CN106286116A - 用于模块化转子叶片的叶片根部区段及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于风力涡轮(10)的模块化转子叶片(16)的预成型叶片根部区段(20)及其制造方法。更特别地，叶片根部区段(20)包括根部端部分(68)和一个或多个纵向翼梁帽(48，50)，纵向翼梁帽(48，50)与根部端部分(68)共同浸渍且沿大体翼展方向延伸。另外，根部端部分(68)包括第一端(70)和第二端(72)，其中，第一端(70)构造成用于将转子叶片(16)安装到风力涡轮(10)的转子(18)上。

Description

用于模块化转子叶片的叶片根部区段及其制造方法
技术领域
本公开大体涉及风力涡轮，并且更特别地，涉及用于风力涡轮转子叶片的叶片根部区段及其制造方法。
背景技术
风力被认为是目前可获得的最清洁、对环境最友好的能源之一，而且风力涡轮在这方面受到越多越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和转子，转子具有可旋转毂，可旋转毂具有一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件件原理来捕捉风的动能。转子叶片以旋转能的形式传递动能，以便使得轴转动，轴将转子叶片联接到齿轮箱上，或者如果不使用齿轮箱的话，则直接联接到发电机。然后发电机将机械能转换成电能，可将电能部署到电网。
转子叶片大体包括吸力侧壳和压力侧壳，典型地使用模制过程来形成它们，它们在沿着叶片的前缘和后缘的粘结线处粘结在一起。另外，压力壳和吸力壳的重量较轻，并且具有未构造成经受住在运行期间对转子叶片施加的挠矩和其它负载的结构属性(例如，硬度、抗翘曲性和强度)。因而，为了提高转子叶片的硬度、抗翘曲性和强度，典型地使用接合壳半部的内压力侧表面和吸力侧表面的一个或多个结构构件(例如相对的翼梁帽，它们之间构造有抗剪腹板)来加强本体壳。翼梁帽可由各种材料构建而成，包括(但不限于)玻璃纤维层压复合物和/或碳纤维层压复合物。
但是，这样的转子叶片不是没有问题。例如，大体通过沿着粘结线应用适当的粘结浆或化合物来形成典型的转子叶片的粘结线，在壳部件之间有最小设计粘结宽度。这些粘结线是叶片的关键设计约束，因为大量涡轮叶片领域的故障都出现在粘结线处。沿着正在运行的涡轮叶片的前缘和/或后缘的粘结线的分离可导致毁灭性的故障，而且可损伤风力涡轮。
另外，用来制造转子叶片和/或其结构构件的方法可能难以控制、易于有缺陷，以及/或者由于对干纤维的处理和浸渍大型层压结构的挑战，所以这样的方法是劳动高度密集型的。此外，由于转子叶片大小继续增大，传统制造方法的复杂性继续提高，因为典型地使用必须足够大，以容纳转子叶片的整个长度的相对的模子半部来制造叶片半部。因而，连结大型叶片半部可为劳动高度密集型的，而且更易于有缺陷。
一种降低与预成形、运输和架设具有大小增大的转子叶片的风力涡轮相关联的复杂性和成本的已知策略是将转子叶片制造成叶片节段。然后可在例如单独的叶片节段运输到现场之后组装叶片节段，以形成转子叶片。但是，用于将叶片节段连接在一起的已知接头设计典型地具有各种各样的缺点。例如，许多已知接头设计无法使叶片节段充分对齐。因而，为了组装转子叶片，大量时间都浪费在对齐叶片节段上。另外，许多已知接头设计包括各种复杂的互连构件，从而增加组装叶片节段所需的时间量。另外，分段式叶片典型地比使用传统方法制造而成的叶片更重，因为有额外的接头和/或相关部件。另外，仍然使用在前缘和后缘处粘结在一起的叶片半部来制造各个节段，如已经提及的那样，这是关键的设计约束。
因而，本领域正在不断寻找可解决前面提到的问题的新颖且有改进的转子叶片和有关方法。因此，本公开涉及具有预成型叶片根部区段的改进的模块化风力涡轮转子叶片及其制造方法。
发明内容
将在以下描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据该描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。
一方面，本公开涉及一种用于风力涡轮的模块化转子叶片。转子叶片包括预成型叶片根部区段、预成型叶片末梢区段，以及布置在叶片根部区段和叶片末梢区段之间的多个叶片节段(例如前缘节段和后缘节段)。叶片根部区段具有根部端部分以及与根部端部分共同浸渍的一个或多个纵向翼梁帽。因而，一个或多个翼梁帽沿大体翼展方向延伸。另外，根部端部分包括第一端和第二端。第一端构造成用于将转子叶片安装到风力涡轮的转子上，并且第二端限定转子叶片的最大弦。
在一个实施例中，纵向翼梁帽构造成抵靠着多个叶片节段的相对的表面，并且在它们之间限定距离。在某些实施例中，翼梁帽之间的距离可随转子叶片的翼展改变。在另一个实施例中，根部端部分可由热固性聚合物、热塑性聚合物等制造而成。在另一个实施例中，一个或多个翼梁帽可由包在树脂材料中的单向纤维构建而成。更特别地，可通过使用用拉挤成型或带压技术生产的预凝固层压材料浸渍干织物来形成翼梁帽，并且/或者可用预浸渍材料形成翼梁帽。因而，在某些实施例中，翼梁帽可与叶片节段共同浸渍为预制构件，或者翼梁帽可堆叠为单独的板层。另外，在特定实施例中，翼梁帽可由一个或多个拉挤成型部件构建而成，包括(但不限于)拉挤成型杆、拉挤成型板等。
在另一个实施例中，叶片根部区段的根部端部分进一步包括多个连接点。在特定实施例中，连接点可包括沿周向围绕第一端隔开的多个T形螺栓连接件、多个根部插件或者它们的组合。因而，连接点构造成接收多个叶片根部螺栓。因此，叶片根部螺栓构造成将转子叶片固定到风力涡轮的转子上。
在又一个实施例中，最大弦大体对应于最大可允许货运尺寸，即，对于铁路或卡车运输所允许的最大高度。
在额外的实施例中，转子叶片的叶片末梢区段还可包括沿大体翼展方向延伸的一个或多个翼梁帽。因而，在这样的实施例中，叶片根部区段和叶片末梢区段可通过它们的相应的翼梁帽连结在一起。
仍然在另外的实施例中，转子叶片还可包括固定到叶片根部区段上的额外的结构构件。另外，在某些实施例中，可针对多个后缘节段构造结构构件。
另一方面，本公开涉及一种用于风力涡轮的模块化转子叶片的预成型叶片根部区段。叶片根部区段包括根部端部分以及与根部端部分共同浸渍的一个或多个纵向翼梁帽。因而，翼梁帽沿大体翼展方向延伸。另外，根部端部分包括第一端和第二端。第一端构造成用于将转子叶片安装到风力涡轮的转子上，第二端限定转子叶片的最大弦。应当理解，叶片根部区段可进一步包括本文描述的任何额外的特征。
又一方面，本公开涉及一种用于制造模块化转子叶片的叶片根部区段的方法。该方法包括将至少一个复合材料外层置于叶片根部区段的壳模中，其中，外层形成叶片根部区段的外盖。该方法还包括将至少一个复合材料内层置于壳模中，其中，内层形成叶片根部区段的内表面。另一个步骤包括将一个或多个翼梁帽置于壳模中，位于外层和内层之间。因而，该方法进一步包括通过树脂材料将内层和外层与一个或多个翼梁帽一起浸渍。
在一个实施例中，方法还可包括将核心材料置于壳模中，位于内层和外层之间，并且在内层和外层之间浸渍核心材料。在另一个实施例中，方法可包括通过拉挤成型过程使一个或多个翼梁帽预成型。在另一个实施例中，方法还可包括在浸渍之前，将一个或多个叶片根部插件插入叶片根部区段的壳模中。
仍然在额外的实施例中，树脂材料可包括热固性聚合物、热塑性聚合物等。另外，方法可包括通过下者中的至少一个使叶片根部区段和/或一个或多个翼梁帽预成型：拉挤成型、真空浸渍、树脂传递模塑(RTM)、轻树脂传递模塑(RTM)、真空辅助式树脂传递模塑(VARTM)、带压过程、成形过程(例如热成形)或类似的技术。
技术方案1. 一种用于风力涡轮的模块化转子叶片，所述转子叶片包括：
预成型叶片根部区段，其包括：
根部端部分，其包括第一端和第二端，所述第一端构造成用于将所述转子叶片安装到所述风力涡轮的转子上，所述第二端限定所述转子叶片的最大弦；以及
一个或多个纵向翼梁帽，其与所述根部端部分共同浸渍，并且沿大体翼展方向延伸；
预成型叶片末梢区段；以及，
布置在所述叶片根部区段和所述叶片末梢区段之间的多个叶片节段。
技术方案2. 根据技术方案1所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述纵向翼梁帽构造成抵靠着所述多个叶片节段的相对的表面且在它们之间限定距离。
技术方案3. 根据技术方案1所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述叶片根部区段由热固性聚合物或热塑性聚合物中的至少一个制造而成。
技术方案4. 根据技术方案1所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽由包在树脂材料中的单向纤维构建而成。
技术方案5. 根据技术方案4所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽包括一个或多个拉挤成型部件。
技术方案6. 根据技术方案5所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述一个或多个拉挤成型部件包括拉挤成型杆或拉挤成型板中的至少一个。
技术方案7. 根据技术方案1所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述叶片根部区段的所述根部端部分进一步包括多个连接点，所述连接点包括沿周向围绕所述第一端间隔开的多个根部插件或多个T形螺栓连接件中的至少一个，所述多个连接点构造成接收多个叶片根部螺栓，以及其中，所述叶片根部螺栓构造成将所述转子叶片固定到所述风力涡轮的所述转子上。
技术方案8. 根据技术方案2所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述最大弦对应于最大可允许货运高度，其中，所述最大可允许货运高达包括高达大约五(5)米的高度。
技术方案9. 根据技术方案1所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述转子叶片的所述叶片末梢区段进一步包括沿大体翼展方向延伸的一个或多个翼梁帽，以及其中，所述叶片根部区段和所述叶片末梢区段通过它们的相应的翼梁帽连结在一起。
技术方案10. 根据技术方案1所述的模块化转子叶片，其特征在于，所述模块化转子叶片进一步包括固定到所述叶片根部区段上的额外的结构构件。
技术方案11. 一种用于风力涡轮的模块化转子叶片的预成型叶片根部区段，所述叶片根部区段包括：
根部端部分，其包括第一端和第二端，所述第一端构造成用于将所述转子叶片安装到所述风力涡轮的转子上，所述第二端限定所述转子叶片的最大弦；以及，
一个或多个纵向翼梁帽，其与所述根部端部分共同浸渍，并且沿大体翼展方向延伸。
技术方案12. 根据技术方案11所述的叶片根部区段，其特征在于，所述根部端部分由热固性聚合物或热塑性聚合物中的至少一个制造而成。
技术方案13. 根据技术方案11所述的叶片根部区段，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽由包在树脂材料中的单向纤维构建而成。
技术方案14. 根据技术方案13所述的叶片根部区段，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽包括一个或多个拉挤成型部件，其中，所述一个或多个拉挤成型部件包括拉挤成型杆或拉挤成型板中的至少一个。
技术方案15. 根据技术方案11所述的叶片根部区段，其特征在于，所述叶片根部区段的所述根部端部分进一步包括多个连接点，所述连接点包括沿周向围绕所述第一端间隔开的多个根部插件或多个T形螺栓连接件中的至少一个，所述多个连接点构造成接收多个叶片根部螺栓，以及其中，所述叶片根部螺栓构造成将所述转子叶片固定到所述风力涡轮的所述转子上。
技术方案16. 一种制造用于模块化转子叶片的叶片根部区段的方法，所述方法包括：
将至少一个复合材料外层置于所述叶片根部区段的壳模中，其中，所述外层形成所述叶片根部区段的外盖；
将至少一个复合材料内层置于所述壳模中，其中，所述内层形成所述叶片根部区段的内表面；
将一个或多个翼梁帽置于所述壳模中，位于所述外层和所述内层之间；以及，
通过树脂材料将所述内层和所述外层与所述一个或多个翼梁帽一起浸渍。
技术方案17. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将核心材料置于所述壳模中，位于所述内层和所述外层之间，并且在所述内层和所述外层之间浸渍所述核心材料。
技术方案18. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在浸渍之前，将一个或多个叶片根部插件插入所述叶片根部区段的所述壳模中。
技术方案19. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述树脂材料包括热固性聚合物或热塑性聚合物中的至少一个。
技术方案20. 根据技术方案16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括通过下者中的至少一个使所述叶片根部区段或所述一个或多个翼梁帽预成型：拉挤成型、真空浸渍、树脂传递模塑(RTM)、轻树脂传递模塑(RTM)、真空辅助式树脂传递模塑(VARTM)、带压过程或成形过程。
技术方案21. 一种用于风力涡轮(10)的模块化转子叶片(16)，所述转子叶片(16)包括：
预成型叶片根部区段(20)，其包括：
根部端部分(68)，其包括第一端(70)和第二端(72)，所述第一端(70)构造成用于将所述转子叶片(16)安装到所述风力涡轮(10)的转子上，所述第二端限定所述转子叶片的最大弦；以及
一个或多个纵向翼梁帽(48，50)，其与所述根部端部分(68)共同浸渍，并且沿大体翼展方向延伸；
预成型叶片末梢区段(22)；以及，
布置在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间的多个叶片节段。
技术方案22. 根据技术方案21所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述纵向翼梁帽(48，50)构造成抵靠着所述多个叶片节段的相对的表面。
技术方案23. 根据技术方案21所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述叶片根部区段(20)由热固性聚合物或热塑性聚合物中的至少一个制造而成。
技术方案24. 根据技术方案21所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽(48，50)由包在树脂材料中的单向纤维构建而成。
技术方案25. 根据技术方案24所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽(48，50)包括一个或多个拉挤成型部件。
技术方案26. 根据技术方案25所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述一个或多个拉挤成型部件包括拉挤成型杆或拉挤成型板中的至少一个。
技术方案27. 根据技术方案21所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述叶片根部区段(20)的所述根部端部分(68)进一步包括多个连接点，所述连接点包括沿周向围绕所述第一端(70)间隔开的多个根部插件(80)或多个T形螺栓连接件中的至少一个，所述多个连接点构造成接收多个叶片根部螺栓，以及其中，所述叶片根部螺栓构造成将所述转子叶片(16)固定到所述风力涡轮(10)的所述转子上。
技术方案28. 根据技术方案22所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述最大弦对应于最大可允许货运高度，其中，所述最大可允许货运高度包括高达大约五(5)米的高度。
技术方案29. 根据技术方案21所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述转子叶片(16)的所述叶片末梢区段(22)进一步包括沿大体翼展方向延伸的一个或多个翼梁帽(51，53)，以及其中，所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)通过它们的相应的翼梁帽(48，50，51，53)连结在一起。
技术方案30. 根据技术方案21所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述模块化转子叶片(16)进一步包括固定到所述叶片根部区段(20)上的额外的结构构件(52)。
技术方案31. 一种用于制造模块化转子叶片(16)的叶片根部区段(20)的方法(100)，所述方法(100)包括：
将至少一个复合材料外层置于所述叶片根部区段(20)的壳模中，其中所述外层形成所述叶片根部区段(20)的外盖；
将至少一个复合材料内层置于所述壳模中，其中，所述内层形成所述叶片根部区段(20)的内表面；
将一个或多个翼梁帽(48，50)置于所述壳模中，位于所述外层和所述内层之间；以及，
通过树脂材料将所述内层和所述外层与所述一个或多个翼梁帽(48，50)一起浸渍。
技术方案32. 根据技术方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)进一步包括将核心材料置于所述壳模中，位于所述内层和所述外层之间，并且在所述内层和所述外层之间浸渍所述核心材料。
技术方案33. 根据技术方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)进一步包括在浸渍之前，将一个或多个叶片根部插件插入所述叶片根部区段(20)的所述壳模中。
技术方案34. 根据技术方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述树脂材料包括热固性聚合物或热塑性聚合物中的至少一个。
技术方案35. 根据技术方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)进一步包括通过下者中的至少一个使所述叶片根部区段(20)或所述一个或多个翼梁帽(48，50)预成型：拉挤成型、真空浸渍、树脂传递模塑(RTM)、轻树脂传递模塑(RTM)、真空辅助式树脂传递模塑(VARTM)、带压过程或成形过程。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。附图结合在本说明书中且构成其一部分，附图示出本发明的实施例，并且与描述共同用来阐明本发明的原理。
附图说明
在说明书中对本领域普通技术人员阐述本发明的全面和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中：
图1示出根据本公开的风力涡轮的透视图；
图2示出根据本公开的风力涡轮的模块化转子叶片的透视图；
图3示出根据本公开的风力涡轮的模块化转子叶片的透视图；
图4示出根据本公开的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的横截面图；
图5示出根据本公开的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的横截面图；
图6示出根据本公开的图2的模块化转子叶片的沿着线6-6的横截面图；
图7示出根据本公开的图2的模块化转子叶片的沿着线7-7的横截面图；
图8示出根据本公开的模块化转子叶片的另一个实施例的横截面图，其特别地示出交迭的压力侧接缝和吸力侧接缝；
图9示出根据本公开的模块化转子叶片的另一个实施例的横截面图，其特别地示出无接头的连续叶片节段；
图10示出根据本公开的模块化转子叶片的另一个实施例的横截面图，其特别地示出单接头叶片节段；
图11示出根据本公开的模块化转子叶片的另一个实施例的横截面图，其特别地示出通过多个接头连结在一起的多个叶片节段；
图12示出根据本公开的模块化转子叶片的叶片根部区段的一个实施例的透视图；
图13示出根据本公开的模块化转子叶片的叶片根部区段的吸力侧的一个实施例的透视图；
图14示出根据本公开的模块化转子叶片的叶片根部区段的压力侧的一个实施例的透视图；以及
图15示出用于制造根据本公开的模块化转子叶片的叶片根部区段的方法的流程图。
部件列表
10风力涡轮
12塔架
14机舱
16转子叶片
18转子
20叶片根部区段
22叶片末梢区段
23翼展
24前缘节段
25弦
26后缘节段
27纵向轴线
28前压力侧表面
29最大弦
30前吸力侧表面
31压力侧表面
32后压力侧表面
33吸力侧表面
34后吸力侧表面
35抗剪腹板
36压力侧接缝
37中心线
38吸力侧接缝
39中心线
40前缘
41前压力侧节段
42后缘
43前吸力侧节段
44压力侧节段
45无接头连续翼型件表面
46吸力侧节段
47后压力侧节段
48压力侧根部翼梁帽
49后吸力侧节段
50吸力侧根部翼梁帽
51压力侧末梢翼梁帽
52结构构件
53吸力侧末梢翼梁帽
54接缝
55单接头叶片节段
56粘合剂
57单接头
58主固定组件
59多接头叶片节段
60前缘固定组件
61接头
62后缘固定组件
63接头
64叶片根部板
65接头
66根部支承结构
67接头
68根部端部分
70第一端
72第二端
76叶片根部区段的吸力侧
78叶片根部区段的压力侧
80叶片根部插件
100方法
102方法步骤
104方法步骤
106方法步骤
108方法步骤。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出实施例的一个或多个示例。以阐明本发明而非限制本发明的方式提供各个示例。实际上，对本领域技术人员显而易见的将是，可在本发明的中作出各种修改和变型，而不偏离本发明的范围或精神。例如，被示为或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生另外的实施例。因而，意于的是本发明覆盖落在所附权利要求和它们的等效物的范围内的这样的修改和变型。
大体上，本公开涉及用于风力涡轮的模块化转子叶片，其具有预成型叶片根部区段，预成型叶片根部区段包括一个或多个翼梁帽。更特别地，叶片根部区段具有根部端部分以及与根部端部分共同浸渍的一个或多个纵向翼梁帽。因而，一个或多个翼梁帽沿大体翼展方向延伸，并且对转子叶片提供连续结构支承。另外，根部端部分包括第一端和第二端。第一端构造成用于将转子叶片安装到风力涡轮的转子上，而第二端则典型地限定转子叶片的最大弦。模块化转子叶片还包括叶片末梢区段和布置在叶片根部区段和叶片末梢区段之间的多个叶片节段。
本公开提供许多现有技术中不存在的优点。例如，本公开的叶片根部区段包含与根部端部分共同浸渍的主结构翼梁帽。通过使主翼梁帽保持沿着翼展方向是连续的，可消除对多个嵌接接头的需要。另外，通过共同浸渍主翼梁帽与根部端部分，本公开的叶片根部区段确保负载在运行期间恰当地从翼梁帽传递到根部中的结构化表层，最终传递到风力涡轮的根部螺栓和毂。另外，本公开的模块化转子叶片具有在组装叶片之前可各自单独地预成型的多个叶片节段和/或构件。因而，叶片节段可减少粘结线的数量，并且使粘结线转移远离前缘和/或后缘区域。另外，本文描述的叶片根部区段会减少制造叶片所需的干玻璃的含量，减少壳铺叠时间，消除根部预制，并且减少浸渍时间。
现在参照附图，图1示出根据本公开的风力涡轮10的一个实施例。如所显示的那样，风力涡轮10包括塔架12，机舱14安装在塔架12上。多个转子叶片16安装到转子18上，转子18又连接到主凸缘上，主凸缘使主转子轴转动。风力涡轮功率产生和控制构件容纳在机舱14内。提供图1的视图仅仅是为了说明，以将本发明放在示例性使用领域中。应当理解，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。另外，本发明不局限于用于风力涡轮，而是可在具有转子叶片的任何应用中使用。
现在参照图2和3，示出了根据本公开制造而成的模块化转子叶片16的各种视图。如所显示的那样，转子叶片16包括模块化构造，其具有：预成形叶片根部区段20，其构造成安装到或以别的方式固定到转子18(图1)上；设置成与叶片根部区段20相对的预成形叶片末梢区段22；以及一个或多个叶片节段，其大体沿着纵向轴线27沿大体翼展方向布置在叶片根部区段20和叶处末梢区段22之间。另外，如图2中显示的那样，转子叶片16限定翼展23，翼展23等于叶片根部区段20和叶片末梢区段22之间的总长度。另外，如图2和6中显示的那样，转子叶片16限定弦25，弦25等于转子叶片16的前缘40和转子叶片16的后缘42之间的总长度。如大体理解的那样，随着转子叶片16从叶片根部区段20延伸到叶片末梢区段22，弦25的长度可大体相对于翼展23改变。
另外，如示出的实施例中显示的那样，叶片节段可包括多个前缘节段24和多个后缘节段26，它们沿着纵向轴线27沿大体翼展方向大体布置在叶片根部区段20和叶片末梢区段22之间。在额外的实施例中，应当理解，叶片16的叶片节段部分可包括本文描述的节段的任何组合，并且不限于所描绘的实施例。因而，本文描述的叶片节段大体用作转子叶片16的外壳/外盖，并且可限定基本空气动力学轮廓，诸如通过限定对称或弧形翼型件形横截面。
现在参照图4，各个前缘节段24可具有前压力侧表面28和前吸力侧表面30，它们由中心线37分开。类似地，如图5中显示的那样，各个后缘节段26可具有后压力侧表面32和后吸力侧表面34，它们由中心线39分开。因而，如图6中显示的那样，前缘节段24和后缘节段26可在压力侧接缝36和吸力侧接缝38处连结。因而，前缘节段24的前压力侧表面28和后缘节段26的后压力侧表面32大体限定转子叶片16的压力侧表面。类似地，前缘节段24的前吸力侧表面30和后缘节段26的后吸力侧表面34大体限定转子叶片16的吸力侧表面。
在另外的实施例中，如图8中显示的那样，前缘节段24和后缘节段26可构造成在压力侧接缝36和/或吸力侧接缝38处交迭。另外，如图2中显示的那样，相邻的前缘节段24以及相邻的后缘节段26可构造成在接缝54处交迭。更特别地，在某些实施例中，转子叶片16的各种节段例如可通过构造在交迭的前缘节段24和后缘节段26和/或交迭的相邻的前缘节段24或后缘节段26之间的粘合剂56来进一步固定在一起。
另外，压力侧接缝26和/或吸力侧接缝38可位于任何适当的弦向位置处。例如，如图6和8中显示的那样，接缝36、38可定位成与转子叶片16的前缘40相隔大约40%至大约60%的弦。更特别地，在某些实施例中，接缝36、38可定位成与前缘40相隔大约50%的弦。仍然在另外的实施例中，接缝36、38可定位成与转子叶片16的前缘40相隔不到40%的弦或大于60%的弦。另外，在一些实施例中，接缝36、38可大体如图中显示的那样对齐。备选地，接缝36、38可有所偏移。
在额外的实施例中，如图3和7中显示的那样，转子叶片16还可包括至少一个压力侧节段44和/或至少一个吸力侧节段46。例如，如图7中显示的那样，转子叶片16可包括压力侧节段44布置成在前缘40和后缘42处与吸力侧节段46连结。这样的节段可与本文描述的额外节段组合起来使用，以及/或者与额外节段分开来使用。
迄今，本文描述的节段在两个接头位置处连结。但是，在另外的实施例中，可使用不到两个或超过两个接头位置。例如，如图9中显示的那样，转子叶片16还可包括无接头的连续叶片节段45。更特别地，如所显示的那样，无接头的连续叶片节段45不需要粘结多个节段。这样的节段45可与本文描述的额外节段组合起来使用，以及/或者与额外节段分开来使用。另外，如图10中显示的那样，转子叶片16还可包括单接头的叶片节段55。更特别地，如所显示的那样，叶片节段55可包括压力侧表面33、吸力侧表面31和在后缘42处的单接头57。因而，叶片节段55仅需要一个接头而非多个接头。这样的节段55可与本文描述的额外节段组合起来使用，以及/或者与额外节段分开来使用。此外，如图11中显示的那样，转子叶片16还可包括多接头的叶片节段59。更特别地，如所显示的那样，叶片节段59包括多个节段41、43、47、49，它们通过围绕叶片节段59的横截面间隔开的多个接头61、63、65、67而连结在一起。更特别地，节段41、43、47、49可包括前压力侧节段43、前吸力侧节段41、后压力侧节段49和后吸力侧节段47。这样的节段可与本文描述的额外节段组合起来使用，以及/或者与额外节段分开来使用。
现在参照图2-3和6-7，转子叶片16还可包括一个或多个沿纵向延伸的翼梁帽，其构造成提高转子叶片16的硬度、翘曲阻力和/或强度。例如，叶片根部区段20可包括与其共同浸渍的一个或多个沿纵向延伸的翼梁帽48、50，并且构造成接合转子叶片16的相对的内表面。类似地，叶片末梢区段22可包括一个或多个沿纵向延伸的翼梁帽51、53，其构造成接合转子叶片16的相对的内表面。另外，如图6和7中显示的那样，翼梁帽48、50之间的距离D1可沿着转子叶片16的翼展改变。因而，如所显示的那样，距离(例如D1)在接近叶片根部的地方可比在接近叶片末梢的地方(例如D2)更大。另外，叶片末梢区段20和/或叶片根部区段22还可包括一个或多个抗剪腹板35，其分别构造在叶片根部区段20或叶片末梢区段22的一个或多个翼梁帽48、50、51、53之间。因而，抗剪腹板35构造成提高叶片根部区段20和/或叶片末梢区段22的刚性，从而允许以较多的控制操纵区段20、22。
另外，叶片根部翼梁帽48、50可构造成与叶片末梢翼梁帽51、53对齐，并且可从叶片根部区段20延伸到叶片末梢区段22或其一部分。因而，在某些实施例中，叶片根部区段20和叶片末梢区段22可通过它们的相应的翼梁帽48、50、51、53而连结在一起。因而，翼梁帽48、50、51、53可大体设计成在风力涡轮10的运行期间控制沿大体翼展方向(平行于转子叶片16的翼展23的方向)对转子叶片16起作用的弯曲应力和/或其它负载。另外，翼梁帽48、50、51、53可设计成经受住在风力涡轮10的运行期间发生的翼展方向的压缩。
仍然在另外的实施例中，如图2和3中显示的那样，转子叶片16还可包括一个或多个额外的结构构件52，其固定到叶片根部区段20上且沿大体翼展方向延伸。更特别地，结构构件52可在叶片根部区段20和叶片末梢区段22之间延伸任何适当的距离。因而，结构构件52构造成对转子叶片16提供额外的结构支承，以及对本文描述的各种叶片节段提供可选的安装结构。例如，在某些实施例中，结构构件52可固定到叶片根部区段20上，并且可延伸预定翼展方向距离，使得前缘节段24和/或后缘节段26可安装到其上。
现在参照图12-14，示出根据本公开的预成型叶片根部区段20的一个实施例的各种视图。更特别地，图12示出转子叶片16的叶片根部区段20的一个实施例的透视图，图13示出叶片根部区段20的吸力侧76的一个实施例的透视图；并且图14示出叶片根部区段20的压力侧78的一个实施例的透视图。如所显示的那样，叶片根部区段20具有根部端部分68以及与根部端部分68共同浸渍的一个或多个连续的纵向翼梁帽48、50。因而，翼梁帽沿转子叶片16的大体翼展方向延伸(图2)。另外，根部端部分68大体包括第一端70和第二端72。更特别地，如示出的实施例中显示的那样，根部端部分68的第一端70大体限定基本圆形横截面，其在根部端部分68接近第二端72时转变成翼型件形横截面。因而，第一端70的基本圆形横截面可轻易地安装到风力涡轮10的转子18上。另外，在某些实施例中，第二端72可大体限定转子叶片16的最大弦29。在特定实施例中，最大弦29大体对应于最大可允许货运尺寸，即，对于轨道或卡车运输允许的最大高度、宽度或深度。
在额外的实施例中，叶片根部区段20的根部端部分68可进一步包括沿周向围绕根部端部分68的第一端70间隔开的一个或多个叶片根部插件80。因而，叶片根部插件80可构造成接收多个叶片根部螺栓(未显示)，以便通过叶片根部区段20将转子叶片16固定到风力涡轮10的转子18上。
现在参照图15，示出用于制造风力涡轮10的模块化转子叶片16的叶片根部区段20的方法100的流程图。如102处显示的那样，方法100包括将至少一个复合材料外层置于叶片根部区段20的壳模中。因而，外层构造成形成完整的叶片根部区段20的外盖。如104处显示的那样，方法100包括将至少一个复合材料内层置于壳模中。因而，内层构造成形成完整的叶片根部区段20的内表面。如本文所用，“复合材料”可包括任何适当的复合材料，诸如层压复合材料(例如碳纤维加强式层压复合物或玻璃纤维加强式层压复合物)。在某些实施例中，方法100还可包括将核心材料置于壳模中，位于内层和外层之间，以及在内层和外层之间浸渍核心材料。更特别地，在特定实施例中，核心材料可包括设置在复合材料内层和外层之间的任何适当的材料，包括(但不限于)轻质材料，诸如木头(例如巴尔沙木)、泡沫(例如挤压泡沫聚苯乙烯)，或者这样的材料的组合。
如106处显示的那样，方法100可进一步包括将一个或多个翼梁帽48、50置于壳模中，位于外层和内层之间。在特定实施例中，方法100可包括例如使用包在树脂材料中的单向纤维使翼梁帽48、50预成型。更特别地，可通过使用用拉挤成型或带压技术生产的预凝固层压材料浸渍干织物来形成翼梁帽48、50和/或用预浸渍材料形成翼梁帽48、50。因而，在某些实施例中，翼梁帽 48、50可与叶片节段共同浸渍为预制构件，或者翼梁帽 48、50可堆叠为单独的板层。另外，在特定实施例中，翼梁帽可由一个或多个拉挤成型部件构建而成，包括(但不限于)拉挤成型杆、拉挤成型板等。因而，翼梁帽48，50构造成代替由多个薄板层玻璃构建而成的传统翼梁帽。如本文所用，用语“拉挤成型部件”、“拉挤成型”等大体包含加强材料(例如纤维或织造绳或编织绳)，其浸渍有树脂，并且被拉过固定模具，使得树脂凝固或经历聚合反应。因而，制造拉挤成型部件的过程典型的特征在于复合材料的连续过程，其产生具有恒定横截面的复合部件。
因此，如108处显示的那样，方法100可包括通过树脂材料将内层和外层与一个或多个拉挤成型翼梁帽48、50(以及可选地浸渍核心材料)一起浸渍。因而，在某些实施例中，可在单次或单个模具中浸渍叶片根部区段20和一个或多个翼梁帽48、50，以便产生均匀的一体部件。更特别地，方法100可包括通过下者中的至少一个使叶片根部区段20预成型：真空浸渍、树脂传递模塑(RTM)、轻树脂传递模塑(RTM)、真空辅助式树脂传递模塑(VARTM)、成形过程(例如热成形)等。另外，在某些实施例中，浸渍过程中使用的树脂或基质材料可包括热固性聚合物、热塑性聚合物等。
更特别地，在特定实施例中，可使用聚脂树脂和真空浸渍来制造本文描述的叶片根部区段20。在另外的实施例中，可使用基于异丁烯酸盐的热塑性树脂和真空浸渍来形成叶片根部区段20。在特定实施例中，可使用真空浸渍，基于异丁烯酸盐的热塑性树脂来构建叶片根部区段20，但是可使用成形过程用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)树脂来构建节段24、26。应当理解，本文提供的示例仅仅是为了说明目的而不是意于限制。因而，在额外的实施例中，可使用本文描述的材料和/或过程的任何组合来制造叶片根部区段20。另外，应当理解，本公开的叶片根部区段20不限于本文描述的模块化转子叶片16，而是可用于由任何数量的节段和/或材料构建而成的任何适当的转子叶片。
在又一个实施例中，方法100还可包括在浸渍之前，将一个或多个叶片根部插件80插入叶片根部区段20的壳模中。在某些实施例中，叶片根部插件80可为拉挤成型构件，例如类似于本文描述的翼梁帽。因而，在某些实施例中，拉挤成型叶片根部插件80(和/或拉挤成型翼梁帽48、50)构造成减少转子叶片16中的干玻璃的含量，代替根部构建、预制，以及/或者对于许多传统转子叶片来说普遍的圆柱螺母。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及实行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构要素，则它们意于处在权利要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮(10)的模块化转子叶片(16)，所述转子叶片(16)包括：
预成型叶片根部区段(20)，其包括：
根部端部分(68)，其包括第一端(70)和第二端(72)，所述第一端(70)构造成用于将所述转子叶片(16)安装到所述风力涡轮(10)的转子上，所述第二端限定所述转子叶片的最大弦；以及
一个或多个纵向翼梁帽(48，50)，其与所述根部端部分(68)共同浸渍，并且沿大体翼展方向延伸；
预成型叶片末梢区段(22)；以及，
布置在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间的多个叶片节段。
2.根据权利要求1所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述纵向翼梁帽(48，50)构造成抵靠着所述多个叶片节段的相对的表面。
3.根据权利要求1所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述叶片根部区段(20)由热固性聚合物或热塑性聚合物中的至少一个制造而成。
4.根据权利要求1所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽(48，50)由包在树脂材料中的单向纤维构建而成。
5.根据权利要求4所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述一个或多个翼梁帽(48，50)包括一个或多个拉挤成型部件。
6.根据权利要求5所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述一个或多个拉挤成型部件包括拉挤成型杆或拉挤成型板中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述叶片根部区段(20)的所述根部端部分(68)进一步包括多个连接点，所述连接点包括沿周向围绕所述第一端(70)间隔开的多个根部插件(80)或多个T形螺栓连接件中的至少一个，所述多个连接点构造成接收多个叶片根部螺栓，以及其中，所述叶片根部螺栓构造成将所述转子叶片(16)固定到所述风力涡轮(10)的所述转子上。
8.根据权利要求2所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述最大弦对应于最大可允许货运高度，其中，所述最大可允许货运高度包括高达大约五(5)米的高度。
9.根据权利要求1所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述转子叶片(16)的所述叶片末梢区段(22)进一步包括沿大体翼展方向延伸的一个或多个翼梁帽(51，53)，以及其中，所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)通过它们的相应的翼梁帽(48，50，51，53)连结在一起。
10.根据权利要求1所述的模块化转子叶片(16)，其特征在于，所述模块化转子叶片(16)进一步包括固定到所述叶片根部区段(20)上的额外的结构构件(52)。
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