具有向前噴吹槽的渦輪機葉片和系統的製作方法

2023-05-04 15:33:46 2

具有向前噴吹槽的渦輪機葉片和系統的製作方法
【專利摘要】一種用於風力渦輪機中的葉片包括在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側。壓力側和吸入側在空氣從前緣向尾緣、在壓力側和吸入側上流動時向渦輪機葉片提供升力。葉片包括在吸入側處的一個或更多個開口，在一些情況下，所述一個或更多個開口位於尾緣與前緣之間。所述一個或更多個開口構造成在一些情況下相對於從葉片的中心線朝向前緣定向的軸線以大約在0°與70°之間的角度朝向葉片的前緣提供加壓的流體。
【專利說明】具有向前噴吹槽的渦輪機葉片和系統
【技術領域】
[0001]本發明在美國能源部門授權的DE-AR0000022下由政府支持而做出。該政府對該發明享有某些權利。
【背景技術】
[0002]翼面(或翼型)是機翼或葉片或帆狀物的橫截面形狀。在流體中運動的翼面成形體可以產生氣動力。該力的垂直於運動方向的分量可以叫做升力。該力的平行於運動方向的分量可以叫做阻力。
[0003]渦輪機是一種可以從流體流提取能量並將能量轉化成功的旋轉式發動機。渦輪機可以具有一個或更多個運動部件——包括旋轉式組件，所述旋轉式組件是具有葉片的軸或轉鼓。
[0004]風力渦輪機(或風力發電機)是可以將來自風或其他運動流體的動能轉化成機械能的裝置，該機械能隨後可以用來發電。

【發明內容】

[0005]存在有現有技術中可獲得的用於從風發電的葉片和風力渦輪機。然而，這種葉片和風力渦輪機的局限性在於，在至少一些情況下，用於製造這種葉片的能力、資源和成本使得這種葉片用於商業用途是不切實際的。特別地，在某些情況下，用於製造風力渦輪機的成本超出了可以從它們的使用實現的任何成本效益。儘管空氣汙染的減少和溫室氣體的減少是個巨大的益處，然而如果用於製造葉片的成本不減少，那麼其他的更常規的能源比如化石燃料燃燒會是更優選的。除了各種製造問題之外，至少一些現存風力渦輪機在機械結構上是複雜的並且需要日常維護和修理。特別地，某些風力渦輪機需要用於調節葉片響應於風速加速的速度的複雜的制動系統。這種制動系統製造和維護是昂貴的。
[0006]鑑於與現存渦輪機葉片和系統相關聯的各種局限性，本文中意識到對用於減少製造風力渦輪機(並且因而製造風力渦輪機的成本)所需要的資源的系統和方法的需要。也存在對更高效且在機械結構上更簡單的風力渦輪機的需要，這能夠有利地提供經改進的風力渦輪機輸出和減少的操作和維護成本和費用。
[0007]一些實施方式描述了下述葉片(例如，渦輪機葉片):該葉片在機械結構上簡單、高效、結構緊固、具有成本效益並且可控制成用於從流動流體比如周圍環境風有效地提取能量。在一些情況下，這通過使用從葉片出來的氣動噴吹增加或控制渦輪機葉片的空氣動力學性能來實現，這可以產生力並且甚至在明顯低的風速下提取能量。同時，噴吹葉片翼面結構堅固並且由這種葉片所產生的升力、阻力和扭矩可以相對獨立於局部相對風向角，因而消除了葉片俯仰和俯仰控制機構的複雜問題。此外，本文中提供的裝置在專門噴吹葉片上可以實現:明顯高的升力；阻力根據需要的增加(制動)或減小(效率)；對這些葉片的空氣動力學力矩的控制；防止在這些葉片上的流動分離(除將需要流動分離時，比如用於制動)；以及在不需要相對於到來的流的局部葉片迎角的任何物理變化的情況下執行所有這些性能的能力。這些性能允許在較寬範圍的風速和在葉片上的局部風流迎角下從周圍環境風提取能量。例如，這通過位於單獨的葉片翼面的任意端部上(前緣或尾緣)和翼面的任意一側(壓力側或吸入側)上的一個噴吹槽或多個切向噴吹槽來實現。除了很高的升力和減小的阻力並且因而高空氣動力學升力/阻力比和效率之外，這些特徵可以通過僅調節在這些槽處的葉片噴吹速率或噴吹壓力而變化。本文中提供的葉片、系統和方法能夠——如果不能消除的話一減小:對葉片扭角的需要；葉弦變化或局部平面圖面積變化(逐漸減小)；葉片拱度；以及葉片可變翼面幾何形狀，所有這些通常將沿著葉片翼展改變以解釋在多個葉片徑向位置處的不同的局部風速和風向角。在一些情形下，提供該類型的噴吹翼面的變化來解釋各種局部條件。
[0008]本文中描述了構造成與機械迎角變化無關地產生空氣動力學升力的氣動式葉片。在一些情況下，葉片構造成與風力渦輪機一起使用。在其他情況下，葉片構造成與直升機、飛機、機動車輛和使用空氣動力學升力的其他裝置或結構一起使用。這些氣動式葉片也可以用來產生負升力(即，從葉片部段的壓力側向下的升力)，以產生空氣動力學制動力。在一些實施方式中，氣動力在不需要機械葉片俯仰變化的情況下改變葉片部段特性的空氣動力學性能，這能夠在不需要任何機械葉片俯仰變化的情況下使渦輪機葉片空氣動力學特徵沿著轉子葉片變化。
[0009]在本發明的一方面中，一種用於風力渦輪機中的葉片包括:在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力；以及在吸入側處的一個或更多個開口，所述一個或更多個開口構造成相對於從葉片的中心線朝向前緣定向的軸線——即從尾緣伸延至前緣的軸線——以大約在0°與70°之間的角度朝向葉片的前緣提供加壓的流體，其中，從該軸線起的0°的角度代表朝向前緣的方向，90°的角度代表垂直於葉片的角度，而180°的角度代表朝向尾緣的方向。在實施方式中，一個或更多個開口構造成相對於軸線以大約在0°與45°之間的角度提供加壓的流體。在另一實施方式中，一個或更多個開口以在大約0°與25°之間的角度導向。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在葉片的中線處或設置成鄰近於葉片的中線。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在葉片的前緣處或設置成鄰近於葉片的前緣。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在前緣與尾緣之間。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在尾緣處或設置成鄰近於尾緣。
[0010]在本發明的另一方面中，一種用於風力渦輪機中的葉片包括:在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力；以及在吸入側的一個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於調節葉片的升力和阻力。在實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽在吸入側的表面中下凹。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在吸入側的表面處或設置在吸入側表面上方。在另一實施方式中，葉片包括兩個或更多個向前噴吹槽。在另一實施方式中，葉片包括三個或更多個向前噴吹槽。在另一實施方式中，葉片包括四個或更多個向前噴吹槽。在另一實施方式中，葉片包括五個或更多個向前噴吹槽。在另一實施方式中，葉片包括十個或更多個向前噴吹槽。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在尾緣處或設置成鄰近於尾緣。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在葉片的中線處或設置成鄰近於葉片的中線。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在前緣處或設置成鄰近於前緣。在另一實施方式中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在前緣與尾緣之間。
[0011]在本發明的另一方面中，一種用於風力渦輪機中的葉片包括:在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力；以及在吸入側處和前緣與尾緣之間的一個或更多個開口，所述一個或更多個開口構造成在吸入側上、朝向葉片的前緣提供加壓的流體，所述一個或更多個開口用於在葉片上引起流動分離。在實施方式中，一個或更多個開口位於葉片的翼面的尾部三分之一範圍內。在另一實施方式中，一個或更多個開口位於葉片的翼面的中部三分之一範圍內。在另一實施方式中，一個或更多個開口位於葉片的翼面的前部三分之一範圍內。
[0012]在本發明的另一方面中，一種用於風力渦輪機中的葉片包括:(a)在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面，壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力；以及(b)在吸入側上的一個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於針對載荷、功率和安全控制而減小升力和增大阻力。在實施方式中，向前噴吹槽位於葉片的翼面的尾部三分之一範圍內。在另一實施方式中，向前噴吹槽位於葉片的翼面的中部三分之一範圍內。在另一實施方式中，向前噴吹槽位於葉片的翼面的前部三分之一範圍內用以產生使轉子停止的最大效果。
[0013]在本發明的另一方面中，一種用於風力渦輪機中的葉片包括:在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力；在吸入側上的向前噴吹槽，該向前噴吹槽用於在風力渦輪機的操作期間朝向葉片的前緣提供加壓的流體，該向前噴吹槽與葉片內的一個或更多個腔體流體連通，用以將加壓的流體輸送至向前噴吹槽；以及回流閥，該回流閥位於一個或更多個腔體與向前噴吹槽之間的流體流動路徑中，回流閥用於調控離心地誘發的流體從葉片外部的位置進入一個或更多個腔體中的流動。在實施方式中，回流閥包括沿著葉片的翼展方向定向的閥卡。在另一實施方式中，回流閥包括覆蓋向前噴吹槽的出口的面向前部的波狀的外部閉合翻板。在另一實施方式中，葉片還包括遵循翼面輪廓且防止回流的多個樞轉百葉窗。在另一實施方式中，回流閥是防止回流的單向翻板式閥。在另一實施方式中，回流閥是用於防止回流的樞轉板式閥。在另一實施方式中，回流閥包括用於防止回流的另一樞轉板式閥。
[0014]在本發明的另一方面中，一種用於控制風力渦輪機的方法包括提供操作性地聯接至風力渦輪機的轉子轂(本文中也叫「轂」)的葉片，該葉片包括:(a)在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力；以及(b) —個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽位於葉片的吸入側上用於在風力渦輪機的操作期間朝向葉片的前緣提供加壓的流體，所述一個或更多個向前噴吹槽與葉片內的一個或更多個腔體流體連通，用以將加壓的流體輸送至一個或更多個向前噴吹槽。該方法還包括:提供加壓的流體；以及將加壓的流體導向至一個或更多個腔體。然後，加壓的流體從一個或更多個腔體被導向至一個或更多個向前噴吹槽，從而控制風力渦輪機。在實施方式中，控制風力渦輪機包括針對載荷、功率和安全控制而減小升力和增大阻力。在另一實施方式中，控制風力潤輪機包括在葉片的翼面上引起流動分尚。在另一實施方式中，風力渦輪機在不需要葉片俯仰的情況下受到控制。在另一實施方式中，由機械葉片俯仰和向前噴吹槽的組合來控制風力渦輪機。在另一實施方式中，一個或更多個向前噴吹槽包括多個向前噴吹槽。在另一實施方式中，控制風力渦輪機包括分別控制在葉片的翼面的向前部分中的附加的轉子停止導管和向前噴吹槽。在另一實施方式中，加壓的流體從一個或更多個腔體被導向至一個或更多個向前噴吹槽以通過來自葉片內的離心抽吸作用使風力渦輪機的轉子停止。在另一實施方式中，該方法還包括通過利用離心抽吸壓力使吸入側的空氣流速平衡來調控進入一個或更多個腔體中的回流。在另一實施方式中，加壓的流體由葉片的旋轉獨自產生的離心抽吸作用來提供。在另一實施方式中，加壓的流體的流動藉助於葉片的根部處的一個或更多個閥來調控。
[0015]在本發明的另一方面中，一種用於控制風力渦輪機的方法包括提供操作性地聯接至風力渦輪機的轂的葉片，該葉片包括:(a)在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面，壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力；以及(b) —個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於在風力渦輪機的操作期間朝向葉片的前緣提供加壓的流體，所述一個或更多個向前噴吹槽與葉片中的一個或更多個腔體流體連通，用以將加壓的流體輸送至一個或更多個向前噴吹槽。該方法還包括克服離心抽吸壓力使吸入側空氣流速平衡，從而使通過一個或更多個向前噴吹槽的回流最小化。在實施方式中，一個或更多個向前噴吹槽突出至吸入側表面的上方。
[0016]在本發明的另一方面中，一種用於操作風力渦輪機的方法包括:提供一個或更多個葉片，所述一個或更多個葉片中的各個葉片如以上單獨或組合描述的葉片中的任何一個葉片；以及藉助於聯接至一個或更多個葉片的渦輪發電機發電。
[0017]在本發明的另一方面中，一種用於風力渦輪機中的葉片包括:在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力。該葉片包括用於朝向葉片的前緣提供流體的一個或更多個槽(本文中也叫做「向前噴吹槽」)。所述一個或更多個槽可以設置在葉片的吸入側上。當通過一個或更多個向前噴吹槽應用加壓的空氣時，一個或更多個向前噴吹槽針對載荷、功率和安全控制減小升力和增大阻力。在實施方式中，向前噴吹槽位於葉片的翼面的尾部三分之一範圍內。在另一實施方式中，向前噴吹槽位於葉片的翼面的中部三分之一範圍內。在另一實施方式中，向前噴吹槽位於葉片的翼面的前部三分之一範圍內，用以產生使轉子停止的最大效果。
[0018]在本發明的另一方面中，一種用於風力渦輪機中的葉片包括在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力。該葉片還包括在吸入側上的向前噴吹槽，該向前噴吹槽用於在風力渦輪機的操作期間朝向葉片的前緣提供加壓的流體，該向前噴吹槽與葉片中的一個或更多個腔體流體連通，用以將加壓的流體輸送至向前噴吹槽。回流閥位於一個或更多個腔體與向前噴吹槽之間的流體流動路徑中。回流閥用於調控離心地誘發的流體從葉片的外部的位置至一個或更多個腔體中的流動。在實施方式中，回流閥包括沿葉片的翼展方向定向的閥卡。在另一實施方式中，回流閥包括覆蓋向前噴吹槽的出口的面向前部的波狀的外部閉合翻板。在另一實施方式中，葉片還包括遵循翼面輪廓且防止回流的多個樞轉百葉窗。在另一實施方式中，回流閥是防止回流的單向翻板閥。在另一實施方式中，回流閥是用於防止回流的樞轉板式閥。在另一實施方式中，葉片包括用於防止回流的另一樞轉板式閥。
[0019]在本發明的另一方面中，一種用於控制風力渦輪機的方法包括提供操作性地聯接至風力渦輪機的轂的葉片。該葉片可以經由緊固構件比如一個或更多個螺釘或緊固件附接至轂，或者可以與轂是整體的(或單件的)。葉片包括在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入偵牝壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力。該葉片包括一個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於在風力渦輪機的操作期間朝向葉片的前緣提供加壓的流體。所述一個或更多個向前噴吹槽與葉片中的一個或更多個腔體流體連通，用以將加壓的流體輸送至一個或更多個向前噴吹槽。接著，吸入側空氣流速克服離心抽吸壓力被平衡，從而使通過一個或更多個向前噴吹槽的回流最小化。在實施方式中，一個或更多個向前噴吹槽突出至吸入側表面的上方。
[0020]在一些實施方式中，上述單獨或組合的葉片是非空氣動力學的。
[0021]根據下面的詳細描述，本公開內容的附加的方面和優點對本領域的普通技術人員將變得非常明顯，其中，僅示出和描述了本公開內容的說明性實施方式。如將實現的，本公開內容能夠是其他的不同的實施方式，並且本公開內容的若干細節能夠在多個明顯的方面進行修改，所有的修改都不背離本公開內容。相應地，附圖和描述實際上將視為是說明性的而不視為限制性的。
[0022]通過參引的併入
[0023]在該說明書中提到的所有的出版物、專利和專利申請以下述程度通過參引併入本文中:如同每個單獨的出版物、專利或專利申請專門地且單獨地表示為通過參弓丨而被併入。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本發明的新穎特徵特別在所附權利要求中被闡述。通過參照闡述說明性實施方式的下面的詳細描述將獲得本發明的特徵和優點的較佳的理解，在說明性實施方式中運用了本發明的原理，並且該說明性實施方式的附圖如下:
[0025]圖1示意性地示出了葉片翼面部段；
[0026]圖2示出了典型的葉片平面圖；
[0027]圖3示出了根據本發明的實施方式的葉片平面圖；
[0028]圖4示意性地示出了根據本發明的實施方式的具有多個翼面部段的葉片；
[0029]圖5A示意性地示出了根據本發明的實施方式的葉片；
[0030]圖5B示意性地示出了根據本發明的實施方式的葉片；
[0031]圖6示意性地示出了根據本發明的實施方式的具有多個噴吹通路的葉片；
[0032]圖7示意性地示出了根據本發明的實施方式的具有多個潛在翼面和多個噴吹槽的葉片翼面部段；
[0033]圖8示意性地示出了構造成用於與風力渦輪機一起使用的槽式噴吹葉片部段；
[0034]圖9示意性地示出了根據本發明的實施方式的具有多個葉片的風力渦輪機，其中葉片具有噴吹槽和不具有噴吹槽；
[0035]圖10示意性地示出了根據本發明的實施方式的渦輪機系統；
[0036]圖11示出了具有翼展方向厚度輪廓的40米的葉片的示例；x軸線指示沿著葉片的翼展位置，而y軸線指示在特定的翼展位置處的葉片的厚度(或翼弦)；
[0037]圖12示出了根據本發明的實施方式的具有向前噴吹槽的葉片；
[0038]圖13示出了在前緣與葉片的中線之間具有向前噴吹槽的葉片的流型態；
[0039]圖14示意性地示出了根據本發明的實施方式的具有向前噴吹槽的渦輪機葉片；
[0040]圖15是用於向前噴吹葉片、不噴吹葉片和向前噴吹(離心)葉片的渦輪機功率(千瓦，Kw)與風速(米/秒)的繪圖；
[0041]圖16是根據本發明的實施方式的具有向前噴吹槽、供給增壓室和閥卡的示意性側部截面圖；
[0042]圖17是根據本發明的實施方式的示出了可移除閥卡的葉片的示意性側部截面圖；
[0043]圖18是根據本發明的實施方式的用於葉片的回流閥的示意性側部截面圖；
[0044]圖19示意性地示出了根據本發明的實施方式的用於與向前噴吹槽一起使用的閥卡;
[0045]圖20示意性地示出了根據本發明的實施方式的具有雙空氣傳送增壓室的風力渦輪機葉片；
[0046]圖21是示出了噴吹響應(頂部)和俯仰系統(底部)的用於向前噴吹與俯仰控制的等同階躍擾動的響應的繪圖；
[0047]圖22是最優俯仰安排的繪圖；
[0048]圖23示出了俯仰安排；以及
[0049]圖24示出了噴吹區域的徑向控制。
【具體實施方式】
[0050]儘管本文中已經示出和描述了本發明的各種實施方式，但是對本領域的普通技術人員將明顯的是，這種實施方式僅通過示例的方式提供。在不背離本發明的情況下本領域的普通技術人員可以想到許多變體、改型和替代方案。應當理解的是，在實施本發明的過程中可以採用本文中描述的本發明的實施方式的各種替代實施方式。
[0051]如本文中使用的術語「流體」指的是氣體或液體。在一些實施方式中，流體是具有低粘度或明顯較低粘度的氣體或液體。流體可以例如包括空氣、氧氣、氫氣、水蒸氣、無機液體或有機液體，比如液態水、乙醇、乙醛或酮。流體具有多種流體屬性，比如熱容量、粘度、溫度、壓力和流速。
[0052]如本文中使用的術語「升力」指的是空氣動力學升力或液體動力學升力。升力是氣動力的垂直於翼面或葉片部段的運動方向的分量。「無效升力」意指圍繞翼面或葉片的流體流在分離流區域或失速流區域中運行。本文中提供的葉片和系統通過重新附接流域或引起葉片部段以更有效的空氣動力學方式運轉來改進這種無效升力。在一些情形下，這通過如下方式來實現:使用氣動裝置和噴吹通路來重新附接分離流或失速流，或通過使用氣動裝置有效地消除對機械葉片迎角變化(俯仰)的需要。
[0053]如本文中使用的術語「非空氣動力學」指的是下述葉片或葉片部段:該葉片或葉片部段與具有產生改進的空氣動力學性能的幾何形狀特徵的可比較的葉片相比在結構上具有較少的空氣動力學性能。在示例中，非空氣動力學葉片具有根部/內側部段(例如從根部測量的翼展的40%或50% )，該根部/內側部段具有變化了至多約5%的翼弦。這種葉片內側部段在無效空氣動力學流的區域中運行，該無效空氣動力學流包括流動分離和/或失速流。這種葉片內側部段的空氣動力學性能——包括葉片內側部段的實際(或有效)形狀——藉助於在葉片內側部段中的一個或更多個氣動噴吹槽來調節(例如，增加升力或者減小升力)。因而，這種非空氣動力學葉片內側部段的空氣動力學性能可以藉助於氣動噴吹來改進。
[0054]如本文中所使用的術語「阻力」指的是空氣動力學力或流體動力學力的平行於翼面或葉片部段的運動方向的分量。
[0055]本文中所使用的術語「葉片」指的是構造成當流體在葉片的表面上流動時產生升力。葉片可以具有壓力側、吸入側、前緣和尾緣。壓力側和吸入側用於通過流體(例如空氣)在葉片上的流動而產生升力。在一些情況下，葉片用來向渦輪發電機提供機械運動。在該背景下，葉片可以稱作「渦輪機葉片」。
[0056]如本文中所使用的術語「翼面」(或「翼型」或「翼面部段」)指的是葉片的截面形狀。葉片可以具有一個或更多個翼面。在示例中，葉片具有沿著葉片的翼展恆定的截面，並且該葉片具有一個翼面。在另一示例中，葉片具有沿著葉片的翼展變化的截面，並且葉片具有多個翼面。
[0057]如本文中所使用的術語「平面圖」指的是從由翼面位置和弦長所限定的上下角度觀察到的葉片的形狀。
[0058]如本文中所使用的術語「通路」指的是構造成將流體從一個點導向另一個點的管道、通道或其他結構。流體流動通過呈各種流動構型例如湍流或層流的通路。通路通常與一個或更多個通路或孔口流體連通。
[0059]如本文中所使用的「孔口 」指的是構造成將流體從室或通路導向至外部環境或其他室或通路的孔或開口。孔口可以具有多種形狀、尺寸和構型。在示例中，孔口是圓形的、卵形的、橢圓形的、三角形的、方形的、矩形的、五邊形的、六邊形的、七邊形的、九邊形的、十邊形的或這些形狀的局部區段(例如半圓形的、半矩形的)。在另一示例中，孔口是狹槽。「孔口」也可以稱作「槽」。
[0060]如本文中所使用的術語「向前噴吹槽」(以及本文中的「向前被噴吹槽」)指的是用於使加壓的流體朝向葉片的前緣導向的通路或孔口。
[0061]術語「反向噴吹槽」(以及本文中的「反向被噴吹的槽」)指的是用於使加壓的流體朝向葉片的尾緣導向的通路或孔口。
[0062]如本文中所使用的術語「噴吹」指的是通過與葉片的壓力側和/或吸入側流體連通的一個或更多個孔口或開口應用加壓的流體，比如加壓的空氣。在一些情況下，噴吹指的是通過孔口提供加壓的流體和/或運動的流體比如加壓的氣體或液體的動作或過程。在示例中，被噴吹的空氣包括加壓的空氣。
[0063]如本文中所使用的術語「翼展」指的是從葉片的根部朝向葉片的稍部的徑向距離。
[0064]如本文中所使用的術語「翼弦」指的是從葉片翼面部段的前緣至該葉片翼面部段的尾緣的距離。本文中所提供的葉片可以具有如沿葉片的翼展測量的恆定的翼弦。
[0065]如本文中所使用的術語「吸入側」指的是葉片的低壓側。本文中所使用的術語「壓力側」指的是葉片的高壓側。當空氣或其他流體在葉片上流動時，在壓力側的流體壓力通常會大於在吸入側的流體壓力。
[0066]如本文中所使用的術語「前緣」指的是葉片的面向流體的流動方向的部分。
[0067]如本文中所使用的術語「尾緣」指的是葉片的相對於葉片上的流體的流動方向面向(或定向)下遊的部段。
[0068]如本文中所使用的術語「渦輪機」指的是當使得與輪葉或葉片配合的輪子或轉子轂(本文中也叫做「轂」)在流體流內旋轉時能夠發電的機器、裝置或系統。構造成通過風進行發電的渦輪機在本文中被稱作「風力渦輪機」。在一些情況下，渦輪機包括用於將機械能轉化成電(或電力)的發電機，比如感應發電機。
[0069]如本文中所使用的術語「俯仰」指的是相對於局部風流方向的葉片翼面部段迎角。在一些常規風力渦輪機上，機械地通過俯仰變化機構或者通過葉片扭轉來使俯仰變化，這兩者都可以用來改變葉片翼面部段的局部空氣動力學特性以使葉片在空氣動力學上更有效地運轉。在一些實施方式中，局部葉片部段空氣動力性的這種需要的變化在不需要任何機械俯仰機構或葉片扭轉的情況下通過孔口噴吹氣動地實現，從而實現與常規的風力渦輪機相同或更好的空氣動力學效率。
[0070]現存風力渦輪機遭遇許多特殊問題區域，這些問題區域會:限制他們的操作性風速的範圍；使得機構複雜、笨重和高成本；以及限制實際上可以收集的電力的量。本文中提供的氣動空氣動力學葉片可以解決性能、機械和結構上的問題，並且在不需要使用俯仰且幾何形狀變化的葉片的情況下幫助解決與現存渦輪機葉片相關聯的大多數問題一如果不能解決所有問題的話。俯仰機構仍然可以與氣動控制系統結合使用。
[0071]一些實施方式提供了用於產生空氣動力學升力或流體動力學升力的葉片，該葉片在一些實施方式中用來向渦輪機提供機械運動。在一些情形下，葉片適於通過使用通過一個或更多個通路(或通道)且離開葉片中的一個或更多個孔口的空氣的流動而變成具有較好的空氣動力學性能。在一些實施方式中，本文中所提供的葉片例如通過使操作性地聯接至渦輪發電機的渦輪機葉片產生升力而用來發電。在其他實施方式中，本文中所提供的葉片與用於產生升力(或減小阻力)的其他裝置比如直升機、飛機、機動車、汽車、卡車拖車或其中需要空氣動力學升力的其他裝置或結構一起使用。在一些實施方式中，渦輪機葉片和系統在轉子上使用氣動或流體動力學噴吹翼面的能力以在不需要葉片俯仰變化(迎角)或葉片扭角變化、翼弦長度、面積或翼面幾何形狀以及局部轉子葉片位置變化的情況下氣動地改變所有空氣動力學或流體動力學力和力矩(主要是升力、阻力和俯仰，但是如果需要和在需要時也包括側向力、橫滾和偏航)。這可以解釋因葉片旋轉、葉片翼展方向位置、局部流入角度、局部風速或超高風速所造成的所有局部流域特性的變化。
[0072]本文意識到與用於與風力渦輪機一起使用的現存葉片相關聯的各種局限性。圖1示出了具有前緣、尾緣、吸入側(頂部)和壓力側(底部)的葉片的截面圖，如在目前可獲得的至少一些葉片中發現的那樣。葉片具有弦長(在本文中也叫做「翼弦」)和翼展，翼展從葉片的根部測量至葉片的稍部，如沿著與紙面正交的軸線測量的那樣。圖2示出了代表至少一些現存葉片的平面圖的葉片平面圖。沿著翼展或徑向(水平)軸線來測量沿著葉片從葉片的根部至葉片的稍部的位置(「站位」)。前緣位於平面圖的頂部處，而尾緣位於平面圖的底部處。在一些情況中，相對於水平軸線(「位置」)沿著豎向軸線來測量葉片的翼弦。例如，在自葉片的根部起大約24米(「m」)處，葉片具有大約3m的翼弦。葉片具有大約50m的長度。葉片的稍部略微修整；即，在葉片的稍部處，前緣和尾緣不交會。流體比如空氣從前緣(圖2中的頂部)至尾緣(圖2中的底部)的流動在葉片上產生空氣動力學升力。圖2的葉片的在葉片根部處的翼弦為大約3m。
[0073]儘管在一些情況中圖1和圖2中的葉片構造成在一些情形下提供空氣動力學升力，但是這種葉片製造和維護是昂貴的，從而導致增加的安裝和/或維護成本。此外，操作這種葉片會需要複雜的制動系統和控制系統以使具有多個葉片的渦輪機能夠旋轉以及使具有多個葉片的渦輪機不能夠旋轉，並且以提供用於從風提取能量的最優葉片構型(例如，俯仰)。例如，為了減小或停止具有圖1和圖2的葉片的渦輪機的旋轉，需要制動系統，從而導致系統的複雜性，這進而會導致增加的成本。
[0074]此外，為了實現優選的效率，圖1和圖2的葉片在一些情況下需要使葉片的吸入側上的流動分離最小化的結構特徵。例如，葉片的根部/內側部分包括扭角以實現根部部段空氣動力學性能。然而，這種結構特徵的製造是昂貴的，從而導致安裝這種葉片的增加的成本。隨著翼展增加，現存葉片的根部部分的增長的弦長將風力渦輪機葉片的現存的製造技術推向極限。
[0075]本文中意識到對改進的葉片和渦輪機的需要，該改進的葉片和渦輪機相對於現存葉片和系統提供減小的成本和經提聞的效率。
[0076]一些實施方式描述了機械方面簡單、高效、結構緊固、有成本效益且可控制的空氣動力學渦輪機葉片以從渦輪機葉片上的流體比如風(例如空氣)流提取能量。在一些實施方式中，這通過藉助於通過葉片中的一個或更多個孔口的氣動噴吹(「噴吹葉片」)的輔助增加或控制渦輪機葉片的空氣動力學性能來實現，這可以甚至在適中風速、低風速或明顯較低的風速下產生力並且提取能量。本文中提供的噴吹葉片在結構上是堅固的；由這種葉片所產生的升力、阻力和扭矩構造成與局部相對風向角相對無關，因而減小了一如果不能消除的話——葉片俯仰和俯仰控制機構的問題。本文中提供的噴吹葉片有利地能夠使渦輪機葉片經濟廣泛的使用，這對目前可獲得至少一些葉片是不可能的。這有利地減小了對作為能源的化石燃料的依賴性，這進而幫助減小汙染(例如，S0、N0、煙霧和微粒物質)和與全球變暖相關聯的各種問題。
[0077]本發明的各種實施方式中描述的渦輪機葉片和裝置實現了阻力調節和專門噴吹葉片上的明顯較高升力，例如，增加阻力以影響制動或減小阻力以提高效率。此外，本文中提供的系統對葉片上的空氣動力學力矩進行控制；防止葉片上的流動分離(除了當需要氣流分離時，比如為了制動)；以及在不需要相對到來的流對局部葉片迎角的任何物理變化的情況下執行所有這些功能的能力。這些功能允許從在葉片上以較寬範圍的流體流速和迎角流動的流體提取能量。在一些實施方式中，這藉助於一個或更多個垂直的噴吹槽、切向噴吹槽或具有在相切於葉片表面的向量與正交於葉片表面的向量之間的出口角的噴吹槽來實現。這種槽位於單獨的葉片的任意端部上(即，根部或稍部)、翼面部段的任意端部上(即，前緣或尾緣)和葉片的任意一側上(即，壓力側或吸入側)。除了明顯較高的升力和阻力減小一因而高空氣動力學升力/阻力比和效率一之外，這些特徵在一些情況下通過僅調節通過一個或更多個槽的葉片噴吹速率或噴吹壓力來改變。這可以有利地消除:對葉片扭角的需要；葉片翼弦變化或局部平面圖面積變化(逐漸減小)；葉片拱度；以及葉片可變翼面幾何形狀，對於傳統葉片而言，這些參數中的一些或全部都可以沿著葉片翼展改變以解釋在多個葉片徑向位置處的不同的局部風速和風向角。
[0078]葉片
[0079]在本發明的一方面，與渦輪機比如風力渦輪機一起使用的葉片包括在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面，壓力側表面和吸入側表面構造成在空氣從前緣向尾緣並且在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供空氣動力學升力或流體動力學升力(「升力」)。壓力側和吸入側從葉片根部部分延伸至葉片的稍部部分。
[0080]在一些實施方式中，葉片的根部部分/內側部分是大致非空氣動力學的。S卩，由於葉片自由定位在流動流體(例如，空氣)的路徑中，因此根部部分/內側部分在實施方式中不提供充分的空氣動力學升力。在一些情況下，大致非空氣動力學根部部分/內側部分表明在葉片的根部部分/內側部分上的氣體的分離流。鑑於流動分離，減小了一如果不能消除的話——空氣動力學升力。因而，當這種葉片放置在流動流體的路徑中時，這種葉片一般不產生足以將機械運動傳遞至渦輪機的空氣動力學升力。在一些實施方式中，葉片的空氣動力學升力藉助於葉片中的噴吹通路或孔口來改進(或增加)。即，導向流體通過葉片中的一個或更多個開口或孔口改進了其他非空氣動力學葉片部分的空氣動力學性能。具有這些噴吹部段，有效的葉片可以延伸至根部。
[0081]在一些實施方式中，將一個或更多個噴吹通路設置在葉片的吸入側、在葉片的根部部分或靠近葉片的根部部分處以及將一個或更多個噴吹通道設置在葉片的壓力側或吸入側處、在葉片的稍部部分或靠近稍部部分處對具有非空氣動力學根部部分的葉片提供充分的空氣動力學控制。吸入側噴吹槽和壓力側噴吹槽的結合意外地幫助改進其他非空氣動力學葉片的空氣動力學性能，同時消除了對複雜制動系統的需要，如在特定渦輪機中發現的那樣。在一些情況下，對於具有空氣動力學根部部分的葉片而言，噴吹槽的這種結構是多餘的。
[0082]實現非空氣動力學根部部分的示例包括使平行於尾緣的前緣在葉片的位於或朝向葉片的根部部段的部分、比如葉片的從根部至相對於根部的預定長度的部分處。在葉片的該部分處，不存在葉片的表面的扭角。在一些情形下，從製造角度來看，這種葉片幾何形狀是優選的，這是由於具有這種非空氣動力學根部部分的葉片相對較易於製造。藉助於如本文中所描述的噴吹一如果不能消除的話一減輕了空氣動力學效率的任何損失。同樣地，儘管葉片的根部部分(或根部部段)的結構特徵使得葉片的根部部分相對於其他葉片(比如，具有扭角的葉片)具有較少的空氣動力學性能或是非空氣動力學的，但是噴吹改進了根部部分的空氣動力學性能，從而改進了葉片的有效的空氣動學性能。
[0083]在另一實施方式中，構造成用於使用在風力渦輪機中的葉片包括在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣並且在壓力側表面和吸入側表面上流動時向葉片提供升力，在葉片的根部部分/內側部分處的壓力側和吸入側是大致非空氣動力學的。葉片包括沿著葉片翼展方向定位的一個或更多個翼面。
[0084]葉片還包括在壓力側和吸入側中的一側處的一個或更多個開口，所述一個或更多個開口用於向葉片提供空氣動力學成形。在一些情況下，葉片還包括在壓力側和吸入側中的另一側處的一個或更多個開口，所述一個或更多個開口用於向葉片提供空氣動力學成形。在吸入側處的一個或更多個開口設置在葉片的前緣和/尾緣處或設置成靠近葉片的前緣和/或尾緣，或者設置在前緣與尾緣之間的位置處。在示例中，葉片包括鄰近葉片的尾緣在吸入側處的開口。相應地，如果葉片在壓力側處具有一個或更多個開口，則所述一個或更多個開口設置在葉片的前緣和/或尾緣處或設置成靠近葉片的前緣/尾緣。在示例中，葉片包括鄰近葉片的尾緣在壓力側處的開口。
[0085]在壓力側處的開口設置在壓力側的表面處或設置在葉片的前緣或尾緣處並且定向成使得加壓的流體被提供至葉片的壓力側。相似地，在吸入側處的開口設置在吸入側的表面處或設置在前緣處、尾緣處或設置在葉片的前緣與尾緣之間並且定向成使得加壓的流體被提供至葉片的吸入側。
[0086]在一些實施方式中，噴吹通路相對於葉片沿翼展方向定向。即，噴吹通路或多個噴吹通路定向成使得它們從葉片上的第一點朝向葉片的稍部部分或者根部部分伸延。在這種情況下，噴吹通路平行於葉片的前緣和/或尾緣，或者相對於前緣和/或尾緣成角度。在示例中，噴吹通路是從葉片的中點伸延至葉片的根部的長形槽。
[0087]在一些情形下，葉片包括:吸入側開口(例如，長形槽、狹縫)，該吸入側開口位於葉片的吸入側處並且定向成平行於葉片的尾緣；以及壓力側開口(例如，長形槽、狹縫)，該壓力側開口位於壓力側並且定向成平行於葉片的尾緣。在其他情形下，吸入側開口和/或壓力側開口分別不平行於前緣和尾緣。例如，吸入側開口相對於葉片的尾緣以大約在5°與50°之間的角度定向或以至少大約5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°或50°的角度定向。作為另一示例，壓力側開口相對於葉片的尾緣以大約在5°與50°之間的角度定向或以至少大約5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°或50°的角度定向(例如，參見圖5A和圖5B)。吸入側開口設置成朝向葉片的根部部段或設置在葉片的根部部段附近。壓力側開口設置成朝向葉片的稍部部段或設置在葉片的稍部部段附近。吸入側開口用於朝向葉片的根部部段向一個或更多個翼面提供空氣動力學成形。壓力側開口用於提供負葉片升力、增加的阻力和空氣動力學制動力，比如靠近葉片稍部。在一些情形下，壓力側噴吹被排除並且空氣動力學控制和制動僅藉助於吸入側噴吹來實現。
[0088]在一些情形下，一個或更多個開口設置在葉片的前緣處，用於最小化——如果不能消除的話——前緣流動分離、層式前緣泡沫和/或在高的局部迎角處的葉片失速。在實施方式中，一個或更多個開口設置在葉片的吸入側處。在另一實施方式中，一個或更多個開口設置在葉片的壓力側處。在一些情形下，如果一個或更多個開口包括狹縫，則狹縫通常定位成平行於葉片的前緣，儘管在一些情形下，狹縫相對於葉片的尾緣在大約5°與50°之間或以至少約5°、10°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°或50°成角度。這些前緣噴吹槽也可以提供葉片俯仰力矩的控制。
[0089]在一些實施方式中，吸入側和/或壓力側噴吹用來引起或產生流動分離。在實施方式中，噴吹槽或通路(例如，狹縫)以下述角度向葉片的吸入側提供加壓的空氣(或其他空氣):該角度以垂直於葉片的吸入側的表面的向量與平行於(相切於)葉片的吸入側的表面的向量處或之間定向並且朝向葉片的前緣定向。在示例中，以下述角度向吸入側提供加壓的空氣:該角度相對於平行於吸入側的表面的向量處於大約1°與90°之間、5°與 85。之間或至少為大約 5°、10。、15。、20。、25。、30。、35。、40。、45。、50。、55。、60°、65°、70°、75°、80°或85° ;並且朝向前緣定向——即，加壓的空氣被朝向前緣噴吹。
[0090]與圖1和圖2的葉片相比，本發明的一些實施方式中描述的葉片是花環空氣動力學的。然而，噴吹通路或孔口(即，提供加壓的流體比如加壓的空氣的通路或開口)向葉片提供虛擬成形，該虛擬成形提供從空氣動力學性能角度來看被改進的葉片中的每個葉片的有效形狀。
[0091]本文中提供的葉片相對於某些現存葉片具有多種優點。在示例中，本文中所提供的葉片更易於製造和維護，從而導致減小的操作和維護成本。此外，改進這種葉片的空氣動力學性能且能夠進行制動的加壓的空氣的應用排除了對至少一些渦輪機中發現的機械部件比如制動系統的需要。
[0092]本文中提供的葉片包括與葉片中的一個或更多個開口流體連通的至少一個通路。一個或更多個開口具有選自各種幾何形狀比如長形的或縱長形的(例如狹縫)、圓形的、三角形的、矩形的、五邊形的或六邊形的、或這些幾何形狀的部分變體(例如，半圓形的、半矩形的)的形狀。在一些情況下，一個或更多個開口設置在葉片的多個位置處，比如設置在根部部分處、稍部部分處和/或位於根部部分與稍部部分之間的位置處的局部長度槽或全長槽。通過一個或更多個開口應用空氣(或其他流體)向葉片提供虛擬成形，這在至少一些情況下改進了葉片的空氣動力學性能。虛擬成形減小了葉片的吸入側上的流動分離，從而引起經改進的空氣動力學升力並且因此引起在一些情況下用來發電的經改進的機械運動。
[0093]在一些實施方式中，葉片具有沿著葉片的翼展自根部(本文中也叫做「根部」)至預定位置的恆定的翼弦。圖3示出了根據本發明的實施方式具有相對於圖2的葉片翼弦減小的根部翼弦的葉片平面圖的示例。圖3是葉片的上下平面圖。葉片的前緣位於圖的頂部處，葉片的尾緣位於圖的底部處，葉片的根部沿著水平軸線(「葉片站位」)位於Om處而稍部部分(本文中也叫做「稍部」)沿著水平軸線位於大約50m處。豎向軸線表示沿著葉片的翼弦的位置。葉片在根部處的翼弦為大約2.4m-2.6m。圖3的平面圖具有大約50m的翼展。在一些實施方式中，葉片具有其他翼展，比如大約在0.5m與IOOm之間的翼展，或在大約IOm與60m之間的翼展。在一些情況下，葉片具有達到且包括大約lm、或2m、或3m、或4m、或 5m、或 6m、或 7m、或 8m、或 9m、或 10m、或 20m、或 30m、或 40m、或 50m、或 60m、或 70m、或80m、或 90m、或 100m、或 200m、或 300m、或 400m、或 500m 的翼展。
[0094]圖3的葉片具有大約在10%與80%之間、或大約30%與70%之間、或大約55%與60%之間的厚度與翼弦的比(比例)。在示例中，葉片的厚度是葉片的翼弦的大約20%。葉片的翼弦在沿著具有葉片的翼展的水平軸線(即，從葉片的根部延伸至葉片的稍部的軸線)的任何位置處測量。在一些情況下，在根部部段處的葉片具有至少大約45%、或46%、或 47%、或 48%、或 49%、或 50%、或 51 %、或 52%、或 53%、或 54%、或 55%、或 56%、或57%、或58%、或59%、或60%、或61 %、或62%、或63%、或64%、或65%的厚度與翼弦的t匕。在實施方式中，葉片針對葉片的靠近葉片的根部的預定部分具有恆定的厚度與翼弦的比。
[0095]葉片的如自葉片的根部起至距離葉片的根部(葉片站位=O)大約20m或2Im (或大約40%翼展)所測得的翼弦大致是恆定的。即，自根部開始至距離根部大約20m或21m(或大約40%翼展)，翼弦變化了至多大約5%。在其他情形下，自根部開始至距離根部大約20m或21m，翼弦變化了至多大約5%、4%、或3%、或2%、或I %、或0.5%、或0.1 %。在其他情況下，葉片的如從根部測量的任何預定部分具有大致恆定的翼弦。
[0096]在一些實施方式中，葉片的從葉片根部至如從葉片的根部測量大約1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、或50%翼展所測量的翼弦大致是恆定的。從根部至大約1%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、或50%翼展(如從根部所測量的)，翼弦變化了至多大約5%、4%、或3%、或2%、或I %、或0.5%、或0.1%。在其它情形下，葉片的如從根部測量的任何預定部分具有大致恆定的翼弦。
[0097]在一些情況下，如從葉片的根部測量的大約20%與大約60%之間的葉片前緣平行於尾緣。在其他情況下，達到且包括大約40%的前緣平行於尾緣。例如，前緣的如從葉片的根部測量的20%、或21 %、或22%、或23%、或24%、或25%、或26%、或27%、或28%、或 29%、或 30%、或 31 %、或 32%、或 33%、或 34%、或 35%、或 36%、或 37%、或 38%、或39 %、或40 %的部分平行於尾緣。
[0098]在一些情形下，朝向葉片根部的葉片翼弦變化了至多大約0.1%、或0.5%、或1%、或2%、或3%、或4%、或5%、或6%、或7%、或8%、或9%、或10%。例如，圖3的朝向葉片根部的葉片翼弦變化了至多大約1%。
[0099]圖4示出了根據本發明的實施方式的葉片400。葉片400包括定位在葉片的根部409與稍部410之間的多個翼面401、402、403、404、405、406、407和408。葉片400包括具有吸入側表面412的吸入側411和具有壓力側表面的壓力側,該壓力側和壓力側表面設置成與吸入側411和吸入側表面412相反。葉片包括前緣413和尾緣414。葉片可以包括翼梁帽(未示出)，該翼梁帽向葉片400提供結構支撐。葉片400可安裝在風力渦輪機上。在示例中，風力渦輪機包括與葉片400相似或相同的多個葉片。在一些情形下，風力渦輪機包括2個、或3個、或4個、或5個、或6個、或7個、或8個、或9個、或10個葉片。
[0100]在示例中，葉片400包括兩個翼梁帽(本文中也叫做「翼梁帽」)，第一翼梁帽位於吸入側表面411處，而第二翼梁帽位於壓力側表面處。在其他情形下，葉片400包括2個或更多個、或3個或更多個、或4個或更多個、或5個或更多個、或6個或更多個、或8個或更多個、或9個或更多個、或10個或更多個、或20個或更多個、或30個或更多個、或40個或更多個、或50個或更多個翼梁帽。在其他情形下，葉片400在沒有任何翼梁帽的情況下由單件材料形成。
[0101]在實施方式中，葉片400由選自下面的組的一種或更多種材料形成:聚合物材料、泡沫型材料、一個或更多個金屬和一個或更多個非金屬。在示例中，葉片400由具有樹脂的玻璃纖維材料或具有樹脂的碳纖維材料製成。
[0102]圖5A示意性地示出了根據本發明的實施方式的葉片500。葉片500包括前緣505、尾緣510、根部部分515和稍部部分520。葉片500的吸入側525與葉片的壓力側(未示出)相對。葉片500在葉片500的吸入側上包括開口 530，該開口 530構造成為流體比如空氣提供出口。如示出的開口 530是從大約葉片500的中點朝向根部515延伸的槽。位於葉片500的翼展部段(或部分)535處的前緣505和尾緣510彼此平行，該翼展部段(或部分)535是葉片500的延伸離開根部部分515的部分。
[0103]在一些情況下，葉片500包括在葉片的壓力側處的一個或更多個開口。在實施方式中，一個或更多個開口設置成朝向葉片的稍部520。在其他情況下，開口 530在根部515處或靠近根部515設置在尾緣510處。在一些情形下，葉片500包括在稍部520處或靠近稍部520在吸入側525處的一個或更多個開口。
[0104]圖5B示出了根據本發明的實施方式的葉片550。葉片550包括前緣555、尾緣560、根部部分565和稍部部分570。葉片550的吸入側575與葉片的壓力側(未示出)相對。葉片550包括大約從葉片550的中點朝向根部565延伸的開口 580。在葉片550的翼展部段(或部分)580處的前緣555和尾緣560彼此平行。葉片550也包括多個開口 585和590，所述多個開口 585和590用於將空氣(或其他流體)導向至葉片550的與葉片550的吸入偵U 575和/或壓力側流體連通的一個或更多個開口——包括開口 580。在一些情形下，開口580延伸了開口 585和590中的一個或更多個開口的長度。
[0105]在一些情況下，葉片550包括在葉片的壓力側的一個或更多個開口。在實施方式中，一個或更多個開口設置成朝向葉片的稍部520。在其他情況下，開口 580在根部565處或靠近根部565設置在尾緣560處。在一些情形下，葉片550包括在稍部570處或靠近稍部570在吸入側575處的一個或更多個開口。
[0106]圖6示意性地示出了根據本發明的實施方式的葉片600。在一些情形下，葉片600具有與圖4的葉片400相似或相同的特徵。葉片600包括用於向葉片600提供結構支撐(或結構剛性)的多個翼面部段601、602、603、604、605、606、607和608。
[0107]在一些情況下，葉片600是大致非空氣動力學的。即，當流體從像葉片600那樣成形的葉片的前緣向尾緣並且在吸入側和壓力側上流動時，獨立式葉片本身不構造成產生足夠的或最優的空氣動力學升力(例如，藉助於渦輪機用於發電所必須的升力)。這在過去至少是由於流動分離。然而，葉片600包括用於在葉片的壓力側和/或吸入側提供流體(例如，加壓的空氣，該加壓的空氣在本文中也稱作「噴吹空氣」)的一個或更多個孔口，這減輕了一一如果不能消除的話一流動分離。這進而消除了在葉片的吸入側存在的任何分離。葉片600包括用於將流動流體比如噴吹空氣導向至葉片的壓力側的壓力側噴吹孔口 609。此外，葉片600包括用於將流動流體導向至葉片的吸入側的吸入側噴吹孔口 610。
[0108]壓力側噴吹孔口(在本文中也叫做「噴吹槽」)609設置成鄰近葉片600的稍部611。噴吹孔口 610設置成鄰近葉片600的根部612。槽609和610沿著葉片600的尾緣613定向。尾緣613與葉片600的前緣614相對。
[0109]吸入側噴吹孔口 610包括鄰近尾緣613設置的第一噴吹孔口和鄰近葉片600的中央線設置的第二噴吹孔口。
[0110]在一些情形下，葉片600在葉片600的前緣614處或靠近葉片600的前緣614包括噴吹孔口(即，「前緣噴吹孔口」)。在實施方式中，前緣噴吹孔口大體上平行於葉片600的前緣定向。在另一實施方式中，葉片600在葉片600的稍部611處或靠近葉片600的稍部611在中央線翼弦區域中包括噴吹槽。
[0111]在一些實施方式中，壓力側噴吹孔口 609定向成使得流動的流體(例如，噴吹空氣)相對於壓力側的鄰近噴吹孔口 609的表面以大約在0°與180°之間、或在25°與135°之間、或在35°與125°之間的角度被提供至葉片600的壓力側(未示出)。在一些情形下，噴吹空氣以相對於壓力側的表面在大約0°與90°之間、或0°與25°之間的角度——相對於從葉片600的中央線朝向前緣614定向的軸線——通過壓力側噴吹孔口 609提供。在示例中，噴吹空氣以相對於壓力側的表面大約為0°、或1°、或2°、或3°、或4°、或 5°、或 6°、或 7°、或 8°、或 9°、或 10°、或 11°、或 12°、或 13°、或 14°、或 15°、或 16°、或 17°、或 18°、或 19°、或 20°、或 21°、或 22°、或 23°、或 24°、或 25°、或 26°、或 27°、或 28°、或 29°、或 30°、或 31°、或 32°、或 33°、或 34°、或 35°、或 36°、或 37°、或 38°、或 39°、或 40°、或 41°、或 42°、或 43°、或 44°、或 45°、或 46°、或 47°、或 48°、或 49°、或 50°、或 51°、或 52°、或 53°、或 54°、或 55°、或 56°、或 57°、或 58°、或 59°、或 60°、或 61°、或 62°、或 63°、或 64°、或 65°、或 66°、或 67°、或 68°、或 69°、或 70°、或 71°、或 72°、或 73°、或 74°、或 75°、或 76°、或 77°、或 78°、或 79°、或 80°、或 81°、或 82°、或 83°、或 84°、或 85°、或86°、或87°、或88°、或89°、或90°的角度——相對於從葉片600的中央線朝向前緣614定向的軸線——通過壓力側噴吹孔口 609來提供。在其他情形下，噴吹空氣以相對於壓力側的表面大約0°與90°之間、或0°與25°之間的角度一相對於從葉片600的中央線朝向尾緣613定向的軸線——通過壓力側噴吹孔口 609來提供。在示例中，噴吹空氣以相對於壓力側的表面至少大約0°、或1°、或2°、或3°、或4°、或5°、或6°、或7°、或8°、或 9°、或 10°、或 11°、或 12°、或 13°、或 14°、或 15°、或 16°、或 17°、或 18°、或 19°、或 20°、或 21°、或 22°、或 23°、或 24°、或 25°、或 26°、或 27°、或 28°、或 29°、或 30°、或 31°、或 32°、或 33°、或 34°、或 35°、或 36°、或 37°、或 38°、或 39°、或 40°、或 41°、或 42°、或 43°、或 44°、或 45°、或 46°、或 47°、或 48°、或 49°、或 50°、或 51°、或 52°、或 53°、或 54°、或 55°、或 56°、或 57°、或 58°、或 59°、或 60°、或 61°、或 62°、或 63°、或 64°、或 65°、或 66°、或 67°、或 68°、或 69°、或 70°、或 71°、或 72°、或 73°、或 74°、或 75°、或 76°、或 77°、或 78°、或 79°、或 80°、或 81°、或 82°、或 83°、或 84°、或 85°、或 86°、或 87°、或 88°、或89°、或90°的角度——相對於從葉片600的中央線朝向尾緣613定向的軸線——通過壓力側噴吹孔口 609來提供。在另一示例中，噴吹空氣相對於壓力側的表面以大約90°的角度通過壓力側噴吹孔口 609來提供。
[0112]如所示的壓力側噴吹孔口 609設置在葉片600的尾緣613處或靠近葉片600的尾緣613。然而，在其他情況下，壓力側噴吹孔口 609沿著壓力側且離開尾緣613設置。在示例中，壓力側噴吹孔口 609沿著葉片600的壓力側設置在中途，比如沿著葉片600的翼弦設置在中途。替代性地，壓力側噴吹孔口 609設置在葉片600的前緣614處或設置成靠近葉片600的前緣614。在其他情形下，噴吹孔口 609位於壓力側並且位於前緣614與尾緣613處或兩者之間。在其他情況下，壓力側噴吹孔口設置在其尾緣613處並且位於葉片600的壓力側上的某一位置處。
[0113]繼續參照圖6，在一些情況下，吸入側噴吹孔口 610定向成相對於吸入側的表面切向地提供流動流體。替代性地，吸入側噴吹孔口 610定向成使得流動流體比如噴吹空氣相對於吸入側的鄰近吸入側噴吹孔口 610的表面且相對於尾緣以在大約0°與90°之間、或大約25°與75°之間、或大約35°與55°之間的角度提供。在實施方式中，噴吹空氣沿著下遊方向平行於吸入側(即，沿著空氣從前緣向尾緣流動的方向)或垂直於吸入側的表面來提供。在一些情形下，噴吹空氣相對於吸入側的表面以大約在40°與45°之間的角度來提供，如從朝向尾緣定向的軸線所測量的。
[0114]在一些實施方式中，吸入側噴吹孔口 610定向成使得流動流體(例如，噴吹空氣)相對於吸入側的鄰近吸入側噴吹孔口 610的表面以大約在0°與180°之間、或在25°與135°之間、或35°與125°之間的角度被提供至葉片600的吸入側。在一些情形下，噴吹空氣以相對於吸入側的表面大約在0°與90°之間、或0°與25°之間的角度一相對於從葉片600的中央線朝向前緣614定向的軸線——通過吸入側噴吹孔口 610來提供。在示例中，噴吹空氣以相對於吸入側的表面大約為0°、或1°、或2°、或3°、或4°、或5°、或6°、或 7°、或 8°、或 9°、或 10°、或 11°、或 12°、或 13°、或 14°、或 15°、或 16°、或 17°、或 18°、或 19°、或 20°、或 21°、或 22°、或 23°、或 24°、或 25°、或 26°、或 27°、或 28°、或 29°、或 30°、或 31°、或 32°、或 33°、或 34°、或 35°、或 36°、或 37°、或 38°、或 39°、或 40°、或 41°、或 42°、或 43°、或 44°、或 45°、或 46°、或 47°、或 48°、或 49°、或 50°、或 51°、或 52°、或 53°、或 54°、或 55°、或 56°、或 57°、或 58°、或 59°、或 60°、或 61°、或 62°、或 63°、或 64°、或 65°、或 66°、或 67°、或 68°、或 69°、或 70°、或 71°、或 72°、或 73°、或 74°、或 75°、或 76°、或 77°、或 78°、或 79°、或 80°、或 81°、或 82°、或 83°、或 84°、或 85°、或 86°、或87°、或88°、或89°、或90°的角度——相對於從葉片600的中央線朝向前緣614定向的軸線一通過吸入側噴吹孔口 610來提供。在其他情形下，噴吹空氣以相對於吸入側的表面大約在0°與90°之間、或0°與25°之間的角度——相對於從葉片600的中央線朝向尾緣613定向的軸線——通過吸入側噴吹孔口 610來提供。在示例中，噴吹空氣以相對於吸入側的表面大約為0°、或1°、或2°、或3°、或4°、或5°、或6°、或7°、或8°、或9°、或 10°、或 11°、或 12°、或 13°、或 14°、或 15°、或 16°、或 17°、或 18°、或 19°、或 20°、或 21°、或 22°、或 23°、或 24°、或 25°、或 26°、或 27°、或 28°、或 29°、或 30°、或 31°、或 32°、或 33°、或 34°、或 35°、或 36°、或 37°、或 38°、或 39°、或 40°、或 41°、或 42°、或 43°、或 44°、或 45°、或 46°、或 47°、或 48°、或 49°、或 50°、或 51°、或 52°、或 53°、或 54°、或 55°、或 56°、或 57°、或 58°、或 59°、或 60°、或 61°、或 62°、或 63°、或 64°、或 65°、或 66°、或 67°、或 68°、或 69°、或 70°、或 71°、或 72°、或 73°、或 74°、或 75°、或 76°、或 77°、或 78°、或 79°、或80°、或81°、或82°、或83°、或84°、或85°、或86°、或87°、或88°、或89°、或90°的角度——相對於從葉片600的中央線朝向尾緣613定向的軸線——通過吸入側噴吹孔口610來提供。
[0115]吸入側噴吹孔口 610沿著葉片600的吸入側設置。另外，吸入側噴吹孔口 610設置在葉片600的尾緣處或設置成靠近葉片600的尾緣。在其他情形下，吸入側噴吹孔口 610設置在葉片600的前緣處或設置成靠近葉片600的前緣。在一些情況下，吸入側噴吹孔口設置在葉片600的尾緣處或設置成靠近葉片600的尾緣，並且另一吸入側噴吹孔口在沿著葉片600的翼弦設置在某一位置處，比如沿著翼弦設置在半途。
[0116]在一些實施方式中，葉片600包括I個或更多個、或2個或更多個、或3個或更多個、或4個或更多個、或5個或更多個、或6個或更多個、或7個或更多個、或8個或更多個、或9個或更多個、或10個或更多個、或20個或更多個、或30個或更多個、或40個或更多個、或50個或更多個壓力側噴吹孔口 610。在其他實施方式中，葉片600包括I個或更多個、或2個或更多個、或3個或更多個、或4個或更多個、或5個或更多個、或6個或更多個、或7個或更多個、或8個或更多個、或9個或更多個、或10個或更多個、或20個或更多個、或30個或更多個、或40個或更多個、或50個或更多個壓力側噴吹孔口 609。壓力側噴吹孔口 609與吸入側噴吹孔口 610結合使用或代替吸入側噴吹孔口 610使用。
[0117]如所示，葉片600包括三個吸入側孔口(其中，一個吸入側孔口位於前緣處)和一個壓力側孔口。然而，在其他情況下，葉片包括任何數量的壓力側孔口和吸入側孔口。在一些實施方式中，壓力側包括I個或更多個、或2個或更多個、或3個或更多個、或4個或更多個、或5個或更多個、或10個或更多個、或20個或更多個、或50個或更多個孔口，並且吸入側包括I個或更多個、或2個或更多個、或3個或更多個、或4個或更多個、或5個或更多個、或10個或更多個、或20個或更多個、或50個或更多個孔口。在一些情形中，葉片600包括壓力側孔口或吸入側孔口，但是不包括壓力側孔口和吸入側孔口兩者。在示例中，葉片600包括三個壓力側孔口和兩個吸入側孔口。在另一示例中，葉片包括兩個壓力側孔口和一個吸入側孔口。在一些情況下，孔口是槽或狹縫，比如長形開口(例如，長形的橢圓的或矩形的開口)。替代性地，孔口成形為圓形的、卵形的、三角形的、方形的、矩形的、五邊形、或六邊形或局部形狀。
[0118]壓力側孔口 609設置成朝向葉片600的稍部611。吸入側孔口 610設置成朝向葉片600的根部612。壓力側孔口 609設置成超過葉片600的翼展的中點615。吸入側孔口610設置在根部部分612與葉片600的中點615之間。
[0119]壓力側孔口 609和吸入側孔口 610是狹縫或縱向開口，在該狹縫或縱向開口中，開口中的每一個開口的一個尺寸比另一尺寸長。在一些情況下，翼展總是比開口中的每一個開口的高度大。替代性地，孔口中的每一個孔口是圓形的、三角形的、方形的、矩形的、五邊形的、六邊形的、七邊形的、八邊形的、九邊形的、或十邊形的形狀或局部形狀。此外，在一些情況下，孔口定尺寸為在壓力側和/或吸入側上提供預定流量的噴吹空氣(或其他流體)。在實施方式中，噴吹空氣在大約0.0001大氣壓(atm)與IOatm之間、或大約0.0latm與Iatm之間的壓力下提供。在另一實施方式中，噴吹空氣在大約0.0lmVs與10，OOOmVs之間、或在大約0.1mVs與IOOmVs之間的流動速率提供。在另一實施方式中，噴吹空氣以大約在-50°C與150°C之間、或(TC與120°C之間的溫度下提供。
[0120]壓力側孔口 609沿著葉片600的尾緣613延伸。吸入側孔口 610沿著葉片600的
大致平行於尾緣的表面延伸。
[0121]在一些實施方式中，葉片600在前緣614或鄰近前緣614包括一個或更多個孔口(即，「前緣孔口」)。前緣孔口大致平行於前緣614定向。在一些情況中，前緣孔口與上述尾緣孔口結合使用或代替上述尾緣孔口使用。
[0122]在一些實施方式中，前緣噴吹減小了在葉片的吸入側處的流動分離。在這種情況下，切斷前緣噴吹在高的局部迎角下會引起流動分離和葉片失速，這為具有葉片600的渦輪機提供了制動特徵。
[0123]在一些實施方式中，葉片600包括前緣噴吹和尾緣噴吹兩者。在這種情況下，當前緣噴吹停止且尾緣噴吹繼續或增加時，前緣流動分離和阻力將增加，從而引起增加的(或更大的)空氣動力學制動。
[0124]在一些情況下，前緣噴吹和尾緣噴吹目前被用於葉片俯仰力矩最小化。在尾緣噴吹增加的情形下，前緣噴吹用來調節俯仰和保持俯仰力矩低——如果俯仰力矩不是零。在實施方式中，在尾緣613和前緣614處的可變噴吹用來通過增加槽推力恢復且因而增加用於較高葉片效率的轉子扭矩而在旋轉期間繞轉子方位將葉片600的阻力係數變更至負值。在一些實施方式中，可變噴吹提供負阻力係數或正阻力係數(Ca)、正升力係數或負升力係數(Cl)和正俯仰力矩係數或負俯仰力矩係數(Cm)。在示例中，可變噴吹提供:在大約0.01與0.4之間、或0.15與0.2之間的阻力係數(Ca);大約在-0.5與0.5之間、或-0.3至0.3之間的升力係數(Cl);以及大約在-0.1與O之間、或-0.09與-0.04之間的俯仰力矩係數(Cm)。在一些情形下，Cl和Ca彼此成反比例(S卩，隨著Ci變小，Cd變大，反之亦然)。
[0125]在一些實施方式中，內側(或根部)葉片部段噴吹改進了內側葉片部段(靠近根部612)的空氣動力學性能，該內側葉片部段否則是非空氣動力學的或者例如因在局部速度下的流動分離而顯示糟糕的空氣動力學性能。在一些情形下，在內側葉片部段處的噴吹將空氣動力學載荷中的更多的載荷傳遞在內側葉片上，因而卸載了外側葉片部段和減小了在葉片結構上的根部彎曲力矩。在一些情形下，這有利地排除了對結構上剛性的材料的需要,這可以使葉片較輕。
[0126]在一些實施方式中，葉片600包括一個或更多個腔體，所述一個或更多個腔體與流體控制系統流體連通，用以向一個或更多個腔體提供流體比如氣體(例如，空氣)。一個或更多個腔體與壓力側孔口 609和吸入側孔口 610流體連通。在實施方式中，葉片600是中空的。在另一實施方式中，一個或更多個腔體通過中空葉片600中的一個或更多個隔離部限定。
[0127]在一些實施方式中，葉片600包括橫貫葉片600的長度的腔體(未示出)。在實施方式中，如從根部612測量的，腔體橫貫葉片600的翼展的高達大約5%、或10%、或15%、或 20%、或 25%、或 30%、或 35%、或 40%、或 45%、或 50%、或 55%、或 60%、或 65%、或70%、或75%、或80%、或85%、或90%、或95%、或100%。在一些情形下，腔體橫貫葉片的從根部612至稍部611的翼展。腔體具有朝向根部612的第一端部和朝向葉片600的稍部611的第二端部。
[0128]在一些實施方式中，孔口 609沿著其整個長度與腔體流體連通，使得空氣或其他加壓的流體在腔體內從第一端部朝向第二端部流動並且流出孔口 609的整個長度。在其他實施方式中，孔口 609被鎖定。在這種情況下，在實施方式中，空氣被泵送至腔體中使得在腔體內建立壓力。然後，孔口被打開以允許空氣流出孔口 609。然後，流出孔口 609的空氣沿著葉片600的表面被朝向葉片600的尾緣613導向。然而，流出孔口 609的空氣不限於沿著葉片600的表面朝向尾緣613導向；在一些情況下，空氣沿著近乎任何方向被導出孔口609以在需要時為葉片600提供虛擬成形。
[0129]在一些情形下，孔口 610與上述腔體或另一腔體流體連通用於向孔口 610提供空氣。在一些情形下，孔口 610與腔體流體連通，腔體也與孔口 609流體連通。以這種方式，腔體中的流體被導向同時通過孔口 609和610，或者孔口 609和610獨立地打開和關閉以獨立地提供流出孔口的流體。例如，在一些情況下，需要提供流出孔口 609而不是孔口 610的加壓的流體。替代性地，孔口 610與不同於上述腔體的腔體流體連通，這使得能夠單獨或獨立地控制流出孔口 609和610的流體。
[0130]在實施方式中，空氣流出孔口 609和空氣流出孔口 610同步進行(例如，重疊的噴吹輪廓)。在另一實施方式中，空氣流出孔口 609與空氣流出孔口 610不同步(例如，非重疊噴吹輪廓)。
[0131]孔口 609和610與流體控制系統流體連通(參見下面)用以提供流出孔口 609和610的流體比如加壓的流體(例如，加壓的空氣)。在一些情形下，加壓的流體以獨立的方式通過孔口 609和孔口 610被提供。在實施方式中，這能夠進行用於改進葉片的空氣動力學性能的虛擬成形和用於減緩或停止具有葉片600的渦輪機的旋轉的制動特徵。在其他情形下，加壓的流體同時通過孔口 609和610來提供。
[0132]在一些實施方式中，前緣噴吹和/或尾緣噴吹提供對具有這種前緣噴吹和/或尾緣噴吹的葉片的空氣動力學形狀和/或俯仰的調節。在一些實施方式中，藉助於前緣噴吹和/或尾緣噴吹，操作性地聯接至葉片的渦輪機的電力輸出改進了至少大約5%、或至少大約10%、或至少大約15%、或至少大約20%、或至少大約25%、或至少大約30%、或至少大約35%、或至少大約40%、或至少大約45%、或至少大約50%、或至少大約55%、或至少大約60%、或至少大約65%、或至少大約70%、或至少大約75%、或至少大約85%、或至少大約85%、或至少大約90%、或至少大約95%。
[0133]在一些實施方式中，葉片包括在葉片的壓力側、葉片的吸入側、葉片的尾緣和葉片的前緣中的一者或更多者處提供噴吹的一個或更多個孔口或通道。在葉片的尾緣或前緣處的噴吹包括導向在葉片的壓力側或葉片的吸入側上方的位置處的流體、或在葉片的前緣和葉片的尾緣中的一者或兩者處在壓力側與吸入側之間的位置處的流體。
[0134]在一些實施方式中，噴吹槽設置成相對於壓力側的鄰近尾緣的表面以大約在0°與180°之間的角度沿著葉片的壓力側的方向導向在尾緣處的加壓的流體。在一些情況下，噴吹槽設置成相對於吸入側的鄰近尾緣的表面以大約在0°與180°之間的角度沿著葉片的吸入側的方向導向在尾緣處的加壓的流體。在實施方式中，吸入側噴吹設置在葉片的根部處或設置成鄰近葉片的根部，而壓力側噴吹設置在葉片的稍部處或設置成鄰接葉片的稍部。
[0135]圖7示出了根據本發明的實施方式的具有多個翼面的尾部葉片部段700(比如圖6的葉片600)。葉片部段700包括壓力側705、吸入側710、壓力側槽715和吸入側槽720。壓力側705包括壓力側表面725，而吸入側710包括吸入側表面730。槽用於向壓力側705和吸入側710提供流體比如噴吹空氣(例如，空氣)或加壓的流體。槽設置成鄰近葉片700的尾緣。在一些情形下，槽設置在葉片700的尾緣處。在其他情形下，槽中的一個或更多個槽設置在距葉片的尾緣預定距離處，比如設置在距尾緣大約0.0lm與5m之間。
[0136]在一些情形下，葉片700包括在葉片700的吸入側710處的一個或更多個槽，所述一個或更多個槽在中途沿葉片的翼弦向下並且朝向葉片的根部。在這種情況下，一個或更多個槽設置在葉片700的根部與翼展的中點(即，如從根部部分或者稍部部分測量的葉片的翼展的50% )之間。在一些情況下，葉片700在葉片700的壓力側705處包括一個或更多個槽，所述一個或更多個槽沿著葉片700的翼弦設置在中途並且朝向葉片700的稍部。在這種情況下，一個或更多個槽設置在葉片700的稍部與翼展的中點之間。在一些實施方式中，由於根部位置通過「R」表示(例如，圖6的根部612)，稍部位置通過「T」表示(例如，圖6的稍部611)並且翼展的中點通過「M」表示(例如，圖6的中點615)(所有的位置沿著具有葉片700的翼展的軸線獲取)，因此吸入側槽關於「R」設置在(M-R)的大約0.1、或0.2、或0.3、或0.4、或0.5、或0.6、或0.7、或0.8、或0.9、或1.0的倍數處，而壓力側槽關於「T」設置在(T-M)的大約0.1、或0.2、或0.3、或0.4、或0.5、或0.6、或0.7、或0.8、或0.9、或
1.0的倍數處。在其他實施方式中，吸入側槽和/或壓力側槽關於「T」設置在(T-R)的大約0.1、或0.2、或0.3、或0.4、或0.5、或0.6、或0.7、或0.8、或0.9、或1.0的倍數處(即，如從稍部測量的)。在其他實施方式中，吸入側槽和/或壓力側槽關於「R」設置在(T-R)的大約0.1、或0.2、或0.3、或0.4、或0.5、或0.6、或0.7、或0.8、或0.9、或1.0的倍數處(即，如從根部測量的)。
[0137]在一些實施方式中，壓力側槽715在翼面中朝向葉片700的稍部(或外側)部分設置，而吸入側槽720朝向葉片700的內側(或根部)部分設置。在實施方式中，這允許在渦輪機或具有葉片700的其他機械裝置的操作期間葉片700的有效成形或空氣動力學成形(包括葉片700的單獨翼面)。噴吹槽715和720在一些情況下構造成提供流體以使流動分離在葉片的使用期間最小化或消除、提供流動分離(例如，以產生制動)和/或增加或減小流循環。
[0138]繼續參照圖7，尾緣的鄰近壓力側槽715的部分離開壓力側715朝向吸入側710形成角度，而尾緣的鄰接吸入側槽720的部分離開吸入側710朝向壓力側705形成角度。在一些情況下，尾緣的鄰接根部部分的部分具有大約在0°與180°之間的曲率，而尾緣的鄰近稍部部分的部分具有大約在0°與180°之間的曲率。在一些實施方式中，尾緣是圓的、圓柱形圓的、或橢圓的，或者包括拱形部、彎曲部、圓弧部或螺旋部。切向離開的噴射流將在至少一些情況下貼附至這些彎曲的表面。這在空氣動力學上使流轉向並且增大作用在葉片上的空氣動力學力和力矩。
[0139]在一些情形下，在尾緣噴吹槽的下遊的翼面表面在吸入側和壓力側中的任意一側或兩側上彎曲或形成圓弧。來自噴吹槽的切向射流可以保持附貼至吸入側和壓力側的這些表面並且根據需要增大或減小空氣動力學升力、阻力和/或俯仰力矩。
[0140]噴吹槽715和720與用於將流體導向至槽715和720的一個或更多個通路(或導管)流體連通。在一些情況下，槽715和720與葉片700中的室(或腔體)流體連通，葉片700中的室與流體控制系統流體連通用於將加壓的流體提供至槽715和720。
[0141]在一些實施方式中，在吸入側710上的噴吹(在本文中也叫做「吸入側噴吹」)具有增加翼面的升力並且因此增加葉片700的升力的效果，而在壓力側上的噴吹具有減小翼面的升力的效果。在實施方式中，壓力側噴吹一即向葉片700的壓力側705提供流體比如加壓的空氣——用來向葉片700提供制動特徵，這在一些情形下排除了對附加的制動系統的需要，因而引起系統成本和維護成本的顯著節省。
[0142]在一些實施方式中，壓力側噴吹用來實現控制表面，該控制表面幾乎完全通過噴吹致動，並且在一些情況下完全通過噴吹致動。這種控制表面被噴吹以減小升力並且與吸入側噴吹相關聯地用作葉片的控制系統。在一些實施方式中，控制表面(或控制部段)包括葉片的翼展的在大約5 %與40 %之間、或在大約10 %與30 %之間、或在大約15 %與20 %之間的跨度，集中在葉片的80%翼展部分——即，如從葉片的根部測量的葉片的翼展的80%-附近。
[0143]圖8示出了根據本發明的實施方式的構造成與風力渦輪機一起使用的噴吹葉片的翼面800。翼面包括腹板801和用於對翼面提供結構支撐的翼梁帽802。翼面包括與孔口或槽804流體連通的腔體803，該孔口或槽804構造成將空氣(或其他流體)導向至在翼面800的吸入側806處的尾緣805。孔口 804與吸入側806流體連通。
[0144]在一些情形下，孔口 804是沿著具有翼面800的葉片的翼展的至少一部分伸延的槽。孔口 804還朝向翼面800的前緣807設置以減小或消除因相對到來的流具有相對低的扭力的厚截面的翼面所造成的流動分離。
[0145]在一些實施方式中，具有翼面800的葉片包括在翼面的壓力側處具有孔口的翼面(未示出)。在這種情況下，孔口構造成朝向翼面的尾緣向翼面的壓力側提供加壓的空氣。
[0146]繼續參照圖8，在一些實施方式中，翼面800具有大約在I與6之間以及等同的升力與阻力比(L/Deq)或大約在I與200L/Deq之間的葉片升力係數(Cl)。在實施方式中，Cl與葉片迎角無關。在一些情形下，由於作為噴吹係數的q，ACl/Ci大於1，或大於50，或大於100。
[0147]在一些實施方式中，翼面800包括與具有翼面800的葉片的一個或更多個孔口流體連通的多個腔體。在實施方式中，腔體是流體室，該流體室與空氣控制系統流體連通用以調控空氣(或其他流體)向流體室和孔口的流動。在實施方式中，空氣控制系統包括一個或更多個泵和閥(例如，節流閥)。在其他實施方式中，翼面800不具有任何腔體。在這種情況下，在實施方式中，孔口 803經由設置在具有翼面的葉片中的一個或更多個流體通路與空氣控制系統流體連通。
[0148]渦輪機
[0149]在本發明的另一方面，用於從風力發電的系統包括葉片，該葉片具有在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面，壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向翼面提供升力，葉片具有大致非空氣動力學的根部部分。系統還包括用於向風力渦輪機的翼面提供空氣動力學成形的控制系統。
[0150]在一些實施方式中，非空氣動力學或較少的空氣動力學的根部/內側部分——該根部/內側部分在作為流動分離或失速流(參見上面)的無效的空氣動力學流的區域中運行——具有用於在葉片上提供分離的空氣(或其他流體)流的形狀並且包括葉片的一個或更多個翼面。分離的流是空氣(或其他流體)的高度分離的流。在這種情況下，通過控制系統所提供的空氣動力學成形減小了在葉片上的空氣流的分離。在一些情形下，這改進了葉片的空氣動力學升力。當使該流重新附貼在噴吹翼面部段上時，提供了至少為1、或至少為5、或至少為10、或至少為15、或至少為20的升力係數。在示例中，提供了大約14.0的升力係數。
[0151]圖9示出了具有根據本發明的實施方式的第一葉片901、第二葉片902和第三葉片903的風力渦輪機900，每個葉片具有用於向在葉片的壓力側和吸入側的開口或孔口(在本文中也叫做「噴吹孔口」)提供加壓的流體的一個或更多個孔口(參見上面)。在一些情況下，加壓的流體在使用期間向葉片901、902和903提供空氣動力學成形，這使阻力最小化。此外，在一些情形下，加壓的流體增加了阻力以提供制動功能，這減小或消除了葉片901、902和903繞風力渦輪機900的中央軸線的旋轉。在一些情形下，載荷藉助於控制系統繞每個葉片轉移，用以向葉片中的一個或更多個孔口提供流體。在一些情況下，在較高的風力的情形下，減小了每個葉片的外側部段中的載荷。
[0152]繼續參照圖9，葉片901、902和903中的每個葉片具有非空氣動力學或較少的空氣動力學的根部部分(參見上面)。在沒有通過噴吹孔口(本文中也叫做「噴吹」)施加加壓的空氣(或其他流體)的情況下，葉片901、902和903中的單獨的葉片在葉片的外側(或稍部)部分處(參見圖9，左邊)經受較大升力。例如，在沒有噴吹的情況下，葉片903的升力輪廓使得升力在葉片的稍部處最大，並且隨著從葉片903的稍部至葉片903的根部的距離增大而逐步地減小。然而，通過噴吹孔口施加加壓的空氣為葉片901、902和903提供有效成形，這改進了在葉片901、902、903中的每個葉片的內側(或根部)部分處的空氣動力學升力(參見圖9，右邊)。例如，在噴吹的情況下，葉片903的升力輪廓使得升力鄰近葉片903的根部增大並且隨著從葉片903的根部至葉片903的稍部的距離增大而逐漸地減小。另外，藉助於噴吹，沿著每個葉片的升力在內側(或朝向每個葉片的根部部分)轉移以減小結構載荷。
[0153]在一些實施方式中，風力渦輪機包括具有一個或更多個翼面的葉片，該葉片具有在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面,壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向翼面提供升力。風力渦輪機還包括氣動控制系統，該氣動控制系統與葉片流體連通用於調節葉片的一個或更多個翼面的有效俯仰。在實施方式中，氣動控制系統與風力渦輪機的一個或更多個其他葉片流體連通。
[0154]在實施方式中，氣動控制系統構造成通過向葉片中的一個或更多個開口(參見上面)提供加壓的流體比如加壓的空氣來調節葉片的升力。在一些情況下，氣動控制系統構造成調節在葉片的根部部段處的翼面處的升力。
[0155]在一些實施方式中，渦輪機包括電力發電機和操作性地聯接至電力發電機的轉子。電力發電機構造成在轉子旋轉時發電。在實施中，電力發電機是感應發電機，並且在電力發電機的轉子旋轉時產生電力。渦輪機還包括從根部向外徑向延伸的多個葉片，多個葉片中的每個單獨的葉片包括在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，壓力側具有壓力側表面而吸入側具有吸入側表面，壓力側表面和吸入側表面用於在空氣從前緣向尾緣、在壓力側表面和吸入側表面上流動時向所述單獨的葉片提供升力或負升力、阻力或負阻力以及正俯仰力矩或負俯仰力矩。多個葉片中的至少一個葉片包括:在壓力側表面上的第一開口，該第一開口用於向壓力側提供加壓的空氣；和/或在吸入側表面上的第二開口，該第二開口用於向吸入側提供加壓的空氣。
[0156]在一些實施方式中，渦輪機包括兩個葉片、三個葉片、四個葉片、五個葉片、六個葉片、七個葉片、八個葉片、九個葉片、十個葉片、二十個葉片或更多個葉片。在實施方式中，渦輪機是水平軸線渦輪機，在該水平軸線渦輪機中，轉子和電力發電機水平地布置(即，正交於重力加速度矢量定向)，或者渦輪機是豎向軸線渦輪機，在該豎向軸線渦輪機中，轉子和電力發電機豎向地布置(即，沿著重力加速度矢量定向)。
[0157]多個葉片中的至少一個葉片具有大致非空氣動力學或較少的空氣動力學的(參見上面)根部部分。在一些情形下，第一開口和第二開口設置在多個葉片中的至少一個葉片的尾緣處或設置成鄰近多個葉片中的至少一個葉片的尾緣。
[0158]在一些實施方式中，渦輪機是風力渦輪機，該風力渦輪機構造成當空氣在多個葉片上流動時發電。在其他實施方式中，渦輪機構造成當運動的液體在多個葉片上流動時發電。
[0159]渦輪機還包括流體控制系統，該流體控制系統與第一開口和第二開口流體連通。流體控制系統構造成獨立地向第一開口和第二開口提供加壓的流體。在一些情況下，加壓的流體向第一開口和第二開口中的每個開口的流動速率獨立地選擇成控制多個葉片中的至少一個葉片的空氣動力學升力。
[0160]例如，為了改進葉片的空氣動力學性能，流體控制系統向吸入側表面處的第二開口提供加壓的流體(例如，加壓的空氣)，同時減小或終止加壓的流體向壓力側表面處的第一開口流動。為了減小葉片的旋轉或使葉片停止，流體控制系統向第一開口提供加壓的流體，同時減小或終止加壓的流體向第二開口流動。在一些情況下，流體控制系統獨立地改變加壓的流體向第一開口和第二開口的流動速率以調控葉片的扭矩輸出。
[0161]在一些實施方式中，提供可變噴吹以在旋轉期間繞轉子方位更改多個葉片中的至少一個葉片的升力係數(Cl)和阻力係數(Cd)，這在一些情況下減小或消除了具有渦輪機的塔部結構上或附近的葉片尾流影響。在一些情形下，這也減小了塔部結構上的轉子彎曲力矩。
[0162]在實施方式中，出自多個葉片中的至少一個葉片的局部噴吹係數Cp的翼展方向變化(參見下面)根據需要在每個葉片站(或翼面)處產生葉片部段升力和阻力載荷的翼展方向分布。在一些情況中，Cl處於大約0.001與0.50或更多之間、或至少為大約0.001、0.005,0.01,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35,0.4,0.45 或 0.5。Cp 在這種情況下被限定如下:
[0163]
【權利要求】
1.一種用於風力渦輪機中的葉片，包括: 在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，所述壓力側具有壓力側表面而所述吸入側具有吸入側表面，所述壓力側表面和所述吸入側表面用於在空氣從所述前緣至所述尾緣、在所述壓力側表面和所述吸入側表面上流動時向所述葉片提供升力；以及 在所述吸入側處的一個或更多個開口，所述一個或更多個開口構造成相對於從所述葉片的中心線朝向所述前緣定向的軸線以大約在0°與70°之間的角度朝向所述葉片的所述前緣提供加壓的流體。
2.根據權利要求1所述的葉片，其中，所述一個或更多個開口構造成相對於所述軸線以大約在0°與45°之間的角度提供所述加壓的流體。
3.根據權利要求1所述的葉片，其中，所述一個或更多個開口以大約在0°與25。之間的角度導向。
4.根據權利要求1所述的葉片，其中，一個或更多個向前噴吹槽設置在所述葉片的中線處或設置成鄰近於所述葉片的所述中線。
5.根據權利要求1所述的葉片，其中，一個或更多個向前噴吹槽設置在所述葉片的所述前緣處或設置成鄰近於所述葉片的所述前緣。
6.根據權利要求1所述的葉片，其中，一個或更多個向前噴吹槽設置在所述前緣與所述尾緣之間。
7.根據權利要求1 所述的葉片，其中，一個或更多個向前噴吹槽設置在所述尾緣處或設置成鄰近於所述尾緣。
8.一種用於風力渦輪機中的葉片，包括: 在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，所述壓力側具有壓力側表面而所述吸入側具有吸入側表面，所述壓力側表面和所述吸入側表面用於在空氣從所述前緣至所述尾緣、在所述壓力側表面和所述吸入側表面上流動時向所述葉片提供升力；以及 在所述吸入側處的一個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於調節所述葉片的升力和阻力。
9.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽在所述吸入側的表面中下凹。
10.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽位於所述吸入側的表面處或所述吸入側的所述表面上方。
11.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述葉片包括兩個或更多個向前噴吹槽。
12.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述葉片包括三個或更多個向前噴吹槽。
13.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述葉片包括四個或更多個向前噴吹槽。
14.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述葉片包括五個或更多個向前噴吹槽。
15.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述葉片包括十個或更多個向前噴吹槽。
16.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在所述尾緣處或設置成鄰近於所述尾緣。
17.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在所述葉片的中線處或設置成鄰近於所述葉片的所述中線。
18.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在所述前緣處或設置成鄰近於所述前緣。
19.根據權利要求8所述的葉片，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽設置在所述前緣與所述尾緣之間。
20.一種用於風力渦輪機中的葉片，包括: 在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，所述壓力側具有壓力側表面而所述吸入側具有吸入側表面，所述壓力側表面和所述吸入側表面用於在空氣從所述前緣至所述尾緣、在所述壓力側表面和所述吸入側表面上流動時向所述葉片提供升力；以及 在所述吸入側處並且在所述前緣與所述尾緣之間的一個或更多個開口，所述一個或更多個開口構造成在所述吸入側上並朝向所述葉片的所述前緣提供加壓的流體，所述一個或更多個開口用於在所述葉片上引起流動分離。
21.根據權利要求20所述的葉片，其中，所述一個或更多個開口位於所述葉片的翼面的尾部三分之一範圍內。
22.根據權利要求20所述的葉片，其中，所述一個或更多個開口位於所述葉片的翼面的中部三分之一範圍內。
23.根據權利要求20所述的葉片，其中，所述一個或更多個開口位於所述葉片的翼面的前部三分之一範 圍內。
24.一種用於風力渦輪機中的葉片，包括: a.在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側,所述壓力側具有壓力側表面而所述吸入側具有吸入側表面，所述壓力側表面和所述吸入側表面用於在空氣從所述前緣至所述尾緣、在所述壓力側表面和所述吸入側表面上流動時向所述葉片提供升力；以及 b.在所述吸入側上的一個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於針對載荷、功率和安全控制而減小升力和增加阻力。
25.根據權利要求24所述的葉片，其中，所述向前噴吹槽位於所述葉片的翼面的尾部三分之一範圍內。
26.根據權利要求24所述的葉片，其中，所述向前噴吹槽位於所述葉片的翼面的中部三分之一範圍內。
27.根據權利要求24所述的葉片，其中，所述向前噴吹槽位於所述葉片的翼面的前部三分之一範圍內，用以產生使轉子停止的最大效果。
28.一種用於風力渦輪機中的葉片，包括: 在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，所述壓力側具有壓力側表面而所述吸入側具有吸入側表面，所述壓力側表面和所述吸入側表面用於在空氣從所述前緣至所述尾緣、在所述壓力側表面和所述吸入側表面上流動時向所述葉片提供升力； 在所述吸入側上的向前噴吹槽，所述向前噴吹槽用於在所述風力渦輪機的操作期間朝向所述葉片的前緣提供加壓的流體，所述向前噴吹槽與所述葉片內的一個或更多個腔體流體連通，用以將所述加壓的流體輸送至所述向前噴吹槽；以及 回流閥，所述回流閥位於所述一個或更多個腔體與所述向前噴吹槽之間的流體流動路徑中，所述回流閥用於調控離心地誘發的流體從所述葉片的外部的位置至所述一個或更多個腔體中的流動。
29.根據權利要求28所述的葉片，其中，所述回流閥包括沿著所述葉片的翼展方向定向的閥卡。
30.根據權利要求28所述的葉片，其中，所述回流閥包括覆蓋所述向前噴吹槽的出口的向前面向的波狀的外部閉合翻板。
31.根據權利要求28所述的葉片，還包括多個樞轉百葉窗，所述多個樞轉百葉窗遵循翼面的輪廓並且防止回流。
32.根據權利要求28所述的葉片，其中，所述回流閥是防止回流的單向翻板閥。
33.根據權利要求28所述的葉片，其中，所述回流閥是用於防止回流的樞轉板式閥。
34.根據權利要求28所述的葉片，其中，所述回流閥包括用於防止回流的另一樞轉板式閥。
35.一種用於控制風力渦輪機的方法，包括: (i)提供操作性地聯接至所述風力渦輪機的轉子的葉片，所述葉片包括: (a)在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，所述壓力側具有壓力側表面而所述吸入側具有吸入側表面，所述壓力側表面和所述吸入側表面用於在空氣從所述前緣至所述尾緣、在所述壓力側表面和所述吸入側表面上流動時向所述葉片提供升力；以及 (b)位於所述葉片的所述吸入側上的一個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於在所述風力渦輪機的操作期間朝向所述葉片的前緣提供加壓的流體，所述一個或更多個向前噴吹槽與所述葉片中的一個或更多個腔體流體連通，用以將加壓的流體輸送至所述一個或更多個向前噴吹槽； (ii)給流體加壓； (iii)將所加壓的流體導向至所述一個或更多個腔體；以及 (iv)將所加壓的流體從所述一個或更多個腔體導向至所述一個或更多個向前噴吹槽，從而控制所述風力渦輪機。
36.根據權利要求35所述的方法，其中，控制所述風力渦輪機包括針對載荷、功率和安全控制而減小升力和增大阻力。
37.根據權利要求35所述的方法，其中，控制所述風力渦輪機包括在所述葉片的翼面上引起流動分離。
38.根據權利要求35所述的方法，其中，所述風力渦輪機在不需要葉片俯仰的情況下受到控制。
39.根據權利要求35所述的方法，其中，通過機械葉片俯仰和向前噴吹槽的組合來控制所述風力渦輪機。
40.根據權利要求35所述的方法，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽包括多個向前噴吹槽。
41.根據權利要求35所述的方法，其中，控制所述風力渦輪機包括分別地控制在所述葉片的翼面的向前部分中的附加的轉子停止導管和向前噴吹槽。
42.根據權利要求35所述的方法，其中，所述加壓的流體從所述一個或更多個腔體導向至所述一個或更多個向前噴吹槽，以通過來自所述葉片內的離心抽吸作用而使所述風力渦輪機的轉子停止。
43.根據權利要求35所述的方法，還包括通過離心抽吸壓力使所述吸入側處的空氣流速平衡來調控進入所述一個或更多個腔體中的回流。
44.根據權利要求35所述的方法，所述加壓的流體由所述葉片的旋轉獨自產生的離心抽吸作用來提供。
45.根據權利要求35所述的方法，所述加壓的流體的流動藉助於所述葉片的根部處的一個或更多個閥來調控。
46.一種用於控制風力渦輪機的方法，包括: (i)提供操作性地聯接至所述風力渦輪機的轉子的葉片，所述葉片包括: (a)在尾緣和前緣處交匯的壓力側和吸入側，所述壓力側具有壓力側表面而所述吸入側具有吸入側表面，所述壓力側表面和所述吸入側表面用於在空氣從所述前緣至所述尾緣、在所述壓力側表面和所述吸入側表面上流動時向所述葉片提供升力；以及 (b)一個或更多個向前噴吹槽，所述一個或更多個向前噴吹槽用於在所述風力渦輪機的操作期間朝向所述葉片的前緣提供加壓的流體，所述一個或更多個向前噴吹槽與所述葉片中的一個或更多個腔體流體連通，用於將加壓的流體輸送至所述一個或更多個向前噴吹槽；以及 (ii)克服離心抽吸壓力來平衡吸入側空氣流速，從而使通過所述一個或更多個向前噴吹槽的回流最小化。
47.根據權利要求46所述的方法，其中，所述一個或更多個向前噴吹槽突出至所述吸入側表面的上方。
48.一種用於操作風力渦輪機的方法，包括: 提供一個或更多個葉片，所述一個或更多個葉片中的各個葉片如權利要求1至34中的任一項所述；以及 藉助於聯接至所述一個或更多個葉片的渦輪發電機來發電。
【文檔編號】F03D11/00GK104040173SQ201280062404
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年10月17日 優先權日:2011年10月17日
【發明者】麥可·D·祖泰克, 利·扎盧斯基, 保羅·利斯 申請人:科哈納技術有限公司