由具有不同类型的负载支承结构的内侧部分和外侧部分组装的风力涡轮机叶片制造技术

本发明专利技术公开了一种用于风力涡轮机(2)的转子的叶片(10)。叶片由最接近轮毂的内侧叶片部分(50)和最远离风力涡轮机的轮毂的外侧叶片部分(110)组装。内侧部分(50)包括具有配合至负载支承结构(60)的第一空气动力外壳(70)的负载支承结构(60)，且外侧部分(110)包括具有整体结合在叶片外壳(141、143)中的负载支承结构(142、144)的叶片外壳(141、143)。

【技术实现步骤摘要】
由具有不同类型的负载支承结构的内侧部分和外侧部分组装的风力涡轮机叶片本申请是申请日为2012年12月20日、申请号为201280070468.7、题为“由具有不同类型的负载支承结构的内侧部分和外侧部分组装的风力涡轮机叶片”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种由内侧叶片部分和外侧叶片部分组装的风力涡轮机叶片。此外，本专利技术涉及包括此类风力涡轮机叶片的风力涡轮机，以及制造或组装此类风力涡轮机叶片的方法。
技术介绍
理想地，翼型类型的风力涡轮机叶片定形成类似于飞机机翼的轮廓，其中风力涡轮机叶片的弦平面宽度以及其一阶导数随着离轮毂距离减小而连续地增大。这导致了叶片理想地在轮毂附近比较宽。这又在必须将风力涡轮机叶片安装至轮毂时导致了问题，且此外，由于风力涡轮机叶片的较大表面面积，这在风力涡轮机叶片的操作期间引起了较大的负载，如，暴风负载。因此，多年来，风力涡轮机叶片的构建已经朝着其中风力涡轮机叶片由最接近轮毂的根部区、最远离轮毂的包括升力生成轮廓的翼型区，以及根部区与翼型区之间的过渡区构成的形状发展。翼型区具有关于生成升力的理想或几乎理想的成形轮廓形状，而根部区具有基本圆形的截面，这减小了负载，且使得容易且安全地将风力涡轮机叶片安装至轮毂。根部区直径可有利地沿整个根部区恒定。由于圆形截面，根部区并未有助于风力涡轮机的能量产生，且实际上，由于阻力而使其略微降低。如由名称所暗示的那样，过渡区具有从根部区的圆形形状逐渐地变成翼型区的翼型轮廓的形状。典型地，风力涡轮机叶片在过渡区中的宽度随着离轮毂距离增大而基本线性地增大。当风力涡轮机叶片由入射空气流冲击时，成形轮廓生成升力。当风力涡轮机叶片安装在风力涡轮机上时，风力涡轮机轮毂开始由于升力而旋转。入射流在这里限定为风力涡轮机叶片的正常使用期间(即，在风力涡轮机转子上旋转)在成形轮廓区段处的入流状态。因此，进入流为由轴向风速和旋转分量的组合形成的入流，如同这由成形轮廓的局部区段所见到。例如，由于用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片在一定时间里已变得日益更大且现在可能超过70米长，故对优化空气动力性能的需要已提高。风力涡轮机叶片设计成具有至少20年的操作寿命。因此，对风力涡轮机叶片的总体性能的甚至很小的变化都可能在风力涡轮机叶片的寿命内累积成经济收益上的很大提高，这胜过关于此变化的附加制造成本。由于对风力涡轮机的有效性的需求提高，故存在提高风力涡轮机或风力涡轮机叶片的有效性或性能的需要。然而，叶片长度增大也将挑战强加于风力涡轮机叶片的制造和安装中涉及的所有阶段；用于制造叶片部分如叶片外壳的模具变得更大、更高和更重，这意味着制造车间必须更长，且需要具有到天花板的较高的空隙，用于组装叶片外壳的转动机构必须更强大，或必须使用附加的转动设备；叶片的运输变得日益困难，且运输叶片的后勤必须详细计划；将叶片安装在风力涡轮机上变得日益困难；且风力涡轮机自身需要定尺寸为用于较高的转子质量，以及具有更强大的变桨轴承和马达来使较重的叶片变桨。US2011/0206529描述了一种用于风力涡轮机的转子叶片的翼梁组件。该翼梁组件包括设置在外壳的第一内表面附近的第一翼梁缘条（sparcap），以及设置在外壳的第二内表面附近的第二翼梁缘条。在一个实施例中，组件分成了两个纵向区段，内组件为管状组件，而外组件为C形组件。然而，翼梁缘条的类型并未在叶片的纵向方向上变化。此外，叶片外壳制造为单件。US2008/0124216公开了一种具有安装在中心转子上的多个叶片的涡轮叶片组件。各个叶片均具有近侧区段和可变桨距区段。EP2378115公开了一种具有能够构造的小翼的叶片。在一个实施例中，小翼包括变桨轴线，其相比于叶片自身的纵向轴线成角，以便小翼的角可相比于转子平面变化。WO03/060319公开了一种设有轮毂延伸部的风力涡轮机。轮毂延伸部包括附接至叶片的轮毂的第一凸缘，以及用于附接转子叶片的第二凸缘。凸缘的平面形成锐角，以便转子叶片在安装至轮毂延伸部时远离风力涡轮机的塔架成角。WO2011/0067323公开了一种用于风力涡轮机的分段叶片，且包括第一叶片区段和第二叶片区段。两个叶片区段经由翼梁桥以联锁方式附接至彼此，以便两个叶片区段关于彼此固定。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于获得新的风力涡轮机叶片，其克服或改善了现有技术的至少一个缺点，或其提供了有用的备选方案。因此，根据第一方面，本专利技术提供了一种用于具有基本水平的转子轴的风力涡轮机的转子的叶片，所述转子包括轮毂，叶片在安装至轮毂时从轮毂基本在径向方向上延伸，叶片具有带末梢端和根部端的纵向方向，以及横向方向，且具有叶片长度。叶片还包括成形轮廓，其包括压力侧和吸力侧，以及具有翼弦的前缘和后缘，翼弦具有在其间延伸的弦长，成形轮廓在由入射空气流冲击时生成升力。叶片由最接近轮毂的内侧叶片部分和最远离轮毂的外侧叶片部分组装。内侧部分包括具有配合至负载支承结构的第一空气动力外壳的负载支承结构，且外侧部分包括具有整体结合在叶片外壳中的负载支承结构的叶片外壳。基本上，叶片设计组合了叶片构建的两种学派，即，将负载支承结构设计为翼梁或横梁且然后将薄空气动力外壳安装至该翼梁和横梁的技术，以及将负载支承结构整体结合到叶片外壳中(例如，以整体结合的翼梁缘条或主层压件的形式)的技术。这种组合设计具有的优点在于，必须支承叶片的大部分重量的叶片的内侧部分关于强度被优化，且提升负载。同时，由于离转子的中心有较大距离而扫掠较大的面积的外侧部分关于空气动力形状被优化，且因此优化了生产的能量产量，因为更容易在叶片的制造期间通过实现叶片外壳中的负载支承结构来控制空气动力形状。此外，可以看到，叶片可由形成叶片的外侧叶片部分的至少一部分的常规叶片和内侧叶片部分组装，以便形成较大叶片。因此，内侧叶片部分和外侧叶片部分可单独地制造，意味着个体模具可较小，这继而又意味着个体部分可在较小的工厂处制造。此外，叶片部分可单独地运输至风力涡轮机的架立地点，以促进更容易且更廉价地运输叶片。此外，清楚的是，内侧部分和外侧部分形成组装叶片的不同纵向部分，且总叶片长度比两个叶片部分的个体长度更长。对应地，清楚的是，内侧部分和外侧部分在组件边界处组装，组件边界定位成离叶片的根部端有一定距离(即，具有间隔)(或对应地离风力涡轮机的轮毂有一定距离)。在优选实施例中，内侧部分和外侧部分在边界处组装，该边界基本在风力涡轮机叶片的弦平面上延伸，或基本在叶片的横截面中延伸。根据第一实施例，内侧叶片部分的负载支承结构为翼梁或横梁。内侧叶片部分的负载支承结构可形成有基本圆形的截面，如，这一个形成为圆柱。横梁可有利地已经被单独制造，例如，通过纤维缠绕。横梁还可包括基本卵形或椭圆形形状的部分。此外，横梁的形状可在纵向方向上变化。空气动力外壳例如可通过连结和/或通过层压件来附接至负载支承结构。内侧部分的负载支承结构可由钢、铝或纤维增强的聚合物制成，例如，玻璃纤维或碳纤维增强聚合物或它们的组合。纤维还可为钢纤维、植物纤维等。外侧叶片部分的负载支承结构可有利地为整体结合在外壳中的主层压件，也称为主要层压件。此种主层压件典型地包括嵌在固化树脂中的较高数目的纤维层，例如，20-50层。有利地，外侧叶片部分包括第一叶片部分，其包括具有压力侧主层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于具有基本水平的转子轴的风力涡轮机(2)的转子的叶片(10)，所述转子包括轮毂(8)，所述叶片(10)在安装至所述轮毂(8)时从所述轮毂(8)基本在径向方向上延伸，所述叶片具有带末梢端(16)和根部端(14)的纵向方向(r)，以及横向方向，且具有叶片长度(L)，所述叶片还包括：成形轮廓，其包括压力侧和吸力侧，以及具有翼弦的前缘(18)和后缘(20)，所述翼弦具有在其间延伸的弦长(c)，所述成形轮廓在由入射空气流冲击时生成升力，其中所述叶片由最接近所述轮毂的内侧叶片部分(50)和最远离所述轮毂的外侧叶片部分(110)组装，其特征在于，所述内侧部分(50)包括具有配合至负载支承结构(60)的第一空气动力外壳(70)的负载支承结构(60)，以及所述外侧部分(110)包括具有整体结合在叶片外壳(141、143)中的负载支承结构(142、144)的叶片外壳(141、143)。

【技术特征摘要】
2011.12.22 EP 11195225.51.一种用于具有基本水平的转子轴的风力涡轮机(2)的转子的叶片(10)，所述转子包括轮毂(8)，所述叶片(10)在安装至所述轮毂(8)时从所述轮毂(8)基本在径向方向上延伸，所述叶片具有带末梢端(16)和根部端(14)的纵向方向(r)，以及横向方向，且具有叶片长度(L)，所述叶片还包括：成形轮廓，其包括压力侧和吸力侧，以及具有翼弦的前缘(18)和后缘(20)，所述翼弦具有在其间延伸的弦长(c)，所述成形轮廓在由入射空气流冲击时生成升力，其中所述叶片由最接近所述轮毂的内侧叶片部分(50)和最远离所述轮毂的外侧叶片部分(110)组装，其特征在于，所述内侧部分(50)包括具有配合至负载支承结构(60)的第一空气动力外壳(70)的负载支承结构(60)，以及所述外侧部分(110)包括具有整体结合在叶片外壳(141、143)中的负载支承结构(142、144)的叶片外壳(141、143)。2.根据权利要求1所述的叶片，其中，所述内侧叶片部分的负载支承结构为翼梁或横梁。3.根据权利要求1或权利要求2所述的叶片，其中，所述内侧部分的负载支承结构由钢、铝或纤维增强聚合物制成。4.根据前述权利要求中任一项所述的叶片，其中，所述外侧叶片部分的负载支承结构为整体结合在所述外壳中的主层压件。5.根据权利要求4所述的叶片，其中，所述外侧叶片部分包括第一叶片部分，其包括具有压力侧主层压件的压力侧外壳部分，以及具有吸力侧主层压件的吸力侧外壳部分。6.根据权利要求5所述的叶片，其中，至少一个抗剪腹板安装在所述压力侧主层压件与所述吸力侧主层压件之间。7.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：F罗布，J马德森，F伊勒森，P奎林，
申请(专利权)人：LMWP专利控股有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK