CN110073100A - 具有可变的与偏转有关的刚度的风力涡轮机叶片 - Google Patents

Abstract

一种具有结构构件（10）的风力涡轮机叶片（12），该结构构件（10）包括：第一桁条（40）；第二桁条（42）；刚性连接件（44），其可枢转地固定到所述第一桁条且可枢转地固定到所述第二桁条；和抗拉连接件（46），其固定到所述第一桁条和所述第二桁条并且被设置成随着所述风力涡轮机叶片沿第一方向（48）的弯曲在所述第一桁条和所述第二桁条之间的横向位移增加期间经受拉力。不同于常规的风力涡轮机叶片桁架，结构的构件（10）提供对叶片弯曲的非线性抵抗。

Description

具有可变的与偏转有关的刚度的风力涡轮机叶片

技术领域

本发明涉及一种结构构件，其最初表现出对由弯曲产生的偏转的一定阻力，并且然后表现出对进一步偏转的增大的阻力。特别地，本发明涉及包括该结构构件的风力涡轮机叶片。

背景技术

风力涡轮机变速操作和低实度转子（由质量约束驱动）导致在激励频率（及其谐波）与叶片共振频率之间的重叠。操作约束被用于避免重叠的频率，但是这会降低年能量产量。

叶片设计包括刚度要求，其限制极限荷载下的偏转，以满足材料极限应变和塔架间隙参数。为了在满足刚度要求的同时避免重叠，已经寻求坚硬的重型设计以获得“高于”激励频率同时维持用于极限事件的襟翼方向的刚度（flapwise stiffness）。替代地，已经增加了附加质量来获得低于激励频率，同时维持襟翼方向的刚度。然而，限制襟翼方向的偏转会导致疲劳载荷增大。因此，已经提出了各种主动和被动控制方法来减小空气动力疲劳载荷和极限载荷。尽管如此，本领域中仍然存在在满足材料极限应变和塔架间隙要求的同时减少疲劳载荷的空间。

附图说明

参考附图在以下描述中解释了本发明，附图示出了：

图1是处于未偏转状态的结构构件的示例实施例的示意性横截面。

图2示出了沿第一方向略微弯曲的图1的结构构件。

图3示出了沿第一方向进一步弯曲的图2的结构构件。

图4示出了沿第二方向进一步弯曲的图1的结构构件。

图5-6示出了包括结构构件的另一示例实施例的梁组件。

图7示出了包括图5-6的结构构件的示例实施例的不同的梁组件。

图8示出了包括结构构件的又一示例实施例的风力涡轮机叶片。

图9-11示出了结构构件的另一类型的示例实施例。

图12示出了结构构件的又一类型的示例实施例。

图13示出了结构构件的再一类型的示例实施例。

具体实施方式

本发明人已经设计了一种独特且创新的结构构件，其最初提供对偏转的一定阻力，并且然后表现出对进一步偏转的增大的阻力。该结构构件可以结合到风力涡轮机叶片中以响应于襟翼偏转和/或边缘偏转而提供这种与偏转相关的刚度。

图1是当风力涡轮机叶片12处于未偏转状态14中时被设置在风力涡轮机叶片12内部的结构构件10的示例实施例的示意性横截面。风力涡轮机叶片12包括压力侧20、吸力侧22、基部24（不可见）和尖端26（不可见），并且结构构件10沿着翼展方向28延伸并用作梁组件30。常规的梁组件包括压力侧梁帽、吸力侧梁帽和被连接在其间的梁腹板。梁腹板避免梁帽的竖直和水平相对位移，从而确保结构基本上作为单个横梁构件在弯曲下变形。相比而言，本文公开的梁组件30包括第一桁条40、第二桁条42、刚性连接件44和抗拉连接件46。

刚性连接件44可以承受在叶片操作期间经受的拉伸和压缩力以确保第一桁条40和第二桁条42保持彼此分离。这确保风力涡轮机叶片12的压力侧20和/或吸力侧22在操作期间不会相对彼此变形，特别是在风力涡轮机叶片12沿第一方向48和沿第二方向5经受襟翼偏转的情况下。

在所示的示例实施例中，刚性连接件44在相应的第一枢转支撑位置60和第二枢转支撑位置62处枢转地固定到第一桁条40并且还枢转地固定到第二桁条42。如图1中所示，枢转地固定意味着刚性连接件44至少在由图1中的纸面限定的平面内相对于桁条40、42在顺时针和逆时针两个方向上都自由旋转。在一些实施例中，枢转地固定包括围绕相应位置60、62沿任何方向自由旋转，诸如在球窝接头中。使用枢转地固定连接，第一桁条40和第二桁条42的偏转导致刚性连接件44相对于相应的第一位置60和第二位置62的旋转。因此，在第一桁条40和第二桁条42之间的最短距离64可以变化并且预期该距离64在风力涡轮机叶片12的偏转48、50期间变化。

抗拉连接件46包括抵抗沿第一方向48的偏转的第一抗拉连接件70和抵抗沿第二方向50的偏转的第二抗拉连接件72。抗拉连接件46在偏转期间提供拉伸力。抗拉连接件46可以是单个部件（例如缆索）或者其可以是多个部件的组件。

如图2-4所示，本文公开的结构构件10的利用当第一桁条40和第二桁条42弯曲时发生的情况。如所有的第一抗拉连接件70，代表性的第一抗拉连接件80在第一桁条位置82处被固定到第一桁条40，并且在第二桁条位置84处被固定到第二桁条42。当风力涡轮机叶片12经受起始于未偏转状态14且沿第一方向48的偏转时，第一桁条位置82和第二桁条位置84之间的距离86增大。这是在桁条40、42之间沿一个方向的侧向位移，该侧向位移通常被常规梁组件中的相对重的梁腹板抑制。如所有的第一抗拉连接件70，代表性的第一抗拉连接件80抵抗距离86的这种增大。

抗拉连接件46的这种张紧接合桁条的纵向刚度以抵抗弯曲变形，从而抵抗沿第一方向48的偏转。例如，对于图2所示的偏转，一旦代表性的第一抗拉连接件80张紧，第一桁条40开始经受压缩并且第二桁条42开始经受拉力。第一桁条40的压缩响应和第二桁条42的张紧响应于是首先影响结构构件10在进一步偏转时的弯曲刚度。抗拉连接件46相对非常坚硬（即理论上无限坚硬）。抗拉连接件46的刚度不会以有意义的方式在数值上增加结构构件10的弯曲刚度。抗拉连接件46将剪切载荷转移到桁条，在桁条处，剪切载荷变成纵向载荷。同样的原理适用于如图4所示的沿第二方向50的偏转。

在替代性示例实施例中，当与桁条40、42的纵向刚度相比时，抗拉连接件46的特征不在于相对非常高（例如理论上无限大）的刚度。在该替代性示例实施例中，抗拉连接件46中的拉力导致抗拉连接件46伸长，并且这有助于结构构件10的刚度响应。在这种替代性示例实施例中，在襟翼偏转期间，桁条40、42将经拉伸和压缩变形，并且抗拉连接件46也将经受不可忽略的拉伸伸长。当与其中抗拉连接件46理论上无限坚硬的示例实施例相比时，这种替代性示例实施例将不那么坚硬。本文中的讨论主要解决具有理论上无限坚硬的抗拉连接件46的实施例，但是具有非无限坚硬的抗拉连接件46的替代性实施例被认为落入本公开范围内。

类似地，如所有的第二抗拉连接件72，代表性的第二抗拉连接件90在第一桁条位置92处被固定到第一桁条40并且在第二桁条位置94处被固定到第二桁条42。当风力涡轮机叶片12经受起始于未偏转状态14且沿第二方向50的偏转时，第一桁条位置92和第二桁条位置94之间的距离96增大。这是桁条40、42之间沿相反方向的侧向位移，该方向的侧向位置通常被常规梁组件中的相对重的梁腹板抑制。如所有的第二抗拉连接件72，代表性的第二抗拉连接件90抵抗距离96的这种增大，其接合桁条的纵向刚度以抵抗沿第二方向50的弯曲变形。

在沿第一方向48偏转期间，距离86增大，而距离96减小。相反地，在沿第二方向50偏转期间，距离86减小，而距离96增大。

不同于常规桁架，本文公开的结构构件10被构造成提供对偏转的增大的阻力并且以非线性方式增大该阻力。也就是说，结构构件10约束桁条（例如梁帽）之间的水平（如图1-4）相对移动，并且还取决于结构构件10的偏转量而约束结构构件10的弯曲响应。

拉伸连接件响应曲线是抗拉连接件46沿着X-轴线的伸长量（伸长向右增加）和抗拉连接件46沿着Y-轴线产生的阻力（力沿向上方向增大）的曲线图。拉伸连接件响应曲线描述拉伸连接件从开始张紧时的力响应。拉伸连接件响应曲线（即拉伸连接件响应）可以是线性的或者可以不是线性的。如本文所使用的，线性意味着单条直线，例如在其整个长度上具有单一恒定斜率的线。

换言之，拉伸连接件的弹性模量可以是线性的或非线性的。弹性模量是拉伸应力与拉伸应变的比。它测量产生一个额外单位的伸长所需的额外的力的量。当弹性模量是线性时，每个额外单位的力使拉伸连接件伸长与之前一个单位的额外力所产生的相同的量。当弹性模量是非线性的并且增大时，一个额外单位的力使拉伸连接件伸长与之前一个额外单位的力所产生的量相比更小的量。相反地，当弹性模量是非线性的并且减小时，一个额外单位的力使拉伸连接件伸长与之前一个额外单位的力所产生的量相比更大的量。

结构构件响应曲线是结构构件沿着X-轴线的偏转/弯曲的量（偏转/弯曲向右增大）和结构构件沿着Y-轴线产生的阻力（力沿向上方向增大）的曲线图。结构构件响应曲线（即，结构构件响应）描述结构构件起始于未偏转状态14的力响应。结构构件响应曲线可以包括线性部分，不过其是非线性的，因为其特征在于在一个或更多个点处增大的斜率。在实施例中，这种增大是突然的，例如在缆索从松弛变成张紧时发生。

换言之，结构构件的弹性模量（刚度）在某个点处增大，使得额外的力导致更小的额外偏转。这种增大可能是突然的。

当结构构件被设置在风力涡轮机叶片内时，对偏转的风力涡轮机叶片响应与结构构件响应相关联。所述响应不一定相同，因为风力涡轮机叶片包括其自身结构（例如叶片蒙皮），这会有助于对偏转的抵抗。然而，关于偏转，结构构件是主要结构构件。

在一些实施例中，抗拉连接件46对最高达阈值偏转量的偏转不提供阻力。在其他些实施例中，抗拉连接件46提供阻力最高达阈值偏转量。

最初没有遇到阻力的实施例可以包括如下抗拉连接件46：抗拉连接件46在结构构件10处于未偏转状态14中时松弛，并且保持松弛直到达到阈值偏转量，此时连接件44张紧并提供连接件阻力。在进一步偏转时，抗拉连接件46用作刚性构件，因为它们的刚度与所施加的剪切力相比很高。这将抗拉连接件46的剪切载荷作为纵向载荷传递给桁条40、42。示例抗拉连接件46可以包括绳索、缆索、链条、绳索等，其由可以响应于预期拉伸载荷而弹性变形但不会塑性变形的任何材料制成。在该实施例中，结构构件响应是平坦的（即结构构件具有恒定刚度）直到达到阈值偏转并且抗拉连接件46张紧，在该点处抗拉连接件响应突然增大并且结构构件以增大的刚度响应。

替代地，提供初始连接件阻力直到阈值偏转量的实施例可以包括例如产生用于最高达阈值量的偏转的一定的连接件阻力的阻尼器（例如粘性阻尼器或者库仑阻尼器）和防止之后阻尼器的进一步伸长的机械止动件。对于最高达阈值量的偏转，拉伸连接件响应将由阻尼器的阻力响应控制。在达到阈值偏转之后（意味着已经到达止动件），抗拉连接件46的其他结构（例如绳索、缆索、活塞轴或其他结构构件）将承拉伸载荷。一旦张紧，其他结构就会将剪切载荷转移到桁条，桁条将该剪切载荷作为相应的纵向载荷承受，如上文所公开的那样。因此，在该实施例中，结构构件响应最初包括阻尼器的阻力响应。应当注意的是，在沿第二方向50的偏转期间，阻尼器还可以传递压缩力并且相应地影响结构构件响应。

结构构件响应还可以包括步进增大。如本文所使用的，步进增大是在偏转量没有相关联的增大的情况下抵抗刚度的增加。在具有步进增大的实施例中，可以利用主动控制。例如，传感器可以检测偏转的大小并且在达到阈值偏转量时激活阻力机构。阻力机构可以是夹具、磁性装置、绞盘等，其抵抗例如第一桁条位置82和第二桁条位置84之间的进一步分离。阻力机构的特征可以在于即时开启机构，在于一旦达到阈值偏转量，抵抗刚度就在给定的偏转量处立即出现。这与抗拉连接件46是例如缆索的实施例形成对比，并且其中一旦抗拉连接件46张紧，抵抗刚度就平滑过渡（尽管很快）。

由结构构件产生的构件阻力包括由桁条在偏转直到达到抗拉连接件46被接合的点处产生的初始桁条弯曲阻力，加上针对连接件张紧随后的进一步偏转的由桁条40、42产生的压缩和张紧抵抗力相关联的构件弯曲阻力。因此，当拉伸连接件46松弛时，结构构件10仍然经由桁条阻力抵抗偏转。在具有阻尼器的实施例中，阻尼器阻力也有助于构件阻力，直到抗拉连接件46被张紧的点。阻尼器在偏转的动态变化期间耗散能量。

上文描述的结构构件10将最初提供相对减小的抗弯曲性直到达到某个阈值。一旦满足该阈值，则进一步的偏转将遇到阻力不成比例的增大。当被用于风力涡轮机叶片中时，这允许风力涡轮机叶片12在较低载荷下相对容易地偏转，这会减少应力并增加疲劳寿命。这也使得叶片在已经达到阈值偏转量时能够变硬，这确保叶片不会撞击塔架和/或超过叶片材料的极限应变要求。

替代地，抗拉连接件46可以在任何偏转之前承受拉力，并且拉力可以在侧向位移期间增大，诸如当一个抗拉连接件46包括两个不同长度的抗拉构件（诸如两根不同长度的缆索）时发生的那样。这两根缆索中的第二根在任何偏转之前可以松弛。

风力涡轮机叶片的蒙皮必须被设计成适应在使用结构构件10时的所需剪切变形。例如，可以使用柔性蒙皮，或者可以允许在前缘和后缘处的上壳体部分和下壳体部分之间的剪切位移。

图2示出处于沿第一方向48的阈值偏转状态100下的结构构件10。（为了清楚起见，从图2-4省略风力涡轮机叶片12）。在该示例实施例中，抗拉连接件46是仅抗拉的构件，例如缆索、绳索等。在阈值偏转状态100下，结构构件10已经足够偏转以从第一抗拉连接件70去除松弛，这是因为距离86已经增大了足够的量。任何进一步的偏转将要求桁条40、42长度的纵向变化，并且这由随着偏转更大而发生的距离86的变化控制。第二抗拉连接件72松弛并且保持松弛，这是因为随着偏转增大，距离96减小。

因为第一抗拉连接件70在该点之前已经松弛，所以对偏转/弯曲的唯一阻力曾经由桁条40、42提供。两个梁帽作为单独的弯曲构件变形，而没有净拉伸或压缩桁条力。因此，对于阈值偏转状态100之前的偏转，构件弯曲刚度(EI)_构件和相关联的构件抵抗力可以由公式计算（该公式假定相同桁条）：

(EI)_构件=2*E*l_c。

其中E是桁条的纵向弹性模量，并且l_c是桁条横截面相对于其相应纵向弹性轴线102的面积惯性矩。面线106是在选定位置处垂直于结构构件10的中心线108的线。偏转角110是偏转面线112和未偏转面线114之间的角度的量度。偏转角度110的阈值偏转值“S”是从抗拉连接件46去除松弛处的值。在阈值偏转值之前的偏转角度值可以被看作是软偏转。

图3示出了处于沿第一方向48的进一步偏转状态120下的结构构件10。偏转角110已经在阈值偏转值“S”之上增大了进一步的偏转值“R”。超过软偏转的偏转可以被看作是硬偏转。通过抑制进一步相对侧向桁条位移产生净拉伸和压缩桁条力，起始于阈值偏转值“S”到进一步偏转值“R”的所有进一步偏转包括来自桁条40、42的弯曲阻力加上桁条40、42的阻力。因此，对于超过阈值偏转状态100和相关联的阈值偏转值“S”的偏转，例如在拉伸连接件46被看作是无限硬的情况下，构件弯曲刚度(EI)_构件和相关联的构件阻力可以通过公式计算（该公式假定相同的桁条和相同的抗拉连接件46）：

(EI)_构件=2*E*l_c+2*E*A_c*（d/2）²

其中E是桁条的纵向弹性模量，l_c是桁条横截面相对于其相应的纵向弹性轴线102的面积惯性矩，A_c是每个桁条的横截面面积，并且d是在两个桁条的纵向弹性轴线之间的竖直距离。

可以看出，一旦张紧，第一抗拉连接件70的存在就导致结构构件弯曲刚度的突然增大，从而抵抗任何进一步的偏转。

相同的原理适用于沿第二方向50的偏转。图4示出了处于沿第二方向46的进一步偏转状态130下的结构构件10。在该示例实施例中，风力涡轮机叶片12和结构构件10关于中心线108对称。因此，构件弯曲刚度和相关联的构件阻力同样可以通过使用与上文公开相同公式来计算。

图1-4中描述的实施例不意味着是限制性的，而是意味着示出可以以任何数量的方式被利用来产生期望结果的基本原理。例如，每个结构构件10可以存在一个或多于一个的抗拉连接件46。当存在多个抗拉连接件46时，抗拉连接件46可以是相同的，它们可以是相似的但是局部被调整以提供位置特定的响应，或者它们可以具有与其他抗拉连接件46完全不同的构造。例如，朝向基部24的抗拉连接件46可以表现出比朝向尖端26的抗拉连接件更大的阻力，以便解决沿着翼展方向28的不同位置处的悬臂效应。在另一示例中，在抗拉连接件46中存在不同长度的两根或更多根缆索。多缆索抗拉连接件的力响应将包括阻力的多次突然增大，因为各根缆索在偏转增大期间在不同时间处开始张紧。

抗拉连接件46不需要在相同偏转量处全部张紧。相反，不同的抗拉连接件46可以在其他连接件之前或之后张紧。另外，一些连接件可以是简单的仅抗拉的构件，而另一些可以包括阻尼器，或者与阻尼器串联连接的仅抗拉的构件的组合，等等。进一步地，抗拉连接件46可以任选地是抗拉和压缩连接件。这种连接件可以设置在例如第一位置60和第二位置62之间，并且在第一位置60和第二位置62接近彼此时（如在图4的进一步偏转状态130下发生的那样）将抵抗减小的距离86。以这种方式，抗拉/压缩连接件可以有助于针对沿两个方向的偏转的抵抗刚度，而不是针对沿两个方向中的一个方向的偏转仅保持松弛。阻尼器是这种抗拉和压缩连接件的示例。在替代性示例实施例中，所有或者部分抗拉连接件46可以是仅压缩的构件，从而导致刚性连接件44中的拉伸力分量。

图5-6示意性地示出了风力涡轮机叶片142中的梁组件140，风力涡轮机叶片142具有压力侧144、吸力侧146、基部148（不可见）和尖端150。正常操作将倾向于使风力涡轮机叶片142沿第一方向152偏转。如所示出的，梁组件140将朝向基部148的常规梁160和朝向尖端150的结构构件162集成为一个单元，不过它们可以任选地是分立的。

梁组件140包括结合第一桁条172的第一梁帽170和结合第二桁条176的第二梁帽174。第一梁帽170可以沿着其整个长度具有一致的构造，或者其构造可以变化以适应第一桁条172。类似地，第二梁帽174可以沿着其整个长度具有一致的构造，或者其构造可以变化以适应第二桁条176。第一梁帽170和第二梁帽174朝向基部148通过常规的梁腹板180结合。第一梁帽170和第二梁帽174朝向尖端150被刚性连接件182和抗拉连接件184分开。因此，风力涡轮机叶片142的具有常规梁腹板180的部分以常规方式响应，而风力涡轮机叶片142的朝向尖端150的具有结构构件162的部分根据如上文所公开的结构构件162的特性响应。

在所示的实施例中，抗拉连接件184包括具有主动止动件188、190和活塞192的阻尼器186。在沿第一方向152的偏转期间，活塞192朝向主动止动件188移动。一旦到达主动止动件188，风力涡轮机叶片142就达到阈值偏转状态。进一步的偏转将被梁帽170、174的纵向刚度抵抗，如上文详述的那样。

图7示意性地示出了风力涡轮机叶片202中的梁组件200的替代性示例实施例，风力涡轮机叶片200具有压力侧204、吸力侧206、基部208（不可见）和尖端210。梁组件200可以是具有四个侧部的盒形梁，或者两个分立的梁，或其组合。前部梁220被设置成更靠近前缘222，而后部梁224被设置成更靠近风力涡轮机叶片202的后缘226。在该示例实施例中，前部梁220是常规梁，其具有前部第一梁帽230、前部第二梁帽232和前部梁腹板234。后部梁224包括结构构件240，其具有第一桁条242、第二桁条244、刚性连接件246和抗拉连接件248。后部梁224可以仅由结构构件240构成。替代地，后部梁224可以结合朝向基部208的常规梁160和朝向尖端210的结构构件240两者，类似于图5-6的梁组件140。抗拉连接件248任选地包括阻尼器250、活塞252和止动件254、256。施加到具有梁组件200的该实施例的叶片的襟翼偏转将由于后部梁224所允许的相对更大的偏转而导致叶片的扭曲以及相关联的俯仰反应。阻尼器250和止动件254、256可以被调整以实现期望的动态响应以便避免载荷峰值和/或防止弯曲/扭曲耦合共振（例如颤振）。

图8示意性地示出了不同的应用，其中结构构件260被用于控制沿边缘方向的偏转，该偏转与上文的实施例中控制的襟翼偏转相反。此处，两个结构构件260各自从风力涡轮机叶片266的前缘262定向到后缘264。任选地，可以使用仅一个结构构件260。每个结构构件260包括第一桁条270和第二桁条272。第一桁条270可以是如所示的梁帽274，或者是其一部分。任选地，第一桁条270与梁帽274分立。如所示出的，第二桁条272是其自身的后缘加强部276或者是其一部分。任选地，第二桁条272是单个元件，其也是公共/单个后缘加强部。所示实施例包括抗拉连接件278（为了清楚起见，仅示出一个），其被构造成抵抗沿第一方向280的边缘方向的偏转，其中风力涡轮机叶片266的尖端282从后缘264偏转到前缘262。任选地，可以添加抗拉连接件以根据上文所公开的那样抵抗沿相反方向的边缘方向的偏转。另外，结构构件260可以存在于从基部284（不可见）到尖端282的整个跨度上，或者仅该跨度的一部分上，例如更靠近尖端282。

图9-11示出了另一种类型的结构构件的示例实施例。该示例实施例使用风力涡轮机叶片的结构来提供对阈值量之前的弯曲的初始阻力，在该阈值量之后结构构件增加到阻力，从而产生具有非线性响应的风力涡轮机叶片。

风力涡轮机叶片290内的结构构件包括但不限于梁帽292和后缘加强部294。这些中的每一个构成其自身的包括至少一个加固元件300的结构构件296。这些加固元件沿翼展方向位于在襟翼方向和/或边缘方向偏转期间经受拉伸和压缩应变的区域中。结构构件必须在与正常动力产生相关联的应变下和与极端载荷事件相关联的应变下具有显著不同的行为。这种行为通常不是材料应力-应变非线性（例如碳纤维）的情况，但是当用于如图10中所示的加固机构时可以实现。

图10示出了加固机构302，其包括例如被设置在梁帽292中的加固元件300。轴瓦304刚性地固定到加固元件300，其防止它们之间的相对移动。套筒306刚性地固定到梁帽292，其防止它们之间的相对移动。加固元件300可以在套筒306内自由浮动，或者可以在所示部分外侧被固定在翼展方向位置处，但是大部分加固元件300相对于套筒自由移动。这种相对移动的自由度使加固元件300与梁帽292分离，使得梁帽292相对于加固元件300由于拉伸力而自由扩张和/或由于压缩力而自由压缩有限的量。

梁帽229的长度的不受约束的变化量被轴瓦304限制。当风力涡轮机叶片290处于未偏转状态310下时，轴瓦304之间的距离320大于套筒306的长度322。如果加固元件300在梁帽292扩张时自由浮动，则套筒306也如此。该情况继续直到阈值扩张量，在此已扩张的套筒306的长度322等于轴瓦304之间的距离320。于是，进一步的偏转需要轴瓦304移动分开，这进而需要加固元件300扩张。因此，梁帽292的初始扩张在阈值扩张量之前仅受梁帽292的材料特性抵抗，直到阈值扩张量，在此之后，加固构件300的阻力增加，这相当于风力涡轮机叶片290的非线性响应。

如果加固元件300被点固定在例如风力涡轮机叶片290的基部330（不可见）处，则风力涡轮机叶片290的扩张使套筒306移动（向图10中的右侧），但是轴瓦304不移动。在由间隙312的大小确定的阈值扩张/偏转量之后，移动套筒306的右端314将接触套筒306的右端314的右侧的轴瓦304。进一步的压缩/偏转将需要轴瓦304与套筒306一起移动。因此，如上文，梁帽292的初始扩张仅受梁帽292的材料特性独自抵抗，直到阈值扩张量，在此之后，加固构件300的阻力增加，这相当于风力涡轮机叶片290的非线性响应。在叶片偏转期间，更靠近风力涡轮机叶片290的尖端的套筒306和轴瓦304可以首先邻接，因为侧向位移在自由端处更大。发生的偏转越大，套筒306和轴瓦304将沿风力涡轮机叶片越向下朝向基部330邻接。

相同的原理适用于在加固元件300被点固定时的压缩。例如，压缩梁帽292可以使套筒306朝向基部330（向图10中的右侧）移动，但是轴瓦304不移动。在由间隙316的大小确定的阈值压缩/偏转量之后，（图11），移动套筒306的左端318将接触套筒306的左端318的左侧的轴瓦304。进一步的压缩/偏转将需要轴瓦304与套筒306一起移动。这样，如上文所述，梁帽292的初始压缩仅受梁帽292的材料特性独自抵抗，直到阈值压缩量，在此之后，加固构件300的阻力增加，这相当于风力涡轮机叶片290的非线性响应。

可以通过选择适当的间隙312、316来选择阈值扩张/压缩/偏转量。与本文提出的任何概念一样，这些参数可以是一致的，或者可以根据局部条件而定制。例如，间隙312、316可以被选择成允许在叶片的基部330处比在尖端处存在更大或更小的扩张和收缩，等等。此外，仅抗拉或者仅压缩的加固件可以通过交替的间隙大小来实现。

虽然利用上文公开的结构构件296实现了刚度的突然变化，但是刚度和/或阻尼的逐渐变化可以利用加固元件300和套筒306之间的弹性或粘弹性间隔件或片材来实现。利用粘性流体填充加固元件300和套筒306之间的空间332也可以用于实现阻尼。加固元件300和套筒306可以使用组件轴瓦334被预组装到气密单元中，组件轴瓦334经由用于管道的沉头座确保间隙宽度和载荷传递的轴瓦长度之间的精确比例。这些单元可以在灌注制造过程中被铺放到周围横梁帽材料的干燥顶棚或织物材料中。

图12示出了结构构件340的另一类型的示例实施例。在此同样，该示例实施例使用风力涡轮机叶片的结构来提供对阈值量之前的弯曲的初始阻力，在该阈值量之后结构构件增加阻力，从而产生具有非线性响应的风力涡轮机叶片。

梁柱342在风力涡轮机叶片346的内部350中从风力涡轮机叶片346的尖端344朝向基部348突出。尖端344沿第一方向360的偏转使梁柱342上的接触件362朝向第一止动件364移动。一旦达到阈值偏转量，接触件362就邻接第一止动件364。尖端344的进一步偏转需要梁柱342也偏转/弯曲。类似地，尖端344沿第二方向366的偏转使接触件362朝向第二止动件368移动。一旦达到阈值偏转量，接触件362就邻接第二止动件368。尖端344的进一步偏转同样需要梁柱342也偏转/弯曲。这样，在阈值量之前的偏转受风力涡轮机叶片346抵抗，并且进一步的偏转进一步受梁柱342抵抗。这相当于风力涡轮机叶片346的非线性响应。这种实施例可以被有利地集成在模块化叶片的接头中。

图13示出了另一结构构件380，其包括主动斜拉索根部以限制变桨轴承上的载荷。再一次地，该示例实施例使用风力涡轮机叶片的结构来提供对阈值量之前的弯曲的初始阻力，在此之后，结构构件增加阻力，从而产生具有非线性响应的风力涡轮机叶片。

离心力和空气的力由连接到相应的梁384的缆索382反作用，缆索382例如在近似百分之二十五（25%）的翼弦处连接到相应风力涡轮机叶片388的梁腹板386。连接缆索390也可以使相邻的叶片彼此连接。缆索382以这样的方式经由例如滑轮装置在毂400处会聚：避免缆索382所固定到的毂延长器402上的弯曲载荷。毂延长器402可以包括后张紧致动器和/或阻尼器，其可以针对俯仰至顺桨而卸载缆索382并且针对变速区域中的非顺桨操作加载缆索。缆索382可以通过被连接到梁腹板386的凸起部连接到梁384，这允许每根缆索382在俯仰期间在凸起部中旋转。毂延长器402可以包括阻尼元件并且可以仅在叶片沿背离缆索382且朝向塔架（未示出）的第一方向404偏转预定量之后张紧。因此，风力涡轮机叶片388的偏转仅受风力涡轮机叶片388自身抵抗直到到达阈值偏转量，在此之后额外的偏转也受缆索382抵抗。这相当于风力涡轮机叶片388的非线性响应。

虽然本文已经示出并描述了本发明的各种实施例，但是将显而易见的是，仅通过示例的方式提供上述实施例。在不脱离本文中的本发明的情况下可以做出大量变化、改变和替换。因此，本发明旨在仅受所附权利要求的精神和范围限制。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种风力涡轮机叶片，包括：

第一桁条；

第二桁条；

刚性连接件，其可枢转地固定到所述第一桁条并且可枢转地固定到所述第二桁条；和

抗拉连接件，其被固定到所述第一桁条和所述第二桁条，并且被设置成在所述风力涡轮机叶片沿第一方向弯曲时在所述第一桁条和所述第二桁条之间的侧向位移增大期间经受拉力，

其中，所述抗拉连接件被构造成在侧向位移增大期间从未承受拉力过渡到承受拉力。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，还包括第二抗拉连接件，其固定到所述第一桁条和所述第二桁条并且被设置成在所述风力涡轮机叶片沿与所述第一方向相反的第二方向弯曲时，在所述第一桁条和所述第二桁条之间的侧向位移增大期间经受拉力。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述抗拉连接件被构造成在任何侧向位移之前承受拉力。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述抗拉连接件包括阻尼所述侧向位移增大的阻尼器和在侧向位移阈值量之后停止所述侧向位移增大的行程止动件。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，还包括第一梁帽和第二梁帽，所述第一梁帽包括所述第一桁条，所述第二梁帽包括所述第二桁条。

6.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，还包括梁腹板，所述梁腹板固定到所述第一梁帽和所述第二梁帽，并且设置成朝向所述风力涡轮机叶片的基部，其中，所述抗拉连接件设置成朝向所述风力涡轮机叶片的尖端。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，还包括从所述风力涡轮机叶片的压力侧横跨到吸力侧的梁腹板，其中，所述梁腹板被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的前缘并且所述抗拉连接件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的后缘。

8.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，还包括第一梁帽和后缘加强部，所述第一梁帽包括所述第一桁条，所述后缘加强部包括所述第二桁条。

9.一种风力涡轮机叶片，包括：

结构构件，其包括：第一桁条；第二桁条；刚性连接件，其固定到所述第一桁条并且固定到所述第二桁条，并且将所述第一桁条和所述第二桁条分开；以及固定到所述第一桁条和所述第二桁条的抗拉连接件；

其中，所述结构构件被构造成通过提供抵抗所述结构构件的偏转的抵抗刚度来响应于所述偏转，其中，所述抵抗刚度的大小被构造成随着偏转增大而增大，其中，所述响应被构造成包括述抵抗刚度在偏转增大期间的突然增大，并且其中，所述抗拉连接件实现所述突然增大。

10.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，还包括梁组件，所述梁组件包括所述结构构件。

11.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件还包括梁腹板和所述结构构件，所述梁腹板被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的基部，所述结构构件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的尖端。

12.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件还包括被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的前缘的梁腹板和被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的后缘的所述结构构件。

13.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，还包括梁帽和后缘加强部，所述梁帽包括所述第一桁条，所述后缘加强部包括所述第二桁条。

14.一种风力涡轮机叶片，包括：

结构构件，其包括第一桁条；第二桁条；刚性连接件，其被固定到所述第一桁条和所述第二桁条并且将所述第一桁条和所述第二桁条分开；以及抗拉连接件，其在第一桁条位置处被固定到所述第一桁条并且在第二桁条位置处被固定到所述第二桁条；

其中，在所述结构构件的偏转期间，所述第一桁条位置移动远离所述第二桁条位置；

其中，所述抗拉连接件被构造成在所述第一桁条位置移动远离所述第二桁条位置时产生第一抵抗刚度；并且

其中，所述第一抵抗刚度导致所述结构构件的弯曲刚度在沿第一方向的偏转期间非线性增大。

15.根据权利要求15所述的风力涡轮机叶片，所述结构构件还包括第二抗拉连接件，所述第二抗拉连接件被固定到所述第一桁条和所述第二桁条并且被构造成在所述第一桁条位置朝向所述第二桁条位置移动时产生第二抵抗刚度，其中，所述第二抵抗刚度导致所述结构构件的弯曲刚度在沿所述第二方向偏转期间非线性增加。

16.根据权利要求15所述的风力涡轮机叶片，还包括梁组件，其包括所述结构构件。

17.根据权利要求17所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件还包括朝向所述风力涡轮机叶片的基部的剪切腹板，其中，所述结构构件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的尖端。

18.根据权利要求17所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件包括被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的前缘的剪切腹板，其中，所述抗拉连接件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的后缘。

Claims (19)

1.一种风力涡轮机叶片，包括：

第一桁条；

第二桁条；

刚性连接件，其可枢转地固定到所述第一桁条并且可枢转地固定到所述第二桁条；和

抗拉连接件，其被固定到所述第一桁条和所述第二桁条，并且被设置成在所述风力涡轮机叶片沿第一方向弯曲时在所述第一桁条和所述第二桁条之间的侧向位移增大期间经受拉力。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，还包括第二抗拉连接件，其固定到所述第一桁条和所述第二桁条并且被设置成在所述风力涡轮机叶片沿与所述第一方向相反的第二方向弯曲时，在所述第一桁条和所述第二桁条之间的侧向位移增大期间经受拉力。

3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述抗拉连接件被构造成在侧向位移增大期间从未承受拉力过渡到承受拉力。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述抗拉连接件被构造成在任何侧向位移之前承受拉力。

5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述抗拉连接件包括阻尼所述侧向位移增大的阻尼器和在侧向位移阈值量之后停止所述侧向位移增大的行程止动件。

6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，还包括第一梁帽和第二梁帽，所述第一梁帽包括所述第一桁条，所述第二梁帽包括所述第二桁条。

7.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，还包括梁腹板，所述梁腹板固定到所述第一梁帽和所述第二梁帽，并且设置成朝向所述风力涡轮机叶片的基部，其中，所述抗拉连接件设置成朝向所述风力涡轮机叶片的尖端。

8.根据权利要求6所述的风力涡轮机叶片，还包括从所述风力涡轮机叶片的压力侧横跨到吸力侧的梁腹板，其中，所述梁腹板被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的前缘并且所述抗拉连接件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的后缘。

9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，还包括第一梁帽和后缘加强部，所述第一梁帽包括所述第一桁条，所述后缘加强部包括所述第二桁条。

10.一种风力涡轮机叶片，包括：

结构构件，其包括：第一桁条；第二桁条；刚性连接件，其固定到所述第一桁条并且固定到所述第二桁条，并且将所述第一桁条和所述第二桁条分开；以及固定到所述第一桁条和所述第二桁条的抗拉连接件；

其中，所述结构构件被构造成通过提供抵抗所述结构构件的偏转的抵抗刚度来响应于所述偏转，其中，所述抵抗刚度的大小被构造成随着偏转增大而增大，其中，所述响应被构造成包括述抵抗刚度在偏转增大期间的突然增大，并且其中，所述抗拉连接件实现所述突然增大。

11.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，还包括梁组件，所述梁组件包括所述结构构件。

12.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件还包括梁腹板和所述结构构件，所述梁腹板被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的基部，所述结构构件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的尖端。

13.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件还包括被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的前缘的梁腹板和被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的后缘的所述结构构件。

14.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，还包括梁帽和后缘加强部，所述梁帽包括所述第一桁条，所述后缘加强部包括所述第二桁条。

15.一种风力涡轮机叶片，包括：

结构构件，其包括第一桁条；第二桁条；刚性连接件，其被固定到所述第一桁条和所述第二桁条并且将所述第一桁条和所述第二桁条分开；以及抗拉连接件，其在第一桁条位置处被固定到所述第一桁条并且在第二桁条位置处被固定到所述第二桁条；

其中，在所述结构构件的偏转期间，所述第一桁条位置移动远离所述第二桁条位置；

其中，所述抗拉连接件被构造成在所述第一桁条位置移动远离所述第二桁条位置时产生第一抵抗刚度；并且

其中，所述第一抵抗刚度导致所述结构构件的弯曲刚度在沿第一方向的偏转期间非线性增大。

16.根据权利要求15所述的风力涡轮机叶片，所述结构构件还包括第二抗拉连接件，所述第二抗拉连接件被固定到所述第一桁条和所述第二桁条并且被构造成在所述第一桁条位置朝向所述第二桁条位置移动时产生第二抵抗刚度，其中，所述第二抵抗刚度导致所述结构构件的弯曲刚度在沿所述第二方向偏转期间非线性增加。

17.根据权利要求15所述的风力涡轮机叶片，还包括梁组件，其包括所述结构构件。

18.根据权利要求17所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件还包括朝向所述风力涡轮机叶片的基部的剪切腹板，其中，所述结构构件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的尖端。

19.根据权利要求17所述的风力涡轮机叶片，所述梁组件包括被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的前缘的剪切腹板，其中，所述抗拉连接件被设置成朝向所述风力涡轮机叶片的后缘。