CN106286117B - 用于模块化转子叶片的结构构件 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及预成形的连续结构构件(52)，其在组装风力涡轮(10)的模块化转子叶片(16)时使用。另外，结构构件(52)在运行期间对模块化转子叶片(16)提供支承。预成形结构构件(52)包括根部部分(60)和本体部分(62)。根部部分(60)构造成将结构构件(52)安装到转子叶片(16)的叶片根部区段(20)上。本体部分(62)构造成沿大体翼展方向延伸。另外，本体部分(62)限定具有平背部分(64)的预定横截面，平背部分(64)具有第一端(66)和第二端(68)。另外，第一端和第二端(64，66)各自具有垂直地从其延伸的凸缘(70，72)。因而，各个凸缘(70，72)限定用于一个或多个叶片节段的安装表面。

Description

用于模块化转子叶片的结构构件
技术领域
本公开大体涉及风力涡轮转子叶片，并且更特别地，涉及用于模块化风力涡轮转子叶片的平背结构构件。
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，转子具有可旋转轮毂，可旋转轮毂具有一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型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(例如嵌接(scarf)接头)，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，本公开涉及通过平背结构构件组装而成的改进的模块化风力涡轮转子叶片。
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：预成形叶片根部区段，其具有沿大体翼展方向延伸的一个或多个翼梁帽；预成形叶片末梢区段；预成形结构构件，其固定到叶片根部区段上，并且沿翼展方向延伸；以及多个叶片节段。另外，叶片节段布置在叶片根部区段和叶片末梢区段之间。因而，预成形结构构件可为构造成对模块化转子叶片提供结构支承的内部结构。另外，预成形结构构件可为形成翼型件的平背横截面形状外部结构。
在一个实施例中，预成形结构构件可固定到叶片根部区段的对应的结构构件上。更特别地，在某些实施例中，结构构件可进一步包括根部部分和本体部分。因而，在特定实施例中，根部部分例如可通过嵌接接头固定到叶片根部区段的对应的结构构件上。在另一个实施例中，叶片根部区段的对应的结构构件可具有随着叶片根部区段的横截面形状改变的横截面。在某些实施例中，结构构件可构造在与转子叶片的后缘相隔50%的弦之内的位置处。
在额外的实施例中，结构构件可由一个或多个拉挤成型部件构建而成。因而，在某些实施例中，结构构件可具有从结构构件的根部到末梢的恒定横截面。在备选实施例中，结构构件可具有沿着其长度改变的横截面。例如，在特定实施例中，结构构件的横截面可包括平背部分，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端可各自包括垂直地从其延伸的凸缘。因而，凸缘提供用于本文描述的叶片节段的安装表面。在又一个实施例中，结构构件可由任何适当的材料构建而成，包括(但不限于)热固性聚合物、热塑性聚合物等。
在额外的实施例中，本文描述的叶片节段可包括前缘节段或后缘节段、压力侧节段或吸力侧节段、无接头的连续叶片节段、单接头的叶片节段、前压力侧节段、前吸力侧节段、后压力侧节段、后吸力侧节段，或者类似物或者它们的任何组合。
在又一个实施例中，叶片根部区段和/或叶片末梢区段可包括从其延伸的一个或多个翼梁帽。因而，在某些实施例中，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。
另一方面，本公开涉及一种用于组装风力涡轮的模块化转子叶片的预成形结构构件。预成形结构构件包括：根部部分，其构造成安装到转子叶片的叶片根部区段上；以及本体部分，其构造成沿大体翼展方向延伸。另外，本体部分限定具有平背部分的横截面，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端各自具有垂直地从其延伸的凸缘。因而，各个凸缘限定用于一个或多个叶片节段的安装表面。
又一方面，本公开涉及一种用于组装风力涡轮的模块化转子叶片的方法。该方法包括提供用于转子叶片的预成形叶片根部区段和预成形叶片末梢区段。另一个步骤包括使转子叶片的连续结构构件预成形。该方法还包括提供转子叶片的一个或多个预成形叶片节段。另一个步骤包括将结构构件固定到叶片根部区段上，使得结构构件沿大体翼展方向延伸。因而，方法还包括在叶片根部区段和叶片末梢区段之间将一个或多个叶片节段安装到结构构件上。
在一个实施例中，叶片节段可包括至少一个前缘节段和至少一个后缘节段。在这样的实施例中，方法还可包括沿大体翼展方向在叶片根部区段和叶片末梢区段之间将一个或多个后缘节段安装到结构构件上，以及在压力侧接缝和吸力侧接缝处将一个或多个前缘节段固定到安装好的后缘节段上，使得结构构件在一个或多个前缘和后缘节段内。在备选实施例中，方法可包括沿大体翼展方向在叶片根部区段和叶片末梢区段之间将一个或多个叶片节段安装到结构构件上，使得结构构件在一个或多个叶片节段的外部。本文描述的叶片节段还可包括压力侧节段或吸力侧节段、无接头的连续叶片节段、单接头的叶片节段、前压力侧节段、前吸力侧节段、后压力侧节段、后吸力侧节段，或者类似物或者它们的任何组合。
在另一个实施例中，方法还可包括将预成形的连续结构构件固定到叶片根部区段的对应的结构构件上。另外，在特定实施例中，方法可进一步包括例如通过嵌接接头将预成形结构构件的根部部分固定到叶片根部区段的对应的结构构件上。在特定实施例中，方法还可包括使叶片根部区段的对应的结构构件预成形，以便具有随着叶片根部区段的横截面形状改变的横截面。
在额外的实施例中，使结构构件预成形的步骤可包括利用下者中的至少一个：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)、成形过程(例如热成形)等。例如，在某些实施例中，拉挤成型结构构件可具有沿着其长度(例如从结构构件的根部到末梢)改变的横截面。备选地，横截面沿着其长度可为恒定的。更特别地，横截面可包括平背部分，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端可各自包括垂直地从其延伸的凸缘。因而，凸缘构造成提供用于各种叶片构件(例如叶片节段)的安装表面。因此，在某些实施例中，方法还可包括将一个或多个叶片节段安装到结构构件的凸缘上。
仍然在另外的实施例中，方法还可包括共同浸渍叶片根部区段或叶片末梢区段中的至少一个与一个或多个翼梁帽。在这种实施例中，方法可进一步包括通过叶片根部区段和叶片末梢区段的相应的翼梁帽来连结它们。
技术方案1. 一种用于风力涡轮的模块化转子叶片(16)，所述转子叶片(16)包括：
预成形叶片根部区段(20)，其包括沿大体翼展方向延伸的一个或多个翼梁帽(48，50)；
预成形叶片末梢区段(22)；
连续的预成形结构构件(52)，其固定到所述叶片根部区段(20)上，并且沿所述大体翼展方向延伸；以及，
布置在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间的一个或多个叶片节段，其中，所述一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)上。
技术方案2. 根据技术方案1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)进一步包括根部部分(60)和本体部分(62)，其中，所述根部部分(60)固定到所述叶片根部区段(20)上，并且所述本体部分(62)沿所述大体翼展方向延伸。
技术方案3. 根据技术方案2所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)的所述根部部分(60)通过接头固定到所述叶片根部区段(20)的对应的结构构件(58)上，其中，所述叶片根部区段(20)的所述对应的结构构件(58)包括随着所述叶片根部区段(20)的横截面形状改变的横截面。
技术方案4. 根据技术方案1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)构造在与所述转子叶片(16)的后缘(42)相隔50%的弦之内的位置处。
技术方案5. 根据技术方案1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)由一个或多个拉挤成型部件构建而成。
技术方案6. 根据技术方案1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)包括沿着其长度的恒定横截面。
技术方案7. 根据技术方案1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)包括沿着其长度改变的横截面。
技术方案8. 根据技术方案1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)的横截面包括平背部分(64)，所述平背部分具有第一端(66)和第二端(68)，其中，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地从其延伸的凸缘(70，72)，以及其中，所述凸缘(70，72)限定用于所述一个或多个叶片节段的安装表面。
技术方案9. 根据技术方案1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述叶片末梢区段(22)包括一个或多个翼梁帽(51，53)，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10. 一种在组装模块化风力涡轮转子叶片(16)时使用的连续的预成形结构构件(52)，所述模块化风力涡轮转子叶片(16)具有一个或多个叶片节段，所述预成形结构构件(52)包括：
根部部分(60)，其构造成用于将所述结构构件(52)安装到所述转子叶片(16)的叶片根部区段(20)上；以及，
构造成沿大体翼展方向延伸的本体部分(62)，所述本体部分(62)限定沿着其长度的横截面，所述横截面包括平背部分(64)，所述平背部分具有第一端(66)和第二端(68)，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地从其延伸的凸缘(70，72)，其中，各个凸缘(70，72)限定用于一个或多个叶片节段的安装表面。
技术方案11. 一种用于组装风力涡轮的模块化转子叶片(16)的方法，所述方法包括：
提供所述转子叶片(16)的预成形叶片根部区段(20)和预成形叶片末梢区段(22)；
使所述转子叶片(16)的连续结构构件(52)预成形；
提供所述转子叶片(16)的一个或多个预成形叶片节段；
将所述结构构件(52)固定到所述叶片根部区段(20)上，使得所述结构构件(52)沿大体翼展方向延伸；以及，
在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间将所述一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)上。
技术方案12. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
沿大体翼展方向在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间将一个或多个后缘节段(26)安装到所述结构构件(52)上，以及
在压力侧接缝和吸力侧接缝处将一个或多个前缘节段(24)固定到安装好的一个或多个后缘节段(26)上，使得所述结构构件(52)在所述一个或多个前缘和后缘节段(24，26)内。
技术方案13. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括沿大体翼展方向在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间将一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)上，使得所述结构构件(52)在所述一个或多个叶片节段的外部。
技术方案14. 根据技术方案11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结构构件(52)预成形：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)或成形过程。
技术方案15. 根据技术方案11所述的方法，其特征在于，所述预成形结构构件(52)包括具有平背部分(64)的横截面，所述平背部分(64)具有第一端(66)和第二端(68)，其中，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地从其延伸的凸缘(70，72)，以及其中，所述凸缘(70，72)限定用于所述一个或多个叶片节段的安装表面，其中，所述方法进一步包括将所述一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)的所述凸缘(70，72)上。
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一个实施例的透视图；
图2示出根据本公开的风力涡轮的模块化转子叶片的一个实施例的透视图；
图3示出图2的模块化转子叶片的分解图；
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的叶片节段；
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示出模块化转子叶片的一个实施例的侧视图，其特别地示出根据本公开针对转子叶片的叶片根部区段的对应的结构构件构造的结构构件；
图13示出模块化转子叶片的另一个实施例的侧视图，其特别地示出根据本公开针对转子叶片的叶片根部区段构造的结构构件；
图14示出模块化转子叶片的一个实施例的端视图，其特别地示出根据本公开针对转子叶片的叶片根部区段的对应的结构构件构造的结构构件；
图15示出图14的模块化转子叶片的沿着线15-15的横截面图；
图16示出图10的实施例的详细端视图；
图17示出图10的实施例的详细侧视图；
图18示出从图10的实施例的转子叶片的后缘看的详细侧视图；以及
图19示出根据本公开的用于组装风力涡轮的模块化转子叶片的方法的流程图。
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
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
38吸力侧接缝
40前缘
42后缘
44压力侧节段
46吸力侧节段
48压力侧根部翼梁帽
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
56粘合剂
58对应的结构构件
60根部部分
62本体部分
63根部
64平背部分
65末梢
66第一端
68第二端
70凸缘
72凸缘
100方法
102方法步骤
104方法步骤
106方法步骤
108方法步骤
110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，本公开涉及一种预成形的连续结构构件，其用于组装风力涡轮的模块化转子叶片。预成形结构构件包括：根部部分，其安装到转子叶片的叶片根部区段上；以及本体部分，其构造成沿大体翼展方向延伸。另外，本体部分限定具有平背部分的横截面，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端各自具有垂直地从其延伸的凸缘，以便限定用于一个或多个模块化叶片节段的安装表面，模块化叶片节段形成转子叶片的外盖。
因而，本公开提供许多现有技术中不存在的优点。例如，本公开的连续结构构件提供用于叶片节段的安装表面，从而消除对节段之间的复杂嵌接接头的需要。另外，平背部分上的凸缘改进叶片节段中的抗翘曲性。因而，本公开提供改进的模块化转子叶片，其可增加供应链选择、减少制造周期时间，以及/或者降低运输成本。因而，本公开的转子叶片和方法对传统转子叶片提供经济的备选方式。另外，本公开的模块化转子叶片的重量减轻。
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安装到转子轮毂18上，转子轮毂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、设置成与叶片根部区段20相对的预成形叶片末梢区段22，以及布置在它们之间的多个叶片节段。叶片根部区段20构造成安装到或以别的方式固定到转子18上(图1)。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。另外，如所显示的那样，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。
现在参照图4，各个前缘节段24都具有前压力侧表面28和前吸力侧表面30。类似地，如图5中显示的那样，各个后缘节段26具有后压力侧表面32和后吸力侧表面34。另外，如图6中特别地显示的那样，前缘节段26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2-3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，叶片节段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、抗翘曲性和/或强度。例如，叶片根部区段20可包括一个或多个沿纵向延伸的翼梁帽48、50，其构造成接合在转子叶片16的前缘节段24和后缘节段26的相对的内表面上。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，其构造成接合在转子叶片16的前缘节段24和后缘节段26的相对的内表面上。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。
更特别地，在特定实施例中，叶片根部区段20和/或叶片末梢区段22可与一个或多个翼梁帽48、50、51、53一起预成形。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。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。另外，翼梁帽48、50、51、53可构造成从叶片根部区段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。
在另外的实施例中，如图2、3和12-18中显示的那样，转子叶片16还可包括固定到叶片根部区段20上的预成形的连续结构构件52。因而，如所显示的那样，结构构件52构造成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。
在某些实施例中，如图12-14和17-19中显示的那样，预成形结构构件52可固定到叶片根部区段20的对应的结构构件58上。更特别地，如图17和18中特别地显示的那样，结构构件52可进一步包括根部部分60和本体部分62。因而，在某些实施例中，根部部分60例如可通过嵌接接头固定到叶片根部区段20的对应的结构构件58上，如图12和13中显示的那样。因而，在某些实施例中，如图12中显示的那样，预成形结构构件52可为构造成对模块化转子叶片16提供结构支承的内部结构。在额外的实施例中，如图13中显示的那样，预成形结构构件52可为叶片根部区段20的外部结构，其形成翼型件的平背横截面形状。
在额外的实施例中，结构构件52可由一个或多个拉挤成型部件构建而成。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物材料的连续过程，其产生具有恒定横截面的复合物部件。备选地，结构构件52可由芯体材料和一个或多个表层(例如双轴和单向玻璃纤维加强树脂的组合)构建而成。因而，在某些实施例中，可使用树脂浸渍过程来构建结构构件52。另外，应当理解，结构构件52可由任何适当的材料构建而成。例如，在某些实施例中，结构构件52可由热固性聚合物、热塑性聚合物等构建而成。
因此，应当理解，结构构件52可沿着其长度(例如从结构构件52的根部63到末梢65)具有任何适当的横截面形状(变化或恒定的)。例如，如图15中显示的那样，结构构件52的横截面可具有基本C形构造。更特别地，如所显示的那样，横截面可具有平背部分64，平背部分64具有第一端66和第二端68。另外，第一端66和第二端68可各自包括垂直地从其延伸的凸缘70、72。因而，凸缘70、72可构造成用于本文描述的叶片节段的适当的安装结构。在额外的实施例中，结构构件52的横截面可进一步包括I形构造。在另外的实施例中，如图16-18中显示的那样，叶片根部区段20的对应的结构构件58可具有随着叶片根部区段20的横截面形状改变的横截面。
可使用任何适当的手段构建本文描述的结构构件52的凸缘70、72。例如，在某些实施例中，凸缘70、72可为拉挤成型的。在额外的实施例中，可使用干纤维浸渍、带压技术等构建凸缘70、72。
现在参照图19，示出了用于使用本文描述的结构构件52来组装风力涡轮10的模块化转子叶片16的方法100的流程图。如102处显示的那样，方法100包括提供转子叶片16的预成形叶片根部区段20和预成形叶片末梢区段22。如104处显示的那样，方法100包括使转子叶片16的连续结构构件52预成形。例如，在一个实施例中，方法100可包括通过下者中的至少一个来使结构构件52预成形：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)、成形过程(例如热成形)等。
在某些实施例中，方法100还可包括使结构构件52预成形有一个或多个拉挤成型部件。另外，方法100可包括使结构构件52预成形，使得构件具有预定横截面。例如，如图15中显示的那样，结构构件52的预定横截面可包括平背部分64，平背部分64具有第一端66和第二端68，其中各端包括垂直地从其延伸的凸缘70、72。另外，如所显示的那样，结构构件52可构造在与转子叶片16的后缘相隔在50%的弦之内的位置处。因而，结构构件52定位成比前缘40更接近后缘42。
如106处显示的那样，方法100还可包括提供一个或多个预成形叶片节段。例如，在某些实施例中，可使用现在本领域中已知或今后开发出的材料和方法的任何组合来使叶片节段预成形。另外，应当理解，叶片节段可包括本文描述的形成翼型件的节段的任何适当组合。例如，叶片节段可包括前缘节段24或后缘节段26、压力侧节段44或吸力侧节段46、无接头的翼型件节段、单接头的叶片节段、多接头的叶片节段或者它们的任何组合。
如108处显示的那样，方法100还可包括将结构构件52固定到叶片根部区段20上，使得结构构件沿大体翼展方向延伸。例如，在一个实施例中，方法100还可包括将预成形结构构件52固定到叶片根部区段20的对应的结构构件58上。另外，在特定实施例中，方法100可进一步包括通过嵌接接头将预成形结构构件52的根部部分60固定到叶片根部区段20的对应的结构构件58上。
如110处显示的那样，方法100还包括在叶片根部区段20和叶片末梢区段22之间将叶片节段安装到结构构件52上。更特别地，在某些实施例中，方法100还可包括将叶片节段安装到结构构件52的凸缘70、72上。例如，在某些实施例中，方法100可包括在叶片根部区段20和叶片末梢区段之间将预成形的前缘节段和后缘节段24安装到结构构件52上。在额外的实施例中，方法100可进一步包括沿大体翼展方向在叶片根部区段20和叶片末梢区段22之间将至少一个压力侧节段44和至少一个吸力侧节段46安装到结构构件52上。
在另外的实施例中，方法100还可包括使叶片根部区段20的对应的结构构件58预成形，以便具有随着叶片根部区段20的横截面形状改变的横截面。
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的模块化转子叶片(16)，所述转子叶片(16)包括：
预成形叶片根部区段(20)，其包括沿大体翼展方向延伸的一个或多个翼梁帽(48，50)；
预成形叶片末梢区段(22)；
连续的预成形结构构件(52)，其固定到所述叶片根部区段(20)上，并且沿所述大体翼展方向延伸；以及，
布置在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间的一个或多个叶片节段，其中，所述一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)上；
其中，所述结构构件(52)进一步包括根部部分(60)和本体部分(62)，其中，所述根部部分(60)固定到所述叶片根部区段(20)上，并且所述本体部分(62)沿所述大体翼展方向延伸，其中，所述本体部分限定U形横截面，其包括平背部分(64)，所述平背部分具有第一端(66)和第二端(68)，其中，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地从其延伸的凸缘(70，72)，以及其中，所述凸缘(70，72)限定用于所述一个或多个叶片节段的安装表面；
其中，所述结构构件(52)的所述根部部分(60)通过接头固定到所述叶片根部区段(20)的对应的结构构件(58)上，其中，所述叶片根部区段(20)的所述对应的结构构件(58)包括随着所述叶片根部区段(20)的横截面形状改变的横截面，所述叶片根部区段(20)的所述对应的结构构件(58)位于所述叶片根部区段的后缘处。
2.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)构造在与所述转子叶片(16)的后缘(42)相隔50%的弦之内的位置处。
3.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)由一个或多个拉挤成型部件构建而成。
4.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)包括沿着其长度的恒定横截面。
5.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述结构构件(52)包括沿着其长度改变的横截面。
6.根据权利要求1所述的转子叶片(16)，其特征在于，所述叶片末梢区段(22)包括一个或多个翼梁帽(51，53)，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。
7.一种用于组装风力涡轮的模块化转子叶片(16)的方法，所述方法包括：
提供所述转子叶片(16)的预成形叶片根部区段(20)和预成形叶片末梢区段(22)；
使所述转子叶片(16)的连续结构构件(52)预成形；
提供所述转子叶片(16)的一个或多个预成形叶片节段；
将所述结构构件(52)固定到所述叶片根部区段(20)上，使得所述结构构件(52)沿大体翼展方向延伸；以及，
在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间将所述一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)上；
其中，所述结构构件(52)进一步包括根部部分(60)和本体部分(62)，其中，所述根部部分(60)固定到所述叶片根部区段(20)上，并且所述本体部分(62)沿所述大体翼展方向延伸，其中，所述本体部分限定U形横截面，其包括平背部分(64)，所述平背部分具有第一端(66)和第二端(68)，其中，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地从其延伸的凸缘(70，72)，以及其中，所述凸缘(70，72)限定用于所述一个或多个叶片节段的安装表面；
其中，所述结构构件(52)的所述根部部分(60)通过接头固定到所述叶片根部区段(20)的对应的结构构件(58)上，其中，所述叶片根部区段(20)的所述对应的结构构件(58)包括随着所述叶片根部区段(20)的横截面形状改变的横截面，所述叶片根部区段(20)的所述对应的结构构件(58)位于所述叶片根部区段的后缘处；
其中，所述方法进一步包括将所述一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)的所述凸缘(70，72)上。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
沿大体翼展方向在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间将一个或多个后缘节段(26)安装到所述结构构件(52)上，以及
在压力侧接缝和吸力侧接缝处将一个或多个前缘节段(24)固定到安装好的一个或多个后缘节段(26)上，使得所述结构构件(52)在所述一个或多个前缘和后缘节段(24，26)内。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括沿大体翼展方向在所述叶片根部区段(20)和所述叶片末梢区段(22)之间将一个或多个叶片节段安装到所述结构构件(52)上，使得所述结构构件(52)在所述一个或多个叶片节段的外部。
10.根据权利要求7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结构构件(52)预成形：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)或成形过程。
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