用于风力涡轮机的加强叶片制造技术

本发明专利技术涉及一种用于风力涡轮机的加强叶片，尤其涉及一种风力涡轮机叶片，该叶片包括：翼壳，该翼壳具有带空气动力学轮廓的部分；以及至少一个内部加强肋板，该至少一个加强肋板连接在该翼壳内并基本沿着轮廓翼弦延伸，以提高叶片的强度并防止或减小由叶片结构的沿边载荷和拍打方向载荷导致的叶片表面的变形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于风力涡轮机的加强叶片，尤其涉及一种风力 涡轮机叶片，该叶片包括翼壳，该翼壳具有带空气动力学轮廓的部 分；以及至少一个内部加强肋板，该至少一个内部加强肋板连接在该翼壳内并基本沿着轮廓翼弦(profile chord)延伸，以提高叶片的强度并防 止或减小由叶片结构的沿边载荷和拍打方向载荷导致的叶片表面的变 形。
技术介绍
风力涡轮机叶片通常由空气动力学翼壳和诸如横梁或翼梁的内梁 组成，该梁可以是单个横梁，但经常使用两个梁，并且可以说该梁与 翼壳一起形成箱形轮廓。空气动力学翼壳通常包括由纤维强化塑料、 玻璃纤维和/或其它材料制成的层合件。空气动力学翼壳的其中放置内梁的部分通常以某种方式加强，因 此常常相当厚。空气动力学翼壳的其它部件或部分通常仅是薄表皮或 层合件，例如具有薄表皮和芯材的夹层结构。通常通过胶合或粘结或 以其它方式将两个翼壳部件彼此连接来提供叶片。在运行中，叶片受到拍打方向载荷、沿边载荷和扭转载荷。拍打 方向意指基本垂直于通过叶片最宽边的横截面的横轴的方向。替代地，可认为拍打方向是这样的方向(或相反方向)气动升力作用在轮廓上所沿的方向。该沿边方向垂直于拍打方向。尽管沿边载荷通常小于拍 打方向载荷，但是沿边载荷也能潜在地导致叶片的损坏，尤其是疲劳 损坏并最终导致叶片的破坏。当叶片受到沿边载荷时，翼壳的位于叶片后缘与内梁之间的部分 变形为脱离所述表面的"中性"(或初始)面的平面，见图1。此变形 引起叶片后缘中的剥离应力，由此这能导致两个翼壳部件彼此连接处 的后缘的胶合接头中的疲劳破坏。然后，这可最终导致叶片破裂。此 外，由于不再保持叶片轮廓的设计形状，所以也损及叶片的气动效率。沿边载荷能进一步导致叶片的后缘变形为稳定的后屈曲图案，见 图2。这是由叶片从前缘朝着后缘的弯曲导致的。然后，前缘中的叶片 材料受到张力，而后缘受到压縮。由于后缘相对较薄，所以在它弯曲 脱离其中性面之前，它无法承受大的压縮力。当这发生时，后缘上的 某些载荷传递到翼壳的离后缘更远的部分并通过该部分传递，直到建立力的平衡。尽管此变形不会立即导致破坏，但是它降低了用于叶片 的通常破坏载荷的安全裕度并且还提高了后缘中的剥离和剪切应力。此外，沿边载荷能引起叶片前缘部中的压縮力，因此经常在前缘 中设置夹层结构以提高对屈曲的抵抗性，即防止该部分的表面从其平 面中凸出。在受到拍打方向载荷的情况下，空气动力学翼壳的后缘与内梁之 间的部分以上文对于沿边载荷所述相似的方式变形为脱离所述表面的 "中性"位置面。此变形也引起叶片后缘中的剪切和剥离应力。该部 分将变形成"最低能量等级"的状态，即叶片中的尽可能多的应力被 传递到叶片的其它部分的情形。当部分翼壳以此方式变形时，通常将 它称为"无效面板"。应力传递到叶片的其它部件意思是这些部件受到 更高的载荷。这将导致叶片的较大叶尖变位。此外，因为轮廓的设计 形状不再得以保持，所以叶片表面的变形损及叶片的气动效率。在拍打方向载荷下，由于其纵向曲率，挤压压力(见图3)出现在叶片的箱形轮廓上。这种效应经常称为椭圆化(参考F.M. Jensen等 人白勺论文"Structural testing and numerical simulation of a 34 m compositewind turbine blade(34米复合风力涡轮机叶片的结构测试和数值模拟)", Elsevier出版，《Composite Stmct廳》2006年第76巻第52-61页)。挤压压力加载使得内梁处于压縮状态(见图4)。拍打方向载荷还引起内 梁中的面内剪切力。在叶片的运行期间，横向剪切力出现在叶片中， 如叶片的横截面上所示(见图5)。因为叶片具有非对称的几何形状和 材料分布，所以拍打方向载荷和沿边载荷产生剪切力。横向剪切力使 所述轮廓扭曲，如图5所示。轮廓的扭曲降低了叶片对挤压压力的抵 抗性，并能导致叶片的突然破裂。目前，因而需要一种风力涡轮机叶片，在该叶片中，翼壳的变形 得以防止或减到最小，并且其中在不增加总重量的情况下，叶片结构 得以加强。为了承受叶片中的载荷，希望提供对具有至少一个内梁的 叶片的改进，从而引起对来自挤压压力和面内剪切力的屈曲的提高的 抵抗性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种对翼壳的变形具有提高的抵抗性 的风力涡轮机叶片。本专利技术的又一 目的是提供一种具有提高的总体强度和总体刚度的 风力涡轮机叶片。本专利技术的另一目的是提供一种具有降低的重量的风力涡轮机叶片。本专利技术的还一目的是提供一种具有提高的翼壳部件之间的接头可 靠性的风力涡轮机叶片。本专利技术的另一目的是提供一种风力涡轮机叶片，该叶片在叶片与 圆形根部之间的过度部中具有改进的力传递。本专利技术的又一目的是提供一种风力涡轮机叶片，与现有解决方案 相比，它能够以降低的生产成本制造。本专利技术的另一目的是提供一种对挤压压力具有提高的抵抗性的风 力涡轮机叶片。又一目的是提供一种能够在极度的气动载荷下工作的风力涡轮机 叶片并优化气动效率，例如叶片的能量输出。另一目的是提供一种风力涡轮机叶片，其中叶片施加在风力涡轮 机构造的其它结构部件上的动态惯性载荷得以降低。本专利技术的又一目的是为现有技术提供一种替代方案。具体地，提供如下一种风力涡轮机叶片可以看作本专利技术的目的， 通过提供例如在以下公开内容中作为示例描述的具有加强肋板的叶 片，该风力涡轮机叶片解决了现有技术的上述问题。根据本专利技术的第一方面，通过一种风力涡轮机叶片实现了上述和 其它目的，该风力涡轮机叶片包括翼壳，该翼壳具有带空气动力学 轮廓的部分；以及至少一个内部加强肋板，该至少一个内部加强肋板 连接在该翼壳内，用于提高叶片的强度，并具有横向于叶片的纵向延 伸长度的横截面，所述至少一个内部加强肋板基本沿从叶片的后缘向 前缘的方向延伸。根据本专利技术的第二方面，通过一种提高风力涡轮机叶片的强度的 方法实现了上述和其它目的，该风力涡轮机叶片具有翼壳，该翼壳具 有带空气动力学轮廓的部分，其中所述方法包括如下步骤将至少一 个内部加强肋板定位和连接在翼壳内，使其基本沿从叶片的后缘向前缘的方向延伸。例如，风力涡轮机叶片可具有至少一个内部加强肋板，该加强肋 板在叶片的后缘处连接到翼壳的内表面，并在叶片的前缘处连接到翼 壳的内表面，以防止或减小叶片表面的变形，特别是由叶片结构的沿 边载荷导致的变形。风力涡轮机叶片还可具有至少一个内梁以及至少一个内部加强肋 板，该加强肋板连接到翼壳的内表面并连接到该内梁。内梁与面层的内表面之间的连接部可置于部件上的任意合适的位 置处。优选但不排它地，所述连接部可适于在一个或多个点中、沿一 条或多条线或在任何类型的空间构造中。此外，所述连接可包括任意 合适类型的机械接头，例如焊接、胶合、熔接、熔合或其它简单的机 械连接。叶片的轮廓翼弦是包含叶片的前缘和后缘并在前缘和后缘之间延 伸的虚表面。因而，根据本专利技术，内部加强肋板沿着或基本沿着叶片 的轮廓翼弦延伸。因而，至少一个内部加强肋板中的一个与至少一个 内梁中的相应一个之间的连接部优选以距翼壳的最短距离定位，该最 短距离大于翼壳的上部件与翼壳的下部件之间沿该连接部处的相应梁的横向延伸长度的总距离的0.16倍，更优选大于0.33倍。例如，该连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机叶片，包括：　翼壳，该翼壳具有带空气动力学轮廓的部分；以及　至少一个内部加强肋板，所述至少一个内部加强肋板连接在所述翼壳内用于提高所述叶片的强度，并具有横向于所述叶片的纵向延伸长度的横截面，所述至少一个内部加强肋板 基本上沿着从所述叶片的后缘向前缘的方向延伸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：芬德莫霍尔特詹森，
申请(专利权)人：丹麦技术大学，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]