CN103291536B - 用于风力机转子叶片的叶片嵌件以及相关方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及并公开一种用于改进风力机的转子叶片的方法。所述方法通常可包括：在指定位置处切削所述转子叶片以形成叶根段和叶尖段；以及将叶片嵌件定位在所述叶根段与所述叶尖段之间。
Description
技术领域
本发明大体上涉及风力机，且更确切地说，涉及一种用于延伸风力机转子叶片长度的叶片嵌件以及相关方法。
背景技术
风能被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，在这一方面，风力机已获得广泛关注。现代风力机通常包括塔筒、发电机、齿轮箱、机舱以及一片或多片涡轮机叶片。涡轮机叶片使用已知的翼原理捕获风的动能并通过转动能传输动能，以转动将转子叶片连接到齿轮箱的轴，或者，如果未使用齿轮箱，则转动将转子叶片直接连接到发电机的轴。随后，发电机将机械能转化成电能，从而输送到公用电网中。
为了确保风能仍是可行能源，人们努力通过改变风力机的大小和容量来增加能量输出。一种此类修改是增加转子叶片的长度。然而，众所周知，转子叶片的偏转随叶片长度，以及风速、涡轮机运行状态和叶片刚度而变。因此，较长的转子叶片可能遭受较大的偏转力，尤其是当风力机在高速风条件下运行时。这些较大的偏转力不仅使转子叶片和其他风力机部件老化而且还增加转子叶片撞击塔筒的风险。
为了增加风力机转子叶片的长度而不对气动设计产生不利影响，已知的是将叶尖延伸物安装在叶片上。通常，常规叶尖延伸物通过在其尖处切削叶片的一部分并用叶尖延伸物替换该切削部分而安装在转子叶片上。然而，由于转子叶片的一部分必须进行切削并且由于加长的转子叶片遭受的负载将增加，叶尖延伸物必须显著长于转子叶片长度的实际增加量，所述实际增加量可以通过安装延伸物获得。例如，常规的叶尖延伸物可能通常需要长度几乎为转子叶片原始翼展的一半，以容纳叶片上增加的负载。这样，由于它们的长度原因，制造和运输常规叶尖延伸物的成本可能极其昂贵。
因此，此项技术中需要一种可以用来使转子叶片的翼展增加某个大体对应于叶片嵌件总长度的量的叶片嵌件。
发明内容
本发明的各个方面和优点中的一部分将在以下描述中阐明，或者这些方面和优点可以易于从所述描述中了解，或者可以通过实践本发明而习得。
一方面，本发明涉及一种用于延伸转子叶片长度的方法。所述方法大体可以包括：在指定位置处将转子叶片分割成第一叶片段和第二叶片段；将叶片嵌件的第一端连接到第一叶片段的接合端使得在叶片嵌件与第一叶片段之间形成第一界面；以及将叶片嵌件的第二端连接到第二叶片段的接合端使得在叶片嵌件与第二叶片段之间形成第二界面。
另一方面，本发明涉及一种用于改进风力机的转子叶片的方法。所述方法大体可以包括：在指定位置处切削转子叶片以形成叶根段和叶尖段；以及将叶片嵌件定位在叶根段与叶尖段之间。
另一方面，本发明涉及一种用于改进风力机的转子叶片的方法。所述方法大体可以包括：移除在转子叶片的叶根与叶尖之间的转子叶片的一部分；以及将叶片嵌件定位在转子叶片的移除部分的位置处。
参考以下具体实施方式和所附权利要求书可以更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分，展示了本发明的各项实施例，并与所述具体实施方式一起解释本发明的原理。
附图说明
本说明书参考附图、针对所属领域的一般技术人员，完整且可实现地揭示了本发明，包括其最佳模式，其中：
图1所示为风力机的一项实施例的透视图；
图2所示为风力机的转子叶片的一项实施例的透视图；
图3所示为根据本发明各方面的转子叶片组件的一项实施例的透视分解图；
图4所示为图3示出的转子叶片组件的局部侧部组装图；
图5所示为沿着线5-5截取的图4示出的转子叶片组件的截面图；
图6所示为图4示出的转子叶片组件的边缘图，其中从线6-6观察所述转子叶片组件；
图7所示为可以用于将转子叶片组件的各部件彼此连接的附接特征的一项实施例的透视图；
图8所示为图7示出的各部件的组装截面图；
图9所示为可以用于将转子叶片组件的各部件彼此连接的不同附接特征的组装截面图；
图10所示为根据本发明各方面的转子叶片组件的另一项实施例的透视分解图；
图11所示为图10示出的转子叶片组件的局部侧部组装图；
图12所示为根据本发明各方面的转子叶片组件的另一项实施例的局部侧部组装图；
图13所示为根据本发明各方面的转子叶片组件的又一项实施例的局部侧部组装图；
图14所示为根据本发明各方面的转子叶片组件的又一项实施例的局部侧部组装图；以及
图15所示为转子叶片组件的一项实施例的局部侧部组装图，其中叶片嵌件是偏斜的。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各项实施例，附图中图示了本发明实施例的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明而非限制本发明。事实上，所属领域的技术人员容易了解，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，可以对本发明做出不同修改和变化。例如，作为一项实施例的一部分而进行说明或描述的特征可以用于另一项实施例，从而得到又一项实施例。因此，本发明应涵盖属于所附权利要求书及其等效物的范围内的此类修改和变化。
一般而言，本发明涉及用于延伸风力机转子叶片的长度的叶片嵌件。例如，在若干实施例中，预先存在的转子叶片可以分割成两个叶片段，例如通过沿着其翼展在指定位置处切削预先存在的转子叶片。随后，叶片嵌件可以连接在叶片段之间，从而增加预先存在的转子叶片的总长度。
现参阅附图，图1所示为风力机10的一项实施例的透视图。风力机10包括塔筒12，其中机舱14安装到所述塔筒上。多片转子叶片16安装到转子轮毂18上，而所述转子轮毂连接到转动主转子轴的主法兰上。风力机发电和控制部件（例如，涡轮机控制器）可以安装在机舱14中。应了解，图1仅作说明目的，以示例性地说明本发明。因此，本发明所属领域的技术人员易于了解，本发明的范围不限于任何特定类型的风力机配置。
现参阅图2，图示了图1示出的转子叶片16中的一片转子叶片的一项实施例的透视图。如图示出，转子叶片16通常包括叶根20，所述叶根配置用于将转子叶片16安装到风力机10（图1示出）的轮毂18上；以及叶尖22，所述叶尖设置在与叶根20相对的位置。转子叶片16的壳体24通常可以经配置以在叶根20与叶尖22之间延伸，并且可以用作叶片16的外壳/外罩。在若干实施例中，壳体24可以形成大致的气动廓线，例如，通过形成对称或弧面翼形截面。这样，壳体24可以包括在前缘30与后缘32之间延伸的压力侧26和吸入侧28。此外，转子叶片16可以具有界定叶根20与叶尖22之间总长度的翼展34，以及界定前缘30与后缘32之间总长度的翼弦36。众所周知，由于转子叶片16从叶根20延伸到叶尖22，因此，翼弦36的长度可以随翼展34变化而变化。
在若干实施例中，转子叶片16的壳体24可以形成单个整体部件。或者，壳体24可以由多个壳体部件构成。例如，壳体24可以由大体形成转子叶片16的压力侧26的第一壳半体以及大体形成转子叶片16的吸入侧28的第二壳半体制成，此类壳半体在叶片16的前缘30和后缘32处相互固定。此外，壳体24一般可以由任何合适的材料制成。例如，在一项实施例中，壳体24可以完全由层压板复合材料制成，例如，碳纤维增强型层压板复合材料或玻璃纤维增强型层压板复合材料。或者，壳体24中的一个或多个部分可以配置成分层结构，并且可以包括设置在层压板复合材料层之间的芯材料，所述芯材料由木材（例如，轻木）、泡沫（例如，挤塑聚苯乙烯泡沫）或此类材料的组合等轻质材料制成。
应了解，转子叶片16也可以包括一个或多个纵向延伸的结构部件，所述结构部件经配置以提高转子叶片16的刚度、抗弯阻力和/或强度。例如，在若干实施例中，转子叶片16可以包括在对应的主梁帽40（图7示出）之间延伸的一个或多个抗剪腹板38（图7示出）。然而，在其他实施例中，本发明中的转子叶片16可以具有任何其他合适的内部配置。
现参阅图3到图6，根据本发明各方面图示了转子叶片组件100的一项实施例。具体而言，图3所示为转子叶片组件100的透视分解图。图4所示为转子叶片组件100的局部压力侧图。图5所示为沿着线5-5截取的图4示出的转子叶片组件100的截面图。此外，图6所示为图4示出的转子叶片组件100的前缘图。
如图示出，转子叶片组件100可以包括第一叶片段102、第二叶片段104以及叶片嵌件106，所述叶片嵌件经配置以连接在第一叶片段102与第二叶片段104之间。一般而言，转子叶片组件100可以进行配置，从而当第一叶片段102和第二叶片段104通过叶片嵌件106连接在一起时，就会形成完整的转子叶片。
在若干实施例中，第一叶片段102和第二叶片段104可以通过将预先存在的转子叶片16分割成两个单独的叶片部分而形成。例如，如图2示出，在一项实施例中，图示的转子叶片16可以通过沿着合模线或切削线108切削转子叶片16而分割成第一叶片段102和第二叶片段104。因此，第一叶片段102通常可以包括转子叶片16的叶根段并且可以在叶根20与形成于切削线108处的第一接合端110之间延伸。类似地，第二叶片段104可以包括转子叶片16的叶尖段并且可以在叶尖22与形成于切削线108处的第二接合端112之间延伸。在此项实施例中，各叶片段102、104通常可以形成翼弦114、116，所述翼弦对应于其前缘30与后缘32之间的各段的总长度。例如，如图3和图4示出，第一叶片段102可以形成第一翼弦114而第二叶片段104可以形成第二翼弦116，其中第一接合端110处的第一翼弦114与第二接合端112处的第二翼弦116相同或基本相同。
如上所述，通过分割预先存在的转子叶片16，第一叶片段102和第二叶片段104的总长度可以大体对应于转子叶片16的原始翼展34。具体而言，第一叶片段102可以形成第一翼展方向长度118而第二叶片段104可以形成第二翼展方向长度120，使得当组合在一起时，第一翼展方向长度118和第二翼展方向长度120形成等于或基本等于原始翼展34的总段长度。本专利申请文件所使用的术语“总段长度”将用于指代第一翼展方向长度118和第二翼展方向长度120的组合长度。
应了解，第一翼展方向长度118和第二翼展方向长度120通常可以根据切削线108的位置而变化。因此，在若干实施例中，切削线108的位置可以进行选择，从而给第一叶片段102和第二叶片段104提供翼展方向长度118、120，所述第一叶片段和第二叶片段允许叶片嵌件106在某一位置处沿着转子叶片组件100的长度而定位，所述位置可以提高组件100的总体性能同时最小化性能影响（例如，偏转、转动惯量等）。例如，在一项实施例中，沿着转子叶片16的切削线108的位置可以经选择使得第一翼展方向长度118的范围在总段长度的约40%到约95%之间，例如，在总段长度的约40%到约80%之间或在总段长度的约50%到约65%之间。然而，可预知的是，在其他实施例中，切削线108的位置可以经选择使得第一翼展方向长度118小于总段长度的40%或大于总段长度的95%。
在其他实施例中，切削线108的位置可以经选择使得转子叶片16在其最大翼弦位置的外侧进行分割。例如，如图2和图3示出，转子叶片16可以进行分割使得最大翼弦位置122包括在第一叶片段102内。在其他实施例中，切削线108的位置可以经选择使得当叶片嵌件106连接在第一叶片段102与第二叶片段104之间时，转子叶片组件100的重心124界定在第一叶片段102内。
应了解，在替代实施例中，第一叶片段102和第二叶片段104无需通过将预先存在的转子叶片16切削或以其他方式分割成两个单独的叶片部分而形成。例如，在另一项实施例中，第一叶片段102和第二叶片段104可以单独地进行制造并且与叶片嵌件106组装在一起以形成所披露的转子叶片组件100。
此外，应了解，本专利申请文件所使用的术语“第一叶片段”和“第二叶片段”无需限于单个连续的叶片段。例如，第一叶片段102可以由在叶根20与第一接合端110之间延伸的单个整体叶片段构成，或者第一叶片段102可以由两个或两个以上叶片段构成，当所述两个或两个以上叶片段连接在一起时，它们在叶根20与第一接合端110之间延伸。类似地，第二叶片段104可以由在第二接合端112与叶尖22之间延伸的单个整体叶片段构成，或者第二叶片段104可以由两个或两个以上叶片段构成，当所述两个或两个以上叶片段连接在一起时，它们在第二接合端112与叶尖22之间延伸。此外，应了解，在替代实施例中，转子叶片组件100可以分割成三个或三个以上叶片段，其中叶片嵌件106连接在每对邻近的叶片段之间。
仍参阅图3到图6，转子叶片组件100的叶片嵌件106通常可以包括在第一端128与第二端130之间延伸的加长壳体126。一般而言，叶片嵌件106可以经配置以连接在第一叶片段102与第二叶片段104之间，从而形成转子叶片组件100。具体而言，如图4示出，壳体126的第一端128可以经配置以连接到第一叶片段102的接合端110，使得第一界面132形成于叶片嵌件106与第一叶片段102之间。类似地，壳体126的第二端130可以经配置以连接到第二叶片段104的接合端112，使得第二界面134形成于叶片嵌件106与第二叶片段104之间。
叶片嵌件106的壳体126也可以经配置以形成大致的气动廓线，例如，通过形成对称或弧面翼形截面。因此，尤其是如图5示出，在若干实施例中，壳体126可以包括在前缘140与后缘142之间延伸的压力侧136和吸入侧138。此外，壳体126也可以形成翼弦144，所述翼弦对应于其前缘140与后缘142之间的叶片嵌件106的总长度。
此外，在若干实施例中，叶片嵌件106也可以包括与第一叶片段102和第二叶片段104相同或类似的内部结构部件。例如，如图5示出，叶片嵌件106可以包括一对纵向延伸的主梁帽146，所述主梁帽配置成与叶片段102、104的纵向延伸的主梁帽40（图7示出）对准。在此项实施例中，叶片嵌件106也可以包括在主梁帽146之间延伸的一个或多个抗剪腹板148，所述抗剪腹板通常对应于叶片段102、104的抗剪腹板38。然而，应了解，在替代实施例中，叶片嵌件106可以包括与叶片段102、104的内部结构部件不同的内部结构部件。
仍参阅图3到图6，在若干实施例中，叶片嵌件106在其第一端128和第二端130处的截面通常可以经配置以对应于第一叶片段102和第二叶片段104在它们的接合端110、112处的截面或以其他方式与第一叶片段102和第二叶片段104在它们的接合端110、112处的截面匹配。因此，在叶片段102、104通过在切削线108处切削或以其他方式分割预先存在的转子叶片16而形成的实施例中，第一界面132处的嵌件壳体126的截面可以与第二界面134处的壳体126的截面相同或基本相同。例如，在若干实施例中，第一界面132处的叶片嵌件106的翼弦144可以与第二界面134处的翼弦144相同或基本相同。类似地，第一界面132处的叶片嵌件106的气动廓线/形状可以与第二界面134处的叶片嵌件106的气动廓线/形状相同或基本相同。这样，当叶片嵌件106连接在第一叶片段102与第二叶片段104之间时，可以穿过第一界面132和第二界面134形成平滑的、大体连续的气动表面。
此外，在若干实施例中，叶片嵌件106可以经配置以在第一界面132与第二界面134之间形成恒定或变化截面。例如，如在图示实施例中示出，叶片嵌件106可以经配置使得壳体126在第一界面132与第二界面134之间形成恒定或基本恒定的截面（例如，通过在第一界面132与第二界面134之间形成基本恒定的翼弦144和气动廓线/形状）。然而，在其他实施例中，叶片嵌件106的翼弦144和/或气动廓线/形状可以在第一界面132与第二界面134之间变化。例如，叶片嵌件106可能需要在第一界面132与第二界面134之间形成与第一叶片段102和/或第二叶片段104的气动廓线/形状不同的气动廓线/形状。
此外，叶片嵌件106也可以形成壳体厚度149。例如，如图5、图8和图9示出，壳体厚度149可以形成于叶片嵌件106的壳体126的内表面与外表面之间。类似地，第一叶片段102和第二叶片段104也可以形成壳体厚度151。例如，如图7到图9示出，第一叶片段102可以在其内表面与外表面之间形成壳体厚度151。在若干实施例中，叶片嵌件106的壳体厚度149可以与第一和/或第二叶片段在它们的接合端110、112处的壳体厚度151相同或基本相同。因此，在叶片嵌件106包括预制部件的实施例中，切削线108的位置可以经选择以对应于沿着叶片16的翼展34的位置，在所述位置处，第一和/或第二叶片段的壳体厚度151等于或基本等于叶片嵌件106的壳体厚度149。然而，应了解，在替代实施例中，叶片嵌件106的壳体厚度149可以与第一叶片段102和/或第二叶片段104在其（它们的）接合端110、112处的壳体厚度151不同。例如，在一项实施例中，叶片嵌件106的壳体厚度149可能需要大于第一叶片段102和第二叶片段104在它们的接合端110、112处的壳体厚度151。或者，叶片嵌件106的壳体厚度149可能小于第一叶片段102和第二叶片段104在它们的接合端110、112处的壳体厚度151。
叶片嵌件106的壳体126也可以沿着在其第一端128与第二端130之间延伸的纵向轴152形成翼展方向长度150。一般而言，壳体126的翼展方向长度150可以经选择以提高转子叶片组件100的效率（即，由于翼展总体增长），同时考虑相关的性能因素和/或运行条件，例如可能由于翼展增长而引起偏转、推力和/或扭转力的潜在增加。因此，在若干实施例中，叶片嵌件106的翼展方向长度150的范围可能在约1米（m）到约20米之间，例如在约3m到约12m之间或在约5m到约8m之间，以及该范围之间的所有其他子域。然而，可预知的是叶片嵌件106可以经配置使得其长度150小于1m或大于20米。
此外，在若干实施例中，叶片嵌件106中的至少一部分可以围绕其纵向轴152（图4和图6示出）扭转。例如，如图5示出，在一项实施例中，叶片嵌件106的壳体126可以围绕其纵向轴152扭转（例如，在箭头154的方向上），使得第一界面132处的翼弦144的定向与第二界面134处的翼弦144的定向相差扭转角156。此种扭转可以使转子叶片组件100的冲角最优化，从而提高转子叶片组件的总体性能。
此外，在若干实施例中，叶片嵌件106中的至少一部分可以相对于其纵向轴152弯曲。例如，如图6示出，叶片嵌件106的壳体126可以相对于其纵向轴152弯曲，使得叶片嵌件106在第一界面132与第二界面134之间界定预弯曲158的量。此种预弯曲158可以用于将转子叶片组件100转成某个角度远离风力机10的塔筒12（图1示出），从而增加塔筒间隙并且减少塔筒撞击的可能性。
此外，或者作为替代方案，为了预弯曲，叶片嵌件106也可以在沿翼弦方向上（即，在叶片嵌件102的前缘140与后缘142之间延伸的方向）弯曲或偏斜。例如，如图15示出，叶片嵌件106可以偏斜使得扫描角190形成于叶片嵌件106的纵向轴152与第一叶片段102的纵向轴之间。叶片嵌件106的此种偏斜可以用于减少转子叶片组件100的变桨系统上的俯仰负载或扭转负载或者有助于减少风力机上的总负载。
此外，除了形成气动廓线/形状以外，叶片嵌件106还可以经配置以包括各种其他气动特征（未示出）。例如，在若干实施例中，叶片嵌件106可以包括一个或多个扰流器、涡流发生器和/或其他气动表面特征。在另一项实施例中，叶片嵌件106可以包括安装到壳体126的一个或多个辅助翼面。
应了解，叶片嵌件106通常可以由任何合适材料制成，例如通过用形成第一叶片段102和第二叶片段104所用的相同材料制成。然而，在若干实施例中，可能需要用比形成第一叶片段102和第二叶片段104所用的材料具有更大刚度（例如，更大抗挠刚度）的材料来制成叶片嵌件106中的至少一部分。例如，在一项实施例中，叶片嵌件106的主梁帽146中的一者或多者可以用比形成第一叶片段102和第二叶片段104所用的材料具有更大刚度的材料来制成，例如通过用纤维增强型复合材料（例如，碳或玻璃纤维增强型复合材料）来制成主梁帽146，所述复合材料的刚度大于形成叶片段102、104所用的纤维增强型复合材料。因此，叶片嵌件106的刚度可以配置成大于第一叶片段102在其接合端110处的刚度和/或第二叶片段104在其接合端112处的刚度。此种增加的刚度通常可以增加转子叶片组件100的刚度并且还可以减少组件100的尖偏转。
此外，在若干实施例中，叶片嵌件106的材料和/或配置可以经设计使得嵌件106沿着其长度150具有恒定或基本恒定的刚度或抗挠刚度（EI）。此外，在一项实施例中，叶片嵌件106可以经设计使得其抗挠刚度基本等于第一叶片段102在其接合端110处和/或第二叶片段104在其接合端112处的抗挠刚度。
此外，应了解，叶片嵌件106通常可以经配置以通过使用所属领域中已知的任何合适的附接方式和/或方法而连接到第一叶片段102和第二叶片段104。例如，图7和图8所示为可以用于将叶片嵌件106附接到第一叶片段102和第二叶片段104的接合端110、112的附接方式/方法的一项实施例。确切地说，图7所示为第一叶片段102的接合端110和叶片嵌件106的第一端128的局部透视图。此外，图8所示为图7示出的叶片段102和叶片嵌件106等此类部件组装在一起之后的截面图。应了解，尽管图7和图8将在下文中参考在第一叶片段102与叶片嵌件106之间形成的第一界面132处形成接合进行描述，但是相同或类似的特征、部件和/或配置也可以用于在第二叶片段104与叶片嵌件106之间形成的第二界面134处形成接合。
如图示出，在若干实施例中，叶片嵌件106可以通过在第一界面132处形成斜接而连接到第一叶片段102。具体而言，一个或多个锥形或斜接部分160、162、164、166可以沿着第一叶片段102在其接合端110处的外圆周以及沿着叶片嵌件106在其第一端128处的外圆周形成。例如，尤其是如图7示出，斜接部分160、162可以沿着第一叶片段102的压力侧26和/或吸入侧28在第一接合端110处形成，例如通过在第一接合端110的压力侧26和/或吸入侧28上的主梁帽位置处形成斜接部分160（例如，通过形成斜接部分160从而纵向地与叶片段102的每个主梁帽40对准）和/或通过在第一接合端110的压力侧26和/或吸入侧28上的后缘位置处形成斜接部分162（例如，通过在基本邻近叶片段102的后缘32的位置处形成斜接部分162）。在此项实施例中，对应的斜接部分164、166也可以形成于叶片嵌件106的第一端128处，例如通过在第一端128的压力侧136和/或吸入侧138上的主梁帽位置处形成斜接部分164，所述斜接部分对应于叶片段102中形成的斜接部分160；和/或通过在第一端128的压力侧136和/或吸入侧138上的后缘位置处形成斜接部分166，所述斜接部分对应于叶片段102中形成的斜接部分162。这样，当叶片段102和叶片嵌件106组装在一起时，在叶片段102的接合端110处形成的斜接部分160、162可以与在叶片嵌件106的端128处形成的斜接部分164、166对准。
应了解，尽管图示实施例示出叶片段102和叶片嵌件106在主梁帽和后缘位置处各自包括一对斜接部分160、162、164、166，但是叶片段110和叶片嵌件106通常可以包括在沿着此类部件的端110、128的外圆周的任何合适位置处形成的任何数量的斜接部分。例如，在一项实施例中，叶片段102和叶片嵌件106可以围绕它们的端110、128的整个外圆周而进行斜接。
还应了解，斜接部分160、162、164、166通常可以使用所属领域中已知的任何合适的制造工艺来形成。例如，在若干实施例中，研磨、切削或其他机械加工工艺可以用于沿着叶片段102和叶片嵌件106的外圆周移除材料，使得每个斜接部分160、162、164、166从转换点168到叶片段102或叶片嵌件106的端110、128逐渐变小。
尤其是如图8示出，当叶片段102和叶片嵌件106定位在一起使得对应的斜接部分160、162、164、166彼此对准时，锥形联轴器170可以穿过每对对准的斜接部分160、162、164、166进行固定，从而将叶片嵌件106连接到叶片段102。具体而言，如图示出，每个锥形联轴器170都可以经配置以延伸穿过在叶片段102与叶片嵌件106之间形成的界面132，从而填充由对准的斜接部分106、162、164形成的区域。
在若干实施例中，每个锥形联轴器170都可以包括预制部件，所述预制部件经配置以单独地固定在每对对准的斜接部分160、162、164、166内，例如通过使用合适的粘合剂和/或机械紧固件（例如，螺栓、螺旋、销、铆钉、托架和/或类似物）而将每个锥形联轴器170固定在每对对准的斜接部分160、162、164、166内。或者，每个锥形联轴器170可以形成于或以其他方式建立于每对对准的斜接部分160、162、164、166内。例如，在一项实施例中，每个锥形联轴器170都可以使用湿铺法形成，其中多个层（包括增强材料，例如玻璃或碳纤维）穿过对准的斜接部分160、162、164、166和/或在对准的斜接部分160、162、164、166内进行定位并且树脂或其他合适的基质大量存在于各层的表面或以其他方式涂覆到各层的表面，并可以进行固化。
此外，在若干实施例中，转子叶片组件100也可以包括各种其他结构部件，以提高叶片段102、104与叶片嵌件106之间形成的接合的强度。例如，如图7示出，在一项实施例中，前缘嵌件172可以在叶片段102、104和叶片嵌件106的前缘30、140处穿过第一界面132和/或第二界面134进行安装。具体而言，如图示出，前缘嵌件172可以形成弯曲廓线，所述弯曲廓线大体对应于叶片段102、104和叶片嵌件106的前缘30、140的弯曲廓线。这样，前缘嵌件172可以通过使用合适的粘合剂和/或机械紧固件将嵌件172连接到叶片段102、104和叶片嵌件106的内表面，从而穿过第一界面132和/或第二界面134进行固定。
此外，在若干实施例中，转子叶片组件100也可以包括一个或多个抗剪腹板联轴器174，其经配置以固定到叶片段102、104和叶片嵌件106的抗剪腹板38、148。例如，如图7和图8示出，第一和第二抗剪腹板联轴器174可以固定到抗剪腹板38、148中的每一侧（例如，通过使用合适的粘合剂和/或机械紧固件），从而延伸穿过第一界面132和/或第二界面134。
作为以上所述形成斜接的替代方案，应了解，任何其他合适的接合配置都可以用于将叶片嵌件106连接到第一叶片段102和第二叶片段104。例如，图9所示为可以在界面132、134处形成的加强板接头的一项实施例的截面图，所述界面在叶片嵌件106与第一叶片段102和第二叶片段104之间形成。类似于以上所述的实施例，应了解，尽管图9将在下文中参考在第一叶片段102与叶片嵌件106之间形成的第一界面132处形成接合进行描述，但是相同或类似的特征、部件和/或配置也可以用于在第二叶片段104与叶片嵌件106之间形成的第二界面134处形成接合。
如图9示出，在若干实施例中，一个或多个外加强板176可以固定到叶片段102的外表面178和叶片嵌件106的外表面180，从而延伸穿过第一界面132，例如通过将一个或多个外加强板176穿过界面132而固定在叶片段102和叶片嵌件106的吸入侧28、138上和/或通过将一个或多个外加强板176穿过界面132而固定在叶片段102和叶片嵌件106的压力侧26、138上。在此类实施例中，应了解，外加强板176通常可以围绕界面132的外圆周定位在任何合适位置处。然而，在特定实施例中，外加强板176可以在叶片段102和叶片嵌件106的主梁帽位置处穿过界面132进行固定，使得外加强板176纵向地与主梁帽40、146对准。
此外，如图9示出，一个或多个内加强板182可以固定到叶片段102的内表面184和叶片嵌件106的内表面186，从而延伸穿过第一界面132，例如通过将一个或多个内加强板182穿过界面132而固定在叶片段102和叶片嵌件106的吸入侧28、138上和/或通过将一个或多个内加强板182穿过界面132而固定在叶片段102和叶片嵌件105的压力侧26、136上。类似于外加强板176，内加强板182通常可以围绕界面132的内圆周定位在任何合适位置处。例如，在特定实施例中，一对内加强板182（示出了其中之一）可以穿过界面132进行固定，从而在叶片段102和叶片嵌件106的压力侧26、136和吸入侧28、138上邻近抗剪腹板38、148各侧纵向地延伸。
应了解，加强板176、182通常可以具有使此类部件具有本专利申请文件所述功能的任何合适配置。例如，在一项实施例中，加强板176、182可以具有锥形配置。在此项实施例中，如图9示出，每个加强板176、182通常可以形成三角形的截面形状，其中加强板176、182的截面厚度随着靠近界面132不断增加。然而，在其他实施例中，加强板176、182可以具有任何其他合适的配置，例如通过形成具有大体恒定截面厚度的矩形截面形状。
还应了解，在若干实施例中，加强板176、182可以包括预制部件，所述预制部件经配置以单独地固定（例如，使用合适的粘合剂和/或机械紧固件）到叶片段102、104和叶片嵌件106的内表面184、186和/或外表面178、180。或者，加强板176、182可以直接形成于内表面和/或外表面上（例如，使用合适的粘合剂和/或机械紧固件）。例如，在特定实施例中，每个加强板176、182都可以使用湿铺法形成，其中多个层（包括增强材料，例如玻璃或碳纤维）穿过内表面184、186和/或外表面178、180进行定位并且树脂或其他合适的基质大量存在于各层的表面或以其他方式涂覆到各层的表面，并可以进行固化。
此外，应了解，图示的加强板接合也可以与以上参阅图7和图8所述的一个或多个部件和/或特征一起使用。例如，在一项实施例中，加强板接合可以穿过叶片段102、104和叶片嵌件106上的主梁帽位置而形成，并且斜接可以穿过叶片段102、104和叶片嵌件106上的后缘位置而形成。此外，在另一实施例中，前缘嵌件172和/或抗剪腹板联轴器174可以与上述加强板接头一起使用。
此外，所属领域的普通技术人员应易于了解，叶片段102、104和叶片嵌件106可以使用所属领域中已知的任何其他合适的接合技术和/或附接方式/方法连接在一起，并且因此本发明无需限于以上参阅图7到图9所述的具体实例。例如，在另一项实施例中，叶片嵌件106的端128、130可以是锥形或凹形，使得此类端128、130可以在每个界面132、134处容纳在叶片段102、104内，反之亦然。在另一项实施例中，合适的凸/凹匹配特征可以用于将叶片嵌件106连接到叶片段102、104中的每一者。
还应了解，本发明还涉及一种用于延伸转子叶片16的长度的方法。在若干实施例中，所述方法可以包括：在指定位置处（例如，在切削线108处）将转子叶片16分割成第一叶片段102和第二叶片段104；将叶片嵌件106的第一端128连接到第一叶片段102的接合端110，使得第一界面132形成于叶片嵌件106与第一叶片段102之间；以及将叶片嵌件106的第二端130连接到第二叶片段104的接合端112，使得第二界面134形成于叶片嵌件106与第二叶片段104之间。此外，本发明还披露了一种用于改进风力机10的转子叶片16的方法。在若干实施例中，所述方法可以包括：在指定位置处（例如，在切削线108处）切削转子叶片16以形成叶根段102和叶尖段106；以及将叶片嵌件106定位在叶根段102与叶尖段104之间。在其他实施例中，用于改进转子叶片16的方法可以包括：移除转子叶片16的一部分188，所述部分在转子叶片16的叶根20与叶尖22之间；以及将叶片嵌件106定位在转子叶片16中移除部分188的位置处。
如上所示，在若干实施例中，预先存在的转子叶片16可以通过将转子叶片16切削成两个单独的叶片部分（例如，在切削线108处）而分割成第一叶片段102和第二叶片段104。在此类实施例中，转子叶片16通常可以使用所属领域中已知的任何合适的切削方式和/或工艺而切削成两个单独的叶片部分。例如，在一项实施例中，转子叶片16可以使用任何合适的手提式切削设备（例如，通过使用任何合适的手工切削装置，例如锯、刀等，和/或自动切削装置，例如电动锯或气动锯、研磨机等）和/或使用任何合适的切削机器（例如，EDM机器、喷水切削机器等）来进行切削。
此外，在若干实施例中，预先存在的转子叶片16的一部分可以在安装叶片嵌件106之前移除。例如，除了切削转子叶片16以形成第一叶片段102和第二叶片段104之外，还可以在将叶片嵌件106连接到叶片段102、104之前对一个或多个叶片段102、104执行进一步处理。具体而言，在一项实施例中，第一叶片段102和/或第二叶片段104的接合端110、112中的至少一部分可以在转子叶片15最初进行分割之后移除。例如，如图10示出，在一项实施例中，转子叶片16最初可以沿着切削线108进行切削，从而将叶片16分割成第一叶片段102和第二叶片段104。此后，第二叶片段104的一部分188（或在替代实施例中，第一叶片段102的一部分）可以在其接合端112处移除（例如，通过沿着线192切削第二叶片段104），使得第二叶片段104形成具有翼弦116的新接合端192，所述翼弦与在第一叶片段102的接合端110处形成的翼弦114不同。在此项实施例中，应了解，与上述各实施例对比，叶片嵌件106可以沿着其长度150形成变化的翼弦144。例如，如图11示出，叶片嵌件106可以在第一界面132处形成翼弦144，所述翼弦大于在第二界面134处形成的翼弦144。此外，叶片嵌件106的其他参数也可以沿着其长度150变化，例如壳体厚度149、气动形状/廓线和/或任何其他合适参数。
应了解，所披露的方法也可以包括各种其他方法元素，例如在转子叶片16的原始翼展34的约40%到约95%之间的指定位置处分割转子叶片16；在转子叶片16的最大翼弦位置122外侧的指定位置处分割转子叶片16；在指定位置处分割转子叶片16使得转子叶片16的重心124定位在第一叶片段102内；在第一叶片段102或第二叶片段104中的至少一者中形成斜接部分160、162；在叶片嵌件102中形成对应的斜接部分164、166；将第一叶片段102或第二叶片段104中至少一者的斜接部分160、162与叶片嵌件102的斜接部分164、166对准；将锥形联轴器170穿过对准的斜接部分160、162、164、166进行定位；将加强板176、182穿过第一界面132或第二界面134中的至少一者进行定位；将前缘嵌件172穿过第一界面132或第二界面134中的至少一者进行定位；和/或将叶片嵌件106的抗剪腹板148连接到第一叶片段102或第二叶片段106中至少一者的抗剪腹板38。
还应了解，除了连接在第一叶片段与第二叶片段之间的叶片嵌件106以外，所披露的转子叶片组件100还可以修改成包括叶尖延伸物（例如，直的叶尖延伸物或翼状物）或叶根延伸物。
此外，应了解，作为对叶片嵌件106进行配置使得所述叶片嵌件沿着其长度150形成恒定截面（如图4示出）或沿着其长度150形成连续变化的截面（如图11示出）的替代方案，叶片嵌件106也可以经配置以具有沿着其长度150的恒定和变化截面。例如，在若干实施例中，叶片嵌件106可以经配置以在第一界面132与第二界面134之间从恒定截面转换为变化截面。具体而言，如图12示出，在一项实施例中，叶片嵌件106可以沿着其长度150从恒定部分280转换为变化部分282，在所述恒定部分中叶片嵌件106形成恒定翼弦144和/或恒定气动形状/廓线，在所述变化部分中叶片嵌件106形成变化翼弦144和/或变化气动形状/廓线。如图示实施例中示出，恒定部分280从第一界面132延伸出去，而变化部分282从第二界面134延伸出去。然而，在替代实施例中，叶片嵌件106可以经配置使得变化部分282从第一界面132延伸出去，而恒定部分280从第二界面134延伸出去。
此外，在其他实施例中，叶片嵌件106可以经配置以沿着其长度150在一个以上位置处从恒定截面转换为变化截面。例如，如图13示出，在一项实施例中，叶片嵌件106可以从恒定部分280转换为变化部分282，然后回到恒定部分280，所述恒定部分从第一界面132延伸出去。或者，如图14示出，叶片嵌件106可以从变化部分282转换为恒定部分280，然后回到变化部分280，所述变化部分从第一界面132延伸出去。应了解，在其他实施例中，叶片嵌件106可以经配置以沿着其长度150在三个或三个以上位置处从恒定截面转换为变化截面。
本说明书使用了各个实例来披露本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，以及实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可以包括所属领域的技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如果此类实例所包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也应属于权利要求书的范围。
Claims (15)
1.一种用于改进存在的转子叶片的方法，用以延伸存在的转子叶片的长度，所述存在的转子叶片限定在叶根与叶尖之间延伸的原始翼展，所述方法包括：
沿着所述存在的转子叶片的原始翼展，在指定翼展位置处将所述存在的转子叶片分割成第一叶片段和第二叶片段，所述第一叶片段延伸所述叶根与第一接合端之间的长度，第二叶片段片延伸第二接合端与所述叶尖之间的长度；
在第一叶片段或第二叶片段中至少一个中形成第一斜接部分；
将叶片嵌件的第一端连接到所述第一叶片段的所述第一接合端，使得所述叶片嵌件与所述第一叶片段之间界定第一界面；以及将所述叶片嵌件的第二端连接到所述第二叶片段的所述第二接合端，使得所述叶片嵌件与所述第二叶片段之间界定第二界面，其中所述连接包括：
将第一叶片段或第二叶片段中至少一个中的第一斜接部分与形成在所述叶片嵌件中的相应的第一斜接部分对准；
穿过所述对准的第一斜接部分定位锥形联轴器；以及
将叶片嵌件的抗剪腹板连接到第一叶片段或第二叶片段中至少一个的抗剪腹板；
其中，所述叶片嵌件限定翼弦，在所述第一界面处的所述翼弦基本等于在所述第二界面处的所述翼弦，以及其中叶片嵌件的刚度大于第一叶片段和第二叶片段的刚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在指定翼展位置处将所述存在的转子叶片进行分割包括：在位于所述存在的转子叶片的原始翼展40％到95％之间的指定翼展位置处分割所述存在的转子叶片。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在指定翼展位置处将所述存在的转子叶片进行分割包括：在所述存在的转子叶片的最大翼弦位置外侧的指定翼展位置处分割所述存在的转子叶片。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在指定翼展位置处将所述存在的转子叶片进行分割包括：在指定翼展位置处分割所述存在的转子叶片，使得所述存在的转子叶片的重心定位在所述第一叶片段内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述叶片嵌件具有翼弦，所述翼弦沿着整个翼展长度的尺寸基本恒定。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述叶片嵌件在其第一端的气动廓线基本等于在其第二端处的气动廓线。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在所述第一叶片段或所述第二叶片段中的至少一者中形成第二斜接部分；以及
在所述叶片嵌件中形成对应的第二斜接部分。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括将所述第一叶片段或所述第二叶片段中的所述至少一者的所述第二斜接部分与所述叶片嵌件的所述第二斜接部分对准，其中所述对准的第二斜接部分沿着叶片嵌件的翼弦方向与所述对准的第一斜接部分间隔开。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述锥形联轴器包括预制部件，或者所述锥形联轴器使用湿铺法穿过所述对准的斜接部分而形成。
10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述叶片嵌件的抗剪腹板连接到所述第一叶片段或所述第二叶片段中的所述至少一者的抗剪腹板包括将抗剪腹板联轴器连接到所述叶片嵌件的抗剪腹板和所述第一叶片段或所述第二叶片段中的所述至少一者的抗剪腹板。
11.一种用于改进风力机的存在的转子叶片的方法，用以延伸存在的转子叶片的长度，所述存在的转子叶片限定在叶根与叶尖之间延伸的原始翼展，所述方法包括：
沿着所述存在的转子叶片的原始翼展，在指定翼展位置处分割所述存在的转子叶片以形成第一叶片段和第二叶片段，第一叶片段延伸所述叶根与第一接合端之间的长度，第二叶片段片延伸第二接合端与所述叶尖之间的长度；
在所述第一叶片段或第二叶片段中至少一个中形成斜接部分；
将叶片嵌件的第一端连接到所述第一叶片段的所述第一接合端，使得所述叶片嵌件与所述第一叶片段之间界定第一界面；以及将叶片嵌件的第二端连接到所述第二叶片段的所述第二接合端，使得所述叶片嵌件与所述第二叶片段之间界定第二界面，其中所述连接包括：
将第一叶片段或第二叶片段中至少一个中的斜接部分与形成在所述叶片嵌件中的相应斜接部分对准；
穿过所述对准的斜接部分定位锥形联轴器；
将叶片嵌件的抗剪腹板连接到第一叶片段或第二叶片段中至少一个的抗剪腹板；
其中，所述叶片嵌件在其第一端和第二端之间限定纵向轴，所述叶片嵌件相对于其纵向轴在沿翼弦方向上弯曲，使得叶片嵌件在其第一端和第二端之间界定预弯曲的量，并且其中叶片嵌件的刚度大于第一叶片段和第二叶片段的刚度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在指定翼展位置处切削所述存在的转子叶片进行分割包括：在位于所述存在的转子叶片的原始翼展40％到95％之间的指定翼展位置处分割所述存在的转子叶片。
13.根据权利要求11所述的方法，其中在指定翼展位置处分割所述转子叶片包括：在所述转子叶片的最大翼弦位置外侧的指定翼展位置处分割所述存在的转子叶片。
14.根据权利要求11所述的方法，其中在指定翼展位置处分割所述存在的转子叶片包括：在指定翼展位置处切削所述存在的转子叶片，使得所述存在的转子叶片的重心定位在第一叶片段内。
15.根据权利要求11所述的方法，进一步包括穿过所述第一界面或所述第二界面中至少一者定位前缘嵌件。
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