CN102873519A - 可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法 - Google Patents

可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法 Download PDF

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Abstract

具有连接到转子毂的连接装置的可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法，其包括提供和使用扩展制造模具（41、43、45、47）的步骤，所述扩展制造模具具有预定长度的共同区域（13）和至少一个适应区域（15），所述至少一个适应区域（15）布置成具有用于制造具有期望长度的叶片所需要的长度，所述期望长度尤其是用于在预定地点使得预定的风力涡轮机样式的年度能量产量（AEP）最优化所需要的长度。

Description

可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法
技术领域
本发明总体上涉及可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法。
背景技术
风力涡轮机包括支撑多个叶片的转子，所述叶片在此处放射状地延伸以捕获风的动能并促使连结到发电机上的驱动机构旋转运动以产生电力。
风力涡轮机所产生能量的数量取决于转子叶片扫过的表面，其接收来自于风的动力，因此，增加叶片前端的长度通常就可增加风力涡轮机的电力输出。
在其他因素中，由风力涡轮机所产生的能量取决于转子的直径和风力涡轮机安装地点的风的特性。
为了最优化在风力涡轮机地点所产生的能量，选择最合适的风力涡轮机的通常流程如下：
确定所处地点的风的特性（最大速度、平均速度、紊流……）
根据国际标准（IEC-61400-1）确定地点类型（I、II或III）
选择用于该地点的合适的风力涡轮机样式。风力涡轮机的制造商通常为每一类型提供具有特定叶片的风力涡轮机。它们在低风地点比在高风地点具有更大的叶片，以使得它们在风力涡轮机上所引起的载荷相似。
这种方法导致了一种对地点非常宽泛的分类（只有三级），因此，如果一个地点位于两个类型的范围之间，一个过大尺寸的风力涡轮机就可能会被选择。在这种情况下，对于中间子类，转子最佳直径的选择将影响到年度能量产量（Annual Energy Production,AEP）的最优化。
根据地点对风力涡轮机的调整使得其包括对适于此地点特质的叶片长度的选择，此问题在US2009/0169390中曾被讨论过。其推荐准备一套包括几个模块的部件以装配模块化的转子叶片，其中所述几个模块包括至少一个根部类型模块和至少一个尖端类型模块和至少一个根部类型或尖端类型的二级模块，其中，所述至少一个二级模块相对于相同类型的其它模块具有不同的形状。最后提供了用于使风力涡轮机转子适应地点约束的方法。
因此，US2009/0169390的教导限于提供根据标准程序制造的风力涡轮机叶片的多个模块，用于选择合适的一组来装配适应于一地点约束的叶片。
此方法的问题是不能为每个特定的地点提供具有最佳长度的叶片。
本发明旨在对此问题的解决。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种叶片，用于相对于特定地点具有最佳长度的具有预定特征的风力涡轮机（例如特定的风力涡轮机样式）。
本发明的另一个目的是提供一种可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法。
这些和其他目的可以由具有连接到转子毂的连接装置的可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法来实现，所述方法包括提供和使用扩展制造模具的步骤，所述扩展制造模具具有预定长度的共同区域和至少一个适应区域，所述至少一个适应区域布置成具有用于制造具有期望长度的叶片所需要的长度。
在本发明的一些实施例中，所述期望长度是用于在预定地点使得预定的风力涡轮机样式的年度能量产量（AEP）最优化所需要的长度。由此获得允许对于给定地点制造具有最佳长度的风力涡轮机叶片的制造方法，因此其改进了目前对于给定的风力涡轮机样式只提供了不同长度的有限组叶片的情形。
在本发明的一些实施例中，所述扩展制造模具被提供并被用于整个叶片或者在至少被分为内侧模块和外侧模块的叶片中被用于内侧模块；所述适应区域位于与叶片根部相对应的一侧。因此获得可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法，所述可变长度集中在根部区域，在根部区域叶片的几何形状上有小的变化。
在用于叶片被分为内侧模块和外侧模块的本发明的一些实施例中，所述扩展制造模具被提供并被用于内侧模块和/或外侧模块；所述适应区域位于与其它模块相连的一侧。由此获得可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法，所述可变长度集中在内侧模块的末端和/或集中在外侧模块的前端（frontal end），在此处长度的增加可以对AEP产生显著的影响。
在用于叶片被分为内侧模块、外侧模块和位于它们之间的中间模块的本发明的一些实施例中，所述扩展制造模具被提供并被用于中间模块；所述适应区域位于与内侧或外侧模块相连的任一侧或者两侧。由此获得可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法，所述可变长度集中在中间模块上。
在本发明的一些实施例中，每个适应区域在叶片的中心截面上被构造成在其整个长度上具有与共同区域的毗邻横向截面相同的横向截面。由此获得可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法，其允许以低成本针对其预知地点的特征的叶片长度调整。
在本发明的一些实施例中，每个适应区域在叶片的中心截面上被构造成具有可变的横向截面，所述可变的横向截面与所述适应区域中的叶片最佳形状相一致（例如使用挠性模具）。由此获得可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法，该制造方法允许针对其预知地点的特征的叶片长度的全面调整，用于最优化AEP。
在本发明的一些实施例中，在每个所述扩展制造模具中的每个适应区域的长度包含在共同区域长度的1%-15%之间。另一方面，中间模块的长度包含在叶片长度的10%-30%之间。这些比例避免了由于上述扩展制造模具的使用而造成的可能的有害影响。
本发明的其他特征和优点将根据如下带附图的详细说明而进行解释。
附图说明
图1a为示出风力涡轮机叶片内侧模块主要组件的示意性透视图。
图1b为示出风力涡轮机叶片外侧模块主要组件的示意性透视图。
图2示意性地示出了在根部具有适应区域的扩展制造模具，其被用于根据本发明制造具有可变长度的内侧模块，且图3示意性地示出了该区域的扩展制造模具。
图4示意性地示出了在末端具有适应区域的扩展制造模具，其用于根据本发明制造具有可变长度的内侧模块。
图5示意性地示出了在起始端具有适应区域的扩展制造模具，其用于根据本发明制造具有可变长度的外侧模块。
图6示出了被分成内侧模块和外侧模块的风力涡轮机叶片，其对于给定地点具有最佳长度，使用具有三个适应区域的扩展制造模具制造。
图7示出了被分成内侧模块、中间模块和外侧模块的风力涡轮机叶片。
图8示意性地示出了具有两个适应区域的扩展制造模具，其被用于根据本发明制造具有可变长度的中间模块。
图9示意性地示出了扩展制造模具的示例，其可以用在图4、5和8所示的制造方法中。
具体实施方式
本发明涉及在长度上可变的风力涡轮机叶片，其包括作为单个部件制造的风力涡轮机叶片，并且涉及由模块尤其是由内侧模块（inboard module）和外侧模块(outboard module)制造的风力涡轮机叶片。为了解决主要由于过长叶片引起的运输问题，将叶片分成两个或更多个配备有连接装置的纵向节段是本领域的已知方案。
如图1a和1b所示，长度为L1的叶片的内侧模块23由翼梁25（其可以被分成了几个面板）与上侧和下侧壳体27、29形成，长度为L2的叶片的外侧模块33由翼梁35和上侧及下侧壳体37、39形成。叶片的许多其它构造也是可能的。
无论如何，所述内侧和外侧模块23、33的基本组件是使用适当的制造模具（最好是阴模）制造而成，模块的每个单个的组件分别具有与对应模块的长度L1或L2相同的长度。然后将所有模块结合。例如在申请人名下的WO2005/100781、WO2006/103307、WO2007/051879中所公开的，在制造工序期间，内侧和外侧模块配备有它们之间的以及与转子毂的连接装置。
在第一个实施例中，根据本发明的用于制造长度为L1（或者整个叶片作为单个部件制造）且具有分别连接到转子毂和外侧模块33的连接装置18、20的内侧模块23的制造方法如图2中所示地实行，使用扩展制造模具（enlargedmanufacturing moulds）41（包括用于制造其所有组件所需要的所有模具），模具41具有长度为L01共同区域（common zone）13和在根部的长度为AL01的适应区域（adaptive zone）15，长度AL01最好在L01的1-15%之间。
如果需要制造的内侧模块23（或者整个叶片）具有例如L1=L01+0.05*L01的长度，在制造过程中扩展模具41将根据所述长度布置，在由所述长度L01+0.05*L01确定的位置17′安置用于与转子毂连接的连接装置18的模板（最好是金属插件）。
如图3所示，所述适应区域15是在所述连接装置18的极限位置17、17″之间的横向截面上没有显著变化的区域。
在第二个实施例中，根据本发明的用于制造长度为L1且具有分别连接到转子毂和外侧模块33的连接装置18、20的内侧模块23的制造方法如图4中所示地实行，使用扩展制造模具43，模具43具有长度为L01的共同区域13和在末端的长度为AL01的适应区域15，长度AL01最好在L01的1-15%之间。
如果需要制造的内侧模块23具有例如L1=L01+0.10*L01的长度，在其制造过程中扩展制造模具43将根据所述长度布置。因此，用于所述适应区域15的适当配置的附加制造模具应当被提供，无论是具有与共同区域13的最终横向截面相同的横向截面，还是具有可变形状的横向截面。
在第三个实施例中，根据本发明的用于制造长度为L2且具有与内侧模块23连接的连接装置30的外侧模块33的制造方法如图5中所示地实行，使用扩展制造模具45，模具45具有长度为L02的共同区域13和在起始端的长度为AL02的适应区域15，长度AL02最好在L02的1-15%之间。
如果需要制造的外侧模块33具有例如L2=L02+0.07*L02的长度，在其制造过程中扩展制造模具45将根据所述长度布置。因此，用于所述适应区域15的适当配置的附加制造模具应当被提供，无论是具有与共同区域13的初始横向截面相同的横向截面，还是具有可变形状的横向截面。
上述实施例可以被结合，以使得适应区域15的长度可以达到如图6所示的长度，该长度为内侧模块23中的L01的1-30%之间的长度加上外侧模块33中的L02的1-15%之间的长度。
在第四个实施例中，如图7和8所示，根据本发明的制造方法布置成用于制造额外的中间模块29，该中间模块29具有分别连接到内侧模块23和外侧模块33的连接装置32、34，使用扩展制造模具47，模具47具有长度为L03的共同区域13和在起始端和/或末端的长度为AL03的适应区域15，长度AL03最好在L03的1-15%之间，中间模块29的最大长度在叶片的整个长度的10-30%之间。
如果需要制造的中间模块29具有例如L3的长度，在其制造过程中扩展模具47将根据所述长度布置。因此，用于所述适应区域15的适当配置的附加制造模具应当被提供，无论是具有与共同区域13的初始横向截面相同的横向截面，还是具有可变形状的横向截面。
在内侧模块23的末端、在外侧模块33的起始端或在具有不变形状的中间模块29的起始端或末端的所述适应区域15的横向截面的构造使得可变长度的叶片的制造变得容易，但是叶片的最终形状不是空气动力学上的最佳形状。图9示意性地示出了用于所述适应区域15中的壳体的、具有可移动的模板51的模具50的示例。
在内侧模块23的末端、在外侧模块13的起始端或在具有可变形状的中间模块29的起始端或末端的所述适应区域15的横向截面的构造使得叶片的最终形状尽可能地接近空气动力学上的最佳形状需要合适的模具，其可以作为特别的（ad-hoc）刚性模具或者作为适合的挠性模具提供。
用于最优化AEP的、在不同特性的地点在相同类型的风力涡轮机中的不同长度叶片的安装可以在诸如叶片的尖端噪音、叶片的挠曲和叶片的本征频率的几个风力涡轮机特征上产生影响，这将在风力涡轮机控制系统的调谐期间被考虑到。
总之，为了使有害影响最小化，上面所述的对适应区域15的定义边缘已经被设立。
尽管已经结合较佳实施例充分地描述了本发明，但很明显，本发明并不限于这些实施例，在本申请权利要求的保护范围内，可以对所述实施例进行修改。

Claims (12)

1.具有连接到转子毂的连接装置的可变长度的风力涡轮机叶片的制造方法，其包括提供和使用扩展制造模具（41、43、45、47）的步骤，所述扩展制造模具具有预定长度的共同区域（13）和至少一个适应区域（15），所述至少一个适应区域（15）布置成具有用于制造具有期望长度的叶片所需要的长度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述期望长度是用于在预定地点使得预定的风力涡轮机样式的年度能量产量（AEP）最优化所需要的长度。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中：
所述扩展制造模具（41）被提供并被用于整个叶片或者在至少被分为内侧模块（23）和外侧模块（33）的叶片中被用于内侧模块（23）；
所述适应区域（15）位于与叶片根部相对应的一侧。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，连接到转子毂的连接装置（18）安置在所述适应区域（15）内相对于叶片前端的预知位置（17′）。
5.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中：
叶片被分为内侧模块（23）和外侧模块（33）；
所述扩展制造模具（43、45）被提供并被用于内侧模块（23）和/或外侧模块（33）；
所述适应区域（15）位于与其它模块相连的一侧。
6.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中：
叶片被分为内侧模块（23）、外侧模块（33）和位于它们之间的中间模块（29）；
所述扩展制造模具（47）被提供并被用于中间模块（29）；
所述适应区域（15）位于与内侧或外侧模块（23、33）相连的任一侧或者两侧。
7.根据权利要求5-6中任一项所述的方法，其中，每个适应区域（15）被构造成在其整个长度上具有与共同区域（13）的毗邻横向截面相同的横向截面。
8.根据权利要求5-6中任一项所述的方法，其中，每个适应区域（15）被构造成具有可变的横向截面，所述可变的横向截面与所述适应区域（15）中的叶片最佳形状相一致。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述适应区域（15）中，扩展制造模具（43、45、47）为挠性模具。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，在每个所述扩展制造模具（41、43、45、47）中的每个适应区域（15）的长度包含在共同区域（13）的长度的1%-15%之间。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，中间模块（29）的长度包含在叶片的长度的10%-30%之间。
12.用根据权利要求1-11中任一项所述的制造方法所制造的风力涡轮机叶片。
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