葉片導(dǎo)流器制造技術(shù)

一種翼型葉片組件，包括葉片，該葉片包括一提升產(chǎn)生段，該提升產(chǎn)生段具有在壓力面與吸力面之間限定的第一異型體。該第一異型體從第一前緣延伸到第一尾緣，且該第一異型體具有從第一前緣延伸到第一尾緣并垂直于徑向方向的第一弦。至少一個導(dǎo)流器在葉片的提升產(chǎn)生段內(nèi)沿著壓力面或吸力面延伸。所述至少一個導(dǎo)流器限定在第二前緣與第二尾緣之間延伸的第二異型體，且第二異型體具有在第二前緣與第二尾緣之間延伸的第二弦。第二異型體限定與相應(yīng)的壓力面或吸力面相背離的外表面，導(dǎo)流器沿著該外表面延伸。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】相關(guān)申請的交叉引用本申請主張對于2014年11月27日提交的美國臨時申請第61/909,733號的權(quán)益，該臨時申請的內(nèi)容通過援引納入本文。
本公開涉及葉片。更具體地說，本公開涉及結(jié)合有導(dǎo)流器(flow deflector)的葉片。
技術(shù)介紹
風(fēng)力渦輪機產(chǎn)生與其葉片的掃掠面積(swept area)以及在任何給定時間經(jīng)過葉片的氣流的量成比例的功率(power，動力)。在風(fēng)力渦輪機的設(shè)計和制造期間，會考慮如轉(zhuǎn)子直徑、葉片長度和負載極限等多種設(shè)計選擇。在低風(fēng)力下，較長的葉片會產(chǎn)生更大的能量。然而，較長的葉片需要更多的材料、更高的加工和運輸費用、更大且更為結(jié)實的轉(zhuǎn)子設(shè)計來支撐較長的葉片所增加的重量，并且由于較長的葉片在高風(fēng)速下可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的損壞程度，因此還需要用于在高風(fēng)力情況下防止可能對渦輪機造成損壞的自動防故障系統(tǒng)(failsafe system)。相反地，使用較短的葉片具有其自身固有的缺陷。例如，在低風(fēng)力下，較短的葉片可能不具有足夠的表面積來產(chǎn)生足以使轉(zhuǎn)子運動的轉(zhuǎn)矩，從而不能產(chǎn)生功率。無論(葉片)大小如何，由于氣流所產(chǎn)生的各種不同性質(zhì)，導(dǎo)致所有的風(fēng)力渦輪機葉片的總體效率都受限制。由于運轉(zhuǎn)期間葉片的旋轉(zhuǎn)運動，至少一部分沖擊葉片的氣流被轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬τ趶母砍蛉~片末端的葉片長度的徑向運動分量。圖1闡示了一種標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)力渦輪機10，其具有支撐著轂14的桅柱(mast)12，多個葉片16通過轂14被支撐。由于渦輪機汲取能量而使風(fēng)力必然減慢，因此受到渦輪影響的大部分空氣形成流管(stream tube)。在
渦輪處被引導(dǎo)的風(fēng)W將具有由環(huán)形18所示的初始區(qū)域。隨著風(fēng)W到達葉片16，氣流具有兩個分量，即軸向流WA和徑向流WR，而風(fēng)的流場的面積因沿流管的質(zhì)量流率守恒而徑向擴展，如環(huán)形20所示。由于尾跡(wake)中的壓力必須在因經(jīng)過轉(zhuǎn)子盤而經(jīng)歷的壓降之后返回到大氣壓，因此(風(fēng)的)流場繼續(xù)徑向向下擴展，如環(huán)形22處增大的面積所示。基于動量守恒，這一徑向流WR會從風(fēng)所產(chǎn)生的可用的總力中產(chǎn)生徑向力，因此使渦輪機的效率降低。這種徑向力對于轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的任何轉(zhuǎn)矩或功率并無貢獻。本公開解決了由傳統(tǒng)葉片設(shè)計所導(dǎo)致的這些問題和其它類似的問題。其通過重新定向徑向流WR而使葉片能夠?qū)⒉糠謴较蛄D(zhuǎn)變?yōu)榍邢蛄Γ瑥亩沟糜蓽u輪機汲取的轉(zhuǎn)矩和功率增大。
技術(shù)實現(xiàn)思路
在至少一個實施例中，本公開描述了一種翼型葉片組件，該翼型葉片組件包括從根部沿徑向朝末端延伸的葉片。該葉片包括一提升產(chǎn)生段(lift generation section)，該提升產(chǎn)生段具有限定在壓力面與吸力面之間的第一異型體(profiled body，輪廓體)。該第一異型體從第一前緣延伸到第一尾緣，且該第一異型體具有從第一前緣延伸到第一尾緣并且垂直于徑向方向的第一弦(chord)。至少一個導(dǎo)流器在葉片的提升產(chǎn)生段內(nèi)沿著壓力面或吸力面延伸。上述至少一個導(dǎo)流器限定了在第二前緣與第二尾緣之間延伸的第二異型體，且該第二異型體具有在第二前緣與第二尾緣之間延伸的第二弦。該第二異型體限定了與相應(yīng)的壓力面或吸力面相背離的一外表面，導(dǎo)流器沿著該外表面延伸。在至少一個實施例中，本公開描述了一種風(fēng)力渦輪機組件，該風(fēng)力渦輪機組件包括：轂，配置成沿一旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)；以及多個葉片組件，連接到轂組件，并且包括連接到這些葉片的導(dǎo)流器。這些導(dǎo)流器被配置成用以改變?nèi)肷錃饬?incident airflow)從而沿旋轉(zhuǎn)的方向產(chǎn)生附加的力，進而產(chǎn)生附加的功率。這些導(dǎo)流器并不局限于風(fēng)力渦輪機，而是可以設(shè)置到在例如直升機、水輪機、飛機機翼、發(fā)動機、螺旋槳和工業(yè)渦輪機等多種應(yīng)用中使用的葉片上。附圖說明現(xiàn)將參照下列附圖來描述多個實施例，在附圖中相同附圖標(biāo)記表示相同部件，并且其中：圖1是現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)力渦輪機的示例以及該風(fēng)力渦輪機附近的對應(yīng)的典型氣流的立體圖。圖2是具有包含根據(jù)本公開的一實施例的導(dǎo)流器的葉片的風(fēng)力渦輪機的示例的立體圖。圖3是根據(jù)本公開的一實施例的包含導(dǎo)流器的葉片的示例的立體圖。圖4是沿著圖3中的線4-4的剖視圖。圖5是沿著圖3中的線5-5的剖視圖。圖6是圖3的葉片的一部分的俯視平面圖。圖7是根據(jù)本公開的一實施例的包含導(dǎo)流器的葉片并闡示其上的合力的俯視平面圖。圖8是根據(jù)本公開的一實施例的包含導(dǎo)流器的另一葉片并闡示其上的合力的俯視平面圖。具體實施方式本公開并不局限于特定的系統(tǒng)、設(shè)備和方法，因為這些因素可能改變。在說明書中所用的術(shù)語的作用僅在于描述特定的變型或?qū)嵤├侵荚谙拗破浞秶１疚闹兴玫膯螖?shù)形式“一”、“一個”和“該”包含復(fù)數(shù)的引述，除非上下文中另有具體說明。若非另有限定，這里使用的所有技術(shù)或科學(xué)用語均具有與本領(lǐng)域技術(shù)人員通常的理解相同的意義。本文中所用的用語“包括”是指“包括、但并不局限于”。本公開涉及設(shè)置在葉片的壓力面或吸力面上的導(dǎo)流器(deflector)。這里將結(jié)合風(fēng)力渦輪機來描述葉片，但是本公開并不局限于此，而是該導(dǎo)流器可以設(shè)置在例如直升機、水輪機、飛機機翼、發(fā)動機、螺旋槳和工業(yè)渦輪機等多種應(yīng)用中使用的葉片上。參照圖2至圖6，現(xiàn)將描述根據(jù)本公開的一實施例的包含導(dǎo)流器50的葉片30。葉片30被闡示為安置在風(fēng)力渦輪機10的轂14上，且轂14由桅柱12
支撐。轂14和葉片30繞旋轉(zhuǎn)軸線AR旋轉(zhuǎn)。每個葉片30沿著徑向軸線RA從根部40徑向延伸到末端42。每個葉片30通常包括三段，即根部段32、傳輸段36以及提升產(chǎn)生段34。根部段32將葉片30連接到轂14。提升產(chǎn)生段34距離轂14最遠并且包括在壓力面39與吸力面38之間延伸的異型體37。該異型體37在前緣31與尾緣33之間延伸。從前緣31到尾緣33限定一弦35，并且弦35垂直于徑向軸線RA。弦35具有長度L，并且異型體37具有高度H。在提升產(chǎn)生段34內(nèi)沿著壓力面39、吸力面38或者壓力面39和吸力面38兩者設(shè)置有一個或多個導(dǎo)流器50、50’。導(dǎo)流器50、50’可被設(shè)置為靠近前緣31、尾緣33或者兩者之間的任一位置。在所示實施例中，沿著每個葉片30的吸力面38設(shè)置一對導(dǎo)流器50，而沿著每個葉片30的壓力面39設(shè)置一單個導(dǎo)流器50’。導(dǎo)流器50、50’的數(shù)量和位置并不局限于所示出的實施例，而是可以基于葉片30的構(gòu)造和工作環(huán)境來選擇。導(dǎo)流器50、50’可以與葉片30一體成型，或者可以單獨成型并連接到其上。例如，導(dǎo)流器50、50’可以利用厚度約為微米級的航天雙面膠帶或者利用小型平頭鉚釘連接到葉片30而使拖拉阻力最小化。還可以利用多種其它連接機構(gòu)。此外，導(dǎo)流器50、50’可以在葉片30的最初制造期間沿著表面設(shè)置，或者可通過改造裝配(retro-fit)的方式連接到現(xiàn)有的葉片30。此外，導(dǎo)流器50、50’可被可調(diào)節(jié)地安置，使其位置和取向可以被調(diào)節(jié)成符合當(dāng)前的操作條件(例如，更多或更少的風(fēng))。每個導(dǎo)流器50、50’均具有異型體52，該異型體52從前緣51延伸到尾緣53。從前緣51到尾緣53限定一弦55，且該弦55垂直于徑向軸線RA或者與徑向軸線RA成角度α，如后文所述。弦55具有長度l，并且異型體52具有高度h和寬度w。每個異型體52具有外表面54和接觸表面56、56’，并且限定一流線型體，例如平板或薄翼型。導(dǎo)流器50、50’大體上延伸為使其延伸超出溢本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種翼型葉片組件，包括：葉片，從根部沿徑向朝末端延伸，所述葉片包括提升產(chǎn)生段，所述提升產(chǎn)生段具有限定在壓力面與吸力面之間的第一異型體，所述第一異型體從第一前緣延伸到第一尾緣，并且所述第一異型體具有從所述第一前緣延伸到所述第一尾緣并且垂直于徑向方向的第一弦；以及至少一個導(dǎo)流器，在所述葉片的提升產(chǎn)生段內(nèi)沿著所述壓力面或所述吸力面延伸，所述至少一個導(dǎo)流器限定在第二前緣與第二尾緣之間延伸的第二異型體，所述第二異型體具有在所述第二前緣與所述第二尾緣之間延伸的第二弦，所述第二異型體限定與相應(yīng)的壓力面或吸力面相背離的外表面，所述導(dǎo)流器沿著所述外表面延伸。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.11.27 US 61/909,7331.一種翼型葉片組件，包括：葉片，從根部沿徑向朝末端延伸，所述葉片包括提升產(chǎn)生段，所述提升產(chǎn)生段具有限定在壓力面與吸力面之間的第一異型體，所述第一異型體從第一前緣延伸到第一尾緣，并且所述第一異型體具有從所述第一前緣延伸到所述第一尾緣并且垂直于徑向方向的第一弦；以及至少一個導(dǎo)流器，在所述葉片的提升產(chǎn)生段內(nèi)沿著所述壓力面或所述吸力面延伸，所述至少一個導(dǎo)流器限定在第二前緣與第二尾緣之間延伸的第二異型體，所述第二異型體具有在所述第二前緣與所述第二尾緣之間延伸的第二弦，所述第二異型體限定與相應(yīng)的壓力面或吸力面相背離的外表面，所述導(dǎo)流器沿著所述外表面延伸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型葉片組件，其中所述第二弦相對于所述第一弦成介于-5°到45°之間的角度α。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型葉片組件，其中所述第二弦相對于所述第一弦成介于0°到15°之間的角度α。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型葉片組件，其中多個導(dǎo)流器在所述葉片的提升產(chǎn)生段內(nèi)沿著所述壓力面或所述吸力面延伸。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的翼型葉片組件，其中所述多個導(dǎo)流器彼此間隔一給定距離。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的翼型葉片組件，其中所述給定距離等于所述第一弦的長度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼型葉片組件，其中至少一個導(dǎo)流器在所述葉片的提升產(chǎn)生段內(nèi)沿著所述壓力面延伸，并且至少一個導(dǎo)流器在所述葉片的提升產(chǎn)生段內(nèi)沿著所述吸力面延伸。8.根據(jù)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：F·J·迪茨加里亞斯，A·V·瓦克羅，
申請(專利權(quán))人：新澤西魯特格斯州立大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US