CN103906920B - 具有帽辅助粘接配置的风力涡轮机叶片及相关粘接方法 - Google Patents

Abstract

一种风力涡轮机叶片，其包括上壳构件和下壳构件以及两者之间的内部空腔。所述壳构件沿所述叶片的前缘和后缘在相应粘接线处用粘接膏结合。一个帽沿所述前缘粘接线或所述后缘粘接线中的至少一个设置在所述上壳构件与所述下壳构件之间的所述内部空腔内。所述帽包括头部和后支腿部分，所述头部定向成朝向所述叶片边缘，所述后支腿部分从所述头部向后展开，与所述上壳构件和所述下壳构件形成偏置接合。所述帽在所述粘接线处限定坝，以防止过量粘接膏进一步迁移到所述内部空腔中。本发明还提供一种使用所述粘接膏帽在所述前缘或所述后缘处形成粘接线的方法。

Description

具有帽辅助粘接配置的风力涡轮机叶片及相关粘接方法

技术领域

本发明总体涉及风力涡轮机领域，更具体地说，涉及具有改良前缘或后缘粘接线的风力涡轮机叶片。

背景技术

风力涡轮机叶片是风力涡轮机将风能转换成电能的基本元件。叶片具有机翼的横截面轮廓，这样，在运转过程中，流经叶片的空气就会在其两侧之间产生压力差。因此，从压力侧到吸入侧的升力会作用于叶片。升力会对主转子轴产生转矩，其中所述主转子轴通过齿轮连接至发电机以用于发电。

风力涡轮机叶片通常包括上(吸入侧)壳和下(压力侧)壳，所述上壳和下壳在沿叶片后缘和前缘方向的粘接线处粘接在一起。粘接线通常是通过在壳构件之间沿粘接线以最小设计粘接宽度涂覆合适的粘接膏或复合物形成。然而，粘接膏倾向于大量越过设计粘合宽度迁移并进入内部叶片空腔，特别是沿叶片的后缘。此过量粘接膏可能使叶片增加相当大的重量，并且因此对叶片效率和风力涡轮机的整体性能造成不利影响。过量粘接膏还可能脱落并且在风力涡轮机运转过程中损坏其内部结构和部件。

因此，该行业将受益于改良的粘接线配置，所述改良的粘接线配置减少迁移到叶片空腔中的过量粘接膏的量，特别是沿风力涡轮机叶片的后缘。

发明内容

以下说明将部分地阐明本发明的各方面和优点，或者，这些方面和优点在说明书中可能是显而易见的，或通过实践本发明能够推导出。

根据本发明的各方面，提供一种具有上壳构件和下壳构件的风力涡轮机叶片。所述壳构件在两者之间限定内部空腔，并且在所述叶片的前缘和后缘处沿具有设计宽度的粘接线用粘接膏结合。粘接膏帽沿所述前缘粘接线或所述后缘粘接线中的至少一个设置在所述上壳构件与所述下壳构件之间的内部空腔内。所述帽包括头部和后支腿部分，所述头部定向成朝向所述相应边缘，并且所述后支腿部分从所述头部向后展开，抵靠所述上壳构件和所述下壳构件成偏置接合。使用这种配置，所述帽在所述粘接线处限定一个坝，以防止过量粘接膏进一步迁移到所述内部空腔中。

所述帽可不同地配置以使得所述粘接膏沿所述支腿构件的至少一部分形成在所述支腿部分与所述上壳构件和所述下壳构件之间。例如，所述支腿构件可从所述头部以大体恒定的角度延伸，如呈V形配置延伸。在一个替代实施例中，所述支腿可以是拱形、交错的或具有某种其他向后延伸的轮廓。

在某些实施例中，所述帽可以是具有大体刚性(形状维持)支腿构件的预成形构件，所述支腿构件从所述头部向后延伸并且相对于所述头部具有一定的长度、角定向和挠曲，以便偏置抵靠所述上壳构件和所述下壳构件。在一个替代实施例中，所述帽可形成为大体平坦的部件，所述部件通过施加在所述头部上的拉力而在所述粘接线处弯曲成操作配置。在这个实施例中，弯曲离隙可限定在所述头部处，以确保所述帽的最终所需操作形状。

所述帽可由各种合适的材料形成，且本发明不限于任何特定材料。在一个实施例中，所述帽是由空气可渗透且所述粘接膏不可渗透的材料形成。

本发明还涵盖用于沿所述叶片的前缘或后缘中的至少一个在风力涡轮机叶片的上壳构件与下壳构件之间形成粘接的不同方法实施例。所述方法包括将一定量的粘接膏沿所述前缘或所述后缘的限定粘接线位置布置。随后将帽沿所述粘接线布置到壳构件之一中、粘接膏内侧的初始位置处，其中所述帽具有定向成朝向所述粘接线的头部和从所述头部向后伸展的后支腿部分。或者，所述帽可与粘接膏同时布置或先于粘接膏布置。将如绳索、缆线、线等的致动线附接到所述头部，并且将其从所述壳构件引出到所述前缘或后缘之外。所述壳构件沿所述前缘和所述后缘结合，以使得所述帽的后支腿部分偏置抵靠所述壳构件。随后拉动所述致动线，以便将所述帽朝向所述前缘或所述后缘移动到限定所需粘接宽度位置的操作位置。所述帽因此限定坝，所述坝防止过量粘接膏迁移到所述叶片的内部空腔中，并且所述后支腿部分压紧所述粘接膏，并且当朝向其操作位置拉动所述帽时，引起过量粘接膏和空气从所述前缘或后缘挤出。

本发明还涵盖具有一个或多个配置有本说明书所述独特粘接线配置的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。

参考以下说明和所附权利要求将更好地理解本发明的这些和其他特征、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，图示本发明的各个实施例，并与具体实施方式一起用以解释本发明的原理。

附图说明

本说明书参照附图向所属领域的一般技术人员阐述了本发明的完整且可实现的详细披露，包括其最佳模式，在附图中：

图1为常规风力涡轮机的立体图；

图2为风力涡轮机叶片的一个实施例的立体图；

图3为根据本发明各方面的示例性风力涡轮机叶片的截面图；

图4为根据本发明各方面的具有粘接帽的风力涡轮机叶片的后缘的放大截面图；

图5为图4所示实施例的截面图，其中粘接帽位于其操作位置；

图6为后缘粘接帽配置的一个不同实施例的截面图；

图7为后缘粘接帽配置的又一个实施例的截面图；套筒实施例的透视图；

图8为风力涡轮机叶片的前缘处的粘接帽配置的侧剖视图，其中所述粘接帽位于初始位置；

图9为图8所示实施例的侧剖视图，其中粘接帽位于其操作位置；

图10为风力涡轮机叶片的透视图，其中致动线沿叶片前缘和后缘；以及

图11为上壳和下壳构件在相应模具内的侧剖视图，其中粘接帽和致动线位于叶片的前缘和后缘。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各个实施例，附图中图示了本发明实施例的一个或多个实例。每个实例均以解释本发明，而非限制本发明的方式提供。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，作为一个实施例的一部分进行说明或描述的特征可用于另一个实施例中，从而得到又一个实施例。因此，如果对本发明的修改和变化在所附权利要求书和其等效物的范围内，那么本发明应包括此类修改和变化。

图1示出具有常规构造的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔筒12，所述塔筒12上安装有机舱14。多个风力涡轮机叶片16安装到转子轮毂18，所述转子轮毂18又连接到使主转子轴转动的主法兰。风力涡轮机发电部件和控制部件容纳在机舱14内。提供图1仅用于说明性目的，以便例示本发明的示例性使用领域。应了解，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮机配置。

图2和图3提供风力涡轮机叶片16的更详细视图。叶片16包括上壳构件20和下壳构件22，其中内部空腔25限定在所述壳构件之间。上壳构件20可配置为叶片16的吸入侧表面，而下壳构件20可配置为所述叶片的压力侧表面。叶片16包括前缘24和后缘26，以及叶根部分28和叶尖部分30。如所属领域中众所周知的那样，上壳构件20和下壳构件22在粘接线36处沿前缘24结合在一起，并且在后缘26处沿粘接线37结合在一起。在这些粘接线36、37的形成过程中，呈可流动粘性形式的粘接膏34沿粘接线36、37的长度涂在壳构件20、22的配合层压板表面之间。应了解的是，术语“粘接膏”在本说明书中是在通用意义上使用的以涵盖以初始可流动状态涂覆的任意类型的粘性或粘接材料。本发明并不特定涉及特定类型的粘接膏34，在这一方面，可以使用任意合适类型的环氧树脂、复合物或其他材料。

粘接膏34通常以足够数量和一定模式涂覆以便在前缘24和后缘26处形成设计的粘接线厚度38(图4)，从而确保部件之间沿相应粘接线36、37长度的最小粘接表面积。如所属领域的技术人员所充分理解的那样，粘接宽度38和厚度的设计标准可基于设计因素的任意组合而在不同类型叶片之间有所不同。

与用于涂覆粘接膏34的常规系统和方法相关的一个特定问题是，过量粘接膏从壳构件20、22的配合表面之间挤出到内部空腔25中并最终固化为硬块，所述硬块使叶片16的重量显著增加。粘接膏的过量质量并不使叶片16的结构完整性有任何程度的增加或者可用于其他有用目的，并且如果脱落，则导致叶片在风力涡轮机运转中发出卡嗒卡嗒的噪声，这是来自风力涡轮机操作人员的常见抱怨。

仍参照图2和图3，一个帽50沿前缘粘接线36或后缘粘接线37中的一者或二者设置在上壳构件20与下壳构件22之间的内部空腔25内。帽50不必如图2中所描绘沿粘接线36、37的整个长度延伸，并且可沿相应粘接线的任一部分或多个部分延伸，其中帽50的益处为所需的，如下文更详细地讨论。在图2和图3的实施例中，相应粘接帽50沿前缘粘接线36和后缘粘接线37设置。

参照图4和图5，示出其中帽50配置有头部52的特定实施例，所述头部52定向成朝向相应的粘接线，在本实施例的情况下为朝向后缘粘接线。后支腿部分56从头部52以一定角度和长度向后伸展，以便偏置抵靠上壳构件20和下壳构件22与构件摩擦接合。图4描绘位于壳构件20、22之间的初始位置的帽50。图5描绘被部署到其操作位置之后的帽50，其中头部52大体定位在对应于所需粘接宽度的位置38处。当帽50被拉到图5中所示的位置中时，后支腿56朝向头部52向内挠曲。

从图4和图5应了解，当帽50定位到图5中所描绘的其操作位置中时，所述帽沿粘接线限定向内定向的坝，以防止过量粘接膏34进一步迁移到内部空腔25中。还应了解，当帽50从图4的位置移动到图5的位置时，可能滞留在粘接膏34内的空气通过壳构件20、22之间的开放后缘26挤出，从而降低固化粘接膏34中形成不利气泡或空隙的可能性。另外，帽50有助于形成光滑的圆形粘接边缘，从而使得粘接膏34中的局部应力集中最小化。

帽50可由各种合适材料或材料组合形成，以实现装置的所需特性。例如，帽50可由空气可渗透而粘接膏不可渗透的材料形成。使用这种类型的材料，可能滞留在粘接膏34内的空气也可随着所述帽移动到其操作位置中而通过帽50漏出。例如，帽50可由常见基底材料形成，所述常见基底材料为具有所需渗透特性的稀松编织网状材料。可对所述基底材料进行处理或改性，以使得它对于粘接膏34大体不可渗透但保持对于空气可渗透。例如，可将诸如合适的树脂之类的涂料涂覆到基底材料上，以使得所述材料对于粘接膏34大体不可渗透。

如所提及，可沿前缘24或后缘26中的任一者或二者来使用根据本发明各方面的合适帽50。在图4和图5的实施例中,帽是沿后缘26粘接线定位。图8和图9描绘其中沿形成于前缘24处上壳构件20与下壳构件22的重叠区域之间的粘接线使用帽50的实施例。

粘接帽50可在本发明的范围内不同地进行配置。例如，在图4和图5中所描绘的实施例中，配置帽50以使得粘接膏34沿支腿构件56的至少一部分形成于支腿部分56与上壳构件20和下壳构件22之间。这种配置在粘接膏的内端产生应力消除轮廓。

在某些实施例中，支腿构件56可远离头部52以大体恒定的角度延伸，如图4和图5中所描绘。在替代实施例中，支腿56可以不同角度延伸，并且可例如呈拱形。仍在替代实施例中，支腿构件56可具有交错的或步进式配置，所述配置具有从头部52以相反方向朝向上壳构件20和下壳构件22的整体大致定向。

帽50的特定实施例在各图中示出为大体V形部件，其中支腿56在头部52处成大体恒定的角度分叉。这种配置可为所需的，因为当支腿56移动到图5中所示的其操作位置中时，这种配置向所述支腿提供足够的挠曲。

在例如图7中所示的替代实施例中，帽具有如下配置：其中头部限定为沿粘接线宽度38的至少一部分横向伸展的大体平坦区段54。在这个特定实施例中，粘接帽50具有大体梯队形状。在这个特定实施例中，支腿56将不具有像图5的实施例中的支腿56一样的挠曲度，但在某些类型的叶片配置中可能为所需的。

在特定实施例中，帽50可以是预成形构件，其中后支腿构件56为相对刚性的，并且在帽50的自然状态下维持其相对于头部52的角位置。在这个实施例中，后支腿构件56从头部52向后延伸，并且相对于头部52具有一定的长度、角定向和挠曲，以便至少在帽50的最终操作位置中偏置抵靠上壳构件和下壳构件。参照图4，可能是所需的是，预成形的帽50还具有一定的大小和配置以使得支腿56在帽50的初始位置中抵靠上壳构件20和下壳构件22接合，以便在粘接和固化过程期间限定粘接膏34的初始边界。

图6示出其中初始将粘接帽50提供为相对平坦构件60，如板构件的实施例。平坦构件60初始布置在图6中所示的位置处，并且随后通过在板构件60上施加朝向后缘26的拉力而移动到由图6中虚线配置所示的操作位置中。此拉力引起板构件60弯曲成由图6中虚线所示的V形配置。可在平坦构件60中所需的平坦构件60弯曲点处限定任何形式的弯曲离隙62。

再次参照图4和图5，通过在头部52上施加朝向后缘26的拉力将粘接帽50从其初始位置移动到其最终操作位置中。为此，可沿帽50的长度提供任何形式的致动线64。这些线64可例如为绳索、缆线、金属丝或适于将帽50拉到其操作位置中并且使得过量粘接膏34通过上壳构件20与下壳构件22之间的开放后端26排出的其他任何类型的线部件。参照图10和图11，示出叶片16，其中帽50基本上沿前缘24和后缘26的整个长度设置。多个致动线64沿每个边缘24、26隔开，并且附接到相应帽50的头部。

参照图10，叶片壳部件20、22可在其相应模具66内以任何常规的成型过程形成。将一定量的粘接膏沿前缘24和后缘26的粘接线位置布置。随后将相应帽50沿相应边缘24、26布置到壳构件之一中、粘接膏内侧的初始位置处，其中帽50的头部定向成朝向相应边缘24、26并且后支腿部分56从头部52向后伸展。还应了解，前面两个步骤可以颠倒，其中在已将帽沿前缘或后缘布置后，将粘接膏布置到壳构件中。

附接到帽头部52的致动线64从壳构件20、22和模具66引出到前缘24和后缘26之外。随后闭合模具两半66，并且拉紧致动线64并将其拉离其相应边缘24、26，以便将帽50拉到其最终操作配置中。可在致动线64上提供任何形式的标记或其他指示，以指示何时帽50位于其最终操作位置。在正常情况下，随后可发生壳构件的浸渍。

不同方法的实施例还可包括修剪在固化过程期间从前缘24或后缘26迁移出的任何过量粘接膏34。另外，所述方法可包括测量从前缘24或后缘26修剪所得的过量粘接膏的量，以及基于所测得的量减少初始布置到后续叶片模具中的粘接膏的量。

在粘接膏34已固化之后，可修剪致动线64，如图5和图9所指示。

本发明还涵盖风力涡轮机10(图1)的任意配置，其中叶片16中的至少一个配置有如上文所讨论的本发明的独特优点。

虽然已相对于特定示例性实施例及其方法对本发明的主题进行了详细说明，但应了解，所属领域的技术人员在获得对上述内容的理解后，可容易地想出此类实施例的修改、变化和等效物。因此，本发明的范围是以示例的方式，而非限制的方式说明的，并且本发明并不排除将对于所属领域的技术人员明显的对本发明的修改、变化和/或补充包括在内。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机叶片，所述叶片包括：

上壳构件和下壳构件；

所述上壳构件和所述下壳构件限定两者之间的内部空腔，并且沿所述叶片的前缘和后缘在相应的粘接线处用粘接膏结合，所述粘接线具有设计宽度；以及，

沿所述前缘粘接线或所述后缘粘接线中的至少一个而设置在所述上壳构件与所述下壳构件之间内部空腔内的帽，所述帽包括头部和后支腿部分，所述头部定向成朝向所述前缘或所述后缘，并且所述后支腿部分从所述头部向后展开，抵靠所述上壳构件和所述下壳构件形成偏置接合；以及

其中所述帽在所述粘接线处限定一个坝，以防止所述粘接膏进一步迁移到所述内部空腔中。

2.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述帽配置成使得所述粘接膏沿所述支腿构件的至少一部分形成于所述支腿部分与所述上壳构件和所述下壳构件之间。

3.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述支腿构件从所述头部以大体恒定的角度延伸。

4.如权利要求3所述的风力涡轮机叶片，其中所述帽包括大体V形的部件。

5.如权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中所述帽包括预成形构件，所述预成形构件具有从所述头部向后延伸的大体上呈刚性的后支腿构件，所述支腿构件相对于所述头部具有一定的长度、角定向和挠曲，以便对所述上壳构件和所述下壳构件形成偏置。

6.如权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中所述帽包括大体平坦的部件，所述部件通过施加在所述头部上的拉力而在所述粘接线处弯曲成操作配置。

7.如权利要求6所述的风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片进一步包括限定在所述头部处的弯曲离隙。

8.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述帽是由空气可渗透且所述粘接膏不可渗透的材料形成。

9.一种用于沿风力涡轮机叶片的前缘或后缘中的至少一个在上壳构件与下壳构件之间形成粘接的方法，所述方法包括：

将一定量的粘接膏沿所述前缘或所述后缘的限定粘接线位置布置；

将帽沿所述粘接线布置到所述粘接膏内侧初始位置处的壳构件之一中，所述帽具有定向成朝向所述前缘或所述后缘的头部和从所述头部向后伸展的后支腿部分；

将附接到所述帽头部的致动线定位成从所述壳构件伸出到所述前缘或所述后缘之外；

将所述壳构件沿所述前缘和所述后缘结合在一起，以使得所述帽的所述后支腿部分对所述壳构件形成偏置；

拉动所述致动线，以便将所述帽朝向所述前缘或所述后缘移动到限定所需粘接宽度位置的操作位置；以及

其中所述帽限定坝和所述后支腿部分，所述坝防止所述粘接膏迁移到所述叶片的内部空腔中，并且所述后支腿部分压紧所述粘接膏，并且当朝向其操作位置拉动所述帽时，引起过量粘接膏从所述前缘或所述后缘挤出。

10.如权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括修剪从所述前缘或所述后缘迁移出的过量粘接膏。

11.如权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括测量从所述前缘或所述后缘修剪下来的过量粘接膏量，并且基于所测得的粘接膏修剪量减少初始布置到后续叶片中的粘接膏量。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述帽沿所述后缘施加。

13.如权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括在将所述帽布置到所述壳构件中之前将所述帽形成为刚性的预成形形状。

14.如权利要求10所述的方法，其中所述帽在所述初始位置处是大体平坦的部件，并且所述方法进一步包括通过拉动所述致动线来将所述帽形成到其操作配置中，以限定所述头部和所述后支腿部分。

15.如权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括在所述前缘或所述后缘处修剪所述致动线。