具有多个曲率的风力涡轮机叶片的制作方法

具有多个曲率的风力涡轮机叶片的制作方法

具有多个曲率的风力涡轮机叶片的制作方法专利名称:具有多个曲率的风力涡轮机叶片的制作方法技术领域:本文所描述的主旨大体而言涉及具有特定叶片结构的流体反应表面,且更特定而言,涉及具有多个曲率的风力涡轮机叶片。

背景技术:风力涡轮机是用于将风的动能转变成机械能的机器。

假如机械能由机器直接使用,诸如用于抽汲水或者磨麦,则风力涡轮机可^皮称作风车。

类似地,假如机械能转变成电,则该机器还可被称作风力发电机或者风力发电站。

风力涡轮机通常依据叶片旋转所绕的竖直轴线或水平轴线来归类。

一种所谓的水平轴线风力发电机在图1中示意性地示出且可从通用电气公司获得。

风力涡轮机2的这种特定构造包括塔架4,塔架4支承封闭传动系8的机艙6。

叶片10布置于轮毂上以在机艙6外部于传动系8的一端处形成转子。

旋转的叶片驱动在传动系8的另一端处连接到发电机14上的变速箱12,其与接收来自风力计18的输入的掌握系统16—起布置于机艙6内。

叶片产生升力并从运动的空气中捕获动量,然后在叶片于转子平面中转动时将其给予转子。

每个叶片通常在其根部端固定,且然后在径向上向外,,跨越到自由尖端。

叶片的前部或前缘连接首先接触空气的叶片的最前点。

叶片的后部或后缘是已由前缘分开的空气流在经过叶片的吸力面与压力面后重新结合的地方。

弦线在越过叶片的典型空气流的方向上连接叶片的前缘与后缘。

弦线的长度简洁地为弦。

弦线布置于叶片的弦平面中。

由于弦平面未必平坦,其也可-故称作弦表面。

弦平面的中心或者弦平面中心线由弦平面上叶片10的前缘与后缘之间中间的线形成。

剪切幅板平面垂直于弦平面。

由于剪切幅板平面未必平坦,其也可纟皮称作剪切幅板表面。

剪切幅+反平面的中心或者剪切幅+反平面中心线由剪切幅斧反平面上叶片10的高压面与低压面之间中间的线形成。

叶片10的外侧端被称作尖端,且从尖端到叶片的相对端的根部的距离被称作跨度,,。

由于很多叶片10在跨度上转变它们的弦和相对应的转子半径,靠近叶片根部的弦长;皮称作根弦,且靠近叶片尖端的弦长被称作顶弦。

当垂直于流淌方向观看时,所得到的叶片外形被称作平台。

叶片的厚度在平台上变化,且术语厚度通常用于描述对于任何特定的弦线在低压吸力面与叶片的相对端上的高压面之间的最大距离。

,040号公开了一种带有平面内扫掠的风力涡轮机转子叶片。

在一个实施例中,叶片的内侧部段具有相对于叶片的弹性轴线的前扫掠且外侧部段具有后扫掠。

然而,该公开中所说明的叶片包括仅一个曲率半径。

创造内容与这些常规方法相关联的这些和其它缺陷在本创造中通过在各种实施例中供应用于风力涡轮机的叶片来解决,这种叶片包括弦平面,该弦平面具有具有第一曲率的一个跨度向部分和具有不同于第一曲率的其次曲率的另一跨度向部分。

现将参看附图来描述这个技术的各个方面,附图未必根据比例绘制,而是贯穿若千附图中的各个附图使用相同的参考标号来表示对应的部件。

图1是常规风力发电机的示意侧视图。

的叶片的侧视图。

图3是图2所示叶片的底视图。

,而图3是图2所示叶片20的底视图。

例如,叶片20可替换常规叶片10和或涡轮机2可构造有新叶片20。

图2所示的弦平面中心线22示意了弦平面的位置,而图3所示的剪切幅板中心线24示意了剪切幅板平面的位置。

虽然弦平面22和剪切幅板平面24在此处被示意为沿着垂直于页面延长的轴线基本上是平坦的,但弦平面和或剪切幅板平面通常沿着叶片跨度扭曲,使得这些平面的表面中的某些或全部表面并非基本上垂直于页面而布置。

在本文所示意的实例中,弦平面中心线22具有具有第一曲率的一个部分和具有不同于第一曲率的其次曲率的另一部分。

例如,第一曲率和其次曲率在大小、外形、长度和或它们沿着叶片20的跨度的构造的其它方面上可不同。

在本文所示意的非限制性实例中,弦平面中心线22的第一内侧部分的曲率具有标注为的固定曲率半径,而弦平面中心线22的其次外侧部分的曲率具有标注为2的固定曲率半径。

但是,和或2的长度可在相对应的曲率的长度上不同。

和或2可相对于弦平面上的任何线标注,包括此处所示意的弦平面中心线22,叶片20的前缘或后缘。

在这个实例中,与2的不同在于它们布置于弦平面的相对侧上,从而得到形弦平面中心线22。

但是,和2也可在弦平面22的同一侧上布置成其它定向,和或和2可具有不同长度。

和2的长度也可基本上相同。

除了这些半圆形的曲率构造外,对于第一曲率和其次曲率中的一个或两个,还可供应其它的曲率构造,包括但不限于以下各种类型的任何部分或组合代数曲线、焦散曲线、尖点蔓叶线、蚌线、圆锥曲线、椭圓曲线、一般平面曲线、隐式曲线、反曲线、渐伸线与渐屈线、垂足曲线、极曲线、追踪曲线、径向曲线、旋轮线、环索线,有理、超越、分形、连续、不连续和或分段曲线,诸如椭圓、抛物线以及双曲线。

如图3所示,剪切幅板平面中心线24可以可选地设有具有第三曲率的一个部分和具有不同于第三曲率的第四曲率的另一个部分。

例如,第三曲率和第四曲率在大小、外形、长度和或它们沿着叶片20跨度的构造的其它方面上可不同。

在此处所示意的非限制性实例中,剪切幅板中心线24的第三内侧部分的曲率具有标注为3的固定曲率半径,而剪切幅板平面中心线24的其次外侧部分的曲率具有标注为4的固定曲率半径。

但是,3和或4的长度可在相对应曲率的长度上不同。

3和或4可相对于剪切幅板平面上的任何线来标注,包括此处所示意的剪切幅板平面中心线24,叶片20的前缘或后缘。

在此实例中,3与4的不同在于它们被布置于弦平面上相对侧上,从而得到形剪切幅板中心线24。

但是,3与4也可在剪切幅板平面24的同一侧上布置成其它定向,和或3与4可具有不同的长度。

3与4的长度也可基本上相同。

除了这种半圆形曲率构造外,对于第一曲率和其次曲率其中之一或两者,还可供应其它曲率构造,包括但不限于以下各种类型的任何部分或组合代数曲线、焦散曲线、尖点蔓叶线、蛘线、圆锥曲线、椭圆曲线、一般平面曲线、隐式曲线、反曲线、渐伸线与渐屈线、垂足曲线、极曲线、追踪曲线、径向曲线、旋轮线、环索线,有理、超越、分形、连续、不连续和或分^:曲线,诸如椭圆、4旭物线以及双曲线。

以上所述的第一曲率、其次曲率、第三曲率和第四曲率可为一个或多个叶片参数诸如固定或可变几何外形的叶片面积、跨度、沿着跨度的弦长、扭曲、厚度、叶片偏转、;陂动或主动流淌特征和或其它空气动力学特性的线性或非线性函数。

包括在曲率中的两个或两个以上曲率联接在一起的任何点处,它们都可以是连续的或不连续的。

虽然本文所示意的实例示出了曲率中的各个曲率在相对应的弦平面中心线22或者剪切幅板平面中心线24的中点四周相切地联接,但并不要求各个曲率连接,在沿着叶片22跨度的特定点处较少连接。

例如,基本线性的部分可布置于两个曲率之间。

还可供应额外的曲率部段。

上文所争论的技术供应了优于常规方法的各种优点。

例如,具有多个曲率的风力涡轮机叶片允许在较低风速下有较高的空气动力学效率且在较高速度下有改进的负载阻力。

特殊地,第一曲率和其次曲率在前缘处供应了前弦向扫掠,其具有改进的弯曲与扭曲耦合性状。

分布式剪切幅板构造还有助于供应较轻的重量和较高的强度,而可变的几何外形有助于减小动态负载活动。

对于给定的操作模式,还可定制转子的旋转速度,以使得能够对于给定的噪声发散级别减小最大功率捕获。

应强调的是,上文所述的实施例,且特殊是任何优选实施例,仅仅是在本文中为了供应对这个技术各个方面的清晰理解而阐述的各种实施方式的实例。

在不显著偏离仅由所附的权利要求书的适当构造所限定的爱护范围的状况下,本事域一般技术人员将能够修改这些实施例中的很多实施例。

2的叶片20,其包括弦平面22,所述弦平面22具有具有第一曲率1的一个跨度向部分和具有不同于所述第一曲率的其次曲率2的另一跨度向部分。

,其特征在于,所述第一曲率包括固定曲率半径。

,其特征在于,所述其次曲率包括固定曲率半径2。

、2或3所述的叶片,其特征在于,所述第一固定曲率半径与其次固定曲率半径布置于所述弦平面的相对侧上图1。

,其特征在于,所述叶片还包括具有带有第三曲率3的部分的剪切幅板平面24。

,其特征在于,所述叶片还包括具有带有第四曲率4的另一部分的剪切幅板平面24。