CN110168217B - 将末梢延伸部附接到风轮机叶片的方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种将末梢延伸部附接至风轮机叶片的方法。该方法包括：将所述末梢延伸部装配在所述叶片的梢端上，使得在所述叶片的外表面和所述末梢延伸部的内表面之间限定重叠区域；并且经由设置在所述末梢延伸部中的一个或多个孔将粘合剂供应至所述重叠区域，以将所述末梢延伸部粘合至所述叶片。在优选实施发生中，在所述重叠区域中设置粘合剂坝以限定粘合剂腔并将所述粘合剂约束在所述粘合剂腔内。还描述了一种组件，其包括风轮机叶片以及粘合至所述风轮机叶片的末梢延伸部。

Description

将末梢延伸部附接到风轮机叶片的方法
技术领域
本发明总体上涉及用于风轮机叶片的末梢延伸部，并且更具体地涉及将末梢延伸部附接到风轮机叶片的方法。
背景技术
一直希望从现有的风力发电设施(例如岸上和离岸风电场)产生更高水平的电力。实现此目的的一种方式是将另外的风轮机添加到风电场或用能够产生更多电力的更大的风轮机替换现有的风轮机。实现此目的的另一种方式是例如通过用更大的叶片替换叶片增加现有涡轮机的电力产生和能量捕获。然而，因为风轮机的叶片是昂贵的部件，所以替换叶片的成本通常过高。
因此，已经提出通过向叶片添加装置来修改现有风轮机的叶片。例如，已知将装置添加到叶片以增加叶片的尺寸。这样的一个实施例是叶片末梢延伸部，其可以以套筒的形式提供，该叶片末梢延伸部装配在叶片的梢端上并且增加叶片的长度。末梢延伸部的设置增加了叶片的总长度，因此增加了转子的扫掠面积，从而允许风轮机从风中捕获更多的能量。
叶片末梢延伸部的安装在技术上具有挑战性。末梢延伸部必须准确地装配至叶片并牢固附接。因为这些装置通常在现场安装至风轮机叶片，所以该过程由操作员在很高的高度作业且暴露于恶劣气候条件执行。因此，开发既简单又可靠的附接过程非常重要。为此，末梢延伸部应设计成便于附接过程。
在此背景下，本发明的一个目的是提供一种将末梢延伸部附接到风轮机叶片的有效且可靠的方法。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种将末梢延伸部附接至风轮机叶片的方法。该方法包括：提供具有外表面和梢端的风轮机叶片；提供具有外壳的末梢延伸部，所述外壳限定用于接纳所述叶片的所述梢端的基本上中空的内部；将所述末梢延伸部装配在所述叶片的所述梢端上，使得所述末梢延伸部的内侧部分与所述叶片的所述梢端重叠，并且在所述叶片的所述外表面和所述末梢延伸部的所述内侧部分的内表面之间限定重叠区域；并且经由设置在所述末梢延伸部的所述外壳中的一个或多个孔将粘合剂供应到所述重叠区域，以将所述末梢延伸部粘合至所述叶片。
一旦末梢延伸部已经在所需位置装配至叶片，末梢延伸部中的孔就便于允许在叶片和末梢延伸部之间供应粘合剂。优选地，在装配末梢延伸部之前已经在末梢延伸部中设置了孔，但是也可以在末梢延伸部装配至叶片之后形成孔。
优选地，粘合剂经由一个或多个孔注入。
该方法可有利地包括在所述重叠区域中设置一个或多个粘合剂坝。所述粘合剂坝可以布置成在所述重叠区域中至少部分地限定一个或多个粘合剂腔。所述方法可以包括经由所述末梢延伸部的所述外壳中的所述一个或多个孔将所述粘合剂供应至所述一个或多个粘合剂腔。粘合剂坝有利地用于将粘合剂约束在粘合剂腔内，并且还可以称为粘合剂约束坝。
粘合剂坝优选由泡沫制成，但也可以由其它合适的材料制成。所述方法可以包括在将所述末梢延伸部装配至所述叶片之前将所述粘合剂坝附接至所述叶片的所述梢端。另选地或另外地，所述粘合剂坝可以附接到所述末梢延伸部的所述内表面。当所述末梢延伸部装配至所述叶片时，所述粘合剂坝夹在所述叶片的所述外表面和所述末梢延伸部的所述内表面之间。因此，粘合剂坝可有利地在叶片和末梢延伸部之间形成密封。优选地，所述粘合剂坝是能透过空气的。
可以在所述末梢延伸部的所述外壳中限定有多个孔。所述方法优选地包括顺序地经由每个孔供应所述粘合剂。所述多个孔可以在沿所述末梢延伸部的翼展方向上延伸的行中相互间隔开。所述方法可以有利地包括沿朝向所述末梢延伸部的开放端的方向推移地经由所述行中的每个孔顺序地供应粘合剂。所述末梢延伸部的所述开放端优选是内侧端。有利地，当所述粘合剂被供应到所述重叠区域时，所述重叠区域中的空气可以经由所述末梢延伸部的所述开放端逸出。如果粘合剂坝是能透过空气的，空气也可以经由粘合剂坝逸出。这避免了在粘合剂粘合中形成空隙。
所述末梢延伸部的所述外壳可以是半透明的，例如，它可以由诸如玻璃纤维增强塑料(GFRP)之类的半透明材料形成。这有利且方便地允许经由所述外壳可视地监测粘合剂腔中的粘合剂的进展。所述方法可以包括当经由所述末梢延伸部的半透明外壳看到所述粘合剂流接近相邻孔时，终止经由第一孔供应粘合剂。
该方法还可以包括在所述重叠区域中设置一个或多个间隔件。所述间隔件可以布置成确保所述叶片与所述末梢延伸部之间的用于所述粘合剂的最小间隙。所述间隔件优选地预先附接到所述末梢延伸部的所述内表面。
该方法可以包括在装配所述末梢延伸部之前移除所述风轮机叶片的末梢。该方法可以包括在装配所述末梢延伸部之前从所述叶片的所述外表面移除涂料和/或胶衣。
以上概述了将末梢延伸部附接至风轮机叶片的方法。该方法基本上包括：将末梢延伸部装配在叶片的梢端上，使得在叶片的外表面和末梢延伸部的内表面之间限定重叠区域；经由设置在末梢延伸部中的一个或多个孔将粘合剂供应到重叠区域，以将末梢延伸部粘合至叶片。可以有利地在重叠区域中设置一个或多个粘合剂坝，以限定粘合剂腔并将粘合剂约束在粘合剂腔内。
根据本发明的第二方面，提供了一种风轮机叶片组件，该风轮机叶片组件包括风轮机叶片和根据上述方法附接到所述叶片的梢端的末梢延伸部。
根据本发明的第三方面，提供了一种风轮机叶片组件，该风轮机叶片组件包括：风轮机叶片，其具有梢端；末梢延伸部，其装配至所述叶片的所述梢端；限定在所述末梢延伸部的内侧部分与所述叶片的所述梢端之间的重叠区域；和所述重叠区域中的一个或多个粘合剂坝，所述粘合剂坝至少部分地限定一个或多个粘合剂腔，其中，所述末梢延伸部借助所述粘合剂腔中的粘合剂粘合至所述叶片。
关于本发明的一个方面描述的可选的和有利的特征同样适用于本发明的所有方面。出于简洁的原因，避免重复可选特征和相关优点。
附图说明
图1是风轮机的示意图，该风轮机具有多个装配有末梢延伸部的叶片；
图2示意性地示出了装配到风轮机叶片的梢端的末梢延伸部；
图3示出了形成末梢延伸部的第一和第二半壳；
图4孤立地示出了末梢延伸部的第一半壳；
图5示出了借助粘合剂粘合在一起的末梢延伸部的第一和第二半壳；
图6示意性地示出了叶片的后缘和末梢延伸部的后缘内的固化粘合剂之间的碰撞状态；
图7示出了在装配末梢延伸部之前施加到叶片梢端的粘合剂坝；
图7a是具有摩擦减小上层和粘合剂下层的粘合剂坝的示意性剖视图；
图8显示了装配在叶片的梢端上的末梢延伸部，并示出了在末梢延伸部中设置的多个预钻注入孔；
图9是沿图8中的线9-9剖取的剖面示意图；
图10示出了将末梢延伸部粘合至叶片的过程，其中粘合剂经由末梢延伸部中的注入孔供应；
图10a是示出经由注入孔注入粘合剂的特写图；
图11是装配至叶片的末梢延伸部的后缘区域的示意性剖视图，示出了设置在末梢延伸部的后缘区域中并且与叶片的后缘间隔开的粘合剂坝；
图12示意性地示出了粘合剂坝的另选布置，其中在叶片的后缘附近设置有附加的粘合剂坝；
图13和图14示意性地示出了末梢延伸部的后缘处的粘合剂坝的优选布置，其中叶片的后缘切入粘合剂坝；
图15对应于图14，并且另外示出了末梢延伸部与叶片的后缘处的叶片之间的粘合剂粘合；
图16是形成为单件并且包括填充末梢延伸部内的后缘区域的泡沫坝的末梢延伸部的示意性剖面；以及
图17示出了装配至风轮机叶片的梢端的弯曲末梢延伸部。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施方式的水平轴风轮机10的示意图。风轮机10包括支撑机舱14的塔架12。转子16安装至机舱14。转子16包括多个风轮机叶片18。在该实施例中，转子16包括三个叶片18，但在其它实施方式中，转子16可以具有任何数量的叶片18。每个叶片18均改装有叶片末梢延伸部(BTE)20，其延长叶片18的有效长度。
图2是风轮机叶片组件22的示意图，该风轮机叶片组件22包括装配有根据本发明的实施方式的叶片末梢延伸部20的风轮机叶片18。在该实施例中，叶片末梢延伸部20为套筒的形式，其装配在叶片18的梢端24上。叶片18的梢端24包括末梢26。在一些实施方式中，末梢26可在装配末梢延伸部20之前可选地被从叶片18移除。末梢延伸部20包括外壳28，外壳28限定了基本上中空的内部，用于接纳叶片18的梢端24。
末梢延伸部20具有内侧端30和外侧端32。当装配至叶片18时，末梢延伸部20的内侧端30比外侧端32更靠近叶片18的根部33(见图1)。末梢延伸部20的内侧端30是开放的，以接纳叶片18的待延伸的梢端24。末梢延伸部20的外侧端32闭合并且包括末梢36，在末梢延伸部20装配至叶片18时末梢36形成风轮机叶片组件22的末梢。
末梢延伸部20的外壳28在开放的根端30与末梢36之间沿着纵向(“翼展方向”)方向S纵向延伸，并且在前缘38和后缘40之间沿宽度方向(“弦向”)方向C横向延伸。外壳28的剖面限定了翼型轮廓。
当装配至叶片18时，末梢延伸部20的内侧部分42(也称为“重叠部分”)与叶片18的梢端24重叠，并且粘合至叶片18，这将在后面更详细地讨论。末梢延伸部20的包括末梢延伸部末梢36的外侧部分44用于延长叶片18的总长度。
在该实施例中，叶片末梢延伸部20的总长度约为3米。内侧部分42的长度约为2米，而外侧部分44的长度约为1米。因此，当安装至现有叶片18时，末梢延伸部20将叶片18的长度延长大约一米，并提供两米重叠。这种尺寸的末梢延伸部适用于原始长度约为40米的叶片。然而，在其它实施例中，末梢延伸部可以具有其它尺寸，和/或可以设定尺寸为适合具有不同长度的叶片。因此，这些尺寸仅是示例性的，并不意图限制本发明的范围。
现在将参考其余附图讨论末梢延伸部20在其构造和附接至叶片18的方法方面的进一步细节。
参考图3，末梢延伸部20的外壳28由第一半壳46和第二半壳48形成，第一半壳46和第二半壳48沿其前缘38和后缘40粘合在一起而形成叶片末梢延伸部20。在这个实施例中，每个半壳46、48均是复合结构。半壳46、48优选地分别在相应的模具中形成。模制过程可以包括树脂灌注或预浸渍技术，这些技术是熟悉风轮机叶片壳结构的技术人员已知的。
例如，典型的树脂灌注过程可以包括在模具中布置多层诸如玻璃织物或碳纤维织物之类的增强材料，以形成叠层。可以用真空薄膜层覆盖叠层，以形成封装叠层的密封区域。可以使用真空泵从密封区域移除空气，并且树脂可以被准许进入密封区域中。树脂灌注在织物层之间。随后树脂固化以形成最终的复合壳。
参考图4，其示出了末梢延伸部的第一半壳46。粘合区域50、52限定在末梢延伸部20的内侧部分42中的半壳46的内表面54上。如稍后将进一步详细描述的，当末梢延伸部20装配至叶片18时，末梢延伸部20的这些区域50、52粘合至限定在叶片18的外表面上的相应粘合区域。在该实施例中，粘合区域50、52在半壳46的内侧部分42中纵向延伸。粘合区域50、52在半壳46的弦向方向上彼此间隔开。
粘合区域50、52布置成使得当末梢延伸部20装配至叶片18时，第一粘合区域50与叶片18的后缘区域重叠，而第二粘合区域52与叶片的翼梁帽区域重叠。因此，第一粘合区域50和第二粘合区域52在下文中分别称为“后缘粘合区域”50和“翼梁帽粘合区域”52。
在该实施例中，粘合区域50、52中设置有剥离层55。当形成半壳46时，剥离层55可以作为叠层中的最上层提供，使得它暴露在半壳46的内表面54上。剥离层55包括保护片，该保护片在模制过程之后被移除以暴露粘合区域50、52中的粗糙表面。当末梢延伸部20粘合至叶片18时，粗糙表面有利地用作粘合剂的键合表面。键合表面增强了末梢延伸部20和叶片18之间的粘合强度。
间隔件56设置在第一半壳46的内表面54上，位于粘合区域50、52外侧。间隔件56确保当末梢延伸部20装配至叶片18时在粘合区域50、52与叶片18的外表面之间有用于粘合剂的足够空间。
在半壳46的靠近后缘40的后缘区域58中，在第一半壳46的内表面54上设置有粘合剂坝57。该实施例中，粘合剂坝57包括条带或带，条带或带优选地由诸如泡沫之类的可压缩材料制成。泡沫在这种情况下具有特别的优点，稍后将对其进行详细讨论。在该实施例中，粘合剂坝由PVC(聚氯乙烯)泡沫制成。PVC泡沫条带57在高度和宽度方面具有约5×10毫米的尺寸。在半壳46完成之后但在两个半壳46、48粘合在一起之前，条带添加至第一半壳46。PVC泡沫条带57在一侧包括粘合剂膜以便于附接到第一半壳46的内表面54。
粘合剂坝57用来盛装粘合剂，该粘合剂用于在制造末梢延伸部20期间将第一半壳46和第二半壳48的后缘40粘合在一起(如下面参考图5和图6进一步讨论的)。粘合剂坝57沿翼展方向S(参见图2)纵向延伸。粘合剂坝沿翼弦方向与第一半壳46的后缘40间隔开。在该实施例中，粘合剂坝57在翼展方向上大致平行于第一半壳46的后缘40延伸，因此它不平行于第一半壳46的翼展轴线S'延伸。在该实施例中，粘合剂坝57从末梢36附近纵向延伸到半壳46的根部30附近。在其它实施方中可以使用粘合剂坝57的其它构造。
虽然未示出，但是末梢延伸部20的第二半壳48的内表面与第一半壳46类似地构造，这在于它也包括相应的粘合区域、粘合区域中的剥离层和粘合区域外的间隔件。然而，在该实施例中，粘合剂坝57仅与第一半壳46相关联。在其它实施例中，粘合剂坝57可以替代地应用于第二半壳48，或者粘合剂坝可以应用于第一半壳46和第二半壳48两者，并且当半壳46、48粘合在一起时，那些粘合剂坝可以可选地布置成接触。
参考图5，其示出了将第一半壳46和第二半壳48结合在一起以形成末梢延伸部20的过程。在该实施例中，首先在沿着第一半壳46的前缘38间隔开的多个离散位置处施加粘合剂60。将第二半壳48定位在夹具中然后降低到位于第一半壳46的顶部上的位置中，使得各个半壳46、48的前缘38和后缘40相互对准。然后可以将半壳46、48夹紧就位。前缘38处的粘合剂60在两个壳46、48之间在这两个壳的对准的前缘38处形成一系列点粘合。这些点粘合将末梢延伸部20的两个半壳46、48充分保持在一起以允许末梢延伸部20的前缘38被覆盖层压。覆盖层压过程优选包括使用手工铺层在前缘38处横过半壳46、48的界面施加预浸渍玻璃纤维织物层。
当第二半壳48位于第一半壳46的顶部上时，在第一半壳46的后缘40处布置的粘合剂坝57优选地被第二半壳48的内表面62(图9中所示)略微压缩。在两个半壳46、48之间限定了后缘粘合剂腔64，其由粘合剂坝57和两个半壳46、48的相应的后缘40约束。在该实施例中，粘合剂65注入后缘粘合剂腔64中。粘合剂65经由设置在半壳46、48中的至少一者中的至少一个孔66注入。孔66与后缘粘合剂腔64连通。在这个实施例中，孔66设置在第二半壳48的末梢36附近。注入的粘合剂65从末梢36朝向末梢延伸部20的开放的根端30纵向流动。
粘合剂坝57有利地允许精确限定两个半壳46、48之间的后缘粘合线的位置。没有粘合剂坝57，将不可能控制粘合线的翼弦方向位置。特别是，将不可能控制粘合剂65的面向末梢延伸部20的前缘38的表面67的位置(图6中最佳示出)。如果粘合剂65在翼弦方向上散布得太远(即，朝末梢延伸部20的前缘38散布太远)，则它会防止末梢延伸部20正确地装配至叶片18。这在图6中以实施例的方式示出，并在下面讨论。
图6示出了在末梢延伸部20未设置粘合剂坝的情况下穿过叶片18的后缘部分和末梢延伸部20的示意性剖面。在该实施例中，不存在粘合剂坝意味着粘合剂65因为不受粘合剂坝的约束而在翼弦方向上远离后缘40迁移得太远。固化的粘合剂65与叶片18的后缘68碰撞，阻止末梢延伸部20装配在叶片18上。因此，在末梢延伸部20中设置后缘坝57防止了这种碰撞的发生。应当理解，碰撞的风险仅与末梢延伸部20的重叠区域42相关联，并且不是外侧区域44存在的问题。
虽然以上实施例描述了在后缘40处注入粘合剂65，但是在末梢延伸部20的两个半壳46、48之间的后缘粘合可以通过在将半壳46、48定位在一起之前将粘合剂直接施加至半壳46、48中的一者上来形成。当将风轮机叶片的两个半壳连结在一起时，通常使用该技术。然而，已发现特别是在弯曲的末梢延伸部(例如图17中所示并且稍后讨论的弯曲的末梢延伸部20b)的情况下粘合剂的注入是优选的，因为使用传统的粘合过程，壳的弯曲几何形状并不总是产生令人满意的粘合线。
现在参考图7，其示出了传统风轮机叶片18的梢端24，该梢端已经准备好安装末梢延伸部。在附接末梢延伸部之前，在叶片18的位于叶片18的压力侧和吸力侧两者上的外表面72上设置粘合剂坝70，尽管在图7中仅可看到叶片18的吸力侧73。粘合剂坝70粘合至叶片18的外表面72，并且布置成沿叶片18的外表面70上限定的粘合区域74、76的预定边界延伸。在该实施例中，后缘粘合区域74限定在叶片18的后缘68附近，并且翼梁帽粘合区域76与叶片18的翼梁帽的位置相符。应当理解，这些粘合区域74、76的位置选择成与在前面参考图4描述的在末梢延伸部20的内表面54上限定的粘合区域50、52相符。施加到叶片18的外表面72的粘合剂坝70确保随后施加以将末梢延伸部20粘合至叶片18的粘合剂被容纳在这些粘合区域74、76内。
粘合剂坝70可另选地在制造末梢延伸部20期间设置在末梢延伸部20内。然而，将这些坝70施加至叶片18是有利的，因为末梢延伸部20在使用之前可能储存一段时间，这可能导致坝70劣化。通过在安装末梢延伸部20时将这些坝70安装在叶片18上，能够确保坝70具有高质量而不会劣化。
一旦粘合剂坝70已经施加至叶片18的外表面72，叶片18就准备好接纳末梢延伸部20。可选地，在装配末梢延伸部20之前，可以进一步制备叶片18的外表面72上限定的粘合区域74、76。例如，可以移除叶片18的外表面72上的胶衣和/或涂料，并且可以清洁和/或打磨粘合区域74、76以增强对粘合剂的键合。
现在参考图8，末梢延伸部20插在叶片18的准备好的梢端24上。该过程最初涉及将叶片18的末梢26与末梢延伸部20的开放端30对准。一旦对准，就沿箭头78的方向(即朝叶片18的根部)将末梢延伸部20拉到或推到叶片18的梢端24上。
使用传统泡沫(例如PVC泡沫条带)来形成坝70使得难以将末梢延伸部20装配至叶片18。这是由坝70和末梢延伸部20的内表面54、62(如图9中所示)之间的摩擦增强引起的，增强的摩擦使得末梢延伸部20难以在叶片18上滑动。已发现在将末梢延伸部滑动到叶片18上时，具有撕裂较低密度的泡沫坝的趋势。
优选地，粘合剂坝70可以由最小化坝70和末梢延伸部20之间的摩擦的材料形成或包括这样的材料。在该实施例中，并且如图7a中示意性所示，粘合剂坝70包括在一侧具有摩擦减小层82的条带或带80。带80可以由泡沫(例如，PVC泡沫)制成。该实施例中的摩擦减小层82是聚四氟乙烯(PTFE)(例如TeflonTM)层。PTFE摩擦减小层82有利地允许末梢延伸部20在叶片18上滑动而不会增强摩擦。粘合剂层86优选设置在带80的另一侧，以便于粘合剂坝70附接至叶片18的表面。
PTFE层82优选并且有利地设置为粘合剂坝70的整体层。例如，可以在坝70的制造期间设置PTFE层82。坝70优选地以片材的形式制造，其中PTFE层粘合至PVC泡沫片材的上表面，并且粘合剂层可以粘合到片材的下表面。然后可以将片材撕成所需的带宽度以形成坝70。
虽然PTFE层82可以随后施加至坝70(例如，在制造坝70之后或者在坝70已经施加至叶片18之后)，但是在将末梢延伸部20装配至叶片18期间存在随后施加的PTFE层82从坝70移位或脱卸的风险。如果PTFE层82或其一部分移位到粘合区域74、76(如图7中所示)中，则会作为裂缝引发器。因此，优选和有利的是将PTFE层82整合到坝70的结构中以避免这些问题。这还便于附接末梢延伸部20，因为在附接过程中不需要将PTFE层82或其它摩擦减小物质施加至坝70。
当将末梢延伸部20拉到或推到叶片18上时，施加到叶片18的粘合剂坝70夹在末梢延伸部20和叶片18之间。在图8中可以看到，末梢延伸部20包括多个预制孔90、91。如将在后面参考图10进一步详细讨论的那样，孔90、91用于在叶片18和末梢延伸部20之间供应粘合剂，以便将末梢延伸部20粘合至叶片18。
在该实施例中，在末梢延伸部20的每个半壳46、48中存在两排预制孔90、91(为了便于说明，图8中仅某些孔提供有附图标记)。每排沿纵向(翼展)方向延伸并包括多个相互间隔开的孔90、91。如将在下面参考图9进一步详细讨论的(图9是沿图8中的线9-9剖取的示意性剖面，即在与末梢延伸部20的内侧部分42重叠时穿过叶片18的梢端24)，孔90、91布置成与在叶片18的外表面72和末梢延伸部20的内表面54、62之间限定的粘合剂腔94、96(图9中所示)连通。
参考图9，当末梢延伸部20装配至叶片18时，在叶片18的梢端24的外表面72与末梢延伸部20的内侧部分42的内表面54、62之间限定重叠区域92。重叠区域92中限定有多个粘合剂腔94、96。在该实施例中，粘合剂腔94、96至少部分地由施加至叶片18的粘合剂坝70限定，并且夹在叶片18和末梢延伸部20的内表面54、62之间。具体地，翼梁帽粘合剂腔94限定在叶片壳18的对置翼梁帽粘合区域76与末梢延伸部20的内表面54、62之间，并且后缘粘合剂腔96限定在叶片18的对置后缘粘合区域74与末梢延伸部20的内表面54、62之间。如图9中所示，粘合剂腔94、96限定在叶片18的迎风侧97和背风侧73两者上。
翼梁帽粘合剂腔94均在翼弦方向C上受施加至叶片18的表面72的粘合剂坝70约束。后缘粘合剂腔96在翼弦方向C上受设置在末梢延伸部20中的后缘粘合剂坝57和施加至叶片18的表面72的后缘粘合剂坝70约束。
图9还示出了间隔件56，其在前面参考图4进行了讨论。间隔件56确保在叶片18的外表面72与末梢延伸部20的内表面54、62之间存在最小间隔距离，从而在粘合剂腔94、96中有足够的空间用于粘合剂。优选地，间隔件56基本上是不可压缩的。
仍然参考图9，可以看到，设置在末梢延伸部20的翼梁帽粘合区域52中的孔90与翼梁帽粘合剂腔94连通，而设置在末梢延伸部20的后缘粘合区域50中的孔91与后缘粘合剂腔96连通。
现在参考图10，其示出了将末梢延伸部20粘合至叶片18的过程。该过程包括经由设置在末梢延伸部20中的孔90、91注入粘合剂98(也参见图10a，其示出了粘合剂98经由孔90a注入)。对于各粘合而言，首先经由最靠近末梢延伸部20的末梢36的孔90、91注入粘合剂98。粘合剂98开始填充相关的粘合剂腔94、96并散布开以填充粘合剂腔的大致在孔90、91下方的部分，同时受前面讨论的粘合剂坝57、70约束。通过经由一系列中的相邻孔90、91中注入粘合剂而继续注入过程。实质上，粘合剂98顺序地经由一系列中的每个孔90、91注入，从最靠近末梢36的孔90、91开始并且朝末梢延伸部20的根端30孔到孔推移。
如图10a中所示，在该实施例中，末梢延伸部20的壳28有利地是半透明的，因为它由玻璃纤维复合材料构成。这允许在注入过程中目视检查粘合剂98的流动前沿100。当流动前沿100开始接近该系列中的下一个孔90b时，经由当前孔90a的注入过程终止并且经由下一个孔90b注入粘合剂。在该实施例中，当粘合剂流在距离下一个孔90b的预定距离“X”(在该实施例中，预定距离X约为25mm)内时，经由孔90a的注入终止，然后开始经由下一个孔90b孔注入。
经由从末梢36到根部30的一系列孔90、91顺序地注入粘合剂的过程有利地防止空气锁定并避免在粘合中形成空隙。另外，在预定距离内停止粘合剂注入也降低了粘合剂的背压，因此降低了破坏粘合剂坝的风险。末梢延伸部20的根端30是开放的，因此当粘合剂流动前沿100大致在纵向方向上朝开放的根端30移动时空气可以经由该开放端30逸出。空气也可以经由一系列孔90、91中的下一个孔逸出。此外，在该实施例中，粘合剂坝57、70有利的是可透过空气的，即它们不是气密的，因此空气可以经由粘合剂坝57、70逸出。因此，本文中所述的粘合过程在精确限定的位置提供了末梢延伸部20和叶片18之间优异且持久并且没有空隙的粘合。
上面参考图6讨论了在末梢延伸部20的后缘40附近设置粘合剂坝57允许末梢延伸部20的两个半壳46、48之间的粘合线的位置被精确地限定，使得避免了在附接末梢延伸部20期间末梢延伸部20与叶片后缘68碰撞的可能性。现在将参考图11至图14讨论该粘合剂坝57的进一步细节、功能和优点。
参考图11，该图示意性地示出了设置在末梢延伸部的后缘区域58中的粘合剂坝57的一种可能的布置。在该实施例中，粘合剂坝57定位成使得当末梢延伸部20装配至叶片18时，在粘合剂坝57和叶片18的后缘68之间沿翼弦方向存在间隙102。虽然粘合剂坝57避免了碰撞状况，但是它存在一些问题。特别地，当粘合剂98注入后缘粘合剂腔96时，粘合剂98必须围绕叶片18的后缘68从背风侧73流动到迎风侧97(反之亦然)。这不可避免地导致空气锁定，导致后缘粘合剂腔96中的粘合剂98中的空隙并且导致后缘68处的次优粘合。
现在参考图12，其示意性地示出了避免粘合剂98需要围绕叶片18的后缘68行进的可能构造。在该实施例中，在叶片18的靠近后缘68的压力表面97和吸力表面73上设置附加的坝104。附加坝104防止粘合剂98围绕叶片18的后缘68流动，因此当末梢延伸部20粘合至叶片18时，避免后缘粘合剂腔96中的空气锁定。虽然这些附加的坝104防止在后缘粘结腔96中的粘合剂98中出现空隙，但是它们导致在叶片18的后缘68处在叶片18与末梢延伸部20之间的相对窄的粘合线(在翼弦方向上)。此外，在叶片18的后缘68和末梢延伸部20中的粘合剂坝57之间也形成空隙106。该位置的空隙106是不期望的，因为水分可能在该空隙106中积聚，所以迫使末梢延伸部20中需要排水孔。另外，在叶片18上发生雷击的情况下，该空隙106中的空气或水分可能膨胀并且可能使空隙106爆裂，即冲破末梢延伸部20的壳28。因此，虽然设置额外的粘合剂坝104克服了某些问题，但它也造成了额外的问题。
现在参考图13，其示意性地示出了设置在末梢延伸部20的后缘区域58中的粘合剂坝57的优选且特别有利的构造。在该实施例中，粘合剂坝57有利地由泡沫制成。
粘合剂坝57包括前表面108和后表面110，前表面108面向末梢延伸部20的前缘38(图5中所示)，后表面110面向末梢延伸部20的后缘40。如前所讨论的，坝57与后缘40间隔开，使得后缘腔64限定在坝57后面，即在坝57和末梢延伸部20的后缘40之间。更具体地，腔64限定在坝57的后表面110和末梢延伸部20的后缘40之间。在构建末梢延伸部20期间，用粘合剂65填充腔64，以将末梢延伸部20的外壳28的两个半壳46、48粘合在一起(如前所述)。
选择泡沫坝57在末梢延伸部中的翼弦位置，使得当末梢延伸部20装配至叶片18时，叶片18的后缘68伸入到泡沫中。更具体地说，坝57的前表面108的翼弦位置选择成使得当末梢延伸部20装配至叶片18时叶片18的后缘68伸入到泡沫57中。可通过适当选择坝57的翼弦位置和坝57的翼弦宽度而选择前表面108的翼弦位置。在末梢延伸部20的装配期间(即当末梢延伸部20滑动到叶片18上时)，叶片18的后缘68有效地切入泡沫坝57中。这可能涉及后缘68压缩或劈开坝57。
在叶片18的后缘68伸入到坝57中的情况下，坝57的一部分与叶片18的位于后缘68处的压力表面97和吸力表面73重叠。换句话说，后缘68夹在粘合剂坝57的一部分之间。后缘68优选地与粘合剂坝57形成过盈配合。粘合剂坝57可有利地围绕后缘68形成有效密封。粘合剂坝57有利地将叶片18的背风侧97和迎风侧73分开，并阻挡粘合剂围绕叶片18的后缘68的任何通道，从而避免上面参考图11讨论的问题。
如图15中所示，图13中所示的粘合剂坝57的构造还使得能够在不需要空隙的情况下在叶片18的后缘68处的叶片18和末梢延伸部20之间实现相对宽的粘合109(在翼弦方向上)，从而避免了上面参考图12所示的布置所讨论的问题。
在该特定实施例中，可以选择末梢延伸部20中的泡沫坝57的标称翼弦位置，使得叶片18的后缘68切入泡沫57大约5毫米(如图13上的箭头112所示)。由于叶片18中的制造公差，叶片18可具有比设计尺寸稍宽或更窄的弦。例如，弦的尺寸可以具有+/-5毫米的公差。泡沫坝57的翼弦宽度W可以适当地选择成适应叶片尺寸中的这种制造公差(如下所讨论的)。
在该示例中，泡沫坝57可以具有大约10mm或稍大的翼弦宽度W。因此，如果叶片18具有比标称更宽的弦(最多约5mm)，则后缘68将进一步切入泡沫坝57(如图14中所示)，但是坝57仍将分开叶片18的背风侧73和迎风侧97。另选地，如果叶片18具有比标称更窄的弦(高达约5mm)，则后缘68将切入到泡沫57中更少的距离，但是坝57将仍然将叶片18的背风侧73和迎风侧97分开。
图13至图15中示出的粘合剂坝57的构造因此具有许多优点。首先，它用于约束用于将末梢延伸部20的两个半壳46、48粘合在一起的粘合剂65，从而允许将该粘合的弦向位置限定成使得末梢延伸部20配合叶片18而不发生碰撞(如参考图6所讨论的)。其次，它适应叶片18的尺寸的制造公差。第三，它阻挡粘合剂98围绕叶片18的后缘68通过，从而避免空气锁定，产生后缘68处的叶片18和末梢延伸部20之间无空隙的优良结合。第四，它允许该粘合109的翼弦宽度最大化。
图16是根据本发明的另一实施方式的穿过叶片末梢延伸部20a的示意性剖视图。在该实施例中，末梢延伸部20a的外壳28a由单件形成。这与之前的实施例相反，在先前的实施例中末梢延伸部20由粘合在一起的两个半壳46、48形成。在该实施例中，粘合剂坝57a在后缘区域58a设置在末梢延伸部20a内。该实施例中的粘合剂坝57a由泡沫制成。粘合剂坝57a基本上完全填充末梢延伸部20a内的后缘区域58a。
将外壳28a形成为单件避免了在后缘40a处在末梢延伸部20a内部的粘合剂粘合的要求(例如图13中所示的粘合剂粘合65)。因为粘合剂坝57a基本上占据整个后缘区域58a，所以有利地避免了该区域58a中可能积累水分并存在如前面结合该区域中的空隙所讨论的问题的任何空隙。选择坝57a的前表面108a的翼弦位置，使得当末梢延伸部20a装配至叶片时，叶片的后缘有利地以与关于先前实施方式描述的相同方式伸出到坝57a的前表面108a中。可以通过适当选择坝57a的翼弦宽度来选择前表面108a的翼弦位置。虽然不一定在制造末梢延伸部20a期间使用，但粘合剂坝57a在结合到具有由单件形成的外壳28a的末梢延伸部20a中时仍提供上面概述的第二、第三和第四优点。
图17示出了根据本发明的另一个实施例的末梢延伸部20b。在该实施例中，末梢延伸部20b是弯曲的。当装配至叶片18时，末梢延伸部20b有利地远离塔架弯曲，以防止延长的叶片18在使用中撞击塔架。当延长叶片18的长度时，塔架撞击的风险可能增加，因此弯曲的末梢延伸部20b有利地降低了这种风险。另选地或另外地，弯曲末梢延伸部20b可以适合于装配已经具有弯曲末梢的叶片。弯曲的末梢延伸部20b可以以与先前描述的相同方式被制造并附接至叶片18，并且应当理解，上面关于前面的实施方式讨论的所有技术特征和优点同样适用于弯曲的末梢延伸部，例如图17中所示的末梢延伸部20b。
以上实施方式仅作为实施例提供，并不旨在限制本发明的范围。在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对这些实施例进行许多修改。例如，虽然在上述实施例中，设置在末梢延伸部20、20a、20b的后缘处的坝57、57a由泡沫制成，但是可以使用其它合适的材料。合适的材料可包括可压缩材料或比包括叶片后缘68的材料更软的材料，因此允许后缘68在装配末梢延伸部20、20a、20b期间压缩或劈开坝57、57a的材料。在另外的实施方式中，末梢延伸部20、20a、20b中的粘合剂坝57、57a可以设置有纵向通道或狭槽，用于接纳叶片18的后缘68，这可允许使用更硬或更少的可压缩材料和/或可以促进将末梢延伸部20、20a、20b装配至叶片18的过程。

Claims (15)

1.一种将末梢延伸部附接至风轮机叶片的方法，该方法包括：
提供具有外表面和梢端的风轮机叶片；
提供具有外壳的末梢延伸部，所述外壳限定用于接纳所述叶片的所述梢端的基本上中空的内部；
将所述末梢延伸部装配在所述叶片的所述梢端上，使得所述末梢延伸部的内侧部分与所述叶片的所述梢端重叠，并且在所述叶片的所述外表面和所述末梢延伸部的所述内侧部分的内表面之间限定重叠区域；
在所述重叠区域中设置一个或多个粘合剂坝，所述粘合剂坝是能透过空气的并布置成在所述重叠区域中至少部分地限定一个或多个粘合剂腔，其中，当所述末梢延伸部装配至所述叶片时，所述粘合剂坝夹在所述叶片的所述外表面和所述末梢延伸部的所述内表面之间；并且
经由设置在所述末梢延伸部的所述外壳中的一个或多个孔将粘合剂供应到所述一个或多个粘合剂腔，以将所述末梢延伸部粘合至所述叶片。
2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在将所述末梢延伸部装配至所述叶片之前将所述粘合剂坝附接至所述叶片的所述梢端。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述末梢延伸部的所述外壳中限定有多个孔，并且所述方法包括顺序地经由每个孔供应所述粘合剂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个孔在沿所述末梢延伸部的翼展方向延伸的行中相互间隔开，并且所述方法包括沿朝向所述末梢延伸部的开放端的方向推移地经由所述行中的每个孔顺序地供应粘合剂。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，当所述粘合剂被供应到所述重叠区域时，所述重叠区域中的空气经由所述末梢延伸部的所述开放端逸出。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述末梢延伸部的所述开放端是内侧端。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述末梢延伸部的所述外壳是半透明的，并且所述方法包括经由半透明的所述外壳可视地监测所述重叠区域中的粘合剂流。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述末梢延伸部的所述外壳是半透明的，并且所述方法包括经由半透明的所述外壳可视地监测所述重叠区域中的粘合剂流。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括当经由所述末梢延伸部的半透明的所述外壳看到所述粘合剂流接近相邻孔时，终止经由第一孔供应粘合剂。
10.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在装配所述末梢延伸部之前移除所述风轮机叶片的末梢。
11.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在所述重叠区域中设置一个或多个间隔件，以确保所述叶片与所述末梢延伸部之间的用于所述粘合剂的最小间隙。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述间隔件预先附接到所述末梢延伸部的内表面。
13.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在装配所述末梢延伸部之前从所述叶片的所述外表面移除涂料和/或胶衣。
14.一种风轮机叶片组件，该风轮机叶片组件包括风轮机叶片和根据前述权利要求中的任一项所述的方法附接到所述叶片的梢端的末梢延伸部。
15.一种风轮机叶片组件，该风轮机叶片组件包括：
风轮机叶片，该风轮机叶片具有梢端；
末梢延伸部，该末梢延伸部装配至所述叶片的所述梢端；
限定在所述末梢延伸部的内侧部分与所述叶片的所述梢端之间的重叠区域；和
所述重叠区域中的一个或多个粘合剂坝，所述粘合剂坝至少部分地限定一个或多个粘合剂腔，所述粘合剂坝是能透过空气的，并夹在所述叶片的外表面和所述末梢延伸部的内表面之间；
其中，所述末梢延伸部借助所述粘合剂腔中的粘合剂粘合至所述叶片，所述粘合剂已经由设在所述末梢延伸部的外壳中的一个或多个孔供应至所述一个或多个粘合剂腔。
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