專利名稱：帶有根部幕簾的風力渦輪轉子葉片組件的制作方法
技術領域：
本公開大體上涉及風力渦輪轉子葉片，并且更特定而言涉及用于風力渦輪葉片的根部幕簾(root curtain)。
背景技術：
風能被認為是目前可用的最清潔、最環保的能源之一，并且風力渦輪在這方面獲得增加的關注。一種現代的風力渦輪通常包括塔架、發電機、齒輪箱、機艙以及一個或更多轉子葉片。轉子葉片使用公知的翼型原理捕獲風的動能。轉子葉片以旋轉能的形式傳輸動能，以便轉動將轉子葉片聯接至齒輪箱(或者如果不使用齒輪箱，直接聯接至發電機)的軸。然后，發電機將機械能轉換為可部署到公用電網的電能。轉子葉片通常在尺寸方面增加，以便變得能夠捕獲增加的動能。然而，由于轉子葉片的輪廓，典型的風力渦輪轉子葉片的形狀導致相對大的空氣動力學分離區。具體而言，與圓柱形根部相鄰并包括圓柱形根部的轉子葉片的內部部分的輪廓導致這種分離。在一些情況下，該內部部分可包括轉子葉片的30%、40%或更多。分離區通過形成阻力而導致相對顯著的能量損失。此外，當轉子葉片尺寸增加時，這些損失放大。已經提出附加延伸部或其它結構以改進轉子葉片的內部部分的空氣動力學輪廓。例如參考美國專利No. 7，837，442。然而，存在的一個問題是在圓柱形根部構造處有效地利用這些結構，這對于促進葉片到轉子輪轂的連接而言是必需的。延伸結構在葉片根部方向上的漸縮或者終止與葉片根部間隔開的延伸部導致了降低的空氣動力學性能
因此，將期望一種改進的組件，其更有效地利用根端前緣或后緣延伸部的益處。

發明內容
本發明的方面和優點將部分地闡述在下文的描述中，或者可從該描述顯而易見，或者可通過實施本發明來了解。在一個實施例中，提供了一種風力渦輪轉子葉片組件，其包括轉子葉片，該轉子葉片具有在頂部部分和葉片根部之間沿大體翼展方向延伸的壓力側、吸入側、前緣以及后緣。邊緣延伸部沿前緣或所述后緣中的任一個或兩者附連并且在大體翼展方向上從根部附近朝頂部延伸。邊緣延伸部具有限定大體連續的空氣動力學表面的成形外表面以及與根部間隔開的末端。幕簾附連至邊緣延伸部且沿翼展方向從末端延伸到根部。該幕簾由適應葉片根部到轉子輪轂的連接以及轉子葉片相對于轉子輪轂的變槳控制運動的適應性的、柔性的材料形成。該組件不由限定幕簾的材料的類型限定。該材料例如可為適合于風力渦輪的操作環境的任何構造的織造或非織造材料。該幕簾可對于空氣、水、濕氣等可滲透，以便防止碎片在葉片根部周圍的積聚。在一特定實施例中，幕簾由具有多個單獨剛毛的刷狀部件限定，剛毛沿大體翼展方向從邊緣延伸部的末端延伸到葉片根部。剛毛可大體上平行于葉片的根部部分延伸，或者，在一個實施例中，可朝葉片根部成角度彎曲并在葉片根部周圍聚集。剛毛可從附連至葉片的頭部部分或帶條延伸。幕簾可包圍延伸部的末端并附連至葉片根部而不完全圍繞根部延伸。在另一實施
例中，幕簾可在一種閉環構造中完全包圍邊緣延伸部的末端以及葉片根部。本發明還涵蓋任何形式的風力渦輪構造，其具有構造有根據本文提出的方面的邊
緣延伸部和幕簾的一個或更多轉子葉片。參考下面的描述和所附權利要求，本發明的這些和其它的特征、方面和優點將變
得更好理解。并入說明書中并構成該說明書的一部分的附圖顯示了本發明的實施例，并且
與描述一起用于說明本發明的原理。


在該說明書中闡述了本發明的完整且能夠實現的公開，包括其致力于本領域普通
技術人員的最佳模式，說明書對附圖做出了參考，在附圖中
圖1是根據本發明的方面的常規風力渦輪的透視圖，該風力渦輪具有可包括邊緣延伸
部和相應幕簾的一個或更多轉子葉片；
圖2是帶有后緣延伸部和幕簾的轉子葉片的透視 圖3是具有前緣延伸部和后緣延伸部以及相應幕簾的風力渦輪葉片的視 圖4是具有后緣延伸部和相應幕簾的風力渦輪葉片的視 圖5是具有前緣延伸部和相應幕簾的風力渦輪葉片的視 圖6是帶有前緣延伸部和后緣延伸部以及閉環幕簾構造的葉片根部的端視圖；以及 圖7是帶有邊緣延伸幕簾的轉子葉片的透視圖，該邊緣延伸幕簾在葉片根部周圍聚集。附圖標記
10 風力渦輪 12 塔架 14 機艙 16 轉子葉片 18 轉子輪轂 22 壓力側 24 吸入側 26 前緣 28 后緣 32 葉片頂部 34 葉片根部 42 翼弦(chord)
44 翼展(span)
46 局部翼弦 48 最大翼弦
52內側區域
54外側區域 100 轉子葉片組件 110 葉片延伸部 114 外表面 116 末端 118 幕簾 120 端部 122 頭部
124 剛毛(bristle)。
具體實施例方式現在將更詳細地對本發明的實施例做出參考，這些實施例的一個或更多示例在附圖中示出。每個示例以本發明的說明而不是本發明的限制的方式提供。實際上，對本領域技術人員而言將顯而易見的是，在不脫離本發明的范圍或精神的情況下，可在本發明中做出各種修改與變型。例如，作為一個實施例的一部分所顯不或描述的特征可與另一實施例一起使用以產生更進一步的實施例。因此，當落入所附權利要求及其等同物的范圍內時，本發明意圖包括這樣的修改與變型。圖1顯示了常規結構的風力渦輪10。該風力渦輪10包括其上安裝有機艙14的塔架12。多個轉子葉片16被安裝至轉子輪轂18，轉子輪轂18又連接至主凸緣，主凸緣使主轉子軸旋轉。風力渦輪的發電和控制構件被容納在機艙14內。圖1的視圖僅僅為了說明性的目的而提供，以將本發明置于示例性的使用領域中。應當理解，本發明并不限于任何特定類型的風力渦輪構造。參考圖2，根據本公開的方面的示例性轉子葉片16包括在前緣26和后緣28之間延伸的限定壓力側22和吸入側24的外表面。葉片16從葉片頂部32延伸至葉片根部34。外表面可為具有大體上空氣動力學輪廓的空氣動力學表面，如本領域中所公知的那樣。在一些實施例中，轉子葉片16可包括多個單獨的葉片區段，其從葉片頂部32到葉片根部34以端對端的順序排列。每個單獨的葉片區段可獨特地構造成使得多個葉片區段限定具有設計的空氣動力學輪廓、長度和其它期望特性的完整的轉子葉片16。例如，每個葉片區段可具有與相鄰葉片區段的空氣動力學輪廓相對應的空氣動力學輪廓。因此，葉片區段的空氣動力學輪廓可形成轉子葉片16的連續的空氣動力學輪廓。作為備選，轉子葉片16可形成為具有設計的空氣動力學輪廓、長度和其它期望特性的單個整體葉片。轉子葉片16還可限定分別沿翼弦方向和翼展方向延伸的翼弦42和翼展44，如圖2中所示。翼弦42可在整個轉子葉片16的翼展44上變化。因此，對轉子葉片16而言，可沿著翼展44在轉子葉片16上的任一點限定局部翼弦46。此外，轉子葉片16可限定最大翼弦48，如圖所示。另外，轉子葉片16可限定內側區域52和外側區域54。內側區域52可為轉子葉片16的從根部34延伸的翼展方向部分。例如，在一些實施例中，內側區域52可包括從根部34延伸的翼展44的大約33 %、40 %、50 %或任何其它百分比。外側區域54可為轉子葉片16的從頂部32延伸的翼展方向部分，并且在一些實施例中可包括轉子葉片16的介于內側區域52和頂部32之間的其余部分。
仍然參考圖2，根據本發明的方面的葉片組件100包括與轉子葉片16 —起構造的邊緣延伸部110。邊緣延伸部110是在葉片的內側區域52中安裝至轉子葉片16的大體上靜止的構件。邊緣延伸部110具有與根部34間隔開的端部116，并且大體上沿翼展方向朝頂部32延伸。因此，邊緣延伸部110的端部116與根部34間隔開，而相對的端部在內側區域52中定位于根部34和頂部32之間，并可延伸至最大翼弦48。邊緣延伸部110改變轉子葉片16的與根部34相鄰的一部分的輪廓，在這種情況下，減少或消除了在轉子葉片16的該部分中的任何空氣流分離區，并且進一步降低了與轉子葉片16相關聯的阻力并提高了轉子葉片16的性能。邊緣延伸部110包括內表面，該內表面被相符地安裝至壓力側22、吸入側24或后緣28中的至少一個，使得當邊緣延伸部110被安裝至轉子葉片16時，相對極少空氣或者沒有空氣可經過邊緣延伸部110的內表面與壓力側22、吸入側24和/或后緣28之間。應當理解，內表面可相符地安裝至壓力側22、吸入側24或后緣28的任何組合。邊緣延伸部110包括外表面114，其限定與轉子葉片16的外表面中的一個或更多大體上連續的空氣動力學表面。例如,外表面114以及壓力側22或吸入側24中的至少一個限定大體上連續的空氣動力學表面。大體上連續的空氣動力學表面是具有大體上連續的空氣動力學輪廓的表面。在一些實施例中，邊緣延伸部110可具有在翼展方向上朝頂部32大體上減小的橫截面面積。然而，作為備選，邊緣延伸110部可具有在翼展方向上朝頂部32大體上增加的橫截面面積，或者可具有大體上恒定的橫截面面積。應當理解，本發明并不限于任何特定形狀、長度或構造的空氣動力學邊緣延伸部110。仍然參考圖2，轉子葉片組件100包括幕簾118，其附連至葉片延伸部110的端部116。幕簾118由任何合適的適應性的、柔性的材料形成，該材料能夠適應葉片根部34到轉子輪轂18 (圖1)的連接，以及適應轉子葉片16相對于轉子輪轂18的運動，該運動例如發生在葉片16相對于轉子輪轂18的槳距控制旋轉期間。幕簾118從葉片延伸部110的末端116延伸至介于根部34和末端116之間的位置，該位置可與根部34緊鄰，或者至少與根部34相鄰。應當理解，該位置包括幕簾118相對于根部34的略微過延伸或略微欠延伸。在某些實施例中，幕簾118可具有長度和構造，使得其在葉片16處于細槳距位置時接觸轉子輪轂 118。幕簾118提供若干益處。例如，它允許葉片邊緣延伸部110的翼展方向長度的最大使用和因此葉片翼展44的總體增加的使用。幕簾118還抑制大的高損耗流出渦旋從根部34的發展，因為幕簾118減少從根部圓柱體34流到葉片16上的翼展方向流的量。幕簾118并不限于限定幕簾118的材料的類型或組合。例如，幕簾118可由任何形式的非織造或織造材料形成，該材料足夠適應性和柔性以適應葉片16相對于轉子輪轂18的各種旋轉位置。在圖3至圖5中顯示的一個特定的代表性實施例中，幕簾118由具有多個剛毛124的刷狀構件限定，該多個剛毛124沿翼展方向延伸至葉片根部34。剛毛可相對緊密地聚集，以便限定從邊緣延伸部110的末端116朝葉片根部34延伸的大體上連續的空氣動力學表面。剛毛124可從附連在葉片延伸部110的末端116處的任何形式的合適頭部122延伸。例如，頭部122可為容易附連至葉片表面的帶條。頭部122可通過任何合適方式(包括粘合劑、焊接、粘接材料、機械緊固件等)附連至邊緣延伸部110和葉片表面。圖3描繪了葉片組件100的實施例，其中，相應的邊緣延伸部110附連至葉片16的前緣26和后緣28。單獨的相應幕簾118可與每個邊緣延伸部110 —起構造。在圖3和圖6中所描繪的備選實施例中，單個連續的幕簾118可包圍每個邊緣延伸部110的末端116，以及根部34的中間部分，使得幕簾118限定大體上連續的環型結構但包圍邊緣延伸部110和根部34。在圖4中所描繪的實施例中，單個葉片延伸部110沿著葉片16的后緣28構造。幕簾118包括頭部122并具有端部120，頭部122包圍邊緣延伸部110的末端，端部120延伸到葉片的表面上，例如在葉片16的壓力側和吸氣側上。頭部122和端部120通過任何合適方式(包括粘合劑、焊接、粘接材料、機械緊固件等)附連至邊緣延伸部110和葉片表面。在圖5的實施例中，單個葉片延伸部110沿著葉片16的前緣26附連并且包括幕簾118，該幕簾118包圍延伸部110的末端，頭部122附連至邊緣延伸部110且端部120延伸到葉片16的壓力側表面和吸入側表面上。在圖3至圖5的實施例中，幕簾118被描繪為由帶有剛毛124的刷狀部件限定，剛毛124大體上沿直的翼展方向從邊緣延伸部110的末端朝根部34延伸。利用該構造，剛毛124包圍邊緣延伸部110的末端116并且功能地限定邊緣延伸部外表面輪廓的延續部分。在圖7的實施例中，幕簾118從邊緣延伸部110的末端延伸，并且徑向朝內漸縮至根部34。幕簾118聚集并包圍根部34，從而在葉片的從根部34到邊緣延伸部110的末端116的部分周圍形成袋狀封罩。在該實施例中，幕簾118可由剛毛124限定，如上面所論述的那樣。如所提及的，本發明還涵蓋包括安裝至轉子輪轂18的多個轉子葉片16的任何方式的風力渦輪10(圖1)，其中，葉片16中的任何一個或組合包括如上面所論述的葉片組件100。該書面描述使用示例來公開本發明，包括最佳模式，并且還使本領域技術人員能夠實施本發明，包括制造和使用任何裝置或系統以及執行任何包括在內的方法。本發明的可專利范圍由權利要求所限定，并且可包括本領域技術人員想到的其它示例。如果這種其它示例包括與權利要求的字面語言沒有差別的結構要素，或者如果它們包括與權利要求的字面語言無實質差別的等同結構要素，那么這種其它示例意圖在權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種風力渦輪轉子葉片組件，包括轉子葉片，其具有在頂部和根部之間沿大體翼展方向延伸的壓力側、吸入側、前緣以及后緣；邊緣延伸部，其沿所述前緣或所述后緣中的任一個在大體翼展方向上從所述根部附近朝所述頂部附連，所述邊緣延伸部包括限定大體連續的空氣動力學表面的成形外表面； 所述邊緣延伸部具有與所述根部間隔開的末端；幕簾，其附連至所述邊緣延伸部且沿翼展方向從所述末端延伸到所述根部，所述幕簾由適應所述根部到轉子輪轂的連接以及所述轉子葉片相對于所述轉子輪轂的變槳運動的適應性的、柔性的材料形成。
2.根據權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述幕簾包圍所述末端并具有延伸到所述根部上的端部。
3.根據權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述幕簾包圍所述末端和所述根部。
4.根據權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，沿著所述前緣和所述后緣兩者包括相應的所述邊緣延伸部。
5.根據權利要求4所述的葉片組件，其特征在于，所述幕簾包圍所述邊緣延伸部的所述末端以及所述根部的中間部分。
6.根據權利要求1所述的葉片組件，其特征在于，所述幕簾由在翼展方向上至少延伸至所述根部的刷狀剛毛形成。
7.根據權利要求6所述的葉片組件，其特征在于，所述幕簾包括附連至所述邊緣延伸部的頭部部分。
8.根據權利要求6所述的葉片組件，其特征在于，所述剛毛從所述末端大體平直地延伸。
9.根據權利要求6所述的葉片組件，其特征在于，所述剛毛從所述末端延伸到所述根部以便周向地圍繞所述根部。
10.一種風力渦輪,包括安裝至轉子輪轂的多個轉子葉片，所述多個轉子葉片中的每一個具有在頂部和根部之間沿大體翼展方向延伸的壓力側、吸入側、前緣以及后緣；邊緣延伸部，其沿所述前緣或所述后緣中的任一個在大體翼展方向上從所述根部附近朝所述頂部附連，所述邊緣延伸部包括限定大體連續的空氣動力學表面的成形外表面； 所述邊緣延伸部具有與所述根部間隔開的末端；幕簾，其附連至所述邊緣延伸部且沿翼展方向從所述末端延伸到所述根部，所述幕簾由適應所述根部到所述轉子輪轂的連接以及所述轉子葉片相對于所述轉子輪轂的變槳運動的適應性的、柔性的材料形成。
11.根據權利要求10所述的風力渦輪，其特征在于，所述幕簾包圍所述末端并具有延伸到所述根部上的端部。
12.根據權利要求10所述的風力渦輪，其特征在于，所述幕簾包圍所述末端和所述根部。
13.根據權利要求10所述的風力渦輪，其特征在于，沿著所述前緣和所述后緣兩者包括相應的所述邊緣延伸部。
14.根據權利要求13所述的風力渦輪，其特征在于，所述幕簾包圍所述邊緣延伸部的所述末端以及所述根部的中間部分。
15.根據權利要求10所述的風力渦輪，其特征在于，所述幕簾由在翼展方向上至少延伸至所述根部的刷狀剛毛形成。
16.根據權利要求15所述的 風力渦輪，其特征在于，所述幕簾包括附連至所述邊緣延伸部的頭部部分。
17.根據權利要求15所述的風力渦輪，其特征在于，所述剛毛從所述末端大體平直地延伸。
18.根據權利要求15所述的風力渦輪，其特征在于，所述剛毛從所述末端延伸到所述根部以便周向地圍繞所述根部。
全文摘要
本發明涉及帶有根部幕簾的風力渦輪轉子葉片組件。具體而言，一種風力渦輪轉子葉片組件包括轉子葉片，該轉子葉片具有在頂部和根部之間沿大體翼展方向延伸的壓力側、吸入側、前緣以及后緣。邊緣延伸部沿前緣或后緣中的任一個或兩者在大體翼展方向上從根部附近朝頂部附連，其中，邊緣延伸部具有限定大體連續的空氣動力學表面的成形外表面。邊緣延伸部具有與根部間隔開的末端。幕簾附連至邊緣延伸部且沿翼展方向從末端延伸到根部。幕簾由適應根部到轉子輪轂的連接以及轉子葉片相對于輪轂的變槳運動的適應性的、柔性的材料形成。
文檔編號F03D1/06GK103016258SQ201210368889
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月27日 優先權日2011年9月27日
發明者C.A.凱羅爾, J.G.呂德克, S.赫爾 申請人:通用電氣公司