CN101029624B - 用于风能涡轮的转子以及用于控制转子毂的内部温度的方法 - Google Patents

用于风能涡轮的转子以及用于控制转子毂的内部温度的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于风能涡轮(10)的转子(16)，包括：限定出内部空间(34)的毂(18)和限定出内部空间并且具有端部(22)和连接到毂的根部(24)的至少一个转子叶片(20)。毂和所述至少一个转子叶片的内部空间流体连通。转子还包括使空气从毂流出并且流入至少一个转子叶片的气流(26)装置。

Description

用于风能涡轮的转子以及用于控制转子毂的内部温度的方法
技术领域
本发明总体上涉及一种风能涡轮，并且尤其涉及一种控制风能涡轮转子的毂内部的温度的方法。
背景技术
现代大型能量涡轮包括具有毂的转子，所述转子包括几个部件例如转子叶片致动器(pitch)驱动，所述转子叶片致动器驱动以增大毂内部温度的热的形式产生能量损失。在一些类型的风能涡轮中，由于从位于接近于转子毂的机舱的部件流出的热能，毂内部的温度增大。由于从毂向机舱延伸的转子的轴，在毂和机舱之间存在相对较大的开口，在此处来自机舱内部的热空气能够容易地传送到毂。在较高的环境温度，以上确认的两个效果能够导致毂内部的温度水平比布置在毂的部件的容许温度上限高。
发明内容
一方面，用于风能涡轮的转子包括限定出内部空间的毂，限定出内部空间并且具有端部和连接到毂的根部的至少一个转子叶片，其中毂和至少一个转子叶片的内部空间流体连通，以及使空气从毂流出并且流入至少一个转子叶片的气流装置。
本发明的另一方面提供一种用于控制风能涡轮转子的毂的内部的温度的方法。转子包括毂和具有端部和连接到毂的根部的至少一个转子叶片。所述方法包括的步骤为：提供毂和至少一个转子叶片的内部空间之间用于交换毂和至少一个转子叶片内部空间之间的空气的流体连通。
附图说明
图1示出了示意性的表示用于冷却毂的叶片内部的气流的风能涡轮的前视图；
图2是在毂内部用于温度控制的气流的第一可替换实施例的示意图；
图3示出了在毂内部用于温度控制的气流的第二可替换实施例。
部件列表
10：风能涡轮
12：塔架
14：机舱
16：转子
18：毂
20：叶片
22：端部
24：根部
26：气流
28：装置
30：风扇
32：外壳
34：内部空间
36：一半空间
38：一半空间
40：内支承壁
42：进口
44：出口
46：内部空间
46：内部
47：被动气流装置
48：开口
50：箭头
具体实施方式
为了解决风能涡轮的转子毂内部的温度增大的问题，通过本发明的方式建议采用使空气从毂内部流出毂并且流入到其根部连接到毂的至少一个转子叶片的内部空间的气流装置。为了交换毂和叶片的内部空间之间的空气，毂的内部空间和至少一个转子叶片的内部空间在至少一个转子叶片的根部彼此流体连通。从毂流入至少一个转子叶片的空气排出相同的空气到其外部或在通过内部空间或通过至少一个转子叶片的内部空间的至少一部分流动后，可能重新进入毂。
典型地，气流装置被设计为主动系统或被动系统。在主动系统中，气流装置包括布置在毂的用于将空气从毂吹入至少一个转子叶片中的风扇。作为可替换的方式，风扇位于在至少一个转子叶片的内部用于将空气从毂吸入到至少一个转子叶片。
现代转子叶片包括限定出转子叶片的内部空间的外壳。外壳包括横杆(spar)，该横杆具有布置在外壳的相对壁的两个横杆舱(sparcab)并且通过从接近于根部处向接近于转子叶片的端部处通过转子叶片纵向延伸的支承筋(supportingweb)或壁连接。内支承筋将转子叶片的内部空间分隔成在叶片的端部彼此流体连通的两半的空间并且其中在转子叶片的根部通过两个单独的开口两半空间都与毂流体连通。为了将加热的空气通过在转子叶片的根部的两个开口中的一个吹入到各自的一半空间中，在主动气流装置中，例如，在毂中布置有风扇。气流通过该一半空间向转子叶片的端部流动，并且在端部，流入到另一半空间并且返回到毂。当空气沿转子叶片的壳的内表面流动时空气被冷却，从而来自毂内部的加热空气在至少一个转子叶片中被冷却并且作为冷却空气返回到毂。在该主动系统中风扇也能够布置在转子叶片的根部的一个开口中。
根据本发明也能够使用被动气流装置，其包括在至少一个转子叶片的外壳中连接到毂的开口。根据转子的转动，由于文丘里效应，在至少一个转子叶片中产生真空或负压，其因此导致来自毂的空气被吸入到至少一个转子叶片中。
本发明既可以在较高的环境温度时用于冷却毂的内部空间也可以在冬天时用于加热毂的内部。风能涡轮毂的转子叶片可以用来自太阳的辐射加热从而该热能可以用作使热空气从至少一个转子叶片的内部空间流出到叶片中。通过该作用，执行毂内部的温度控制以保持毂内部的温度更恒定并且更接近于例如电池或毂内部的其它工作元件的理想设计温度，这样增加了这些部件的寿命。
图1示出了包括塔架12和由塔架12可转动地支承的机舱以及由机舱14可转动地支承的转子16的风能涡轮10。转子16包括中心毂18和安装到毂18的三个转子叶片20。每个转子20包括外端部22和连接到毂18的内根部24。虚线26示意性的表示毂18外部并且通过转子叶片20的内部用于控制毂18内的温度的气流。在图1中示出的实施例包括三个转子叶片16。然而，转子16的叶片20的数目对于本发明并不是特别重要。同样不是必须的是，为了毂18内部的温度控制，气流26必须通过所有的转子叶片20建立。因此，本发明还在一个叶片转子和多个叶片转子中起作用，其中从毂18向转子叶片中的至少一个和通过这样在至少一个转子叶片20上产生气流。
图2示出了布置在毂18中并且产生从毂18通过叶片20并且返回毂18的环形气流26的气流装置28的第一可替换实施例。该主动气流装置18包括布置在毂18内部的机动化的风扇30。风扇30也能够布置在叶片20中。叶片20典型地包括限定出内部空间34的外壳或外壁32，所述内部空间34通过用于加强和稳固叶片20的外壳32的内部支承壁40被分成两半空间36，38。内部支承壁40从转子叶片20的根部24向靠近其端部22延伸，在所述端部22处两半空间36，38彼此流体连通。在叶片20的根部24有两个单独的开口，即一个进口42和一个出口44。来自毂18内部的将被温度控制的空气通过风扇30被吹出毂并且被吹入一半空间36，在这个过程中空气沿通过相同的转子叶片20的纵向方向流动。在端部22空气进入第二半空间38，在这个过程中空气流回到毂18的内部46。该空气流动系统对于冷却毂18中的空气非常有用，在其中当通过转子叶片20流动时空气在转子叶片20的内表面被冷却从而作为被冷却空气重新进入毂18。然而，该系统同样可以诸如在冬天或寒冷天气的情况下用作对毂内部空气加热。通过传感器(未示出)能够确定毂和叶片内部空气温度之间的温度差，而控制器(未示出)控制通过主动或被动风扇30的热传递，从而如果叶片和毂内部空气温度之间的温度差允许按要求的冷却或加热效果时提供冷却。
图3示出了用于被动空气流动装置47的可替换实施例。如果图3中示出的元件与图2中示出的元件的结构和功能相同，那么在图3中使用相同的附图标记。
根据图3的被动空气流动装置47包括在至少一个转子叶片20的端部22上的至少一个开口48。在该实施例中转子叶片20的端部22包括三个开口48。此外，在被动空气流动装置47中空气能够从转子叶片20的外部被吸入毂18的内部46，其在图3中通过箭头50表示。根据配备有根据图3的被动空气流动装置47的转子的转动，由于文丘里效应在转子叶片24的内部空间34中产生负压或真空。该负压或真空引起从毂18的内部空间46朝向在叶片20的端部22的开口48的气流26。由于毂18中的真空和负压，来自转子外部的用于冷却的环境空气被吸入到毂18。
通过本发明的装置，位于毂内部的部件例如转子叶片致动器驱动(马达)，转换器以及电池能够有效地被冷却或保持在接近其最佳设计温度恒温。由于该冷却或温度控制效果，因为温度等级不需要很高，所以很容易地可以设计出用于定位作用(pitchapplication)的马达和转换器。同样在较高海拔风能涡轮的安装将切实可行。最后，由于工作或温度将保持地更恒定并且更接近于最佳设计温度，电池的寿命将会增加。最后，毂中的温度控制相对于具有布置在机舱和更接近于转子中的热产生元件的风能涡轮类型也非常有用。在高温处或高海拔处对于当前的齿轮箱设计风能涡轮来说，为了冷却位于接近齿轮箱的毂本发明将同样适用。
虽然本发明用各种具体实施例进行了说明，但本领域技术人员将会认识到本发明能够在权利要求的精神和范围的内做出各种修改和变形。

Claims (4)

1.一种用于风能涡轮的转子，包括：
限定出内部空间的毂；
限定出内部空间并且具有端部和连接到所述毂的根部的至少一个转子叶片，所述至少一个转子叶片包括外壳和内部支承壁，该内部支承壁通过所述至少一个转子叶片从其所述根部向其所述端部纵向延伸，并且将所述至少一个转子叶片的内部空间分隔为第一部分和在所述端部处与第一部分流体连通的第二部分，所述根部限定了第一开口和第二开口，所述毂的内部空间通过第一开口与第一部分流体连通并且通过第二开口与第二部分流体连通，其中所述毂的内部空间和所述第一部分和第二部分中的每个都流体连通，以在所述毂的内部空间和所述至少一个转子叶片的内部空间之间交换空气；
位于所述毂的内部空间的至少一个风扇，所述至少一个风扇与所述毂的内部空间流体连通并且配置成通过所述第一开口和第二开口中的一个将来自所述毂的内部空间的加热空气流吹送进入所述至少一个转子叶片，以助于冷却该加热空气，所述风扇还配置成将冷却的空气从转子叶片吹送到所述毂的内部空间，以助于冷却位于所述毂的内部空间的部件；
传感器，其配置成确定叶片内部空气温度与毂内部空气温度之间的温度差；以及
控制器，用于根据叶片内部空气温度与毂内部空气温度之间的温度差来控制风扇。
2.根据权利要求1所述的转子，其中通过所述风扇将空气吹入到所述至少一个转子叶片的第一部分或第二部分中的一个内，而所述空气通过所述转子叶片的第一部分或第二部分中的另一个重新进入所述毂。
3.一种用于控制风能涡轮的转子的毂的内部温度的方法，其中转子包括毂，该毂限定出内部空间，该转子还包括至少一个转子叶片，该转子叶片限定出内部空间且具有端部和连接到毂的根部，所述至少一个转子叶片包括外壳和内部支承壁，该内部支承壁通过所述至少一个转子叶片从其所述根部向其所述端部纵向延伸，并且将所述至少一个转子叶片的内部空间分隔为第一部分和在所述端部处与第一部分流体连通的第二部分，所述根部限定了第一开口和第二开口，其中所述方法包括：
将所述至少一个转子叶片与所述毂流体连通地连接，以在所述至少一个转子叶片的内部空间与所述毂的内部空间之间交换空气；
通过第一开口在所述毂的内部空间和第一部分之间提供流体连通，通过第二开口在所述毂的内部空间和第二部分之间提供流体连通；
在所述毂的内部空间中设置至少一个风扇，所述风扇配置成在所述毂的内部空间和转子叶片的内部空间之间吹送空气；
设置传感器，其配置成确定叶片内部空气温度与毂内部空气温度之间的温度差；
根据叶片内部空气温度与毂内部空气温度之间的温度差通过控制器来操作风扇；以及
如果叶片内部空气温度和毂内部空气温度之间的温度差允许按要求的冷却效果时提供冷却，以助于降低毂的内部空间中的风能涡轮部件的温度。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在毂的内部空间与所述至少一个叶片的第一部分之间提供气流，气流进一步地进入到所述至少一个叶片的第二部分，并从所述第二部分处重新进入毂的内部空间，其中空气的温度受到所述空气所流过的所述至少一个叶片的温度的影响。
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