CN105980700B - 用于风力涡轮机叶片的隔板组件 - Google Patents

用于风力涡轮机叶片的隔板组件 Download PDF

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Abstract

描述了一种用于风力涡轮机叶片的隔板组件，其中隔板大致由柔性片状材料形成。一方面，柔性片状材料可使用诸如拉链连接的可释放连接来附接到更大的组件上，以允许相对容易的安装和除去，例如，用于修理或其它保养操作。片状材料的至少一部分可为透明的，以允许风力涡轮机叶片的内部的容易检查。一方面，隔板组件布置成联接到风力涡轮机叶片的根部凸缘上或与风力涡轮机叶片的根部凸缘整体结合地形成。使用此类柔性材料来形成叶片根部端隔板允许了优于现有技术系统的处理的容易性和可制造性。

Description

用于风力涡轮机叶片的隔板组件
技术领域
本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的隔板(bulkhead)组件，以及具有此类隔板组件的风力涡轮机叶片。
背景技术
风力涡轮机叶片有规律地设有在叶片的根部端处的隔板。此类隔板用来大致密封叶片的根部端，且在一些情况下提供叶片根部端处的工作平台。
由于可导致在叶片壁与隔板之间的连接中形成断裂的在风力涡轮机叶片的壁与刚性隔板之间的应力和应变的传递，故此类隔板的制造和安装可在风力涡轮机叶片制造期间呈现问题。
EP2235364公开了使用柔性凸缘来将刚性隔板连接到内部叶片壁上，使得凸缘作用来进行隔板与叶片壁之间的相对移动，且防止显著的力的传递。然而，此系统需要在凸缘与叶片壁和隔板之间提供足够的密封。此外，且凸缘或隔板的修理或替换需要相对显著的保养操作，因为整个叶片可需要从风力涡轮机安装除去，用于至凸缘和隔板的通路。
本发明的目的在于提供一种用于风力涡轮机叶片的隔板解决方案，其允许相对灵活的安装和使用，且还提供了相对容易的可保养性。
发明内容
因此，提供了一种用于风力涡轮机叶片的隔板组件，隔板组件包括：
柔性片状材料(sheet material)；以及
安装件，其用于将所述柔性片状材料作为隔板安装在风力涡轮机叶片中。
将柔性片状材料用作用于风力涡轮机叶片的隔板导致相对轻便且廉价的隔板构造，其可相对容易地安装和除去，而不会显著地影响风力涡轮机叶片的结构特性。
优选地，所述柔性片状材料包括织物材料、帆布材料、耐用塑料材料或油布，或者由它们形成。
优选地，所述柔性片状材料的至少一部分包括大致透明的材料。
由于片状材料的至少一部分是透明的，这允许了操作者看到风力涡轮机叶片的内部，且容易地检测到是否需要保养操作，如，从风力涡轮机叶片的内部除去碎片。
一方面，所述安装件件包括可调整的套环，其布置成适配在风力涡轮机叶片的大致圆形根部区域的内部。
优选地，可调整的套环包括大致圆形的套环，其中所述套环的直径可被调整。
提供具有可调整的直径的安装套环允许隔板组件相对容易地安装或从风力涡轮机叶片的根部端除去，因为套环直径可调整成提供与风力涡轮机叶片的大致圆形的根部端的滑动配合(snug fit)。
优选地，所述套环包括调整机构来调整所述套环的直径，以适配在风力涡轮机叶片的大致圆形的根部区域的内部。优选地，所述调整机构包括以下至少一者：棘轮装置、偏压弹簧等。
由于调整机构可受控来改变套环直径，故隔板组件可改变来用于在不同根部直径的风力涡轮机叶片内使用。
备选地，所述安装件包括至少一个支架，其中所述至少一个支架布置成与风力涡轮机叶片的根部端凸缘联接。
一方面，所述至少一个支架整体结合地形成为风力涡轮机叶片的根部端凸缘的部分。
通过将安装件提供为叶片的根部凸缘的整体结合部分，隔板组件的安装可相对容易地并入叶片制造过程中。
优选地，所述柔性片状材料由至少一个可释放的连接器(例如，拉链紧固件、按钮紧固件、卡扣紧固件、Velcro)来联接到所述安装件上。一方面，柔性片状材料由至少一个弹簧元件(例如，钩状(hooked)弹簧、螺旋弹簧、张力弹簧)联接到所述安装件上。
通过提供可释放的连接器系统，如果需要的话，板状隔板可容易地从风力涡轮机叶片除去，例如，用于至叶片内部的通路，或用于片状隔板自身的修理或替换。将理解的是，安装件可布置成提供靠着风力涡轮机叶片的内表面的密封。
优选地，所述柔性片状材料包括至少一个通路翻片(flap)，其中，所述至少一个通路翻片可打开，以允许穿过所述柔性片状材料的通路。
此通路翻片的使用允许了穿过柔性片状隔板的相对容易的通道或通路，而没有将整个隔板组件从叶片除去。一方面，通路翻片可包括所述柔性片状材料的完全或部分可除去的部分，例如，柔性片状材料中的圆形门或窗。将理解的是，通路翻片可由与柔性片状材料的其余部分不同的材料形成，例如，大致透明的塑料材料。
优选地，所述至少一个通路翻片包括以下至少一者：拉链翻片、按钮翻片等。
还提供了具有尖端和根部端的风力涡轮机叶片，风力涡轮机叶片还包括如上文所描述的隔板组件，优选地位于风力涡轮机叶片的根部端处。隔板组件例如可安装到风力涡轮机叶片的内部部分上。
优选地，风力涡轮机叶片包括设在风力涡轮机叶片的根部端处的根部凸缘，其中所述隔板组件安装到所述根部凸缘上。
另外地或备选地，风力涡轮机叶片包括限定在风力涡轮机叶片的内表面上的至少一个支架，其中所述至少一个支架布置成与隔板组件的安装件相联接。
此支架可提供在叶片的内部之内的安装件(例如，可调整的套环)的容易的对准和固持。将理解的是，至少一个支架可包括限定在叶片的内表面上的至少一个内部凸起，所述至少一个内部凸起用来固持隔板组件的安装件。优选地，所述至少一个支架包括沿风力涡轮机叶片的内周布置的多个支架部件。
还提供了包括如所描述的至少一个风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了风力涡轮机；
图2示出了根据本发明的风力涡轮机叶片的示意性视图；
图3示出了图2的叶片的翼型轮廓的示意性视图；
图4示出了从上方和从侧部所见的图2的风力涡轮机叶片的示意性视图；
图5图示了在安装在风力涡轮机叶片的根部端中时的根据本发明的第一实施例的隔板组件；
图6图示了图5的实施例的两个可能的实施方式；以及
图7图示了在安装在风力涡轮机叶片的根部端处时的根据本发明的第二实施例的隔板组件。
具体实施方式
将理解的是，本发明的不同实施例共有的元件在附图中已设有相同的参考标号。
图1图示了根据所谓“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机2，其带有塔架4、机舱6和转子，该转子带有大致水平的转子轴。转子包括毂8和三个叶片10，三个叶片10从毂8径向地延伸，各自具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片尖14。转子具有表示为R的半径。
图2示出了风力涡轮机叶片10的示意性视图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的轮廓或翼型区域34，以及根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括：前缘18，其在叶片安装在毂上时面对叶片10的旋转方向；以及后缘20，其面对前缘18的相对方向。
翼型区域34(也称为轮廓区域)具有关于生成升力的理想或几乎理想的叶片形状，而由于结构考虑，根部区域30具有大致圆形或椭圆形横截面，其例如使得将叶片10安装到毂上更容易且更安全。根部区域30的直径(或翼弦)典型地沿整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有过渡轮廓42，其从根部区域30的圆形或椭圆形40逐渐地改变至翼型区域34的翼型轮廓50。过渡区域32的弦长典型地随着距离毂的增大的距离r而大致线性地增大。
翼型区域34具有翼型轮廓50，其带有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的翼弦。翼弦的宽度随着距离毂的距离r增大而减小。
应当注意的是，叶片的不同区段的翼弦一般并不位于共同平面中，因为叶片可扭曲和/或弯曲(即，预弯曲)，因此向翼弦平面提供了对应地扭曲和/或弯曲的路线，这是为了补偿取决于距离毂的半径的叶片的局部速度的最常见的情况。
图3示出了绘出为带有各种参数的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意性视图，各种参数典型地用来限定翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，它们在使用期间——即，转子的旋转期间——通常分别面朝迎风(或逆风)侧和下风(或顺风)侧。翼型50具有翼弦60，带有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼型50具有厚度t，其限定为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿翼弦60而变化。从对称轮廓的偏离由弧高线(camber line)62给出，弧线62为穿过翼型轮廓50的中线。中线可通过从前缘56到后缘58绘制内切圆来找出。中线跟随这些内切圆的中心，且离翼弦60的偏离或距离称为弧高f。非对称也可通过使用称为上弧高(或吸力侧弧高)和下弧高(或压力侧弧高)的参数来限定，它们分别限定为从翼弦60以及吸力侧54和压力侧52的距离。
翼型轮廓常由以下参数特征化：弦长c、最大弧高f、最大弧高f的位置d f 、最大翼型厚度t，其为沿中间弧高线62的内切圆的最大直径、最大厚度t的位置d t 、以及鼻部半径(未示出)。这些参数典型地限定为与弦长c的比。因此，局部相对叶片厚度t/c给定为局部最大厚度t与局部弦长c之间的比。此外，最大压力侧弧高的位置d p 可用作设计参数，且当然最大吸力侧弧高的位置也可用作设计参数。
图4示出了叶片的一些其它几何参数。叶片具有总叶片长度L。如图2中所示，根部端位于位置r=0处，且尖端位于r=L处。叶片的肩部40位于位置r=L w 处，且具有肩部宽度W，其等于肩部40处的弦长。根部的直径限定为D。此外，叶片设有限定为Δy的预弯曲，其对应于从叶片的俯仰轴线22的平面外偏转。
风力涡轮机叶片10大体上包括由纤维增强的聚合物制成的壳，且典型地制造为压力侧或逆风壳部分24和吸力侧或顺风壳部分26，它们沿连结线28胶合在一起，连结线28沿叶片10的后缘20和前缘18延伸。风力涡轮机叶片大体上由纤维增强的塑料材料(例如，玻璃纤维和/或碳纤维)形成，其布置在模具中且与树脂固化来形成实心结构。现代风力涡轮机叶片常可为超过30或40米长，具有若干米的叶片根部直径。风力涡轮机叶片通常设计成用于相对长的寿命，且经受相当大的结构和动态负载。
风力涡轮机叶片10可设有在叶片10的根部端16处的根部板或根部凸缘(未示出)。根部板大体上包括布置在叶片根部端16的螺栓圆的直径处的金属板。
参考图5，根据本发明的实施例的隔板组件70的放大视图示出为安装在风力涡轮机叶片10上。组件70安装在叶片根部端16中，优选地在具有大致圆形横截面的根部端16的区域中。
隔板组件70包括相对柔性的片状材料72，其设在安装件74上，用于将组件70安装在风力涡轮机叶片10的内部之内。由于隔板大致由片状材料形成，因此隔板组件70的可制造性和处理可极大地简化。
安装件74可与叶片10的内壁整体结合地形成，但优选地，安装件74形成为使得隔板组件70可以可除去地安装在叶片根部端16中，以提供用于组件70的修理或替换的容易性。在图5中所示的实施例中，安装件74包括大致圆形的套环件，其可适配到叶片根部16的内部，其中安装件74大致围绕圆形形状的片状材料72的圆周来连接。
优选地，隔板组件70可除去地定位在叶片根部16内。安装件74可由弹性材料形成，使得组件70可安装在根部端16中，带有至叶片10的内部壁的滑动配合。参考图6(a)，安装件74包括至少一个调整装置76，其允许安装件74的直径的调整。
在图6(a)的实施例中，调整装置为偏压弹簧，其允许安装件74的直径例如在组件70在风力涡轮机叶片10上的安装或除去期间通过弹簧的压缩而减小。通过从压缩释放弹簧76，安装件74朝静止(at rest)直径偏压，静止直径可选择成大于或大致等于风力涡轮机叶片根部端16的内径。因此，安装件74和更大的隔板组件70通过抵靠叶片10的内壁承受的安装件74来固持在叶片10的根部端16内。
另外地或备选地，至少一个调整装置可包括任何适合的机构，以控制安装件74的直径，以允许在风力涡轮机叶片10的内部之内的滑动配合，例如，棘轮机构、齿条和小齿轮机构、定位螺钉(set screw)等。
由于组件70可相对容易地改造来用于在具有不同内径的叶片的根部端内使用，与需要用于各个不同的叶片根部设计的不同的隔板设计的相对刚性的现有技术系统相比，本发明的隔板组件可跨越不同的风力涡轮机叶片设计的范围来实施。
附加的支架元件78设在叶片根部端16的内壁上，以提供在叶片10的内部中的隔板组件70的附加支承和/或固持。支架元件78可布置成至少部分地限定在叶片10的内表面上的沟或通道，其中，组件70的安装件74的周边至少部分地收纳在所述通道内。将理解的是，支架元件可设在组件70的面对根部端的侧处(如图5中所示)，以及组件的面对尖端的侧处(未示出)。因此，隔板组件70在叶片10的根部端16内固持就位，且防止了沿叶片10的纵向方向的移动。
尽管多个独立支架元件78在图5的实施例中示出，但将理解的是，支架元件可包括单个根部侧支架和单个尖侧支架，它们布置成限定围绕在安装件74的相对侧上的叶片壁的大致整个内周的套环或唇部。
支架元件78可例如在模制操作期间与风力涡轮机叶片10的壁整体结合地形成。另外地或备选地，支架元件78可在收纳隔板组件70的位置处例如经由粘合剂连结、螺接、铆接等来附接到风力涡轮机叶片10的内壁上。
隔板组件70的柔性片状部件72优选地由诸如织物材料、帆布材料、耐用塑料材料或油布(优选地，防水材料)的材料来形成。优选地，柔性片状部件72的至少一部分由透明材料形成，允许在安装隔板组件70时检查风力涡轮机叶片10的内部。将理解的是，整个片状部件72可为透明的，或仅柔性片状材料72的一部分为透明的，形成了检查窗。
参考图6(b)中所示的实施例，柔性片状部件72可包括设在片状部件72中的通路翻片80。通路翻片80以门或面板的形式提供，其可打开来提供穿过柔性片状部件72至隔板组件70的另一侧的通路。通路翻片80可使用任何适合的连接系统(例如，拉链连接器、按钮或卡扣配合连接器系统、Velcro等)来连接到更大的柔性片状部件72上。在图6(b)中所示的实施例中，通路翻片80由透明材料提供，而柔性片状材料72的其余部分提供为不透明材料，允许了通路翻片80也用作检查窗。
柔性片状材料72优选地可除去地连接到安装件74上，围绕柔性片状材料72的周边的至少一部分，优选地围绕整个周边。此连接可使用任何适合的可除去连接系统(例如，拉链连接、按钮连接器、卡扣配合连接器、磁性连接器等)来建立。柔性片状材料可系到适合的凸块或钩状凸缘上。一方面，柔性片状材料72可由类似于蹦床结构的至少一个弹簧元件(例如，弹簧、螺旋弹簧、张力弹簧等)来联接到安装件74上。通过提供可除去的柔性片状材料72，因此,材料可容易地除去来用于修理或内部通路，而不需要除去整个隔板组件70。
尽管以上实施例图示了提供为单独的元件的安装件74，但将理解的是，安装件可提供为风力涡轮机叶片的整体结合的部分，例如，作为在制造或组装操作期间限定在风力涡轮机叶片的内壁上的连接器凸块或凸缘。
参考图7，图示了根据本发明的方面的隔板组件70a的另一个实施例。在该实施例中，组件70a的安装件74a与风力涡轮机叶片10的根部板或根部凸缘整体结合地形成，使得柔性片状部件72可直接地附接到叶片10的根部板或根部凸缘上。优选地，柔性片状材料可除去地附接到根部凸缘74a上，例如，使用拉链连接，使得柔性片状材料72可在包括根部凸缘74a的不同叶片构件的组装之后相对容易地安装在叶片10上。
在备选方面中，隔板组件的安装件可包括支架部件(未示出)，其布置成联接到叶片10的根部凸缘上，或者与叶片10的根部凸缘整体结合地形成。支架部件可布置成延伸限定的距离进入风力涡轮机叶片根部端16的内部中，此处柔性片状部件72可随后附接到支架部件上来用于固持在叶片10中。
将理解的是，图5和6的实施例的不同变型的特征在加以必要的变更后(mutatismutandis)可同样地在图7的实施例中实施。
尽管以上实施例中示出的隔板组件70、70a具有大致圆形形状，但将理解的是，组件可具有任何适合的形状，以与风力涡轮机根部端的对应形状相适配，例如，正方形、椭圆形等。
提供用于风力涡轮机叶片的隔板组件，其中隔板大致由柔性片状材料形成，提供了与现有技术系统相比的改善的处理和可制造性。隔板组件还可提供改善的安装和保养的容易性，而同时使用于隔板系统的风力涡轮机叶片上的结构需求最小化。
本发明不限于本文中描述的实施例，且可改变或改编，而不脱离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机叶片(10)的隔板组件(70、70a)，所述隔板组件(70、70a)包括：
柔性片状材料(72)；以及
安装件(74)，其用于将所述柔性片状材料(72)作为隔板安装在风力涡轮机叶片(10)的根部端中。
2.根据权利要求1所述的隔板组件，其中，所述柔性片状材料(72)由织物材料、帆布材料、耐用塑料材料或油布形成。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的隔板组件，其中，所述柔性片状材料的至少一部分包括大致透明的材料。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的隔板组件，其中，所述安装件包括布置成适配在风力涡轮机叶片的大致圆形根部区域的内部的可调整套环。
5.根据权利要求4所述的隔板组件，其中，所述可调整套环包括大致圆形的套环，其中，所述套环的直径能被调整。
6.根据权利要求4所述的隔板组件，其中，所述套环包括调整机构来调整所述套环的直径，以适配在风力涡轮机叶片的大致圆形的根部区域的内部。
7.根据权利要求1所述的隔板组件，其中，所述安装件包括至少一个支架，其中所述至少一个支架布置成与风力涡轮机叶片的根部端凸缘相联接。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的隔板组件，其中，所述安装件整体结合地形成为风力涡轮机叶片的根部端凸缘的部分。
9.根据权利要求1所述的隔板组件，其中，所述柔性片状材料由诸如拉链紧固件、按钮紧固件、卡扣紧固件、Velcro材料的至少一个可释放连接器来联接到所述安装件上。
10.根据权利要求1所述的隔板组件，其中，所述柔性片状材料包括至少一个通路翻片，其中，所述至少一个通路翻片可打开，以允许穿过所述柔性片状材料的通路。
11.根据权利要求10所述的隔板组件，其中，所述至少一个通路翻片包括以下的至少一者：拉链翻片、按钮翻片、卡扣配合翻片、Velcro翻片。
12.一种具有尖端(14)和根部端(16)的风力涡轮机叶片(10)，所述风力涡轮机叶片还包括如权利要求1至权利要求11中任一项所述的隔板组件(70、70a)。
13.根据权利要求12所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括设在所述风力涡轮机叶片(10)的所述根部端(16)处的根部凸缘(74a)，其中，所述隔板组件(70a)安装到所述根部凸缘上或与所述根部凸缘整体结合地形成。
14.根据权利要求12所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括设在所述风力涡轮机叶片的内表面上的至少一个支架(78)，其中，所述至少一个支架布置成与所述隔板组件的安装件相联接。
15.一种风力涡轮机，其包括至少一个如权利要求12至权利要求14中任一项所述的风力涡轮机叶片。
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