具有延长外壳部分的风力涡轮机叶片制造技术

本发明专利技术涉及一种风力涡轮机叶片的制造方法以及根据该方法制造的风力涡轮机。风力涡轮机叶片包括两个外壳部件，其中各外壳部件的前缘通过内表面连接至后缘。两个外壳部件其中之一包括延长外壳部分，其设为弹性外壳部分。当来风作用于风力涡轮机叶片压力侧时，外壳部分设为相对前缘以从第一位置向第二位置的径向弯曲。风力涡轮机叶片可使用非粘结层面板制造，非粘结层面板可移除地设置于邻近两个外壳部件之间的胶层，这减小了粘结区域的手工磨削或抛光量。本发明专利技术提供了一种具有改进叶片特性的风力涡轮机叶片，其中延长弹性外壳部分特别设计为具有显著弹性。本结构提供了一种被动控制风力涡轮机叶片升力的方法。

【技术实现步骤摘要】
具有延长外壳部分的风力涡轮机叶片
本专利技术涉及一种风力涡轮机，其包括：‐具有顶部的风力涡轮机塔架；‐机舱，其通过，例如偏航系统，连接至风力涡轮机塔架的顶部；‐转子轮毂，可转动地安装至该机舱；‐一片或多片风力涡轮机叶片，其具有尖端，该尖端位于叶根端的相反端，该叶根端安装至该转子轮毂，其中该风力涡轮机叶片包括压力侧，该压力侧通过前缘连接至吸力侧，其中该风力涡轮机叶片进一步包括第一外壳部件，其具有连接至第一内表面的第一后缘，该第一内表面朝向第二外壳部件，其中该第二外壳部件具有连接至第二内表面的第二后缘，该第二内表面朝向该第一外壳部件，其中该两个外壳部件的其中之一包括延长外壳部分，另一外壳部件的后缘例如通过胶层连接至该外壳部件的内表面。本专利技术还涉及风力涡轮机叶片的制造方法，其中该方法包括以下步骤：‐将第一组层面板设置在第一模具中，其中该层面板形成层压体，该层压体确定了包括第一内表面的第一外壳部件，该第一内表面通过第一和第二缘连接至第一外表面；‐将第二组层面板设置在第二模具中，其中该层面板形成层压体，该层压体确定了包括第二内表面的第二外壳部件，该第二内表面通过第三和第四缘连接至第二外表面；‐使用外部灌注系统，如真空灌注系统，将树脂，如环氧树脂，注入至该层压体内，并固化该灌注的层压体，然后移除外部灌注系统。技术背景越来越多的高成本效益的风力涡轮机的发展意味着现今的风力涡轮机的尺寸和高度变得更大。现今的风力涡轮机叶片的尺寸也增大，这也增加了生产成本，因为有效的叶片的设计变得越来越困难。因此，有必要改进风力涡轮机叶片的气动外形和结构强度，并且优化这些叶片的生产。风力涡轮机叶片通常包括两个外壳部件，其通过使用内部强化结构来强化。为此，抗剪切腹板最常用于这种情况。两个外壳部件通常在分开的模具中成型，其中承重单元，如翼梁盖，作为预制部件或在外壳铺叠工序中成型，并入至外壳部件中。当在粘合工序中结合该两个外壳部件时，抗剪切腹板插入至该两个外壳部件之间并粘合，并在同一步骤中固化。风力涡轮机叶片的形状和内部结构通常设计为使得最终的涡轮机在特定目标的市场(风力范围和环境要求)中具有低能耗，这使得设计可在产能、结构质量和成本、载荷、噪音和运输注意事项之间取得平衡。美国专利申请US2007/0098561A1公开了一种风力涡轮机叶片，其具有上外壳部件和下外壳部件，其中下外壳部件的后缘可伸缩放置，并粘合至上外壳部件的内表面。这种结构的目的在于减少后缘产生的噪音，这是通过相对上外壳部件的后缘缩回下外壳部件的后缘来实现，这样叶片外形的后缘厚度仅由上外壳部件的层压体厚度确定。这种延长的后缘形成薄并窄的外形，其具有不大于若干厘米的宽度和小于若干毫米的厚度。设计减小的后缘厚度以降低噪音，但是该区域的有限宽度会使得其在载荷下，刚性太大而不能显著变形，由此叶片外形的升力系数的作用有限。美国专利申请US2011/0018282A1公开了一种类似的技术方案，其中风力涡轮机叶片具有整合的延长外壳部件，其具有特别针对降低噪音进行优化的锯齿状外形。这也形成了如上所述的，刚性过大的狭窄外形，对升力系数的作用有限。众所周知可将带状的后缘延长件附设在风力涡轮机叶片上，其中该后缘延长件的外形设计为降低噪音。美国专利申请US2012/0134817A1公开了这样一种带条，其原位安装至后缘。这种带条非常有弹性，因此没有能力改变流经叶片的气流方向，因而其对叶片外形的升力系数没有影响。另一种技术方案是，将一块或多块主动控制襟翼或后缘的柔性后缘襟翼(DTEF)，其中这些襟翼的操作由控制系统控制，该控制系统整合至风力涡轮机叶片或机舱中；这种技术方案可从丹麦科技大学里索实验室(RisoeDTU)和国际专利WO2008/131800A1中获知。已知这种系统具有显著的可能性能够减少风力叶片和风力涡轮机载荷。然而，这种系统要求襟翼或可变形元件合并至风力涡轮机叶片的后缘，以及传感器以及控制襟翼或可变形元件的致动器整合至叶片外形。这增加了结构复杂程度，使得其更脆弱和更易受灰尘、闪电损毁和湿度影响。进一步地，这种襟翼或后缘需要单独的主动控制系统，这增加了生产成本。专利技术目的本专利技术的目的在于提供一种具有改进的叶片外形特性的风力涡轮机叶片。本专利技术的目的在于提供一种具有集成的被动载荷减缓功能的风力涡轮机叶片。本专利技术的目的在于提供一种风力涡轮机叶片的制造方法，该风力涡轮机叶片具有集成的被动载荷减缓功能，这种方法不会增加生产工序的步骤或风力涡轮机叶片的部件。
技术实现思路
本专利技术的目的可通过一种风力涡轮机实现，其特征在于：‐延长外壳部分设置为用于降低载荷的弹性外壳部分，其中当来风作用在风力涡轮机叶片的压力侧时，该第一后缘设置为相对该第一前缘以朝向该吸力侧的方向，从第一位置移动至第二位置，以及‐其中风力涡轮机叶片的弦的相对长度为1，并且延长外壳部分的相对宽度为至少0.10。这提供了一种具有改进的叶片外形的风力涡轮机叶片，其中该延长外壳部分确定了叶片外形的后缘。该延长外壳部分使得风力涡轮机叶片的提升得到优化，因为它提供了比美国专利申请US2007/0098561A1公开的传统后缘更宽的延长的后缘。该延长外壳部分的结构使其对应气流速度变化弯曲或移动。术语“弹性的”定义为外壳部分具有自由端，该自由端确定风力涡轮机叶片的后缘，该后缘能够相对风力涡轮机叶片的前缘弯曲或移动。这种运动可定义为弦在第一位置和第二位置之间的角位移，和/或中弧线与弦之间的最大距离的缩减量。该弦定义为贯穿风力涡轮机叶片的前缘和最外的后缘的线。如果平背外形具有非零的后缘厚度，后缘点定义为后缘的中点。这使得自由端，即最外的后缘，相对于固定端，即可伸缩后缘，以大致径向方向弯曲。随着攻角增大，弯曲也增大。这意味着例如在阵风冲击风力涡轮机的情况下，增大的气动载荷，能够使外形变形，使得升力系数降低，由此减小载荷。这种结构提供了一种机制，这种机制在变化风速下产生被动载荷减缓。这种后缘结构提供了一种被动控制风力涡轮机叶片的提升的方法，并避免了与主动提升控制相关的额外部件和风险。延长外壳部分的厚度大致对应于形成该外壳部分的层压体的厚度。层压体的厚度可高达3毫米，在延长部分优先减少至2或1毫米。层压体可由纤维强化塑料或复合材料制成，其中，纤维为有机纤维或由玻璃或碳制成。纤维可与树脂，如环氧树脂，一起注入。延长外形使得有效率的组装工序成为可能，该组装工序仅需要在粘合区域附近最小量的手工磨削或抛光。根据一特定实施例，该延长外壳部分的相对宽度为0.10至0.30。与美国专利申请US2007/0098561A1公开的用于降噪的尖窄后缘不同，这种延长部分特别设计为具有显著弹性。该延长外壳部分的相对宽度在最内后缘与最外后缘之间测得，可优选为0.10至0.30，更优选为0.15至0.25，例如0.20。这意味着自由端，即最外后缘，能够相对大致固定端，即最内后缘，以大致径向方向移动或旋转，前缘也一样。延长外壳部分可由这样的材料或层压体制成，该材料或层压体的刚度比风力涡轮机叶片的其余外形更低。这使得延长外壳部分可弯曲而不会开裂或断裂。该延长外壳部分的宽度、厚度和/或形状可根据叶片的气动外形而优化。根据一实施例，该风力涡轮机叶片的相对长度为1，并且该延长外壳部分朝向尖端设置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机(1)，包括：具有顶端的风力涡轮机塔架(2)；机舱(3)，其通过，例如：偏航系统，连接至所述风力涡轮机塔架(2)的顶端；转子轮毂(4)，可转动地安装至所述机舱(3)；一片或多片风力涡轮机叶片(5)，其具有尖端(9)，所述尖端(9)位于叶根端(8)的相反端，所述叶根端(8)安装至所述转子轮毂(4)，其中所述风力涡轮机叶片(5、11)包括压力侧(12)，所述压力侧(12)通过前缘(18、22)连接至吸力侧(13)，其中所述风力涡轮机叶片(5、11)进一步包括第一外壳部件(16)，其具有连接至第一内表面(20a)的第一后缘(19)，所述第一内表面(20a)朝向第二外壳部件，其中所述第二外壳部件(17)具有连接至第二内表面(20b)的第二后缘(21)，所述第二内表面(20b)朝向所述第一外壳部件，其中所述两个外壳部件的其中之一(16)包括延长外壳部分(16A)，另一外壳部件(17)的后缘(17)通过胶层连接至所述外壳部件的内表面(20a)，其特征在于：所述延长外壳部分(16A)设置为用于降低载荷的弹性外壳部分，其中当来风作用在风力涡轮机叶片(11)的压力侧(12)时，所述第一后缘(15)设置为以相对第一前缘(14)朝向所述吸力侧的方向，从第一位置移动至第二位置，以及其中风力涡轮机叶片的弦(C)相对长度为1，并且所述延长外壳部分(16A)的相对宽度为至少0.10。...

【技术特征摘要】
2013.06.17 DK PA2013703231.一种风力涡轮机(1)，包括：具有顶端的风力涡轮机塔架(2)；机舱(3)，其连接至所述风力涡轮机塔架(2)的顶端；转子轮毂(4)，可转动地安装至所述机舱(3)；一片或多片风力涡轮机叶片(5、11)，其具有尖端(9)，所述尖端(9)位于叶根(8)的相反端，所述叶根(8)安装至所述转子轮毂(4)，其中一片或多片所述风力涡轮机叶片(5、11)包括压力侧(12)，所述压力侧(12)通过前缘(14)连接至吸力侧(13)，其中所述一片或多片风力涡轮机叶片(5、11)进一步包括第一外壳部件(16)，其具有连接至第一内表面(20a)的第一后缘(19)，所述第一内表面(20a)朝向第二外壳部件，其中所述第二外壳部件(17)具有连接至第二内表面(20b)的第二后缘(21)，所述第二内表面(20b)朝向所述第一外壳部件，其中所述第二外壳部件(17)的第二后缘(21)通过胶层连接至所述第一外壳部件(16)的第一内表面(20a)，使得所述第一外壳部件形成延长外壳部分(16A)，其中所述第一外壳部件(16)的第一后缘(19)确定了所述一片或多片风力涡轮机叶片(5、11)的后缘(15)，其特征在于：所述延长外壳部分(16A)设置为用于在变化风速下被动降低载荷的弹性外壳部分，其中当来风作用在一片或多片风力涡轮机叶片(5、11)的压力侧(12)时，所述第一外壳部件(16)的第一后缘(19)设置为以相对前缘(14)朝向所述吸力侧(13)的方向，从第一位置移动至第二位置，以及其中一片或多片风力涡轮机叶片的弦(C)相对长度为1，并且所述延长外壳部分(16A)的相对宽度为至少0.10，所述延长外壳部分的相对宽度(W)，从起点(23)以朝向尖端(9)的方向逐渐增大，直至中点(25)，此后所述延长外壳部分(16A)保持其最大相对宽度。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于所述延长外壳部分(16A)相对宽度为0.10至0.30。3.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于所述风力涡轮机叶片(5、11)的相对长度为1，并且所述延长外壳部分(16A)朝向尖端(9)设置。4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其特征在于所述起点(23)朝向叶根(8)，以及所述延长外壳部分具有朝向尖端(9)的终点(24)，其中所述起点(23)位于距离叶根相对长度为0.60或更远处。5.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于所述起点(23)与中点(25)之间渐宽的所述延长外壳部分(16A)的斜率为1：5至1：15。6.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于所述风力涡轮机叶片(5、11)的所述弦(C)设置为在所述第一位置和所述第二位置之间，以±5度以内的最大角间隔(α)内移动，其中所述角旋转(α)相对所述一片或多片风力涡轮机叶片(5、11)的前缘(14)测得。7.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于所述延长外壳部分(16A)形成构成压力侧(12)的一部分第二外壳部件(17)，或者构成吸力侧(13)的一部分第一外壳部件(16)。8.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于所述延长外壳部分(16A)的外形进一步包括设置在延长外壳部分(16A)的第一后缘(19)的降噪外形，所述降噪外形不同于延长外壳部分(16A)的第二后缘(21)处的外形。9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其特征在于所述降噪外形的第一后缘(19)形成锯齿状边缘、凹陷型边缘、阶梯状边缘的其中一种，其中所述边缘的两个相邻峰朝向相反方向。10.根据权利要求9所述的风力涡轮机，其特征在于所述边缘的两个相邻峰进一步设置在相对延长外壳部分(16A)的外形的平面内或平面外。11.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其特征在于所述延长外壳部分(16A)包括至少两层层面板的层压体，所述层...

【专利技术属性】
技术研发人员：沃特·瑞杰特，
申请(专利权)人：远景能源江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32