CN101240771A - 转子叶片后缘组件及使用方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种转子叶片组件。转子叶片组件包括具有后缘部分(88)的转子叶片(22)，以及联接到所述后缘部分的后缘组件(28)，所述后缘组件具有变化的截面且包括后缘(36)。

Description

转子叶片后缘组件及使用方法
技术领域
本发明一般地涉及旋转叶片，且更特定地涉及转子叶片后缘组件及使用方法。
背景技术
一般地，风力涡轮发电机包括具有多个叶片的转子。转子有时装配在壳体或机舱内，其定位在基体，例如桁架或管状塔架的顶部。至少一些已知的公用级风力涡轮机(即设计为提供电力给公用电网的风力涡轮机)能够具有长度30米(m)(100英尺(ft))或以上的转子叶片。
已知的转子叶片一般地难以制造且耗时。它们一般从两个配合在一起的模制玻璃纤维外壳制成，以限定具有前缘和后缘的叶片截面。然而，由于玻璃纤维的差的结构特性，当外壳配合在一起时，后缘通常需要附加的精加工以限定精加工过的后缘宽度。使用当前技术，已知的玻璃纤维后缘一般不能精加工至小于2.5毫米。后缘一般是转子叶片最弱的区且它的宽度也可以引起在风力涡轮机操作期间由转子叶片产生的噪音。
由于它们的尺寸和/或脆性，一些已知的大转子叶片在运输期间可能被损坏。例如，一些已知转子叶片的后缘在装载和/或卸载到至少一些已知的运输容器内以及/或从其卸载期间，或在安装期间可能被损坏。另外，由于转子叶片长比宽大很多，转子叶片在操作期间以及运输和安装期间易于翘曲。
发明内容
一方面，提供组装涡轮机的转子叶片的方法。该方法包括通过将吸力侧终端联接到压力侧终端且将后缘组件定位在吸力侧终端和压力侧终端之间而形成转子叶片后缘，后缘组件具有变化的截面。
另一方面，提供转子叶片组件。转子叶片组件包括转子叶片，转子叶片包括后缘部分和联接到后缘部分的后缘组件，后缘组件具有变化的截面且包括后缘。
又一方面，提供用于转子叶片的后缘插入件。后缘组件包括本体，本体包括上侧、下侧和至少一个腿，上侧和下侧构造为限定转子叶片后缘，本体构造为附接到转子叶片，且后缘组件具有变化的截面。
附图说明
图1是示范性风力涡轮发电机的示意图；
图2是可以与图1所示的风力涡轮发电机使用的转子叶片的截面图；
图3是可以与图1所示的风力涡轮发电机使用的包括示范性后缘组件的转子叶片的截面图；
图4是图3中所示转子叶片的部分的放大截面图，包括示范性后缘组件；
图5是图3中所示转子叶片的部分的放大截面图，包括可替换的示范性后缘组件；
图6是包括示范性后缘组件的转子叶片的顶视图；
图7是包括可替换的示范性后缘组件的转子叶片的顶视图；
图8是图7中所示的可替换示范性后缘组件的部分前视图；
图9是包括又一可替换的示范性后缘组件的转子叶片的顶视图；
图10是图9中所示的可替换的示范性后缘组件的放大截面图；
图11是包括又一可替换的示范性后缘组件的转子叶片的顶视图；
图12是图11中所示的可替换的示范性后缘组件的放大截面图；以及
图13是包括又一可替换的示范性后缘组件的转子叶片的顶视图。
具体实施方式
图1是示范性风力涡轮发电机10的示意图。在示范实施例中，风力涡轮发电机10是水平轴风力涡轮机。可替换地，风力涡轮机10可以是垂直轴风力涡轮机。风力涡轮机10具有从支撑表面14延伸的塔架12、装配在塔架12上的机舱16、以及联接到机舱16的转子18。转子18具有可旋转的毂20和联接到毂20的多个转子叶片22。在示范性实施例中，转子18具有三个转子叶片22。在可替换实施例中，转子18可以具有多于或少于三个的转子叶片22。中心线24延伸通过机舱16和毂20。每个转子叶片22包括末端26。在示范性实施例中，塔架12从管状钢制作且具有延伸在支撑表面14和机舱16之间的腔(图1中未示出)。在可替换的实施例中，塔架12是格子形塔架。塔架12的高度基于本领域中已知的因素和条件选择。叶片22围绕转子毂20定位，以利于旋转转子18，从而将来自风的动能转换为可使用的机械能，且随后转换为电能。
图2是可以与图1所示的风力涡轮发电机使用的转子叶片22的截面图。更具体地，每个叶片22包括限定叶片22的吸力侧的吸力侧壁30、以及限定叶片22的压力侧的压力侧壁32。侧壁30和32在前缘34处和已知的后缘50处接合。吸力侧30具有变化的轮廓，从前缘34延伸到吸力侧终端38，具有内表面40且具有外表面42。压力侧32具有变化的轮廓，从前缘34延伸到压力侧终端44，具有内表面46且具有外表面48。吸力侧30和压力侧32每个代表叶片22的模制玻璃纤维半部。吸力侧30和压力侧32组装以形成转子叶片22。转子叶片22限定弦52为前缘34和已知后缘50的中点54之间的距离。围绕叶片22流动的流体55使用箭头显示。应当理解的是，在此使用的“流体”包括流动的任何材料或媒介，包括但不限于气体、空气和液体。
图3中所示的信息是与图2中所示的相同的信息，如以下更详细描述。同样，等同于图2中所示部件的图3中图示的部件使用与图2中使用的相同的附图标记标识。
图3是转子叶片22的截面图，包括示范性的后缘组件28，其可以与图1所示的风力涡轮发电机使用。应当理解的是，弦52的长度，如图3所示，与图2中所示的弦52的长度相同。应当理解的是，声音由压力的变化或波动产生。已知的转子叶片后缘能够制造成最小2.5毫米宽。由于在后缘处的流体55流动的大体混乱的性质，这些已知的转子叶片后缘在操作期间经历压力波动，且产生相关的不希望的噪音。为了减少由转子叶片产生的噪音，已知的后缘可以构造成抑制压力波动。通过强迫流体55从前缘34跟随侧30和32到尖锐的或尖的后缘36，沿侧30流动的流体55和沿侧32流动的流体55以稳定均匀的方式在后缘36处汇合。因而，减少在后缘36处的压力波动。
图4是图3中所示转子叶片22的部分的放大截面图，包括示范性后缘组件28。后缘组件28包括本体部分56和从其延伸的腿58，60。本体部分56包括侧62和64，以及底面66。更具体地，侧62包括外表面部分68和内表面部分70，梯级72布置在其之间。外表面部分68成形为延伸压力侧32的外表面48的轮廓且朝向后缘36变成直线。内表面部分70成形为靠压力侧32的内表面46配合且梯级72匹配压力侧32的厚度。类似地，侧64包括外表面部分74和内表面部分76，梯级78布置在其之间。外表面部分74成形为延伸吸力侧30的外表面42的轮廓且朝向后缘36变成直线。内表面部分76成形为靠吸力侧30的内表面40配合且梯级78匹配吸力侧30的厚度。外表面部分68和74都逐渐变小且在边缘或尖端处会聚，限定后缘36。底面66具有第一端80和第二端82。腿58从第一端80延伸到端84且成形为匹配靠近吸力侧30的终端39的吸力侧30的内表面40。腿60从第二端82延伸到端86且成形为匹配靠近压力侧32的终端43的压力侧32的内表面46。应当理解的是，腿58和60可以具有利于将后缘组件28联接到叶片22且使后缘组件28能够起在此所述的作用的任何长度。另外，应当理解的是，外表面部分68和74可以倾斜成在边缘或尖端处会聚以限定尖端36。
应当理解的是，转子叶片22的截面从转子毂20到末端26变化。此外，应当理解的是，由表面部分68和74限定的后缘组件28的截面也沿转子叶片22的长度从转子毂20到末端26变化，用于分别延伸表面48和42的轮廓。从而，后缘组件28沿转子叶片22的长度不具有恒定的截面。
在示范性实施例中，后缘组件28单独且与转子叶片22分开制造。在叶片22的制作期间，后缘组件28定位在侧30和32之间。更具体地，腿58和内表面部分76定位为平行于内表面40且邻近内表面40延伸。此外，梯级78靠终端39定位，从而外表面部分74大致与外表面42齐平且提供外表面42的平滑延续。类似地，腿60和内表面部分70定位为平行于内表面40且邻近内表面40延伸。此外，梯级72靠终端43定位，从而外表面部分68大致与外表面48齐平且提供外表面48的平滑延续。腿58和60以及相关的梯级78和72使用粘合剂联接到相应的侧30和32。应当理解的是，虽然示范性的实施例描述腿58和60为定位在叶片22内分别靠内表面40和内表面46，但在其他实施例中，后缘组件28可以定位为使得腿58和60分别靠外表面42和外表面48定位，其使后缘组件28起在此所述的作用。在这样的实施例中，内表面部分70与外表面48齐平且内表面部分76与外表面42齐平。在示范性实施例中，粘合剂是结合膏。应当理解的是，虽然示范性实施例使用结合膏作为粘合剂，其他实施例可以使用任何其他粘合剂或紧固装置，例如但不限于，机械紧固件，其利于将后缘组件28联接到叶片22且使组件28能够其在此所述的作用。
图5中所示的信息是与图4中所示的相同的信息，如以下更详细描述。同样，等同于图4中所示部件的图5中图示的部件使用与图4中使用的相同的附图标记标识。
图5是图3中所示转子叶片22的部分的放大截面图，包括可替换的示范性后缘组件28。该可替换实施例类似于图4中所示的实施例。然而，后缘组件28不包括梯级72和78，且腿58和60定位为分别靠吸力侧30的外表面42和压力侧32的外表面48。更具体地，吸力侧30和压力侧32分别包括梯级79和71。端84和86定位为分别靠梯级79和71齐平，从而外表面部分74和68成形为分别延伸外表面42和48的轮廓。应当理解的是，腿58和60可以具有利于将后缘组件28联接到叶片22且使后缘组件28能够起在此所述的作用的任何长度。
由于后缘组件28设计为在尖锐的后缘36处终止，不需要后缘精加工。结果，劳动成本减少。此外，在示范性实施例中，由于后缘组件28整合到叶片22内，侧30和32的后缘部分88(图3中所示)不需要制造。由于侧30和32的宽度缩减，取决于侧30和32的宽度的运输限制也减轻。因而，在示范性实施例中，叶片22可以运输到项目位置且后缘组件28在项目位置处整合到叶片22内。应当理解的是，在示范性实施例中，后缘部分88缩减侧30和32的宽度大约百分之十。尽管示范性实施例描述后缘部分88为缩减侧30和32的宽度大约百分之十，在其他实施例中，后缘部分88可以定尺寸为缩减侧30和32的宽度使后缘组件28能够起在此所述的作用的任何百分比。
在示范性实施例中，后缘组件28从柔性的电传导材料制作，且能够给予叶片22强度和刚度。此外，材料能够形成为尖端，且不易碎。这种材料包括但不限于铜、铝、钢、锡和钛。应当理解的是，其他不同的示范性实施例可以使用使后缘组件28能够起在此所述的作用的任何其他材料。
在示范性实施例中，后缘组件28的本体56是大致实心的。然而，应当理解的是，虽然在示范性实施例中本体56是实心的，其他实施例可以使用使后缘组件28能够起在此所述的作用的中空或部分中空的本体56。
在示范性实施例中，将后缘组件28整合到转子叶片22利于减少制造时间、成本和延时。此外，后缘组件28给予叶片22大量的结构完整性。由于它的结构强度和刚度，在运输和安装期间，后缘组件28利于防止叶片22的翘曲且利于减少后缘36的易损坏性。另外，由于在示范性实施例中后缘组件28从电传导材料制作，组件28也可以起用于叶片22和风力涡轮机10雷电保护的作用。
已知的风力涡轮机转子叶片22包括少量的设计为吸引雷击的离散位置。一般地，三或四英寸的盘布置在叶片22的末端26。接地电路(未示出)从叶片22的末端26延伸到机舱12且向下通过塔架18，塔架18接地。在示范性实施例中，后缘组件28沿叶片22的整个长度延伸且是电传导的，从而它提供持续的雷电保护边缘，其降低发生在叶片22上的雷击风险。由于后缘组件28延伸叶片22的整个长度，接地电路不需要延伸通过叶片22，从而减少成本。应当理解的是，虽然示范性实施例包括沿叶片22的整个长度延伸的后缘组件28，在其他实施例中，后缘组件28不沿叶片22的整个长度延伸，而是组件28仅沿叶片22的部分延伸。
不需要诸如增加的雷电保护或大的刚度的特征的其他不同的示范性实施例可以使用不同于上述材料的材料。例如，对于不需要增加的雷电保护的实施例，后缘组件28可以从塑料材料制造。可替换地，对于需要与刚度相对的更柔性的叶片22的实施例，组件28可以从橡胶材料制造。
图6是包括示范性后缘组件28的转子叶片22的顶视图。在示范性实施例中，后缘组件28分别沿侧30和32的终端39和43延伸，从而后缘36是从终端39和43偏移且平行于终端39和43的连续的直线型面。应当理解的是，虽然示范性实施例包括连续的后缘36，其限定从终端39和43偏移且平行于终端39和43的直线型面，其他实施例可以使用使得后缘组件28能够起在此所述的作用的任何型面。
图7是包括可替换的示范性后缘组件28的转子叶片22的顶视图。在该可替换实施例中，后缘组件28构造为限定多个相邻的三角形齿90。每个齿90包括尖端92、沿由吸力侧30的终端39限定的线延伸的基部94、以及侧96。齿90在它们各自的基部94处彼此邻接，且在它们相应的尖端92处分开间距98，从而后缘36具有锯齿型面。后缘36的锯齿型面构造利于减轻在后缘36处产生的噪音。
图8是图7中所示的可替换示范性后缘组件28的部分前视图。更具体地，在该可替换实施例中，齿90的基部94包括形成正方形基部94的四个基部侧100，102，104和106。上缘108从侧100和106的交点延伸到尖端92，且下缘110从侧102和104的交点延伸到尖端92。类似地，侧96从侧104和106，以及侧100和102的交点延伸到尖端92。应当理解的是，侧100，102，104和106可以每个为使后缘组件28能够起在此所述的作用的任何长度，而不必相等。另外，应当理解的是，虽然在示范性实施例中基部94描述为具有正方形构造，其他不同的示范性实施例可以使用使后缘组件28能够起在此所述的作用的基部94的任何构造。
图9是包括又一可替换的示范性后缘组件28的转子叶片22的顶视图。该可替换实施例类似于图7和8中所示的实施例。然而，后缘组件28包括每个具有从其延伸的刚毛112的多个齿90。
图10是图9中所示的可替换的示范性后缘组件28的放大截面图。更具体地，在该可替换实施例中，每个齿90以截顶的后缘114终止且刚毛112从截顶的后缘114延伸。与刚毛112联接的齿90利于减轻在截顶后缘114处产生的噪音。在该示范性实施例且在随后实施例中，刚毛112可以从塑料或尼龙材料制作。应当理解的是，其他实施例可以包括从使截顶后缘114能够起在此所述的作用的任何其他材料制作的刚毛112。此外，应当理解的是，刚毛112可以为使后缘组件28能够起在此所述的作用的任何长度。
图11是包括又一可替换的示范性后缘组件28的转子叶片22的顶视图。在该可替换实施例中，后缘组件28包括多个齿90且间距116限定在每个齿90的基部94之间。刚毛112布置在齿90之间的每个间距116内。
图12是图11中所示的可替换的示范性后缘组件28的放大截面图。在该可替换实施例中，刚毛112布置在后缘组件28的下部本体部分118内且从其延伸开。在该可替换实施例中，刚毛112和齿90从吸力侧30的终端38延伸大约1到2厘米之间。在该可替换实施例中，齿90大致等同于图7和8中所示的齿90。具有刚毛112的可替换齿90利于减轻在可替换后缘120处产生的噪音。应当理解的是，间距116可以是使后缘组件28能够起在此所述的作用的任何宽度。
图13是包括又一可替换的示范性后缘组件28的转子叶片22的顶视图。在该可替换实施例中，多个刚毛112沿后缘组件28的长度布置以限定离散的后缘122。应当理解的是，如图12中所示，刚毛112布置在下部本体部分118内且从其延伸开。将刚毛112沿后缘组件28的长度布置利于减轻在离散后缘122处产生的噪音。应当理解的是，其他实施例可以将刚毛112沿组件28的长度以使组件28能够起在此所述的作用的任何间隔布置。
在每个实施例中，上述后缘组件利于减小由转子叶片产生的噪音且利于增加转子叶片的结构完整性。更具体地，在每个实施例中，组件利于通过强迫流体跟随叶片的侧且在各自的后缘处接合而抑制在后缘处的压力波动。此外，由于后缘组件沿叶片的长度延伸，它给予叶片结构完整性且提供持续的雷电保护。结果，涡轮机操作利于最小化噪音产生和对叶片的损坏。因此，涡轮机性能和部件使用寿命每个以成本有效和可靠的方式提高。
后缘组件的示范性实施例在上文详细描述。组件并不限于与在此所述的特定涡轮机实施例使用，相反，组件能够从在此所述的其他组件部件独立地且分离地使用。此外，本发明并不限于上述详细的组件的实施例。相反，也可以采用在权利要求书的精神和范围内的组件实施例的其他变型。
尽管本发明已经以多个具体实施例描述，本领域中的普通技术人员应当认识到，本发明能够以权利要求书的精神和范围内的修改实施。

Claims (10)

1.一种转子叶片组件，包括：
包括后缘部分(88)的转子叶片(22)；以及
联接到所述后缘部分的后缘组件(28)，所述后缘组件具有变化的截面且包括后缘(36)。
2.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述后缘(36)包括尖锐的缘、截顶的缘(114)和离散的缘(122)之一。
3.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述后缘(36)进一步包括多个齿(90)，每个所述齿从相邻的所述齿分开间距(98)。
4.根据权利要求3所述的转子叶片组件，其中至少一个刚毛(112)布置在间距(98)中。
5.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述后缘(36)包括多个刚毛(112)。
6.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述翼片进一步包括吸力侧(30)和压力侧(32)，所述吸力侧具有变化的外轮廓，所述压力侧具有变化的外轮廓。
7.根据权利要求1所述的转子叶片组件，其中所述后缘组件(28)进一步包括顶侧表面和底侧表面(66)，其中所述顶侧表面与所述吸力侧(30)变化的外轮廓齐平且构造为延伸所述吸力侧变化的外轮廓，且其中所述底侧表面与所述压力侧(32)变化的外轮廓齐平且构造为延伸所述压力侧变化的外轮廓。
8.一种用于转子叶片(22)的后缘组件(28)，所述后缘组件包括本体，本体包括上侧、下侧和至少一个腿(58)，所述上侧和所述下侧构造为限定转子叶片后缘(36)，所述本体构造为附接到所述转子叶片，所述后缘组件具有变化的截面。
9.根据权利要求8所述的后缘组件(28)，其中所述本体从电传导材料制作。
10.根据权利要求8所述的后缘组件(28)，其中所述转子叶片后缘(36)是连续型面、锯齿型面(120)和离散型面(122)之一。
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