在某些实施例中，扰流板组件102可沿转子叶片16的翼 展44进行渐增式部署，如图3到图6所示。因此，例如，长度120 或宽度122可沿翼展44对齐，以便沿长度120或宽度122的渐增式 部署也处于翼展方向上。在其他实施例中，扰流板组件102可沿翼弦 42或转子叶片16进行渐增式部署，如图7和图8所示。因此，例如， 长度120或宽度122可沿翼弦42对齐，以便沿长度120或宽度122 的渐增式部署也处于翼弦方向上。

在其他实施例中，扰流板组件102可在任何合适方向上进行渐增 式部署，而长度120或宽度122则沿该方向对齐。例如，长度120和 宽度122无需与翼弦42和翼展44对齐，而可与翼弦42和/或翼展44 成任何合适角度对齐。此外，应了解，扰流板组件102无需以线性方 式进行渐增式部署。相反地，扰流板组件102可按需要或要求沿曲线 路径或任何其他合适路径进行部署。

根据本发明的扰流板组件102可采用以下形式进行渐增式部署， 例如从第一端到第二端、从中间位置向外、或从沿扰流板组件102的 任何合适位置到沿扰流板组件102的任何其他合适位置。例如，扰流 板组件102可包括内侧端130和外侧端132，如图3到图6所示。扰 流板组件102可从内侧端130以渐增式部署到外侧端132。因此，在 对扰流板组件102进行部署期间，内侧端130先伸出，然后扰流板组 件102继续朝着外侧端132伸出，直到外侧端132伸出且扰流板组件 102实现完全部署为止。或者，扰流板组件102可从外侧端132朝着 内侧端130，从另一个合适位置朝着内侧端130和外侧端132，或以 任何其他合适的渐增方式进行渐增式部署。

在其他实施例中，扰流板组件102可包括前端134和后端136， 如图7和图8所示。扰流板组件102可从前端134以渐增式部署到后 端136。因此，在对扰流板组件102进行部署期间，前端134先伸出， 然后扰流板组件102继续朝着后端136伸出，直到后端136伸出且扰 流板组件102实现完全部署为止。或者，扰流板组件102可从后端136 朝着前端134，从另一个合适位置朝着前端134和/或后端136，或以 任何其他合适的渐增方式进行渐增式部署。

在某些实施例中，根据本发明的转子叶片组件100可进一步包括 控制器150。控制器150可与扰流板组件102，例如与扰流板106、致 动器110或所述扰流板组件的其他部件保持有效通信，因此可用于运 行扰流板组件102，如本文所述。因此，扰流板组件102可以通信方 式连接到控制器150。此通信连接可通过以下两种连接实现，即导线 或其他导线管或脐带缆等物理连接；或者基于红外频率、蜂窝频率、 声频、光频或射频的连接等无线连接。控制器150可并入合适的控制 系统(未图示)，例如手持式遥控器、个人数字助理、移动电话、独 立悬吊式控制器或计算机中。操作员可通过控制器150来手动运行扰 流板组件102，或者通过使用并入控制器150中的合适程序逻辑可使 所述扰流板组件半自动化或全自动化。

在某些实施例中，控制器150可经配置以根据连续反馈回路来运 行扰流板组件102。因此，控制器150可包括合适的软件和/或硬件， 以对转子叶片16的负载能力进行持续的实时监测和解释，并按要求 运行扰流板组件102，从而使此负载能力保持在预定限幅内或保持在 预定最小值以上或预定最大值以下。例如，控制器可监测并解释以下 项：转子叶片16的偏转、由转子叶片16产生的升力、转子叶片16 受到的负载或者转子叶片16的负载能力的任何其他合适特征。控制 器150、回路以及软件和/或硬件可进一步以通信方式连接到合适传感 器(未图示)，其安装到转子叶片16上。所述传感器可测量并报告 此负载能力。

图3和图4所示为根据本发明的转子叶片组件100的一项实施例。 根据此实施例的扰流板组件102包括一个扰流板102以及多个致动器 110，此实施例中的所述致动器是缸112。一个致动器110放置在内侧 端130附近，而另一个则放置在外侧端132附近。在扰流板组件102 运行的过程中，内侧端130通过相邻致动器110的致动而首先实现完 全部署，如图3所示。然后，通过外侧端132附近的致动器110进行 逐渐致动，使扰流板组件102根据需要继续进行渐增式部署，以便扰 流板组件102沿扰流板组件的长度120和转子叶片16的翼展44进行 渐增式部署。此渐增式部署可继续进行，直到内侧端130与外侧端132 均实现完全部署为止，如图4所示。

图5和图6所示为根据本发明的转子叶片组件100的另一项实施 例。根据本发明的扰流板组件102包括多个扰流板106和一个致动器 110，此实施例中的所述致动器包括移动式轨道114和滚轮116。在扰 流板组件102运行的过程中，对组成扰流板组件102的扰流板106进 行渐增式部署，首先部署包括内侧端130的扰流板106，如图5所示。 此部署通过致动器的致动而发生，在这种情况下，所述部署包括滚轮 116沿移动式轨道114滚动以使移动式轨道114移动，以渐增方式接 触并部署扰流板102中的每个扰流板。然后，通过朝着包括外侧端132 的扰流板106逐渐部署各扰流板106，来对扰流板组件102继续进行 渐增式部署，以便扰流板组件102沿扰流板组件的长度120和转子叶 片16的翼展44进行渐增式部署。此渐增式部署可继续进行，直到内 侧端130和外侧端132均实现完全部署为止，如图6所示。

图7和图8所示为根据本发明的转子叶片组件100的另一项实施 例。根据此实施例的扰流板组件102包括一个扰流板102以及多个致 动器110，此实施例中的所述致动器是缸112。一个致动器110放置 在前端134附近，而另一个则放置在后端136附近。在扰流板组件102 运行的过程中，后端136通过相邻致动器110的致动而首先实现完全 部署，如图7所示。然后，通过前端134附近的致动器110进行逐渐 致动，使扰流板组件102根据需要继续进行渐增式部署，以便扰流板 组件102沿扰流板组件的宽度122和转子叶片16的翼弦42进行渐增 式部署。此渐增式部署可继续进行，直到前端134与后端136均实现 完全部署为止，如图8所示。

应了解，根据本发明的扰流板组件可以与部署扰流板的渐增方式 相同的方式，从完全或部分部署位置缩回未部署位置。

本发明进一步涉及用于调整转子叶片16的负载能力的方法。所 述负载能力可通过提升能力、负载能力、偏转能力、或转子叶片16 的任何其他合适特征来确定。所述方法包括，例如，监测转子叶片16 的负载能力，如上文所述。所述方法进一步包括以下步骤：当负载能 力超过例如提升极限、负载极限或偏转极限等预定负载能力极限时， 运行扰流板组件102。在某些实施例中，所述预定负载能力极限可为 最大极限。通过运行扰流板组件102，可使扰流板组件102通过转子 叶片16的表面进行渐增式部署，如上文所述。此渐增式部署可继续 进行，直到负载能力低于预定负载能力极限或在所述预定负载能力极 限的范围之外为止，或者直到扰流板组件102实现完全部署为止。

在某些实施例中，运行步骤包括运行控制器150。控制器150与 扰流板组件102保持有效通信，且所述控制器可运行扰流板组件102， 以按需要或要求对扰流板组件102进行渐增式部署，例如直到负载能 力低于预定负载能力极限或在所述预定负载能力极限的范围之外为 止，或者直到扰流板组件102实现完全部署为止。

本说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也 让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装 置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要 求书界定，并可包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他 此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例 包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实 例也属于权利要求书的范围。