CN103857902A - 风力发电机叶片末端区段以及组装的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组装风力发电机叶片末端区段的方法。该方法包括以下步骤：移除风力发电机叶片的外侧末端端部；从风力发电机叶片的剩余外侧端移除前缘面板的至少一部分和后缘面板的至少一部分，从而形成本体和突出部，该突出部在基本上纵向的方向上从本体的外侧端延伸，该突出部具有翼梁盖部分和抗剪腹板部分；从突出部的外表面移除涂层；将至少一个加强部附接于突出部的抗剪腹板部分；将末端区段结合于突出部；以及通过空气动力学轮廓覆盖风力发电机叶片的本体与末端区段之间的接合部。

Description

风力发电机叶片末端区段以及组装的方法

技术领域

本发明涉及风力发电机叶片，并且更具体地，涉及用于组装风力发电机叶片末端（tip，尖端）区段的方法以及叶片末端区段组件。

背景技术

风力经常通过包括竖直结构（例如，塔）的大型发电机产生，所述竖直结构的顶部上放置有至少一个水平或竖直轴线风力涡轮机，所述风力涡轮机包含一个、两个、三个或多个转子叶片。风能发电机（或简称为“风力发电机”）被设计为利用存在于一特定位置处的风能，并且因此在高度、控制系统、叶片数量、叶片定向、形状和材料方面发生变化。

在商用风力发电场很常见的是可使用长度为20到40米的叶片，用于具有大约0.5MW到大约1.5MW的额定功率的风力发电机。但是，目前正在实现甚至更大的风力发电机叶片，其可具有大于80米的长度。然而，中型尺寸的叶片和更大的叶片仍然具有很多的设计、制造和维护问题。

例如，关于维护问题，处于正常操作的风力发电机叶片暴露于可能对叶片造成损坏的多种危险情况，诸如各种动态和静态应变、由鸟造成的意外、以及通常在叶片的末端处发生的闪电放电。因此，叶片末端区域可能是叶片的最容易受到损坏的部分。因此，常常必须修复被损坏的叶片部分或对其进行更换。此外，在一些情况下，可能希望改变叶片的末端的空气动力学轮廓（profile，分布），以便获得对风力条件的更好的利用。

发明内容

技术问题

为了更换或延长风力发电机叶片的末端，一些系统可能建议采用模块化叶片，其中，叶片被预先整体地设计成适于接收末端更换部或区段。但是，该更换解决方案是仅适用于最初被设计成模块化的叶片。其他最新技术建议使用具有诸如支撑杆、支架或固定销（dowel pin，定位销）的机械紧固件的复杂系统。这些系统可能是复杂且昂贵的，在制造、安装和维护方面造成不便。

技术方案

根据示例性实施例的一个方面，提供了一种组装风力发电机叶片组件的方法。该方法包括以下步骤：从风力发电机叶片的外侧端移除末端端部；从风力发电机叶片的剩余外侧端移除前缘面板的至少一部分和后缘面板的至少一部分，从而形成本体和叶片突出部，叶片突出部在基本上纵向的方向上从本体延伸，并且叶片突出部包括翼梁盖（翼梁帽，spar cap）部分和抗剪腹板（shear web）部分；以及将末端区段附接至叶片突出部。

末端区段可包括末端部分和末端突出部，末端突出部包括：两个末端翼梁，在基本上长度的方向上从末端部分延伸；以及抗剪腹板，在基本上长度的方向上在两个末端翼梁之间延伸。将末端区段附接至叶片突出部的步骤可包括：将叶片突出部的翼梁盖部分插入于末端突出部的两个末端翼梁之间；将末端突出部的抗剪腹板机械地附连于叶片突出部的抗剪腹板部分；以及在风力发电机叶片与末端突出部之间的接合部上附连一外蒙皮（skin），从而提供空气动力学外轮廓。

将末端区段附接至叶片突出部的步骤进一步包括：将后缘加强部的第一端附接于风力发电机叶片的本体的后缘；以及将后缘加强部的第二端附接于末端区段的末端部分的后缘。

在将末端区段附接于叶片突出部之前，可从突出部的外表面移除涂层；并且可将至少一个加强部附接于突出部的抗剪腹板部分。

当从基本上垂直于风力发电机叶片的长度的方向观看时，末端区段可具有弯曲轮廓。

末端区段的横截面轮廓可与风力发电机叶片的本体的外侧端的横截面轮廓不同，从而在组装后的风力发电机叶片末端区段的轮廓中在风力发电机叶片与末端区段之间的接合部处存在阶梯部。

将末端区段结合于突出部的步骤可包括：将风力发电机叶片的防雷电缆（lightning cable，避雷线）的端部附接于末端区段中的防雷电缆。

风力发电机叶片的长度在移除末端端部之前可为至少35米，并且末端区段的长度在移除末端端部之前可为风力发电机叶片的长度的至少9%。末端区段可包括至少一个突出的抗剪腹板，并且将末端区段结合于突出部的步骤可包括将末端区段的突出的抗剪腹板附接于叶片突出部的抗剪腹板部分。

将末端区段的突出的抗剪腹板附接于突出部的抗剪腹板部分的步骤可包括将至少一个机械紧固件附接于末端突出部的抗剪腹板和叶片突出部的抗剪腹板部分。

根据另一示例性实施例的一个方面，提供了一种风力发电机叶片组件。该组件包括：风力发电机叶片，包括本体和叶片突出部，叶片突出部在基本上纵向的方向上从本体延伸，并且叶片突出部具有翼梁盖部分和抗剪腹板部分；末端区段，接合于风力发电机叶片，末端区段具有末端部分和末端突出部，末端突出部包括两个末端翼梁以及抗剪腹板，所述两个末端翼梁在基本上长度的方向上从末端部分延伸，所述抗剪腹板在基本上长度的方向上在两个末端翼梁之间延伸；以及外蒙皮，设置在风力发电机叶片与末端区段之间的接合部上，从而提供空气动力学外轮廓。叶片突出部的翼梁盖部分可被设置在末端突出部的两个末端翼梁之间，并且末端突出部的抗剪腹板可机械地固定于叶片突出部的抗剪腹板部分。

后缘加强部可包括附接于风力发电机叶片的本体的后缘的第一端以及附接于末端区段的末端部分的后缘的第二端。

至少一个加强部可附接于叶片突出部的抗剪腹板部分。

当从基本上垂直于风力发电机叶片组件的长度的方向观看时，末端区段可具有弯曲轮廓。

末端区段的横截面轮廓可与风力发电机叶片的本体的外侧端的横截面轮廓不同，从而在叶片组件的轮廓中在接合部处存在阶梯部。

附图说明

通过参照附图详细描述示例性实施例，上述的和其它示例性方面和/或优点将变得更加明显，附图不一定按比例绘制。在附图中，在各个附图中示出的一些相同或基本相同的部件可通过相应的标号来表示。为清楚起见，并非每个部件可被标示在每个附图中。

图1A、1B和1C分别示出了根据示例性实施例的末端区段的透视图、侧视图和俯视图；

图2示出了根据示例性实施例的末端区段的侧视图；

图3示出了根据示例性实施例的风力发电机叶片；

图4示出了图3的风力发电机叶片，其中末端端部被移除；

图5和6示出了根据示例性实施例的具有突出部的风力发电机叶片；

图7示出了根据示例性实施例的具有突出部和加强部的风力发电机叶片；

图8A和8B示出了根据示例性实施例的将风力发电机叶片与末端区段的附接；

图9和10示出了根据示例性实施例的使用孔和紧固件将风力发电机叶片与末端区段的附接；

图11示出了根据示例性实施例的应用于风力发电机叶片与末端区段之间的接合部的外蒙皮；

图12A、12B和12C示出了根据示例性实施例的后缘加强部的应用；

图13A和13B示出了根据示例性实施例的整流罩（fairings）的应用，所述整流罩应用于风力发电机叶片与末端区段之间的接合部；

图14示出了根据示例性实施例的附接于风力发电机叶片与末端区段之间的防雷突出部；以及

图15、16A和16B示出了根据示例性实施例的附接于风力发电机叶片的末端区段。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述示例性实施例。附图中的相同参考标号表示相同的元件。

尽管在本文中描述了示例性实施例，但是不应将示例性实施例解释为局限于本文所阐述的具体说明；相反，提供这些实施例是为了使得本公开将是充分且完整的。在附图中，为清楚起见，部件的尺寸可能被放大或缩小。本文所用的措辞和术语是出于描述的目的，而不应被视为限制性的。在本说明书中，“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”以及它们的变型的使用是指包括其后列出的项目及其等同物以及其他项目。如本文所列举的尺寸仅仅是示例性的，并且如本领域技术人员所理解的，可与示例性实施例一起使用其它尺寸。

根据示例性实施例的预制末端区段（100）示于图1A、1B和1C中。末端区段（100）包括末端部分（105）和末端突出部（106）。末端突出部（106）包括突出的末端翼梁（加强杆，spars）（102），所述末端翼梁在基本上纵向的方向上延伸远离末端区段（100）的末端端部（101）。末端突出部（106）还可以包括腹板。末端区段（100）可以具有如图1A、1B和1C所示的弯曲形状，或者可以具有其它适当的空气动力学轮廓，诸如基本上平直的形状，诸如图2中所示。

一初始风力发电机叶片示出于图3中，末端区段（100）可应用于该初始风力发电机叶片。风力发电机叶片（200’）包括本体部分（201）和末端端部（202）。

图3-16示出了根据示例性实施例的组装风力发电机叶片末端区段（100）的方法。

为了将末端区段（100）组装到风力发电机叶片，提供初始风力发电机叶片（200’）。风力发电机叶片（200’）可设置在竖直位置中，其中要从悬挂平台进行工作。

图3示出了初始风力发电机叶片（200’）。切割初始风力发电机叶片（200’），以移除在如由图3中的箭头B所指示的沿外侧的方向上（例如，朝向右侧的方向上）位于风力发电机叶片的端部处的末端端部（202）。切割可以包括使用工具来限定用于切割的位置。可将工具固定于风力发电机叶片以及固定于末端端部（202），以用于标记切割位置、用于切割、或者便于标记和切割。因此，可以在标记与切割之间或者在切割之后移除被附接的工具。例如，在长度为约37米的示例性风力发电机叶片中，可在距风力发电机叶片（200’）的内侧端（例如，如图3中所示的左端）约34至36米的距离处将工具固定于风力发电机叶片（200’）。内侧方向由图3中的箭头A表示。可以在距叶片（200’）的内侧端约36米的距离处切割风力发电机叶片（200’）。在切割之后，末端端部（202）被移除。在长度为约37米的示例性风力发电机叶片中，被移除的末端端部（202）的长度可以是大约1-2米、重量约50kg，这取决于材料的类型、特定风力发电机叶片设计的其它特点。

在将末端端部（202）移除之后，从修整后的初始风力发电机叶片（200）的端部移除壳体面板部分，以便在风力发电机叶片（200）的外侧端处留下突出部（210），如在图5中所示。在具有长度为约37米的示例性风力发电机叶片中，在距风力发电机叶片（200）的内侧端约34米的距离处沿翼弦方向（chordwise）切割叶片壳体，并且在距风力发电机叶片（200）的内侧端约36米的距离处沿翼展方向（spanwise）切割该叶片壳体。然后，该切割留下初始叶片盖以及位于初始叶片盖的每一侧上的约20毫米的壳体。可以使用工具来用于该切割，并且如果使用工具的话，则在切割之后移除工具。在切割之后，风力发电机叶片（200）包括突出部（210）。

然后准备风力发电机叶片（200）和突出部（210）的表面以用于胶接，如图6中所示。所述准备可包括移除突出部（210）的外表面。还可移除风力发电机叶片（200）的邻近于突出部（210）的外侧端的外表面。在具有长度为约37米的示例性叶片中，所述移除可以从距风力发电机叶片（200）的内侧端约33.9米的距离执行。所述移除可通过研磨外表面来执行。还可以移除腹板（211）的侧部处的过量的粘合剂。这将提供用于加强部的空间，如下所述。

如果风力发电机叶片（200）包括防雷电缆，则沿突出部（210）从抗剪腹板的一侧移除防雷电缆，并且将连接器附接于防雷电缆的外侧端。此时，可验证总阻抗（joint impedance，接合阻抗）。

在移除了外蒙皮体面板且完成了任何表面准备工作之后，抗剪腹板加强部（213）可附接和粘接于抗剪腹板（211），如图7中所示。加强部（213）的位置可以通过测量来确定，诸如利用量尺（皮尺，measuring tape）测量。在示例性实施例中，可以使用两个或四个加强部（213），其中抗剪腹板（211）的每一侧上均具有一个或两个加强部，并且可通过在抗剪腹板侧部（211）与加强部（213）之间施加粘合剂来附接加强部（213）。图5、6和7中所示的示例性“I形梁”截面（型材，section）可被适当地设计成具有其它合适的构造。

图8A和8B示出了末端区段（100）与风力发电机叶片（200）的突出部（210）的结合。可沿突出部（210）的翼梁盖施加粘合剂。在具有长度为约37米的示例性叶片中，可从距风力发电机叶片（200）的内侧端约34.5米到约36米的距离施加粘合剂。然后，附接末端区段（100），使得风力发电机叶片（200）的突出部（210）被插入在末端区段（100）的翼梁（102）之间。在示例性实施例中，末端区段（100）可以为约5.25米，并且可重约100kg。当被附接于风力发电机叶片（200）时末端区段（100）的位置可以通过末端区段（100）内部的面板而被固定，所述面板与末端翼梁盖接触。风力发电机叶片（200）的长度在移除末端端部（202）之前可为至少35米，并且末端区段（100）的长度在移除末端端部（202）之前可以为风力发电机叶片（200）的长度的至少9%。

通过用于辅助复合材料的结合和固化的适当方法，可将末端区段（100）固定就位。

如图9所示，可利用末端区段（100）腹板（111）中的定位孔（113）而穿过叶片（200）的突出部（210）钻取孔。每一个孔的直径可为约8-10mm。然后，如图10中所示，穿过孔附接紧固件（114）。紧固件（114）可为通过螺母固定的螺栓。还可使用螺栓衬套。

如图11中所示，在将叶片突出部（210）和末端区段（100）彼此附接之后，可在接合部上施加外蒙皮（350）。

根据示例性实施例的一个方面中，可使用后缘加强部（370）来增强接合部，如图12A、12B和12C中所示。后缘加强部（370）可被插入并通过粘合剂（380）而被附连。

如图11中所示的外蒙皮的结合可以包括应用接合部整流罩（351A）和（351B）的两个面板，如图13A和13B中所示。风力发电机叶片（200）的每一侧上的整流罩可以通过粘合剂附接并且可通过适当的技术固化。然后，可通过移除多余的粘合剂、施加修整膏（抛光膏，finishing paste）、以及对接合部区域涂漆来对接合部进行修整。

根据另一示例性实施例的一个方面，末端区段（100）中的防雷突出部（381）可在接合部的叶片侧中附接于防雷电缆（382）的端部，如图14所示。

如图15中所示，末端区段（100）可具有与风力发电机叶片（200）的端部不同的横截面轮廓。例如，末端区段（100）可具有与风力发电机叶片（200）的端部不同的空气动力学轮廓、长度和/或弦与厚度之比。也可使用其它合适的轮廓，并且因此，末端区段可例如被设计为具有扭曲轮廓和/或小翼（winglet）轮廓的叶片末端区段。

图16A和16B示出了包括完全组装后的末端区段（100）的示例性风力发电机叶片。

尽管已经具体示出并描述了示例性实施例，但是本领域技术人员可在形式和细节上做出各种改变。这些改变和其它等同物也旨在由所附权利要求涵盖。

Claims (18)

1.一种组装风力发电机叶片组件的方法，所述方法包括以下步骤：

从风力发电机叶片的外侧端移除末端端部；

从所述风力发电机叶片的剩余外侧端移除前缘面板的至少一部分和后缘面板的至少一部分，从而形成本体和叶片突出部，所述叶片突出部在基本上纵向的方向上从所述本体延伸，并且所述叶片突出部包括翼梁盖部分和抗剪腹板部分；以及

将末端区段附接至所述叶片突出部。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述末端区段包括末端部分和末端突出部，所述末端突出部包括：在基本上长度的方向上从所述末端部分延伸的两个末端翼梁以及在所述基本上长度的方向上在所述两个末端翼梁之间延伸的抗剪腹板；并且

将所述末端区段附接至所述叶片突出部的步骤包括：

将所述叶片突出部的所述翼梁盖部分插入于所述末端突出部的所述两个末端翼梁之间；

将所述末端突出部的所述抗剪腹板机械地附连于所述叶片突出部的所述抗剪腹板部分；

在所述风力发电机叶片与所述末端突出部之间的接合部上附连一外蒙皮，从而提供空气动力学外轮廓。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，将所述末端区段附接至所述叶片突出部的步骤进一步包括：

将后缘加强部的第一端附接于所述风力发电机叶片的所述本体的后缘，并且将后缘加强部的第二端附接于所述末端区段的所述末端部分的后缘。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

在将所述末端区段附接于所述叶片突出部之前，从所述突出部的外表面移除涂层；以及

将至少一个加强部附接于所述突出部的所述抗剪腹板部分。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，当从基本上垂直于所述风力发电机叶片的长度的方向观看时，所述末端区段具有弯曲轮廓。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述末端区段的横截面轮廓与所述风力发电机叶片的所述本体的外侧端的横截面轮廓不同，从而在组装后的叶片末端区段的轮廓中在所述风力发电机叶片与所述末端区段之间的接合部处存在阶梯部。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述末端区段结合于所述突出部的步骤包括：将所述风力发电机叶片的防雷电缆的端部附接于所述末端区段中的防雷电缆。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述风力发电机叶片的长度在移除所述末端端部之前为至少35米，并且所述末端区段的长度在移除所述末端端部之前为所述风力发电机叶片的长度的至少9%。

9.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述末端区段包括至少一个突出的抗剪腹板；并且

将所述末端区段结合于所述突出部的步骤包括：将所述末端区段的所述突出的抗剪腹板附接于所述叶片突出部的所述抗剪腹板部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述末端区段的所述突出的抗剪腹板附接于所述突出部的所述抗剪腹板部分的步骤包括：将至少一个机械紧固件附接于所述末端突出部的所述抗剪腹板和所述叶片突出部的所述抗剪腹板部分。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述末端区段具有扭曲的空气动力学轮廓或小翼空气动力学轮廓。

12.一种风力发电机叶片组件，包括：

风力发电机叶片，包括本体和叶片突出部，所述叶片突出部在基本上纵向的方向上从所述本体延伸，并且所述叶片突出部包括翼梁盖部分和抗剪腹板部分；

末端区段，接合于所述风力发电机叶片，所述末端区段包括末端部分和末端突出部，所述末端突出部包括：在基本上长度的方向上从所述末端部分延伸的两个末端翼梁以及在所述基本上长度的方向上在所述两个末端翼梁之间延伸的抗剪腹板；以及

外蒙皮，设置在所述风力发电机叶片与所述末端区段之间的接合部上，从而提供空气动力学外轮廓；

其中，所述叶片突出部的所述翼梁盖部分被设置在所述末端突出部的所述两个末端翼梁之间，并且所述末端突出部的所述抗剪腹板机械地固定于所述叶片突出部的所述抗剪腹板部分。

13.根据权利要求12所述的组件，进一步包括：

后缘加强部，包括附接于所述风力发电机叶片的所述本体的后缘的第一端以及附接于所述末端区段的所述末端部分的后缘的第二端。

14.根据权利要求12所述的组件，进一步包括：

至少一个加强部，附接于所述叶片突出部的所述抗剪腹板部分。

15.根据权利要求12所述的组件，其中，当从基本上垂直于所述风力发电机叶片组件的长度的方向观看时，所述末端区段具有弯曲轮廓。

16.根据权利要求12所述的组件，其中，所述末端区段的横截面轮廓与所述风力发电机叶片的所述本体的外侧端的横截面轮廓不同，从而在所述叶片组件的轮廓中在所述接合部处存在阶梯部。

17.根据权利要求12所述的组件，其中，所述末端区段具有扭曲的空气动力学轮廓或小翼空气动力学轮廓。

18.根据权利要求12所述的组件，其中，所述风力发电机叶片的长度在移除所述末端端部之前为至少35米，并且所述末端区段的长度在移除所述末端端部之前为所述风力发电机叶片的长度的至少9%。

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