CN102084124B - 风力涡轮机叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机叶片，该叶片包括细长的翼梁(6)，上高压排的第一排多个蒙皮壁板(1)附接到所述翼梁上，以便形成叶片的一个表面的外轮廓的主要部分，下低压排的第二排多个蒙皮壁板(1)附接到所述翼梁上，以便形成叶片的相对下表面的外轮廓的主要部分，每排中的多个蒙皮壁板的每一个与隔板(2)一体地设置，所述隔板支撑翼梁上的所述蒙皮壁板。

Description

风力涡轮机叶片
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机叶片。
背景技术
典型的风力涡轮机叶片由气动壳体整流片围绕的结构翼梁部件构成。该整流片由粘合到结构翼梁部件上的两个半部制成，所述两个半部在前缘和后缘处粘结在一起。在一个示例中，风力涡轮机叶片由两个气动整流片构成，两个气动整流片还包含结构材料。当抗剪腹板也粘结在两个半部之间以便形成结构段时，这些整流片在它们的前缘和后缘上粘结在一起。
当叶片较大时，稳固地和以节约成本的方式构成大(例如大于30m)的气动整流片越来越难。另外，由于气动整流片的尺寸，不可能将它们输送到远的距离外，因而只能仅仅构造成靠近最终的风力场位置。这就不允许制造位置和最终导致较低的制造稳定性和较高的零件成本的工艺的多样性。
为了克服上述问题，已经提出了制造由多个段组装而成的涡轮机叶片，这些段首尾连接在一起，从而形成最终的叶片。这种设计在EP1 184 566以及发明人自己的专利申请WO 2009/034291和WO2009/034292中公知。
所有设计都具有基本上沿叶片的整个长度延伸的细长翼梁。多个肋沿翼梁的长度附接，并且多个蒙皮壁板在这些肋上附接以便限定叶片的轮廓。肋成形为使得它们与蒙皮壁板的内部轮廓相配合，从而提供叶片的结构刚度。
相关的参考还参见WO 01/46582和US 4,295,790。这些文献都公开了具有细长翼梁的叶片，叶片的上表面和下表面形成叶片外表面的一部分。叶片的几何形状由前缘段和后缘段形成，前缘段和后缘段附接到翼梁的前面和后面，以便形成最终的叶片。
发明内容
本发明在这些设计上进行了改进。
根据本发明，风力涡轮机叶片包括细长翼梁，上高压排的第一排多个蒙皮壁板附接到翼梁上，以形成叶片的一个表面的外轮廓的主要部分，下低压排的第二排多个蒙皮壁板附接到翼梁上，以形成叶片的相对下表面的外轮廓的主要部分，其中，每排中的多个蒙皮壁板的每一个与支撑隔板一体地设置，该支撑隔板支撑翼梁上的蒙皮壁板。
通过形成具有上排蒙皮壁板和下排蒙皮壁板的叶片，其中支撑隔板与上排和下排蒙皮壁板一体地形成，消除了分开肋的需要。这就显著地减小了形成最终叶片所需的部件的数量。而且，尽管以前需要确保肋相对于翼梁被正确对准，并且确保蒙皮壁板相对于肋的正确对准，由于支撑隔板和蒙皮壁板之间的关系在组装之前被固定，因而仅仅需要确保蒙皮壁板相对于翼梁的正确对准。因此，消除了一个对准步骤，从而简化了组装过程。
相对于WO 01/46582和US 4,295,790中公开的叶片，本发明还提供了显著的优点。在这两篇对比文件中公开的接头尽可能地远于叶片的中心轴线。另一方面，根据本发明，接头可以位于中心轴线处或靠近中心轴线。这将显著地减小施加到这些边缘的应力。
支撑隔板可以沿蒙皮壁板的长度定位在任何位置。实际上，每个蒙皮壁板设置有多于一个的支撑隔板。然而，优选地，带有支撑隔板的每个蒙皮壁板在一个端部具有支撑隔板并且通过相邻的壁板被支撑在相对端。在这些情况下，每个蒙皮壁板优选地在所述端部处、在其外表面上设置有凹部。这就确保了可以通过使其外表面与相邻壁板的外表面齐平的方式支撑相邻的蒙皮壁板。
在可替换的结构中，每个可替换的蒙皮壁板可以在两个端部设置有支撑隔板。没有任何隔板的蒙皮壁板可以装配在具有隔板的每一对相邻的蒙皮壁板之间并且由具有隔板的每一对相邻的蒙皮壁板支撑。
优选地，每个支撑隔板在面对翼梁的区域中具有凸缘，以提供与翼梁的接触表面。该凸缘优选地横过支撑隔板的整个长度延伸，以便提供面对的蒙皮壁板的接触表面。
表面处理层，例如自粘式聚合物板可以附接到蒙皮壁板上。优选地，在组装之前可以对单个的蒙皮壁板进行上述操作，但是，也可以在组装之后进行该操作。
在前缘和后缘处的上排蒙皮壁板和下排蒙皮壁板之间的接头可以精确地位于前缘和后缘处，因为在该位置接头将经历最小的弯曲扭矩。然而，前缘是相对高磨损区域，并且重要的是具有精确限定的后缘来减小噪声。为此，上排中的蒙皮壁板在邻接前缘和后缘的位置(但不在前缘和后缘的位置)联接到下排中的相邻的蒙皮壁板上。
接头可以是粘结在一起的简单的支柱。然而，优选地，上排或下排中的一排在上排和下排中的相邻壁板之间的接头处形成有凹部，并且上排和下排的端部装配到凹部中，使得端部以上排和下排蒙皮壁板的外表面在接头附近彼此齐平的方式被支撑在凹部中。这就便于上排和下排的对准，并且还形成其中上排和下排被精确对准的接头。
本发明还涉及一种用于风力涡轮机叶片的蒙皮壁板，该壁板具有用于形成叶片外轮廓的外表面和在一个端部带有开口的支撑隔板，支撑隔板附接到翼梁上，所述外表面在所述一个端部具有凹部，以便支撑相邻的壁板。所述壁板可以具有参考上述内容叶片的任何优选的结构。
蒙皮壁板可以是叠置的，以便方便存储和运输。壁板的最长主尺寸(无论长度或宽度)优选地小于12m。这允许壁板在标准的集装箱中运输。
附图说明
下面将参考随附附图描述根据本发明的风力涡轮机叶片和蒙皮壁板的一个示例，其中：
图1是蒙皮壁板的倒置的透视图；
图2是在组装之前的一对蒙皮壁板的透视图；
图3是示出蒙皮壁板联接在一起的类似于图2的视图；
图4是示出前缘和后缘的一个示例的截面图；
图4A示出图4中的前缘接头圈A的细节；
图4B示出图4中的后缘接头圈B的细节；
图5A-5E是在叶片组装过程中示出不同阶段的透视图。
具体实施方式
蒙皮壁板由蒙皮部分1和隔板2构成。蒙皮部分1具有对应于-半风力涡轮机叶片的一部分的气动轮廓形状。在最接近最终叶片的尖端的端部处，蒙皮部分设置有凹部3，该凹部横过叶片的整个宽度延伸并且布置成支撑相邻的壁板。隔板2定位在相同的端部处并且横过蒙皮部分的内表面的整个宽度延伸。凸缘4横过隔板的内表面延伸，从而提供接触表面。凸缘4设置有围绕下面所述翼梁装配的开口5。
前缘和后缘接头在图4、4A和4B中示出。上蒙皮壁板10和下蒙皮壁板11在如图4A中所示的前缘接头12处和如图4B中所示的后缘接头13处联接。在前缘处，上蒙皮壁板10具有凹部14，该凹部容纳下排蒙皮壁板11的边缘，该边缘被粘接就位，从而邻接表面彼此齐平。接头可以被倒置，使得凹部位于下蒙皮壁板11上。参见图4，接头靠近但不位于叶片的前缘。前缘位于中心轴线上并且因此受到最小的弯曲扭矩。然而，前缘还典型地为高磨损区域，因此，作为折中，前缘接头定位成稍微远离该边缘，例如位于边缘的200mm内。
后缘接头13类似地构成，使得位于下蒙皮壁板11中的凹部15容纳上蒙皮壁板10的边缘，该边缘被粘结就位。再次地，接头可以被倒置，使得凹部位于上蒙皮壁板10上。由于后缘的精确构造是非常重要的，特别是考虑到噪音问题，因而接头靠近但不位于后缘上。可以通过图4B中示出的布置提供更精确的几何结构，而不是试图获得也包括粘结线的精确几何结构。再次地，后缘具有200mm的间距是优选的。
蒙皮壁板可以由多种材料，例如纤维增强塑料、金属和木头制成。
典型地，蒙皮壁板由玻璃纤维增强塑料制成，玻璃纤维增强塑料利用相对于叶片纵向轴线成±45度方向定位的纤维。蒙皮壁板还包含附加的材料，例如PVC泡沫塑料或蜂窝、或者轻制木材或其它层压材料，以便防止薄蒙皮壁板的扭曲。
典型地，蒙皮壁板沿叶片的纵向轴线测量的长度在2m和8m之间。蒙皮壁板具有大约50Kg-200Kg的重量，从而可以容易地制造，而不需要使用大的桥式吊车。
在现有技术中，蒙皮壁板可以在外部涂有聚亚安酯涂料或聚酯或胶衣，或者可以涂有自粘式热塑性涂层，例如在GB 0805713.5或US12/102,506中描述的。该过程可以在组装之前进行，并且粘结的元件之间的单个接缝在组装之后进行或者叶片可以在组装之后完全地涂有热塑性涂层。
叶片的组装将参考图4A和4E进行描述。
图4A示出翼梁6和根端7的子组件。翼梁6可以具有一体结构或者可以由多个翼梁模块6A、6B、6C和6D组装而成。
在根端处开始，蒙皮壁板1附接到翼梁，凸缘4邻接粘接到翼梁6的开口5。最接近根端部的壁板在其根端部具有与根端7的远端的轮廓相匹配的轮廓。根端7的远端可以设置有类似于设置在蒙皮壁板上的凹部3的凹部，以便确保相邻蒙皮壁板1的表面与根端7的表面齐平。在所示的示例中，根端具有锥形形状，使得根端7的远端具有与蒙皮壁板1的相应边缘类似的形状。然而，如果使用更传统的圆形根端，邻接根端的壁板可以设置有更复杂的形状，以便桥接根端的圆形到叶片的其余部分的气动横截面的过渡。
如图4B中所示，连续的蒙皮壁板1粘结到翼梁6。四个蒙皮壁板被示出粘结就位，同时接下来的两个壁板被示出为从翼梁分离地附接。每个壁板的根端粘结到相邻壁板的凹部3，位于相对端的凸缘粘结到翼梁。如图4C中所示，用于下表面的所有壁板都粘结就位。这些壁板的横截面朝向尖端减小，然后终止于特殊成形的尖端段8。
一旦完成下表面，就对上表面重复相同的过程，如图4D中所示。在该情况下，凸缘4不仅粘结到翼梁6，还粘结到面对的壁板的相应凸缘上。形成的叶片在图4E中示出。
可替换的构造方法是可行的。不是组装形成的翼梁，组装形成的下表面并组装形成的上表面，也有可能在所有蒙皮壁板都附接到下表面之前，开始将蒙皮壁板施加到上表面。而且，施加蒙皮壁板的步骤可以在组装形成的翼梁之前进行。也可能制造多个模块，每个模块具有由多个蒙皮壁板围绕的翼梁段6A-6D之一。然后，这些模块可以被组装以形成完成的叶片。
一旦所有的壁板安装就位，如果表面处理在组装之前没有进行，可以进行表面处理。相邻壁板之间的接缝例如通过胶粘的方式也可以被处理。粘接的胶带也可以施加到前缘，如现有技术中公开的那样。

Claims (11)

1.一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片包括基本上沿叶片的整个长度延伸的细长的翼梁，上高压排的第一排多个蒙皮壁板附接到所述翼梁上，以便形成叶片的一个表面的外轮廓的主要部分，下低压排的第二排多个蒙皮壁板附接到所述翼梁上，以便形成叶片的相对下表面的外轮廓的主要部分，其中，每个蒙皮壁板具有对应于一半风力涡轮机叶片的一部分的气动轮廓形状，每排中的多个蒙皮壁板的每一个与隔板一体地设置，所述隔板支撑所述翼梁上的所述蒙皮壁板。
2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，带有隔板的每个所述蒙皮壁板在一个端部处具有隔板并且在与所述一个端部相对的端部处被相邻的蒙皮壁板支撑。
3.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，每个蒙皮壁板在所述一个端部处、在外表面上设置有凹部，以便支撑相邻的壁板。
4.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述隔板在面向所述翼梁的区域中具有凸缘，以便提供与所述翼梁接触的接触表面。
5.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，上排中的蒙皮壁板在邻近前缘但不在前缘的位置处连接到下排中的蒙皮壁板。
6.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，上排中的蒙皮壁板在邻近后缘但不在后缘的位置处连接到下排中的蒙皮壁板。
7.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，上排或下排的其中一排在上排和下排中相邻蒙皮壁板之间的连接处形成有边缘凹部，并且上排和下排的端部装配到所述边缘凹部内，使得端部以下面的方式被支撑在所述边缘凹部中，即上排和下排蒙皮壁板的外表面在连接处附近彼此齐平。
8.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述蒙皮壁板沿所述翼梁的长度的主要部分完全包围所述翼梁。
9.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述蒙皮壁板是可叠置的。
10.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述蒙皮壁板的最长主尺寸小于12m。
11.一种用于形成风力涡轮机叶片的上高压表面或下低压表面的蒙皮壁板，所述蒙皮壁板具有对应于一半风力涡轮机叶片的一部分的气动轮廓形状，所述蒙皮壁板具有用于形成所述叶片外轮廓的外表面和在一个端部带有开口的隔板，所述隔板附接到基本上沿叶片的整个长度延伸的翼梁上，所述外表面在所述一个端部具有凹部，以便支撑相邻的蒙皮壁板。
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