CN102536636B - 具有改进的粘合线的风力涡轮机叶片和相关方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力涡轮机叶片，包括上壳体部件和下壳体部件，在所述上壳体部件和所述下壳体部件之间具有内腔。所述壳体部件在所述叶片的前缘和后缘沿着具有设计宽度的粘合线用粘合糊剂进行联结。套筒在所述内腔内沿着所述前缘或后缘中的至少一个布置在所述上壳体部件和所述下壳体部件之间，粘合糊剂容纳在所述套筒内。所述套筒具有基本上不透粘合糊剂的闭合端部和可透空气并且可透粘合糊剂的相对侧部。粘合糊剂通过所述套筒侧部粘附到所述上壳体部件和所述下壳体部件，并且所述套筒的闭合端部限定所述内腔中的粘合线的设计宽度。
Description
技术领域
本发明总体上涉及风力涡轮机的领域，并且更特别地涉及具有改进的后缘粘合线(bondline)的涡轮机叶片。
背景技术
涡轮机叶片是将风能转换为电能的风力涡轮机的主要元件。叶片具有翼型的横截面轮廓，使得在操作期间，空气在叶片上流动，产生侧之间的压力差。因此，从压力侧朝着吸力侧被引导的升力作用于叶片。升力在主转子轴上产生扭矩，所述主转子轴齿轮连接到用于产生电力的发电机。
涡轮机叶片典型地由上(吸力侧)壳体和下(压力侧)壳体组成，所述上壳体和下壳体在沿着叶片的后缘和前缘的粘合线处粘合在一起。粘合线大体上通过沿着粘合线以壳体部件之间的最小设计粘合宽度施加合适的粘合糊剂或化合物而形成。然而，粘合糊剂往往特别地沿着叶片的后缘迁移越过设计粘合宽度并且进入叶片内腔中。该过量粘合糊剂会使叶片增加相当大的重量，并且因此不利地影响叶片效率和风力涡轮机的总体性能。过量粘合糊剂也会在风力涡轮机的操作期间折断并导致内部结构和部件的损坏。
因此，该产业将受益于一种改进的粘合线配置，所述改进的粘合线配置能有效地减小粘合糊剂的使用量，特别是沿着涡轮机叶片的后缘迁移到叶片腔中的粘合糊剂的使用量。
发明内容
本发明的方面和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者通过描述可以显而易见，或者可以通过本发明的实施而学会。
根据本发明的方面，提供了一种风力涡轮机叶片，其具有上壳体部件和下壳体部件。所述壳体部件限定其间的内腔并且在所述叶片的前缘和后缘沿着具有设计宽度的粘合线用粘合糊剂进行联结。套筒在所述内腔内沿着所述前缘或后缘中的至少一个布置在所述上壳体部件和所述下壳体部件之间。粘合糊剂容纳在所述套筒内。所述套筒包括不透粘合糊剂(但是可以可透空气)的闭合端部，以及可透空气并且可透粘合糊剂的相对侧部。使用该配置，当联结所述壳体部件并且压缩所述套筒时，粘合糊剂迁移通过套筒侧部并且粘合到所述壳体部件。所述套筒的所述闭合端部限定所述粘合线的设计宽度并且防止粘合糊剂进一步迁移到所述叶片的所述内腔中。所述套筒侧部由粗孔编织网材料形成。且所述套筒侧部和所述套筒闭合端部由不同材料形成，所述套筒侧部联结到所述闭合端部。所述套筒侧部和所述套筒闭合端部由共同基底材料形成，所述闭合端部用渗透性减小材料进行处理。所述渗透性减小材料包括施加于所述基底材料的涂层。所述渗透性减小材料包括施加于所述基底材料的附加材料层。所述套筒侧部由施加有粘性树脂的粗孔编织网材料形成。所述套筒闭合端部具有硬的、预成形的形状，并且所述套筒侧部由符合所述上壳体部件和所述下壳体部件的内部轮廓的柔性材料形成。
所述的风力涡轮机叶片，还包括施加于所述上壳体部件和所述下壳体部件以有助于将所述套筒侧部粘附到所述壳体部件的粘性树脂。
沿着所述后缘施加所述套筒。所述套筒的所述闭合端部可透空气。所述套筒初始在所述内腔内可滑动抵靠所述上壳体部件和所述下壳体部件，并且被配置成朝着所述前缘或后缘被牵拉以将所述闭合端部带到所述粘合线的所述设计宽度。
本发明也包含用于沿着叶片的前缘或后缘中的至少一个形成风力涡轮机叶片的上壳体部件和下壳体部件之间的粘合的各种方法实施例。将测得量的粘合糊剂置于套筒中，所述套筒具有基本上不透粘合糊剂的闭合端部和可透粘合糊剂的侧部。将所述套筒置于所述壳体部件中的一个中，使得所述闭合端部延伸到所述壳体部件中并且套筒侧部的端部从所述壳体部件延伸。在所述壳体部件的外部锚固套筒端部以防止所述闭合端部相对于所述壳体部件移动。在所述叶片的形成中，沿着所述前缘和后缘联结所述壳体部件，使得在所述壳体部件之间压缩所述套筒，这导致粘合糊剂透过所述套筒侧部并且将所述壳体部件粘合在一起。所述套筒的所述闭合端部限制粘合糊剂迁移到所述叶片中超过设计粘合宽度，并且可以允许空气通过所述闭合端部逸出。所述的方法，还包括修整从所述前缘或后缘迁移出的过量粘合糊剂。还包括测量从所述前缘或后缘修整的过量粘合糊剂的量并且通过修整的粘合糊剂的测得量减小初始置于后续套筒中的粘合糊剂的量。
所述的方法，沿着所述后缘施加所述套筒。还包括将粘性树脂施加到所述套筒侧部。还包括将粘性树脂施加到所述上壳体部件和所述下壳体部件以进一步有助于将所述套筒侧部附连到所述壳体部件。
所述的方法，还包括在将粘合糊剂置于所述套筒中之前将所述套筒的所述闭合端部形成为硬的、预成形的形状。还包括初始将所述套筒置于所述壳体部件之间，使得所述闭合端部延伸超出设计粘合宽度，并且在锚固所述套筒端部之前朝着所述前缘或后缘牵拉所述套筒以将所述闭合端部带到设计粘合宽度
本发明也包含一种风力涡轮机，所述风力涡轮机具有配置有本文中所述的独特粘合线配置的一个或多个涡轮机叶片。
本发明的这些和其他特征、方面和优点将参考以下描述和所附权利要求而得以更好理解。包含在本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图示出本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
参照附图，说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，并包括本发明的最佳模式，在附图中：
图1是常规风力涡轮机的透视图；
图2是风力涡轮机叶片的透射图；
图3是根据本发明的方面的示例性风力涡轮机叶片的横截面图；
图4是根据本发明的方面的风力涡轮机叶片的后缘的放大横截面图；
图5是后缘粘合配置的备选实施例的横截面图；
图6是后缘粘合配置的不同实施例的又一个横截面图；
图7是套筒实施例的透视图；
图8是备选的套筒实施例的透视图；
图9是套筒的另一个备选实施例的透视图；
图10是在风力涡轮机叶片的前缘的粘合配置的侧视剖视图；
图11是利用根据本发明的方面的套筒的图7的粘合配置的侧视剖视图；以及，
图12是处于已组装状态的图8的实施例的侧视剖视图。
25内腔
附图标记列表：26后缘
10风力涡轮机28根部分
12塔架30尖端部分
14机舱34粘合糊剂
16叶片35过量粘合糊剂
18转子毂36粘合线
20上壳体部件37粘合线
21倾斜面38粘合线设计宽度
22下壳体部件40粘合线厚度
44套筒
45处理
23前端46闭合端部
24前缘
48套筒侧部54锚固点
49侧部延伸部56锚固销
50预成形的闭合端部部58边缘接缝件60共同基底材料
52处理/材料层
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或更多个示例示于附图中。每个示例都以对发明进行解释的方式给出，并不对本发明构成限制。实际上，对于本领域内普通技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本发明的范围或者精神的前提下对本发明进行多种改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够与另一个实施例一起使用，从而产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的这些改型以及变型。
图1示出了常规构造的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔架12，所述塔架具有安装在其上的机舱14。多个涡轮机叶片16安装到转子毂18，所述转子毂又连接到转动主转子轴的主凸缘。风力涡轮机发电和控制部件容纳在机舱14内。图1所示的风力涡轮机10仅用作说明目的，以使本发明处于示例性使用领域。因此，本领域普通技术人员应当理解，本发明并不限于任何特定类型的风力涡轮机构造。
图2是风力涡轮机叶片16的更详细的视图。叶片16包括上壳体部件20和下壳体部件22。上壳体部件20可以被配置成叶片16的吸力侧表面，而下壳体部件22可以被配置成叶片的压力侧表面。叶片16包括前缘24和后缘26，以及根部分28和尖端部分30。在本领域中众所周知，上壳体部件20和下壳体部件22在沿着前缘24的粘合线36和后缘26处的粘合线37联结在一起。在这些粘合线36、37的形成中，呈可流动粘性形式的粘合糊剂34沿着粘合线36、37的长度被施加于上壳体部件20和下壳体部件22的配合层压表面之间。应当领会术语“粘合糊剂”在本文中包括一般的意义上，在初始可流动状态下被使用的任何类型的粘性或粘合材料。本发明中不包括特定类型的粘合糊剂34，因此就这一点而言可以使用任何合适类型的环氧树脂、化合物或其他材料。
为满足前缘24处的设计粘合线宽度38和后缘26处的粘合线宽度37，通常提供足够的量和型式的粘合糊剂34地以，，以保证沿着相应的粘合线36、37的长度的部件之间的最小粘合表面积。例如，参考图10，显示了涡轮机叶片26的前缘24。粘合糊剂34被施加于上壳体部件20和下壳体部件22的相对配合层压表面之间，从而限定具有设计粘合宽度38和粘合厚度40的粘合面。粘合宽度38和厚度40的设计标准可随着叶片的类型在基于不同设计因素的任何组合而变化，这是本领域的技术人员公知的。
再次参考图10，伴随粘合糊剂34的常规应用系统和方法而出现的特定问题在于：过量粘合糊剂从上壳体部件20和下壳体部件22的配合表面之间被挤出到内腔25(图3)中并且最终固化为硬化团块35，所述硬化团块显著增加了叶片16的重量。同样的问题存在于叶片的后缘26。粘合糊剂的过量团块35并未增加的结构完整性强度或对叶片16产生其他有用的作用。
图4至6描述了使用套筒44的风力涡轮机叶片16，所述套筒在内腔25内沿着叶片的后缘26布置在上和下壳体部件20、22之间。套筒44也可以沿着前缘24用于粘合线36处，如图10至12中所示。粘合糊剂34容纳在套筒44内并且能够显著地防止粘合糊剂迁移到内腔25中，从而超出设计粘合宽度38。套筒44具有基本上不透粘合糊剂34并且理想地可透空气的闭合端部46。因此，当壳体部件20、22装配时压缩套筒44，粘合糊剂34中的空气通过闭合端部46逸出，由此减小在固化糊剂中形成的有害气穴的可能性。通过锚固套筒44使得闭合端部46大体上在设计粘合宽度38处，如图4中所示，粘合宽度38容易获得并且过量粘合糊剂34不会延伸超出粘合宽度38。
套筒44包括可透空气并且可透粘合糊剂34的侧部48。以该方式，当压缩壳体部件20、22之间的套筒44时粘合糊剂34通过侧部48渗出，从而透过套筒侧部48粘合到壳体部件的内表面，特别地如图4中所示。
应当容易理解套筒侧部48和闭合端部46的渗透性将取决于处于其可流动状态的粘合糊剂34的粘性，并且因此可以在本发明的范围和精神内多样地变化。在图4的实施例中，套筒侧部48的渗透性和粘合糊剂34的粘性使得套筒在某种程度上符合壳体部件20、22的内部轮廓。足够量的粘合糊剂34仍然透过套筒侧部48以与壳体部件20、22粘合。
在图5的实施例中，套筒侧部48的渗透性和粘合糊剂34的粘性使得与图4的实施例相比粘合糊剂34更加“可流动”通过套筒侧部。在该实施例中，套筒侧部48不一定贴合壳体部件而是具有从闭合端部46至壳体部件20、22的边缘的基本直的或“平坦的”轮廓。使用该实施例，更大量的粘合糊剂34流动到套筒44和壳体部件20、22之间的空间(其为了说明的目的在图5和6中被放大)中。
套筒44可以由各种合适的材料或材料的组合形成，以获得闭合端部46和侧部48的期望特性。例如，参考图4和7，套筒44可以由共同基底材料60形成，所述共同基底材料是具有套筒侧部48的期望渗透性特性的粗孔编织网材料。基底材料60可以进行处理或修改以限定基本上不透粘合糊剂34(但是可以可透空气)的闭合端部46。例如，涂层45(例如合适的树脂)可以在闭合端部46被施加于基底材料60以使材料基本上不透粘合糊剂34。图8显示了实施例，其中附加材料层52可以在闭合端部46附连到基底材料60，基底材料60和附加材料层52的组合提供闭合端部46上的期望渗透性分布。
在图9所示的套筒44的又一个实施例中，套筒侧部48和闭合端部46由不同材料形成。例如，侧部48可以由粗孔编织网材料的独立片段形成，所述独立片段附连到闭合端部46，其具有所期望的渗透性特征不同材料层50的相对侧。材料层50例如可以是穿孔薄膜、细滤网等。
在图9中限定闭合端部46的材料50可以是具有期望的预成形形状的半刚性(或刚性)帽部件。例如，材料50可以是预成形的金属丝滤网，而侧部48由柔性可折叠材料形成，例如粗孔编织布材料。
在图4和5的实施例中，闭合端部46是凸的(向外弯曲)，其可以被预成形到独立材料50(图9)或附加材料层52(图8)中。备选地，凸形状可以简单地是当压缩壳体部件20、22时推压柔性闭合端部46的粘合糊剂34的材料重量的结果。
在备选实施例中，闭合端部46可以形成为应力减小轮廓，用于缓解作用于套筒上闭合端部46处的应力，例如图6中所示的凹(向内弯曲)形状。该形状也可以预成形到独立材料50或附加材料层52中。其他应力减小轮廓也是可能的。
为了有助于将侧部48粘合到壳体部件20、22的内表面，理想的是在用粘合糊剂34填充套筒44之前用粘性树脂预先涂覆侧部。该粘性树脂可以与粘合糊剂34相同(或类似)。树脂也有助于保证组成侧部48的材料在叶片16的形成和随后粘合糊剂34的固化期间保持它的结构完整性，尤其对于粗孔编织网材料。
对于又一个实施例，理想的是在将套筒44置于壳体部件之间之前，沿着前缘和/或后缘24、26的粘合线36、37将粘性树脂的涂层施加于壳体部件20、22的内表面。该树脂可以与粘合糊剂34相同(或类似)并且将有助于将套筒侧部48的暴露部分或区域粘附到壳体部件。
如上所述，套筒44可以沿着叶片16的后缘26或前缘24中的任何一个或两者使用。图8和9显示了置于上和下壳体部件20、22的重叠层压部分之间以形成沿着前缘24具有粘合宽度38的粘合的套筒44(包含粘合糊剂34)。
本发明也包含用于沿着风力涡轮机叶片16的前缘或后缘24、26中的至少一个形成上和下壳体部件20、22之间的粘合的各种方法。所述方法包括将一定量的粘合糊剂34置于套筒44中，所述套筒具有基本上不透粘合糊剂的闭合端部46和可透粘合糊剂34的侧部48。参考图4，将套筒44置于壳体部件中的一个中使得闭合端部46延伸到壳体部件中大体上达到粘合线37的设计宽度38。套筒44的端部58形成于接缝(例如，卷接缝)中并且在后缘26从壳体部件延伸。端部58例如用锚固杆56或任何其他合适的锚固装置进行锚固，从而防止闭合端部46相对于壳体部件20、22移动。在图7的实施例中，套筒44具有可以锚固到壳体部件20、22的外部或任何其他合适位置的延伸侧部部分49。然后可以将相对的壳体部件置于包含套筒44的壳体部件上，使得套筒44被压缩并且粘合糊剂34透过套筒侧部48并且粘合到壳体部件20、22，同时套筒44的基本闭合端部46限制粘合糊剂34迁移到叶片中超出设计粘合宽度38。理想地，闭合端部46允许截留空气通过闭合端部46逸出。
在特定实施例中，理想的是在配合壳体部件之前初始将套筒放置成超出设计粘合宽度38，并且然后随后牵拉套筒44的端部58以朝着后缘26(或前缘24)拉拔套筒直到闭合端部46在设计粘合宽度38处。该步骤可以用于进一步将粘合糊剂34压缩到由设计粘合宽度38所限定的内腔25的区域中并且迫使空气离开套筒44的闭合端部46和敞开端部。
在足够的固化时间之后，被挤出套筒44的任何过量粘合糊剂35(图4)沿着后缘26被修整以呈现壳体部件20、22之间的完成粘合。过量粘合糊剂35的量可以被测量和记录，该值用于减小在其他叶片16的形成中加入随后套筒44的粘合糊剂34的量。
上面关于套筒44或套筒施加于叶片16的内腔25内所述的特征中的任何一个可以被包含到各种方法实施例中。例如，所述方法可以包括在用粘合糊剂34填充套筒44之前涂覆或将套筒侧部48浸渍在粘性树脂中。类似地，可以在放置套筒44之前用粘性树脂涂覆壳体部件20、22的内表面，如上所述。也可以用导致粘合糊剂34的粘性的局部变化(减小)的化学制品涂覆套筒侧部48，使得可以使用粘性更高的粘合糊剂，同时保证通过套筒侧部48的粘合糊剂34的充分流动。
由于套筒44限定粘合糊剂34流动到叶片16的内腔25中的屏障，因此本发明可以提供的附加优点在于粘合糊剂34的粘性可以被降低或以另外方式被修改以保证沿着粘合线更完全地施加和消除壳体部件之间的气穴或空隙而不必担心粘性更大的糊剂将更容易迁移到腔25中。
本发明也包含风力涡轮机10(图1)的任何配置，其中叶片16中的至少一个被配置成具有如上所述的本发明的独特优点。
本书面说明书使用示例对本发明进行了公开，其中包括最佳模式，，但应当理解的是，本领域的技术人员可以在本说明书的基础上很容易地产生实施例的各种变化、变型和等效物。，本说明书仅作为解释本发明而非作为限制，因此，本发明的范围不排除这些对本领域的普通技术人员显而易见的各种修改、变型和/或增加。
Claims (14)
1.一种风力涡轮机叶片(16)，所述叶片包括：
上壳体部件(20)和下壳体部件(22)；
所述上壳体部件和所述下壳体部件限定所述上壳体部件和所述下壳体部件之间的内腔(25)并且在所述叶片的前缘(24)和后缘(26)沿着具有设计宽度(38)的粘合线(36、37)用粘合糊剂(34)进行联结；以及
套筒(44)，所述套筒在所述内腔内沿着所述前缘或后缘中的至少一个布置在所述上壳体部件和所述下壳体部件之间，所述粘合糊剂容纳在所述套筒内，所述套筒包括基本上不透所述粘合糊剂的闭合端部(46)，所述套筒包括可透空气并且可透所述粘合糊剂的相对侧部(48)；
其中所述粘合糊剂通过所述套筒侧部粘附到所述上壳体部件和所述下壳体部件，所述套筒的所述闭合端部限定所述内腔中的所述粘合线的所述设计宽度。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，所述套筒侧部(48)由粗孔编织网材料形成。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，所述套筒侧部(48)和所述套筒闭合端部(46)由不同材料形成，所述套筒侧部联结到所述闭合端部。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，所述套筒侧部(48)和所述套筒闭合端部(46)由共同基底材料(60)形成，所述闭合端部用渗透性减小材料(52)进行处理。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，所述渗透性减小材料(52)包括施加于所述基底材料的涂层或施加于所述基底材料(60)的附加材料层中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，所述套筒闭合端部(46)具有硬的、预成形的形状，并且所述套筒侧部(48)由符合所述上壳体部件(20)和所述下壳体部件(22)的内部轮廓的柔性材料形成。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，沿着所述后缘(26)施加所述套筒(44)。
8.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，所述套筒(44)的所述闭合端部(46)可透空气。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(16)，其特征在于，所述套筒(44)初始在所述内腔(25)内可滑动抵靠所述上壳体部件(20)和所述下壳体部件(22)，并且被配置成朝着所述前缘(24)或后缘(26)被牵拉以将所述闭合端部(46)带到所述粘合线(36、37)的所述设计宽度(38)。
10.一种用于沿着风力涡轮机叶片(16)的前缘(24)或后缘(26)中的至少一个形成上壳体部件(20)和下壳体部件(22)之间的粘合的方法，所述方法包括：
将一定量的粘合糊剂(34)置于套筒(44)中，所述套筒具有基本上不透粘合糊剂的闭合端部(46)和可透粘合糊剂的侧部(48)；
在将粘合糊剂置于所述套筒中之前或之后将所述套筒置于所述壳体部件中的一个中，使得所述闭合端部延伸到所述壳体部件中并且套筒侧部的端部从所述壳体部件延伸；
锚固套筒端部以防止所述闭合端部相对于所述壳体部件移动；以及
沿着所述前缘和后缘将所述壳体部件联结在一起，使得所述套筒被压缩并且粘合糊剂透过所述套筒侧部并且粘合到所述壳体部件，同时所述套筒的所述闭合端部限制粘合糊剂迁移到所述叶片中超出设计粘合宽度，同时仍然允许空气通过所述闭合端部逸出。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于:还包括修整从所述前缘(24)或后缘(26)迁移出的过量粘合糊剂(34)，并且测量修整的过量粘合糊剂的量并且通过修整的粘合糊剂的测得量减小初始置于后续套筒(44)中的粘合糊剂的量。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于:还包括将粘性树脂施加到所述套筒侧部(48)或施加到所述上壳体部件(20)和所述下壳体部件(22)以进一步有助于将所述套筒侧部(48)附连到所述壳体部件。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于:还包括在将粘合糊剂(34)置于所述套筒(44)中之前将所述套筒(44)的所述闭合端部(46)形成为硬的、预成形的形状。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于:还包括初始将所述套筒(44)置于所述壳体部件(20、22)之间，使得所述闭合端部(46)延伸超出设计粘合宽度(38)，并且在锚固所述套筒端部之前朝着所述前缘(24)或后缘(26)牵拉所述套筒以将所述闭合端部带到设计粘合宽度。
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