CN101463794A - 多段式风力涡轮机叶片及其组装方法 - Google Patents

多段式风力涡轮机叶片及其组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及多段式风力涡轮机叶片及其组装方法。具体而言，一种多段式风力涡轮机叶片包括至少两个叶片段。第一叶片段(14)包括外蒙皮(44)、隔壁(24)和第一对齐支架(26)，其中第一对齐支架(26)可移除地联接到第一叶片段的外蒙皮上。隔壁(24)的凸缘的第一部分(32)结合到第一叶片段(14)上，隔壁(24)的凸缘的第二部分(34)从第一叶片段(14)突出。第二叶片段(18)包括外蒙皮(44)和第二对齐支架(42)，其中第二对齐支架(42)可移除地联接到第一叶片段(14)的外蒙皮上。第一对齐支架和第二对齐支架当第二叶片段(18)的外侧插入隔壁凸缘的第二部分(34)上时是可对齐的。

Description

多段式风力涡轮机叶片及其组装方法
相关申请的交叉引用
本申请涉及现时同此提交的共同受让的美国专利申请No.11/959,503，在此通过引用结合于本文中。
技术领域
文中公开的主题大体涉及风力涡轮机叶片，且更具体地涉及具有至少两个叶片段的多段式风力涡轮机叶片以及组装该至少两个叶片段的方法。
背景技术
运输长的风力涡轮机叶片到野外场地会产生显著的成本。随着风力涡轮机的容量增加，风力涡轮机叶片的长度也增加，进一步增加运输的难度和费用。因此，需要一种包括多叶片段的风力涡轮机叶片和组装该叶片段的方法。该多个叶片段可以较低的成本运输至野外场地并组装形成风力涡轮机叶片。
发明内容
根据文中公开的一个实施例，一种方法，包括：将隔壁凸缘的第一部分结合到第一叶片段上，使得隔壁凸缘的第二部分从第一叶片段突出；用可除去的粘合剂将第一对齐支架结合到第一叶片段的外蒙皮上；使第二叶片段的外蒙皮位于隔壁段凸缘的第二部分上；将第二对齐支架紧固到第一对齐支架上；用可除去的粘合剂将第二对齐支架结合到第二叶片段的外蒙皮上；松开第一对齐支架和第二对齐支架；以及将第二叶片段从隔壁移除。
根据文中公开的又一实施例，用于风力涡轮机叶片组装的成套组件包括：第一叶片段，其包括外蒙皮、隔壁以及可移除地联接到第一叶片段的外蒙皮上的第一对齐支架，其中，隔壁凸缘的第一部分结合到第一叶片段上，隔壁凸缘的第二部分从第一叶片段突出；第二叶片段，其包括外蒙皮和可移除地联接到第一叶片段的外蒙皮上的第二对齐支架，其中，当第二叶片段的外侧插在隔壁凸缘的第二部分上时第一对齐支架和第二对齐支架是可对齐的。
附图说明
当参考所附附图阅读下列详细描述后，将会更好地理解本发明的这些和其它特征、方面以及优点，在所有附图中同样的符号代表同样的元件，附图中：
图1显示了根据文中所公开方面的具有第一翼梁帽段和隔壁的第一叶片段；
图2显示了根据文中所公开方面的隔壁；
图3显示了根据文中所公开方面的第二翼梁帽段；
图4显示了根据文中所公开方面的通过将第一翼梁帽段的渐缩区段和第二翼梁帽段的渐缩区段相对齐而形成的嵌接接合部；
图5显示了根据文中所公开方面的具有结合到第一翼梁帽段上的第一翼梁帽支架的第一叶片段；
图6显示了根据文中所公开方面的通过将第一翼梁帽段和第二翼梁帽段相对齐而形成的嵌接接合部；
图7显示了根据文中所公开方面的第一翼梁帽段和第二翼梁帽段，且第二翼梁帽支架结合到第二翼梁帽段上；
图8显示了沿图7中的线8-8所截取的局部截面图；
图9显示了根据文中所公开方面的第一叶片段和位于第一叶片段上的第二叶片段；
图10显示了沿图9中的线10-10所截取的截面图，根据文中所公开的方面移除了第一对齐支架和第二对齐支架。
零件清单
10 风力涡轮机叶片
12 第一翼梁帽段
14 第一叶片段
16 第二翼梁帽段
18 第二叶片段
20 第一翼梁帽支架
22 第二翼梁帽支架
24 隔壁
26 第一对齐支架
28 对齐支架中的孔
30 垫片
32 隔壁凸缘的第一部分或底部部分
34 隔壁凸缘的第二部分或顶部部分
36 第一翼梁帽段的渐缩区段
37 第二翼梁帽段的渐缩区段
38 第一翼梁帽段的非渐缩区段
39 第二翼梁帽段的非渐缩区段
40 用于翼梁帽支架的紧固件
41 用于对齐支架的紧固件
42 第二对齐支架
44 外蒙皮
46 中心桁条
48 翼梁帽支架中的孔
50 第一翼梁帽段和第二翼梁帽段之间的间隙
52 前缘隔壁
54 后缘隔壁
56 抗剪腹板
58 凹部
60 用以容纳抗剪腹板的间隙
具体实施方式
文中公开的实施例包括多段式风力涡轮机叶片以及用以对齐和组装风力涡轮机叶片段的方法。为了便于在第二场地或野外场地组装叶片，运输之前在第一场地实施对齐方法。如文中所用，除非上下文以其它方式清楚地指明，如“一”、“一个”和“该”的单数形式包括复数形式。
在一个实施例中，如图1、图9和图10所示，风力涡轮机10包括附接到第一叶片段14上的第一翼梁帽段12和附接到第二叶片段18上的第二翼梁帽段16。第一翼梁帽段和第二翼梁帽段构造成用以形成嵌接接合部，在下文将详细解释。第一翼梁帽支架20附接到第一翼梁帽段12上，第二翼梁帽支架22附接到第二翼梁帽段16上。第一翼梁帽支架和第二翼梁帽支架分别附接到第一翼梁帽段和第二翼梁帽段上选定的有助于使第一翼梁帽段和第二翼梁帽段在嵌接接合部处对齐的位置。紧固件40构造成用于联接相应成对的第一翼梁帽支架和第二翼梁帽支架。
第一翼梁帽段和第二翼梁帽段为包括外蒙皮44的中空段。外蒙皮由轻质坚固的材料制成。翼梁帽段承载风力涡轮机叶片所经受的纵向负荷，并且附接到叶片段的蒙皮内侧。风力涡轮机叶片10还包括位于第一叶片段和第二叶片段相交处的隔壁24。隔壁24进一步增加了风力涡轮机叶片的结构强度。
图1显示了示范性的第一叶片段14，其中第一翼梁帽段12包括外翼梁帽段。换言之，第二翼梁帽段的部分将插在第一翼梁帽段12之间。翼梁帽段通常由坚固且能够经受纵向负荷的材料如玻璃纤维或碳纤维复合材料构成。
图1还显示了垫片30，其可选地定位在或第一翼梁帽段或第二翼梁帽段上以进一步地有助于对齐。在一个实施例中，垫片结合到第一翼梁帽段12的面向内侧的表面上。垫片30通常由材料如玻璃纤维或塑料构成，并且在一个实例中具有1毫米至3毫米范围的最小厚度。垫片30的用途将在下文详细论述。
图1还显示了在另一个实施例中使用的第一对齐支架26，此实施例与将在下文中进一步详细描述的蒙皮对齐有关。第一对齐支架26利用可除去的粘合剂而结合到第一叶片段14的外蒙皮上。在一个实施例中，第一对齐支架26为L形部件。L形第一对齐支架的一侧结合到第一叶片段14的外蒙皮的端部，使得另一侧远离第一叶片段突出。远离第一叶片段14突出的一侧可包括用以容纳紧固件的孔28。
参照图1和图2，隔壁24位于第一叶片段的外蒙皮和第二叶片段的外蒙皮之间的连接处。为说明目的，隔壁的凸缘表示为具有第一部分32和第二部分34。隔壁凸缘的第一部分32结合到第一叶片段14的外蒙皮的内表面上，使得隔壁凸缘的第二部分34从第一叶片段突出。隔壁24包括由间隙60隔开的前缘隔壁52和后缘隔壁54，以容纳用于连接第一翼梁帽段12的抗剪腹板56。隔壁的中心部分表示为彼此相对的前缘隔壁52和后缘隔壁54的侧面，并通过包括凹部58而被构造成用以容纳第一翼梁帽段12，其中，该凹部58的尺寸设定成用以接收第一翼梁帽段12。该隔壁通常包括材料如玻璃纤维或碳纤维复合材料。隔壁的厚度通常为5毫米至10毫米。
如图1、图3和图4的实施例中所示，第一翼梁帽段12包括渐缩区段36和非渐缩区段38，且两个渐缩区段之间的距离沿着渐缩区段的长度大致保持恒定。如文中所用，大致恒定是指平均间距的±25％。第一翼梁帽段12的抗剪腹板56连接第一翼梁帽段12的非渐缩区段38。第二翼梁帽段16也包括渐缩区段37和非渐缩区段39。对齐发生在第一翼梁帽段的渐缩区段36和第二翼梁帽段的渐缩区段37上。抗剪腹板46连接第二翼梁帽段16。具体而言，第一翼梁帽段12的渐缩区段36的外侧是直的，而内侧直至端部为渐缩的。第二翼梁帽段16的渐缩区段37的内侧是直的，而外侧直至端部为渐缩的。为了形成对齐，第一翼梁帽段的渐缩内侧定位在第二翼梁帽段的渐缩外侧上。这便形成嵌接接合部。在另一个示例中，对于第一翼梁帽段和第二翼梁帽段两者而言，渐缩区段的长度比非渐缩区段的厚度大20倍至80倍。
图5显示了结合到第一翼梁帽段12的渐缩区段36的侧面上的第一翼梁帽支架20。第一翼梁帽支架20可包括L形条状物，如在图6中可更清楚地看到。在一个实施例中，支架20的长度等于渐缩区段36的长度。L形第一翼梁帽支架的一个侧面结合到其中的一个第一翼梁帽的渐缩区段的边缘上，使得结合侧朝向相对的第一翼梁帽段突出。采用了四个这样的第一翼梁帽支架。第一翼梁帽支架的结合侧面包括孔48以容纳紧固件。
参照图6、图7和图8，第二翼梁帽段16的渐缩区段37插在第一翼梁帽段12的渐缩区段36之间以形成嵌接接合部。垫片30不要求但的确有助于在第一翼梁帽段的渐缩区段和第二翼梁帽段的渐缩区段之间保持最小厚度的间隙50。垫片30的厚度小于或等于间隙50。第二翼梁帽支架22使用紧固件40如螺栓而与第一翼梁帽支架20对齐且附接于其上。第二翼梁帽支架22可具有与第一翼梁帽支架20相同的结构，具有L形和孔。优选的是，第二翼梁帽支架的长度等于第二翼梁帽段的渐缩区段的长度。L形第二翼梁帽支架带孔的一侧与第一翼梁帽支架带孔的侧面对齐并紧固于其上。然后第二翼梁帽支架22的另一侧结合到第二翼梁帽段16的面向内侧的表面上。在一个实施例中，将粘合剂施加到第二翼梁帽支架22的侧面上，该侧面将结合到第二翼梁帽段16的面向内侧的表面上。第二翼梁帽支架22的另一侧(带孔侧面)然后紧固到第一翼梁帽支架带孔的侧面上。第二翼梁帽支架22通过紧固件而保持就位直至粘合剂固化。尽管为示例目的而显示了长的支架，但若需要，可采用其它类型、其它尺寸或其它数量的支架。
在结合发生后，第二翼梁帽支架22从第一翼梁帽支架20上松开。第一翼梁帽段12上的垫片30可留在原位或除去。
参照图1和图9，在一个实施例中，第二叶片段18的外蒙皮位于隔壁24的凸缘的第二部分34上，该第二部分34从第一叶片段14突出。第二对齐支架42然后利用紧固件41如螺栓而紧固到第一对齐支架26上。第二对齐支架42可具有与第一对齐支架26相同的结构。包括孔的L形第二对齐支架的一侧紧固到第一对齐支架具有孔的侧面上。然后第二对齐支架42的另一侧面利用可除去的粘合剂而结合到第二叶片段18的外蒙皮上。在结合发生后，松开第一对齐支架和第二对齐支架。第二叶片段18连同第二对齐支架42一起从隔壁移除。优选的是，可去除的粘合剂包括当加热至某一温度或处于热水中会失去其粘合性的热塑性粘合剂。热塑性粘合剂的有些示例为AquabondTM热塑性粘合剂、CrystalbondTM粘合剂或其它热塑性膜，这些热塑性膜由聚碳酸酯、丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚酯或由这些聚合物制成的混和物或共聚物制成。然后第二翼梁帽段16与结合的第二翼梁帽支架22一起附接到第二叶片段的外蒙皮内侧。
上述过程完成了在运输第一叶片段和第二叶片段之前的对齐准备。之后将附接了隔壁的第一叶片段、第一翼梁帽段和第一翼梁帽支架以及附接了第二翼梁帽段和第二翼梁帽支架的第二叶片段运输到野外场地。在一个实施例中，第一叶片段构造为比第二叶片段更靠近风力涡轮机的转子毂(未示出)。上述实施例仅用于说明性的目的。例如，若有需要，备选地可将隔壁初始地附接到第二叶片段上，并且第二叶片段在其它实施例中可构造为更靠近风力涡轮机的转子毂。
参照图9和图10，在野外场地，第二叶片段36的外蒙皮位于隔壁凸缘的第二部分上。在使第二叶片段36的外蒙皮位于隔壁凸缘第二部分上的过程中，第二翼梁帽段的渐缩区段插在第一翼梁帽段的渐缩区段之间。第一翼梁帽支架和第二翼梁帽支架在该过程期间用作导向件。第一翼梁帽支架和第二翼梁帽支架上的孔以及第一对齐支架和第二对齐支架也是对齐的。然后用螺栓紧固第一翼梁帽支架和第二翼梁帽支架。在第二叶片段36的外蒙皮上设有出入孔44，以便能够紧固第一翼梁帽支架和第二翼梁帽支架。
通过出入孔44，低粘度的粘合剂注入到第一翼梁帽段和第二翼梁帽段的渐缩区段之间。作为备选，在使第二叶片段36的外蒙皮位于第一叶片段10上之前，可将膏状粘合剂施加到第一翼梁帽段和第二翼梁帽段的渐缩区段上。在低粘度粘合剂的情况下，垫片构造为是可渗透的，以便吸收低粘度粘合剂。粘合剂可包括诸如环氧树脂、甲基丙烯酸甲酯、乙烯基酯或聚酯的材料。
第一对齐支架26和第二对齐支架42也可用螺栓紧固。隔壁14的凸缘的第二部分24通过经由出入孔44注入胶而结合到第二叶片段36的外蒙皮上。在一个优选的实施例中，低粘度粘合剂在第一翼梁帽段和第二翼梁帽段之间以及隔壁凸缘的第二部分上同时注入。作为备选，在使第二叶片段36的外蒙皮位于第一叶片段10上之前，膏状粘合剂可施加到隔壁14的凸缘的第二部分24上。
在结合发生后，通过对用于将第一对齐支架和第二对齐支架结合到第一叶片段和第二叶片段的外蒙皮上的热塑性粘合剂施加热，移除第一对齐支架和第二对齐支架。这便完成了第一和第二叶片段的组装。在第一翼梁帽段结合到第二翼梁帽段以及隔壁凸缘的第二部分结合到第二叶片段上之后，用面板盖住出入孔。用于翼梁帽和外蒙皮的这两种对齐方法的结合是有益的，但若有需要，这些方法中的任一个也可分开采用。
虽然本文仅显示和描述了本发明的某些特征，但对于熟悉本领域的技术人员而言将会想到许多修改和变化。因此，应该理解，所附权利要求意图覆盖所有这样的属于本发明真正精神的修改和变化。

Claims (6)

1.一种方法，包括：
将隔壁(24)的凸缘的第一部分(32)结合到第一叶片段(14)上，使得所述隔壁(24)的凸缘的第二部分(34)从所述第一叶片段(14)突出；
用可除去的粘合剂将第一对齐支架(26)结合到所述第一叶片段(14)的外蒙皮(44)上；
使第二叶片段(18)的外蒙皮(44)位于所述隔壁的凸缘的第二部分(34)上；
将第二对齐支架(42)紧固到所述第一对齐支架(26)上；
用可除去的粘合剂将所述第二对齐支架(42)结合到所述第二叶片段(18)的外蒙皮上；
松开所述第一对齐支架和所述第二对齐支架；以及
将所述第二叶片段(18)从所述隔壁(24)移除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，紧固所述第一对齐支架和所述第二对齐支架包括用螺栓紧固所述第一对齐支架和所述第二对齐支架。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在野外场地使所述第二叶片段(18)的外蒙皮(44)位于所述隔壁(24)的凸缘的第二部分(34)上；
将所述第二对齐支架(42)紧固到所述第一对齐支架(26)上；
将所述隔壁(24)的凸缘的第二部分(34)结合到所述第二叶片段(18)上；以及
将所述第一对齐支架和所述第二对齐支架从所述第一叶片段和所述第二叶片段移除。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述可除去的粘合剂包括热塑性粘合剂，且所述第一对齐支架和所述第二对齐支架通过对所述热塑性粘合剂施加热而移除。
5.一种用于风力涡轮机叶片组装的成套组件，包括：
第一叶片段(14)，其包括外蒙皮(44)、隔壁(24)和第一对齐支架(26)，所述第一对齐支架(26)可移除地联接到所述第一叶片段的外蒙皮上，其中，所述隔壁的凸缘的第一部分(32)结合到所述第一叶片段(14)上，且所述隔壁的凸缘的第二部分(34)从所述第一叶片段(14)突出；
第二叶片段(18)，其包括外蒙皮(44)和第二对齐支架(42)，所述第二对齐支架(42)可移除地联接到所述第一叶片段(14)的外蒙皮上，
其中，当所述第二叶片段(18)的外侧插在所述隔壁的凸缘的第二部分(34)上时，所述第一对齐支架和所述第二对齐支架是可对齐的。
6.根据权利要求5所述的成套组件，其特征在于，所述第一叶片段(14)还包括附接到第一叶片段上的第一翼梁帽段(12)以及附接到所述第一翼梁帽段(12)上的第一翼梁帽支架(20)；且
其中，所述第二叶片段(18)还包括附接到第二叶片段上的第二翼梁帽段(16)和附接到所述第二翼梁帽段上的第二翼梁帽支架(22)，其中，所述第一翼梁帽支架和所述第二翼梁帽支架分别附接在所述第一翼梁帽段和所述第二翼梁帽段的选定的有助于将所述第一翼梁帽段和所述第二翼梁帽段在嵌接接合部处对齐的位置上。
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