CN110709600A - 风力涡轮机转子叶片、其节段和互连构件 - Google Patents

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Abstract

本披露内容涉及一种风力涡轮机转子叶片的节段,该节段包括:三个或更多个翼构件,这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸,其中,至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面;其中,每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端;其中,该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱,其中,该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端,使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连,并且其中,该第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端,使得该第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连。本披露还涉及一种风力涡轮机转子叶片并且涉及一种互连构件。

Description

风力涡轮机转子叶片、其节段和互连构件
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机转子叶片的节段。本发明还涉及一种风力涡轮机转子叶片。本发明还涉及一种互连构件。
背景技术
全世界对可再生能源技术的兴趣日益增大。例如,气候变化问题正将能源生产推向可再生能源技术。因此,风力发电是重要的能源,并且每年通过风力发电产生的电量正在迅速增长。
风力发电是将风能转化为更有用的形式,比如电。在这方面,使用风力涡轮机,风力涡轮机是将来自风的动能转换成电力的装置。风力涡轮机包括具有中央毂的转子,一个或多个叶片附接到该中央毂。转子被布置成随着叶片由于刮风而经受经过风力涡轮机的大量空气而旋转。转子的旋转因此产生机械能,机械能可以在风力涡轮机中被转换成电力。
有两种主要类型的风力涡轮机:水平轴风力涡轮机(HAWT),其中叶片绕水平轴线旋转;以及竖直轴风力涡轮机(VAWT),其中叶片绕竖直轴线旋转。用于大规模电力生产的最常见类型的风力涡轮机是HAWT,并且下面的讨论内容主要针对HAWT。
叶片形成有翼型形状的截面。这意味着叶片形成为使得叶片的旋转方向上的前侧的表面使经过该表面的空气比经过后侧的表面的空气要采取更长的路径。因此,在前侧表面上经过的空气将会比在后侧表面上经过的空气走得更快。因此,形成压力差,从而在叶片上产生升力。此升力引起围绕转子轴线的转矩,这引起转子旋转。
运动叶片与空气之间的相对流速(包括速度和方向)被称为表观流速。当空气经过翼型形状的叶片的表面时,空气会对其施加取决于表观流速和翼型形状的力。升力是该力的垂直于即将到来的表观流动方向的分量。升力与作为该力的平行于表观流动方向的分量的阻力形成对比。与升力相反,阻力往往阻碍叶片的运动,并且通过数学分析可以显示出,为了优化涡轮机的电力效率,叶片应被设计成使得升力与阻力之间的比率最大化。
风力涡轮机的电力生产能力主要受叶片长度的影响。风力涡轮机产生的电力与叶片扫过的面积成比例,该面积通常与叶片长度的平方成比例。因此,增加叶片长度使得能够增大风力涡轮机的电力产量。
然而,还需要在考虑叶片在风力涡轮机的操作期间受到的载荷的情况下来设计叶片。空气动力载荷是通过风和叶片在空气中的旋转产生表观流动而形成的。空气动力载荷在叶片上产生弯曲力矩,弯曲力矩在最靠近毂的地方最大。虽然空气动力载荷可能由于风湍流而变化,但是施加在叶片上的空气动力载荷通常与叶片长度的平方成比例。
由于叶片的质量,叶片也受到重力载荷的作用,并且在叶片旋转一整圈时,叶片将经历疲劳循环。重力载荷通常与叶片长度的立方成比例。因此,尽管空气动力载荷对于小尺寸叶片来说占主导地位,但随着叶片长度增加,重力载荷将变得占主导地位。
因此,由于为了增加风力涡轮机的发电能力而增加叶片长度,所以叶片设计需要密切注意施加在叶片上的重力载荷。否则,由于叶片的质量大,存在疲劳失效的风险。另外,长叶片会导致与叶片变形、裂纹和扭曲有关的问题。因此,随着叶片长度增加,叶片的设计变得困难。
叶片的质量和相关联的重力载荷以及空气动力载荷可能迫使叶片形状的设计在强度与空气动力学之间进行折衷。特别是在靠近毂的地方,叶片可能需要具有对于提供强度而不是翼型特性而言最优化的设计,这意味着叶片的空气动力学性能将不是最佳的。
进一步地,当要安装风力涡轮机时,需要将风力涡轮机零件运输到风力涡轮机的场地。风力涡轮机由非常大的零件组成,比如长叶片,这使得零件到场地的运输成为艰巨的任务。例如,风力涡轮机零件可能比通常允许的车辆长度长得多,这意味着陆路需要使用特种车辆来运输这些零件。进一步地,风力涡轮机零件的质量也可能设置特殊要求,以便允许将零件运输到场地。而且,由于零件的质量和长度,零件在场地的安装是麻烦的。
而且,叶片的成本当然随着叶片的质量而增加。由于叶片的质量与叶片长度的立方成比例,所以制造叶片的成本随着叶片长度比随着风力涡轮机的发电能力增加得更快。
最后,较大的叶片质量可能导致风力涡轮机的塔架和基础的问题,因为叶片的质量在风力涡轮机的这些零件上施加较大载荷。而且,叶片质量的增加通过增大的旋转惯性而导致转子毂上的载荷增加。
从上面可以清楚地看出,风力涡轮机的叶片的任何修改使得叶片的质量减小,将显著改善叶片的设计中面临的问题。
在US 7,517,198中,披露了一种轻质风力涡轮机叶片。该涡轮叶片包括轻质复合支撑桁架结构。支撑桁架结构被蒙皮组件覆盖,蒙皮组件形成叶片的基本翼型形状。一系列侧向间隔开的肋形成叶片的脊部,并限定总体翼型形状。然而,叶片需要很薄,以便将空气动力载荷保持较小。这意味着很难获得高强度的结构。因此,最靠近毂的肋具有圆形形状,为结构提供强度,而不是良好的空气动力学性能。
在EP 1 887 219中,披露了一种特殊的叶片结构。该叶片结构利用了这样的事实,即通过设计叶片的型材节段从而增加该节段的表面和该节段到中性线的距离,可以增加叶片的惯性矩。进一步地,结构中的节段的材料支撑的应力与惯性矩成反比,由此增加惯性矩会减小材料的应力。因此,通过将叶片分成子叶片并分离子叶片,可以增加惯性矩而不会增加材料的重量。然而,为了获得更大的惯性矩,子叶片需要牢固结合。因此,连杆沿着子叶片的长度间隔开。尽管这种结构允许结构中的节段的材料支撑的应力减小,但叶片的重量原则上不会减小。因此,仍然需要减轻叶片的重量。而且,子叶片受到弯曲力矩的作用,这意味着需要考虑给子叶片提供强度而不是提供空气动力学性能来设计最靠近毂的子叶片。
US 1,820,529披露了一种螺旋桨叶片,其设有在顶点汇合的多个翼型。每个翼型向外朝向支撑端倾斜,在支撑端,翼型被刚性地固定到共用叶片轴线上。多个架被定位成被夹在多个翼型之间,基本平行于叶片轴线。而且,斜连系结构被刚性地固定,以沿其长度相对于给定叶片的其它翼型交叉支撑一个翼型。
发明内容
本发明的目的是提供一种风力涡轮机转子叶片的设计,使得实现稳定的轻质叶片。
至少部分地通过独立权利要求中限定的发明来实现本发明的这些和其他目的。在所附权利要求中阐述了优选实施例。
根据本发明的一方面,提供了风力涡轮机转子叶片的节段,该节段包括
三个或更多个翼构件,这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸,
其中,至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面,
其中,每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端,
其中,该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱以及从第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的外端的至少一个对角框架构件,所述对角框架构件被预张紧,从而在该第一翼构件的内端到另一个翼构件的外端之间提供拉力,
其中,该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端,使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连,并且
其中,该第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端,使得第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连,并且其中,第一多个支柱中的这些支柱中的每个支柱和/或第二多个支柱中的这些支柱中的每个支柱是分离的细长构件,这些细长构件在任一端机械地连接到相应翼构件的相应端。
通过为风力涡轮机转子叶片设计三个或更多翼构件,并且通过使用在相应翼构件之间延伸的支柱,可以降低生产成本和运输成本两者,同时允许转子叶片比今天可能的更长、强度更大且更轻。
第一多个支柱和/或第二多个支柱中的这些支柱可以一体地形成为单个多边形构件。通过将支柱设置为一体地形成的形状,可以通过使支柱之间的连接具有更大强度来提高结构整体性。另外,由于可以省略比如螺钉、螺母、螺栓或其他连接件等零件,复杂性可以降低。这种降低的复杂性可以通过使可能故障位置更少来减少维护。
支柱可以作为分离的构件被提供。翼构件可以作为分离的构件被提供。从而可以降低生产成本和运输成本。可以使用更小且成本更低的生产方法,因为翼仅形成转子叶片的翼的总长度的一部分。而且,由于转子叶片包括三个或更多个翼,每个翼和翼构件可以具有比传统的单翼叶片更小的截面。这也有助于允许更具成本效益的生产和运输。在相应的端部处使用互连翼构件的多个支柱也提供了有成本效益的生产和运输。利用上面讨论的设计,可以选择翼构件的尺寸、尤其是长度,使得其适于所选择的运输系统。例如,可以设计转子叶片,使得翼构件适合标准化装运容器。
而且,通过将风力涡轮机转子叶片节段和风力涡轮机转子叶片设计为桁架状框架结构,可以将转子叶片实现为比今天可能的更长、强度更大且更轻。
如本文中所使用的,“桁架状框架”可以被解释为三维构件框架。因此框架构成了形成叶片整体形状的三维结构。桁架通常是由笔直构件形成的结构,这些笔直元件在接头处连接以形成三角形单元。另外,构件通常围绕接头自由旋转。在桁架中,力矩(扭矩)通常不能在桁架内传递,并且因此构件只受到轴向力(拉伸力和压缩力)。在本申请的上下文中,“桁架状框架”应被解释为包括三角形的结构,用于形成高强度的结构,但不一定具有不能传递任何力矩的接头。例如,至少有三个构件可以连接在接头处,但不是所有的构件都需要恰好连接在单一点处。而是,这些构件中的一个或两个可以连接在接头附近,而不是在接头处所有构件连接在确切单一位置上。进一步地,在三维桁架中,桁架的三角形并不全部位于单一的二维平面中。因此,“桁架状三维框架”应被解释为包括不全部位于单个二维平面中的三角形的“桁架状框架”。在某些情况下,“桁架状框架”可以由四面体单元形成。
在这种情况下,应当注意,术语“节段”旨在指风力涡轮机转子叶片的被分成多个节段的节段。术语“节段”不旨在被理解为重复的完整构建块。应当注意,例如,优选的是,在两个节段之间的界面中,只有一组共享的支柱。因此,在第一节段的外端和第二节段的内端之间的界面处,第一节段的第二多个支柱也将形成或构成第二节段的第一多个支柱。因此,第一节段在第一节段与第二节段之间的界面或过渡部处与第二节段共享多个支柱。还可以注意到,翼可以但不需要一定在每个节段界面处被分成分离的翼构件。例如,可设想的是,三个或更多个翼构件沿着最靠近毂的节段延伸,然后三个或更多个分离的翼构件沿着例如第二至第四节段延伸。其他组合也是可设想到的。最里面的节段的翼构件可以例如也沿着第二节段延伸,或者也许甚至延伸得更远,比如沿着第三节段延伸。还可以注意到的是,在详细描述中使用的节段的数量仅仅是优选实施例的示例。节段的数量可以更多或更少。当翼构件沿着多于一个节段延伸时,相应的翼构件在沿着其长度的一个或多个位置处(对应于相应的节段界面)设有用于支柱的连接件,使得多个支柱可以被设置在相应的节段界面处。替代性地,这也可以被认为等同于相应节段除了第一和第二多个支柱之外还具有一个或多个其他中间多个支柱。
该节段可以进一步包括至少一个对角框架构件,该至少一个对角框架构件从第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的外端。设置从第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的外端的对角框架构件提供了提供将不同翼构件保持在一起的拉力的可能性,而这些支柱将使翼构件保持为彼此相距预期距离。支柱和对角框架构件的组合与翼构件一起提供了桁架状框架。本发明的观点是,风力涡轮机转子叶片可以由桁架状框架形成。由于桁架状框架,桁架构件通常将仅受到拉伸力或压缩力的作用。这使得可以提供桁架构件的直接设计,比如支柱和对角框架构件,从而避免复杂的设计和复杂且昂贵的制造。优选的是,对角框架构件从第一翼构件的内端延伸到同一节段的另一个翼构件的外端。因此,角度将尽可能大,并且因此对角框架构件将对结构稳定性有很大贡献。还可以注意到的是,不排除对角框架构件可以作为补充或替代性方案连接在第一翼构件的内端与另一个节段的翼构件的外端之间,即延伸超过同一节段的另一个翼构件的外端。这也可以被表示为对角框架构件沿着两个或多个节段的长度延伸。对角框架构件可以被预张紧,从而在第一翼构件的内端与另一个翼构件的外端之间提供拉力。优选地,预张力使得对于达到尺寸标注载荷的任何变形,在所有对角框架构件中将存在剩余的预张力。因此,对于达到尺寸标注载荷的任何载荷,桁架状框架将被牢固地保持在一起。
支柱可以被构造成抵抗沿着相应支柱的纵向方向的纵向压缩。
相应支柱的纵向方向基本上从例如第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端,或者从第一翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端。实际上,实际连接点可以沿着转子叶片的纵向方向与端部稍微偏移。例如,当使用将一个节段的翼构件与相邻节段的对应的翼构件互连的互连构件时,可能是一种情况。在这种情况下,互连构件可以具有用于支柱的、被定位在内部节段的外端与外部节段的内端之间的连接件。在这种情况下,相应支柱的纵向方向将从一个互连构件的连接件延伸到另一个互连构件的连接件。
第一多个支柱中的这些支柱中的每个支柱可以是分离的细长构件,这些细长构件在支柱的第一端部处机械地连接到第一翼构件的第一端部,并且在支柱的第二端部处机械地连接到另一个翼构件的第一端部。
第二多个支柱中的这些支柱中的每个支柱可以是分离的细长构件,这些细长构件在支柱的第一端部处机械地连接到第一翼构件的第二端部,并且在支柱的第二端部处机械地连接到另一个翼构件的第二端部。
提供支柱作为机械地连接到翼构件的分离的细长构件进一步有利于生产和运输,尤其是当用于相当大的转子叶片中时。
第一多个支柱和/或第二多个支柱中的这些支柱可以一体地形成为单个多边形构件。这使得容易提供稳定的构造,并且在转子叶片的尺寸有限使得多边形构件仍然具有可管理的尺寸的情况下特别有用。
第一多个支柱中的支柱的数量可以至少等于、优选地等于翼构件的数量。
第二多个支柱中的支柱的数量可以至少等于、优选地等于翼构件的数量。
通过提供与翼构件数量至少相等数量的支柱,可以确保每个翼构件连接到至少另外两个翼构件。可设想的是在存在四个翼构件的情况下,使用例如五个或六个支柱。四个支柱形成四边型多边形,并且一个或多个支柱在多边形内对角延伸。然而,在优选的实施例中,在第一和第二多个支柱中的每一个中有三个翼构件和三个支柱。
第一多个支柱中的支柱可以形成闭合多边形、优选地非自相交闭合多边形,其中翼构件的相应内端被定位在多边形的角处。
第二多个支柱中的支柱可以形成闭合多边形、优选地非自相交闭合多边形,其中翼构件的相应外端被定位在多边形的角处。
在优选的实施例中,在第一和第二多个支柱中的每一个中有三个翼构件和三个支柱,其中支柱形成三角形并且翼构件被定位在三角形的角处。在一个实施例中,三角形是等边三角形。
该节段可以进一步在该相应翼构件的至少一个端部处包括互连构件,通过该互连构件,该相应翼构件被构造成与第二节段的对应的翼构件互连,其中,每个互连构件优选地设有用于至少两个、优选地两个支柱的连接件,这些支柱各自从该相应翼构件延伸到另外两个翼构件。预先安装在翼构件的一个端部的互连构件的设置可以用于通过至少减少将互连构件连接到其中一个翼构件的步骤来有助于风力涡轮机转子叶片的安装。这也可能是有益的,因为它提供了关于多个其他部件的安装的指导,比如支柱的安装,该安装由预安装的、设有用于支柱的连接件的互连构件很好地限定。互连构件的预安装也可以用于通过允许使用难以在要架设风力涡轮机的现场实现或使用的连接方法来减轻重量和有助于生产。例如,如果在互连构件和翼构件的生产期间翼构件和互连构件彼此粘性地连接,则可以使得翼构件和互连构件之间的连接成为如同它们是一体部分一样。
如在两个节段之间的界面处的多个支柱的上下文中所讨论的那样,在互连构件的上下文中重复以下内容也是相关的:术语“节段”旨在指被分成多个节段的风力涡轮机转子叶片的节段。术语“节段”不旨在被理解为重复的完整构建块。应当注意的是,例如,互连构件可以是共享的互连构件。还可以注意到,翼构件可以在多于一个节段上延伸。
在这种情况下,可以提及互连构件可以由一个部分或多个部分形成。多个部分可以在互连构件的制造期间预先组装。替代性地,这些部分可以在要架设风力涡轮机的现场组装。还可设想的是,互连构件的一些部分是预先组装的,而一些部分是现场组装的。
根据本发明的一方面,提供了一种包括多个节段的风力涡轮机转子叶片,其中,每个节段包括三个或更多个翼构件,这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸,
其中,至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面,
其中,每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端,
其中,该节段进一步包括第一多个三个或更多支柱和第二多个三个或更多支柱,
其中,该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端,使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连,并且
其中,第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端,使得该第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连,
其中,这些节段被布置成其相应的翼构件沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向一个接一个地布置,并且
其中,当在风力涡轮机转子叶片的纵向方向上观看时,第一节段的第二多个支柱还形成紧邻该第一节段的第二节段的第一多个支柱。
这也可以说是在从一个节段到另一节段的每个过渡部处设置一组多个支柱。例如,如果风力涡轮机转子叶片由沿着风力涡轮机转子叶片的纵向方向一个接一个地布置的四个节段形成,则在第一节段与第二节段之间的过渡部中将有第一组多个支柱,在第二与第三过渡部之间的过渡部中将有第二组多个支柱,并且在第三节段与第四节段之间的过渡部中将有第三组多个支柱。可以注意到的是,在最靠近毂的最里面的节段与毂之间的连接处,可设想的是使用多个支柱,并且还可设想的是使用截头棱锥形构件,该构件在面对毂的端部处将翼构件互连并将风力涡轮机转子叶片连接到毂。
在风力涡轮机转子叶片的最外端处,可设想的是使用多个支柱,并且还可设想的是使用比如板等另一种构件,将翼构件的外端互连。可能有利的是,在最外端处使用单个构件,该单个构件在由翼构件的端部形成的平面内具有内部刚性。
第一节段的翼构件可以与第二节段的翼构件分离。如上所提及,这是有用的,因为可以设计翼构件,使得有助于生产和运输。然而,如上所提及,还可以注意到,翼可以但不需要一定在每个节段界面处被分成分离的翼构件。例如,可设想的是,三个或更多个翼构件沿着最靠近毂的节段延伸,然后三个或更多个分离的翼构件沿着例如第二至第四节段延伸。其他组合也是可设想到的。最里面的节段的翼构件可以例如也沿着第二节段延伸,或者也许甚至延伸得更远,比如沿着第三节段延伸。还可以注意到的是,在详细描述中使用的节段的数量仅仅是优选实施例的示例。节段的数量可以更多或更少。
第一节段的翼构件可以具有与第二节段的翼构件不同的翼型性能。在这种情况下,不同的翼型性能可以例如是提供不同仰角、不同横截面形状和/或不同横截面尺寸的不同取向。通过提供不同节段的翼构件的不同翼型性能,可以沿着风力涡轮机转子叶片的长度提供不同的翼型性能。这通常是期望的,例如考虑到在转子叶片围绕毂旋转时,翼构件将在沿着转子叶片纵向方向的不同位置处相对于空气具有不同的速度。例如,可以将相应翼构件设计为沿着翼构件的整个长度具有恒定截面,然后在不同的节段中具有相应翼构件的不同的截面和/或不同取向。替代性地,截面可以变化,例如,使得翼构件离毂越远,截面变得越小。这种变化可以沿着相应的翼构件是连续的,或者其在每个翼构件上是恒定的,然后到下一节段的翼构件被改变一个梯级。翼构件可以是笔直的,同时沿着翼构件的整个长度具有相同的仰角。替代性地,它可以是不断改变仰角的稍微弯曲的翼构件。这种连续变化在两个相邻节段的翼构件之间的过渡部上也可以是连续的。连续变化可以替代性地被相邻节段之间的过渡部稍微变化更大的角度取向梯级而中断。
第一节段的相应翼构件可以通过互连构件与第二节段的相对应的翼构件互连,其中,每个互连构件设有用于至少两个、优选地两个支柱的连接件,这些支柱从相应翼构件延伸到另外两个翼构件。
两个连接件是优选的,因为翼构件优选地为三个,并且在这种情况下,相应翼构件通常用每个这样的翼构件的一个支柱连接到另外两个翼构件。这两个翼构件进而优选地与第三支柱相互连接。
通过使用互连构件,可以设置能够在小面积上传递较大力的高强度连接件。互连构件可以例如包括由比如钢等金属形成的、设有连接件的至少一个部分。互连构件还可以设有沿纵向方向延伸的细长部分,细长部分被构造成沿纵向方向在显著的长度上与翼构件相互作用。这个显著长度优选地是翼构件之间沿着支柱的纵向方向的距离的至少一半。
在这种情况下,可以提及互连构件可以由一个部分或多个部分形成。多个部分可以在互连构件的制造期间预先组装。替代性地,这些部分可以在要架设风力涡轮机的现场组装。还可设想的是,互连构件的一些部分是预先组装的,而一些部分是现场组装的。
另外,优选的是,在第一节段的第一翼构件的内端处的互连构件中的至少一个互连构件进一步包括用于预张紧对角框架构件的至少一个连接件,和/或其中在该节段的另一个翼构件的外端处的互连构件中的至少一个互连构件进一步包括用于该预张紧对角框架构件的至少一个连接件。
可以注意到,对角框架构件可以固定或一体地连接到其中一个互连构件。在其中一个互连构件处有连接件就足够了。还可以注意到,作为替代性方案或补充,对角框架构件可以沿其长度分成分离的节段或部分。第一端部节段或部分可以固定或一体地连接到第一互连构件,并且在相对端的第二端部节段或部分可以固定或一体地连接到第二互连构件。对角框架构件的一个或多个中间节段或部分然后可以用于互连第一和第二端部节段或部分,使得形成从第一互连构件延伸到第二互连构件的对角框架构件。当第一多个支柱和/或第二多个支柱中的这些支柱一体地形成为单个多边形构件时,每个互连构件可以设有用于将相应的互连构件附接到一体的形成的单个多边形构件的相应角的连接件。
这允许互连构件在没有焊接或类似过程的情况下连接到第一多个支柱或第二多个支柱。这进而允许更容易构造转子叶片,这可以增加便携性并降低构造成本。连接构件可以例如包括基本上在由多边形构件形成的平面中延伸的凸缘。
根据本发明的一方面,提供了互连构件,该互连构件被构造成在风力涡轮机转子叶片中将第一节段的翼构件与第二节段的相对应的翼构件互连,该风力涡轮机转子叶片包括三个或更多个翼构件,这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸,其中,该互连构件设有用于至少两个、优选地两个支柱的连接件,每个支柱被构造成从该互连构件延伸到另一个互连构件,该另一个互连构件被构造成将该第一节段的另一个翼构件与该第二节段的另一个对应的翼构件互连。
通过提供互连构件,可以设置能够在小面积上传递较大力的高强度连接件。互连构件可以例如包括由比如钢等金属形成的、设有连接件的至少一个部分。互连构件还可以设有沿纵向方向延伸的细长部分,细长部分被构造成沿纵向方向在显著的长度上与翼构件相互作用。这个显著长度优选地是翼构件之间沿着支柱的纵向方向的距离的至少一半。
在这种情况下,可以提及互连构件可以由一个部分或多个部分形成。多个部分可以在互连构件的制造期间预先组装。替代性地,这些部分可以在要架设风力涡轮机的现场组装。还可设想的是,互连构件的一些部分是预先组装的,而一些部分是现场组装的。
互连构件可以进一步包括:
由金属形成的、设有连接件的至少一个部分,以及
各自沿着该纵向方向延伸的第一和第二细长部分,
其中,该第一细长部分被构造成与该第一节段的翼构件相互作用,并且该第二细长部分被构造成与该第二节段的对应的翼构件相互作用。
通过提供金属制成的一部分并在这个部分上设置连接件,可以在甚至更大程度上提供能够在小面积上传递较大力的高强度连接件。细长部分可以是金属制成的。然而,在优选的实施例中,这些细长部分由复合材料形成,复合材料由基质中的纤维形成,比如硬化树脂基质中的碳纤维或玻璃纤维。
该节段、该风力涡轮机转子叶片和该互连构件被构造成特别用于在下面讨论的风力涡轮机中使用。该风力涡轮机包括具有中央毂的转子,一个或多个叶片附接到该中央毂。转子被布置成随着叶片由于刮风而经受经过风力涡轮机的大量空气而旋转。转子的旋转因此产生机械能,机械能可以在风力涡轮机中被转换成电力。
有两种主要类型的风力涡轮机:水平轴风力涡轮机(HAWT),其中叶片绕水平轴线旋转;以及竖直轴风力涡轮机(VAWT),其中叶片绕竖直轴线旋转。用于大规模电力生产的最常见类型的风力涡轮机是HAWT,并且本发明主要针对HAWT。在优选的实施例中,该风力涡轮机是水平轴风力涡轮机(HAWT)。
优选地,所有翼构件形成有翼型形状的截面。这意味着翼构件形成为使得叶片的旋转方向上的前侧的表面使经过该表面的空气比经过后侧的表面的空气要采取更长的路径。因此,在前侧表面上经过的空气将会比在后侧表面上经过的空气走得更快。因此,形成压力差,从而在翼构件上产生升力。此升力引起围绕转子轴线的转矩,这引起转子旋转。
运动叶片或翼构件与空气之间的相对流速(包括速度和方向)被称为表观流速。当空气经过翼型形状的叶片的表面时,空气会对其施加取决于表观流速和翼型形状的力。升力是该力的垂直于即将到来的表观流动方向的分量。升力与作为该力的平行于表观流动方向的分量的阻力形成对比。与升力相反,阻力往往阻碍叶片的运动,并且通过数学分析可以显示出,为了优化涡轮机的电力效率,叶片应被设计成使得升力与阻力之间的比率最大化。
附图说明
将参考所附示意图以举例方式更详细地描述本发明,附图示出了本发明的当前优选实施例。
图1示出了风力涡轮机。
图2示出了包括三个翼的风力涡轮机转子叶片。
图3示出了图2的风力涡轮机转子叶片的节段。
图4更详细地示出了图3中示出的互连构件。
图5示出了图4的互连构件,其中移除了翼构件。
图6以不同的角度示出了图4和图5的互连构件。
图7是示出了图6的互连构件的内部的截面。
图8示出了根据另一个实施例的互连构件。
图9是图8的互连构件的侧视图。
图10是示出了图8和图9的互连构件的内部的截面。
图11是图8至图10的互连构件的中央部分的详细视图。
图12示出了根据另一个实施例的互连构件。
图13是示出了图12的互连构件的内部的截面。
图14示出了形成将翼互连的多个支柱的多边形构件。
图15示出了连接件和互连构件。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明,在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而,本发明可以通过许多不同的形式来实施而不应被解释为局限于本文所阐述的实施例;而是,这些实施例被提供用于获得彻底性和完整性、并且向技术人员充分地传达本发明的范围。
图1示出了风力涡轮机100,其包括转子102,该转子具有中央毂106,桁架状风力涡轮机叶片104附接到该中央毂。转子102被布置成随着叶片104由于刮风而经受经过风力涡轮机100的大量空气而旋转。转子102的旋转因此产生机械能,机械能可以在风力涡轮机100中被转换成电力。在优选的实施例中,转子102包括三个转子叶片104。然而,可设想的是使用不同数量的转子叶片104,比如两个转子叶片。还可设想的是使用比优选的实施例中示出的三个更多数量的转子叶片104;例如,可设想的是使用四个、五个或六个转子叶片。也可设想的是使用比这种情况更多数量的转子叶片104。
有两种主要类型的风力涡轮机:水平轴风力涡轮机(HAWT),其中叶片绕水平轴线A旋转;以及竖直轴风力涡轮机(VAWT),其中叶片绕垂竖直轴线旋转。用于大规模电力生产的最常见类型的风力涡轮机是HAWT,并且本发明主要针对HAWT。在图1中示出的实施例中,风力涡轮机是水平轴风力涡轮机(HAWT)。
在图2中,更详细地披露了风力涡轮机转子叶片104。每个风力涡轮机转子叶片104包括三个翼107a-c。翼107a-c沿着彼此、彼此相距距离Dac、Dab和Dbd延伸。翼107a-c沿着风力涡轮机转子叶片104的纵向方向L延伸。
在优选的实施例中,转子叶片104包括三个翼107a-c。然而,可设想的是使用比优选的实施例中示出的三个更多数量的翼107a-c;例如,可设想的是使用四个翼。也可设想的是使用比这种情况更多的翼107a-c(比如五个或六个),或者比这种情况多得多。
如图2、图3和图4所示,当在横向于相应翼107a-c的纵向范围L的平面上观看时,每个翼具有翼型形状的截面。这意味着翼形成为使得叶片的旋转方向上的前侧的表面使经过该表面的空气比经过后侧的表面的空气要采取更长的路径。因此,在前侧表面上经过的空气将会比在后侧表面上经过的空气走得更快。因此,形成压力差,从而在翼上产生升力。此升力引起围绕转子轴线的转矩,这引起转子旋转。
运动叶片或翼与空气之间的相对流速(包括速度和方向)被称为表观流速。当空气经过翼型形状的叶片的表面时,空气会对其施加取决于表观流速和翼型形状的力。升力是该力的垂直于即将到来的表观流动方向的分量。升力与作为该力的平行于表观流动方向的分量的阻力形成对比。与升力相反,阻力往往阻碍叶片的运动,并且通过数学分析可以显示出,为了优化涡轮机的电力效率,叶片应被设计成使得升力与阻力之间的比率最大化。
在图3中,示出了风力涡轮机转子叶片104的节段S2。风力涡轮机转子叶片104包括多个节段S1、S2、S3、S4。在这种背景下,可以注意到节段的数量可以不同于四个。在图1中,示出了示例,其中在每个转子叶片104中有四个节段S1至S4。也可设想的是使用更少数量的节段,比如两个或三个节段。也可设想的是使用更多数量的节段,比如五个、六个、七个或八个节段。也可设想的是使用比这种情况更多数量的节段。优选的是,在所有转子叶片中节段的数量相同。
如图3所示,节段S2包括沿彼此延伸的三个或更多个翼构件107a2、107b2、107c2。形成翼107a的一部分的任何翼构件将被概括表示为107an,除非需要区分它指的是哪个节段。同样地,107bn和107cn将分别用作翼107b和107c的任何翼构件的通用附图标记。如果不需要在翼107a-c之间进行区分,将使用概念107作为一般概念。因此,对于任何翼的任何翼构件,将使用概念107n。
如以上关于翼107所述,翼构件107n沿着风力涡轮机转子叶片104的纵向方向L彼此相距一定距离延伸。当在横向于翼构件107n的纵向范围L的平面上观看时,每个翼构件107n具有翼型形状的截面。
每个翼构件从相应的内端107ni延伸到相应的外端107no。在图3中,翼构件107a2的内端107a2i和外端107a2o根据特定概念和根据一般概念来指示。
该节段进一步包括第一多个三个支柱108ab、108bc、108ac,每个支柱从一个翼构件107n的内端107ni延伸到另一个翼构件107n的内端107ni,使得第一多个支柱中的支柱108在其内端107ni处互连翼构件107n。当不需要在支柱108ab、108bc、108ac之间进行区分时,它们将被表示为支柱108。
该节段进一步包括第二多个三个支柱109ab、109bc、109ac,每个支柱从一个翼构件107n的外端107no延伸到另一个翼构件107n的外端107no,使得第二多个支柱中的支柱109在它们的外端107no处互连翼构件107n。当不需要在支柱109ab、109bc、109ac之间进行区分时,它们将被表示为支柱109。
如图3所示,支柱109可以具有空气动力学截面形状。该形状可以被设计成最小化任何风阻力。该形状可以设计成翼型。
在优选的实施例中,支柱108、109作为分离的构件被提供。在优选的实施例中,翼构件107n作为分离的构件被提供。在优选的实施例中,翼107a、107b、107c沿着它们相应的长度被分成分立的翼构件107n。在优选的实施例中,相应翼构件107n沿着相应节段S1至S5的长度延伸。
可以注意到,在包括多个节段的风力涡轮机转子叶片104中,这些节段被布置成其相应翼构件107n被布置成沿着风力涡轮机转子叶片104的纵向方向L一个接一个地与相邻节段的翼构件107n大致对齐。而且,当在风力涡轮机转子叶片的纵向方向L上观看时,第一节段的第二多个支柱109还形成紧邻第一节段的第二节段的第一多个支柱108。
这也可以说是在从一个节段到另一节段的每个过渡部处设置一组多个支柱。例如,如果风力涡轮机转子叶片由沿着风力涡轮机转子叶片的纵向方向一个接一个地布置的四个节段形成,则在第一节段与第二节段之间的过渡部中将有第一组多个支柱,在第二部与第三过渡部之间的过渡部中将有第二组多个支柱,并且在第三节段与第四节段之间的过渡部中将有第三组多个支柱。
可以注意到的是,在最靠近毂的最里面的节段与毂之间的连接处,可设想的是使用多个支柱,并且还可设想的是使用截头棱锥形构件300(如图2所示),该构件在面对毂的端部处将翼构件互连并将风力涡轮机转子叶片连接到毂。
在风力涡轮机转子叶片的最外端处,可设想的是使用多个支柱,并且还可设想的是使用比如板等另一种构件,将翼构件的外端互连。可能有利的是,在最外端处使用单个构件,该单个构件在由翼构件的端部形成的平面内具有内部刚性。
第一多个支柱中的支柱的数量可以至少等于、优选地等于翼构件的数量。
第二多个支柱中的支柱的数量可以至少等于、优选地等于翼构件的数量。
通过提供与翼构件数量至少相等数量的支柱,可以确保每个翼构件连接到至少另外两个翼构件。可设想的是在存在四个翼构件的情况下,使用例如五个或六个支柱。四个支柱形成四边型多边形,并且一个或多个支柱在多边形内对角延伸。
然而,在优选的实施例中,在第一和第二多个支柱中的每一个中有三个翼构件和三个支柱。
第一多个支柱中的支柱可以形成闭合多边形、优选地非自相交闭合多边形,其中翼构件的相应内端被定位在多边形的角处。
第二多个支柱中的支柱可以形成闭合多边形、优选地非自相交闭合多边形,其中翼构件的相应外端被定位在多边形的角处。
在优选的实施例中,在第一和第二多个支柱中的每一个中有三个翼构件和三个支柱,其中支柱形成三角形并且翼构件被定位在三角形的角处。在一个实施例中,三角形是等边三角形。
每个节段进一步包括至少一个对角框架构件110a-d,对角框架构件从第一翼构件107n的内端107ni延伸到另一个翼构件107n的外端107no。如图3所示,例如,存在从翼构件107c2的内端107c2i延伸到翼构件107a2的外端107a2o的一个对角框架构件110a。还存在从内端107a2i延伸到外端107b2o的第二对角框架构件110b。存在从内端107b2i延伸到两个翼构件的外端(即分别延伸到外端107a2o和另一端107c2o)的两个对角框架构件110c、110d。从图2中可以注意到,在比如角107b2i等角处(在该角处存在第一节段S1的一个对角框架构件110a1),可以优选地存在在第二节段S2中对角延伸的两个对角框架构件110a2、110b2。
对角框架构件110a-d可以被预张紧,从而在第一翼构件的内端和另一个翼构件的外端之间提供拉力。优选地,预张力使得对于高达尺寸标注载荷的任何变形,在所有对角框架构件中将存在剩余的预张力。因此,桁架状框架将被牢固地保持在一起以用于高达尺寸标注载荷的任何载荷。
如图3所示,对角框架构件110a-d可以具有空气动力学截面形状。该形状可以被设计成最小化任何风阻力。该形状可以设计成翼型。
支柱108、109可以被构造为抵抗沿着相应支柱108、109的纵向方向的纵向压缩。在图3中,指示了支柱108ab的纵向方向L108ab。
相应支柱108、109的纵向方向基本上从第一翼构件的内端107ni延伸到另一个翼构件的内端107ni,或者从第一翼构件的外端107no延伸到另一个翼构件的外端107no。实际上,实际连接点可以沿着转子叶片的纵向方向L与端部107ni、107no稍微偏移。
例如,当使用将一个节段的翼构件107n与相邻节段的对应翼构件107n互连的互连构件200时,可能是一种情况。在这种情况下,互连构件200可以具有用于支柱的连接件208,这些连接件被定位在内部节段(比如节段S1)的外端和外部节段(比如节段S2)的内端之间。在这种情况下,相应支柱108的纵向方向L将从一个互连构件200的连接件208延伸到另一互连构件200的连接件208。替代性地,翼构件107n被设计成使得它们覆盖互连构件200,其中支柱108、109和对角框架构件110延伸穿过翼构件107n的翼型轮廓中的开口。在这种情况下,翼构件107n之间的界面可以使得实际连接点在翼构件107n之间的实际界面处,或者连接点中的一些或所有可以与翼构件107n之间的界面稍微偏移,其中所有偏移连接点在翼构件中的一个的端部部分中,或者其中偏移连接点被分布成一些在第一节段的翼构件的端部部分中,而一些在第二节段的翼构件的端部部分中。
在优选的实施例中,如图2至图5所示,翼构件朝向彼此延伸并覆盖互连构件200的几乎所有部分,其中用于支柱108、109的连接件208被定位在第一节段的翼构件107n1与第二节段的翼构件107n2之间的界面中。
互连构件200还包括用于对角框架构件110的连接件210。在优选的实施例中,如图2至图5所示,翼构件朝向彼此延伸并覆盖互连构件200的几乎所有部分,其中用于对角框架构件的连接件210被定位在翼构件107n1的型材内(如图4中最佳所示)。
对角框架构件在第一节段的第一翼构件的内端处的互连构件中的一个与该节段的另一个翼构件的外端处的互连构件之间延伸。
如图4和图5所示,支柱是分离的细长构件,这些细长构件在支柱的第一端部处机械地连接到第一翼的互连构件的连接件208,并且在支柱的第二端部处机械地连接到另一个翼的另一个互连构件的连接件208。连接件208是沿着相应支柱108、109的纵向方向L108具有长度L208的细长构件208。在优选的实施例中,连接件208是被构造成被插入到相应支柱108、109的孔中的杆。
如上所提及并且如图2至图5所示,该节段可以进一步在相应翼构件107n的至少一个端部处包括互连构件200,通过该互连构件,相应翼构件107n被构造成与第二节段的对应翼构件107n互连。在图3中示出的示例中,在第一端部处有三个互连构件200,并且在第二端部处有三个互连构件200。
如图5所示,每个互连构件200优选地设有用于两个支柱的连接件208,这两个支柱各自从相应翼构件延伸到另外两个翼构件。优选地,在每个互连构件200处有两个连接件208,因为翼构件优选地是三个,并且在这种情况下,相应翼构件通常用每个这样的翼构件的一个支柱连接到另外两个翼构件。这另外两个翼构件进而优选地与第三支柱互连。
每个互连构件优选地还包括用于被构造为在第一节段中延伸的对角框架构件110的至少一个连接件210和用于被构造为在第二节段中延伸的第二对角框架构件110的至少一个连接件210。优选的是,至少一些互连构件200包括四个连接件210,其中的两个连接件210被构造为连接到在第一节段中延伸的两个对角框架构件110,并且另外两个连接件210被构造为连接到在第二节段中延伸的两个对角框架构件110。
在图4至图7中,披露了第一种互连构件200。
互连构件200基本上由细长杆或管220形成,该细长杆或管被构造成沿着纵向方向L延伸显著长度到互连构件200的任一侧上的相应翼构件中。杆或管220由复合材料形成,比如纤维增强聚合物材料,比如树脂中的碳纤维或玻璃纤维。
互连构件200还包括细长外管230,该细长外管设有用于支柱108、109和对角框架构件110的连接件208、210。在图4和图5中,连接件208是杆,而在图6和图7中,连接件208是管。在这两种情况下,支柱108、109可以被夹带到连接件208上。然而,在图6和图7的替代方案中,支柱108、109可以具有被构造成被插入到管状连接件208中的杆状部分。包括连接件208、210的外管230由金属材料形成,优选地比如钢等铁基金属。用于对角框架构件110的连接件210由短杆形成。对角框架构件110在它们相应的端部处设有环,该环被构造成夹紧在杆210周围。可以注意到,在优选的设计中,连接件208可以传递扭矩。可以注意到,在优选的设计中,连接件210不能传递任何扭矩。
细长杆或管220可以粘性连接到翼构件上。外管230可以粘性连接到杆或管220上。杆或管220可以被分成两个分离的节段,用带标记S1、S2的点划线表示。在优选的实施例中,杆或管220是一体形成的杆或管220,其中第一细长部分被构造成与第一节段的翼构件相互作用,并且第二细长部分被构造成与第二节段的对应翼构件相互作用。沿着纵向方向L延伸的细长部分220被构造成沿着纵向方向L在显著长度上与翼构件107n相互作用。细长杆的长度被表示为L220。细长部分220将沿着长度L220的一半,即如图7所标记的L220/2,与第一翼构件107n相互作用。这个显著长度L220/2优选地为翼构件107n之间沿着支柱的纵向方向L108ab的距离Dab的至少一半。
细长杆或管220可以沿着整个长度具有相同的直径。替代性地,细长杆或管220可以具有锥形构型,端部处的直径与节段之间的界面或过渡部处的直径相比稍小。
简而言之,可以说互连构件200将全部连接两个翼构件、两个支柱和多达四个对角框架构件,这取决于连接位于转子叶片中的位置。不同的支柱和对角框架构件尽可能紧密地连接到一个点,以便避免不必要的弯曲力矩。
下文中,将参照图8至图13披露互连构件的不同实施例。与根据图1至图7的互连构件有关的披露内容也适用于图8至图13的互连构件,除非另有具体说明。
为了清楚起见,在图8至图13的示意性披露内容中省略了连接件208和210。
在图8至图11中,示出了两个细长部分220a和220b通过中央部分230互连的实施例。中央部分230是优选设有连接件208和210的部分。在相应的内端处,细长部分220a、220b设有多个螺栓开口或凹口,这些螺栓开口或凹口围绕沿着纵向方向L延伸的中央轴线C分布。多个螺栓231将两个细长部分220a、220b和中央部分230夹紧在一起成为互连构件200。细长部分220a、220b与翼构件107n相互作用,如上文以及结合图1-图7所讨论的。中央部分230由金属制成,并且细长部分220a、220b优选地由复合材料制成。
在图12至图13中,示出了细长部分220a和220b通过中央部分220c互连的这样的实施例。可以注意到,为了清楚起见,细长部分220a和220b被描绘成比实际实施例中的情况显著更短。相应细长部分220a、22b和中央部分220c之间的互连是沿着界面I的基于粘合剂的连接。在优选的实施例中,细长部分220a、220b是复合杆或管,并且中央部分220c是金属插座。
在这个基本实施例的第一变型中,金属插座220c设有连接件208和210。
在上述披露的基本实施例的第二变型中,提供了附加中央部分230。这个附加中央部分230可以是钢环。在优选的实施例中,环230由用螺栓连接在一起的两个半部230a、230b形成。在这个实施例中,附加中央部分230将设有连接件208和210。在这个变型中,内部中央部分220c也可以沿着表示为S1、S2的点划线分成两半。在这种设计中,相应的细长部分220a和220b(包括其相关联的中央部分220c的粘性连接的半部)可以与相应的细长构件220a、220b和相应的翼构件107n组装,然后两个翼构件107n可以通过将中央部分220c的两个半部夹紧在一起的附加中央部分230互连。然而,在优选的实施例中,中央部分220c是一体形成的单件,该单件的一个端部连接到第一细长部分220a,并且在另一端部连接到第二细长部分220b。
细长部分220a和220b、中央部分220c和可选的附加中央部分230形成互连构件200。
应想到的是,本文中所描述的实施例有许多修改,这些修改仍然在由所附权利要求限定的本发明的范围内。
结合图12至图13中的实施例所讨论的具有附加中央部分的构思也可以分别适用于图1至图7和图8至图11中示出的互连构件的实施例。
在图14中,示出了支柱108、109一体形成为单个多边形构件400的实施例。多边形构件400在其相应的角处设有一组多个贯通孔406,这些贯通孔穿过多边形构件400的相应角的中空内部405。图14中还示出了连接件500。连接件500将在本申请的后面进一步描述。连接件500包括凸缘505。凸缘505的尺寸被确定成使得其适合于插入到多边形构件400的内部405中。凸缘505还设有一组贯通孔。凸缘500可以通过将凸缘505插入到内部405中、并将螺栓或铆钉506插入穿过凸缘505和内部405两者的贯通孔而固定到多边形构件400。还绘出了滑动盘、垫圈和销——技术人员了解如何以及何时适当地使用这些连接细节。
图15更详细地示出了连接件500以及连接构件200。连接件200设有扩张部290。连接件500包括向内部分500A和向外部分500B。图15示出了连接件500如何夹紧在连接构件200周围。连接件500包括内部590,该内部的尺寸被确定成使得当连接件500被夹紧在连接构件200周围时,其被扩张部290占据。这阻碍了连接件500沿着连接构件200滑动。向内部分500A和向外部分500B两者设有贯通孔,从而允许螺栓或铆钉(未绘出)将向内部分500A固定到向外部分500B。当以这种方式固定到互连构件200和固定多边形构件400时,连接件500在每个可能的运动方向上都受到阻碍。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机转子叶片的节段,该节段包括
三个或更多个翼构件,这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸,
其中,至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面,
其中,每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端,
其中,该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱以及从第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的外端的至少一个对角框架构件,所述对角框架构件被预张紧,从而在该第一翼构件的内端到另一个翼构件的外端之间提供拉力,
其中,该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端,使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连,并且
其中,第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端,使得该第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连。
2.根据权利要求1所述的节段,其中,这些支柱被构造成抵抗沿着相应支柱的纵向方向的纵向压缩。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的节段,其中,该第一多个支柱中的这些支柱中的每个支柱和/或该第二多个支柱中的这些支柱中的每个支柱是分离的细长构件,这些细长构件在任一端部机械地连接到相应翼构件的相应端部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的节段,其中,该第一多个支柱和/或第二多个支柱中的这些支柱一体形成为单个多边形构件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的节段,
其中,该第一多个支柱中的这些支柱的数量至少等于、优选地等于翼构件的数量,和/或
其中,该第二多个支柱中的这些支柱的数量至少等于、优选地等于翼构件的数量。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的节段,
其中,该第一多个支柱中的这些支柱形成闭合多边形、优选地非自相交的闭合多边形,其中,这些翼构件的相应内端被定位在该多边形的角,和/或
其中,该第二多个支柱中的这些支柱形成闭合多边形、优选地非自相交的闭合多边形,其中,这些翼构件的相应外端被定位在该多边形的角。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的节段,其中,该节段进一步在该相应翼构件的至少一个端部处包括互连构件,通过该互连构件,该相应翼构件被构造成与第二节段的对应的翼构件互连,其中,每个互连构件优选地设有用于至少两个、优选地两个支柱的连接件,这些支柱各自从该相应翼构件延伸到另外两个翼构件。
8.一种风力涡轮机转子叶片,包括多个根据权利要求1至7中任一项所述的节段,
其中,这些节段被布置成其相应的翼构件沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向一个接一个地布置,并且
其中,当在该风力涡轮机转子叶片的纵向方向上观看时,第一节段的第二多个支柱还形成紧邻该第一节段的第二节段的第一多个支柱。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机转子叶片,其中,该第一节段的这些翼构件与该第二节段的这些翼构件分离。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机转子叶片,其中,该第一节段的这些翼构件具有与该第二节段的这些翼构件不同的翼型性能。
11.根据权利要求9或10所述的风力涡轮机转子叶片,其中,该第一节段的相应翼构件通过互连构件与该第二节段的对应的翼构件互连,其中,每个互连构件设有用于至少两个、优选地两个支柱的连接件,这些支柱各自从该相应翼构件延伸到另外两个翼构件。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机转子叶片,其中,在第一节段的第一翼构件的内端处的互连构件中的至少一个互连构件进一步包括用于预张紧对角框架构件的至少一个连接件,和/或其中,在该节段的另一个翼构件的外端处的互连构件中的至少一个互连构件进一步包括用于该预张紧对角框架构件的至少一个连接件。
13.根据权利要求11或12所述的风力涡轮机转子叶片,其中,该第一多个支柱和/或该第二多个支柱中的这些支柱一体地形成为单个多边形构件,并且其中,每个互连构件设有用于附接到该一体地形成的单个多边形构件的相应角的连接件。
14.一种互连构件,该互连构件被构造成在风力涡轮机转子叶片中将第一节段的翼构件与第二节段的对应的翼构件互连,该风力涡轮机转子叶片包括三个或更多个翼构件,这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸,其中,该互连构件设有用于至少两个、优选地两个支柱的连接件,每个支柱被构造成从该互连构件延伸到另一个互连构件,该另一个互连构件被构造成将该第一节段的另一个翼构件与该第二节段的另一个对应的翼构件互连。
15.根据权利要求14所述的互连构件,进一步包括:
由金属形成的、设有连接件的至少一个部分,以及
各自沿着该纵向方向延伸的第一和第二细长部分,
其中,该第一细长部分被构造成与该第一节段的翼构件相互作用,并且该第二细长部分被构造成与该第二节段的对应的翼构件相互作用。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113339190A (zh) * 2021-08-04 2021-09-03 常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司 一种高强度连接结构及分段式风电叶片

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4081221A (en) * 1976-12-17 1978-03-28 United Technologies Corporation Tripod bladed wind turbine
EP1887219A1 (en) * 2005-06-03 2008-02-13 Esdras Automatica, S.L. Sub-blade structure for reducing blade weight in wind turbines
WO2010102136A2 (en) * 2009-03-05 2010-09-10 Tarfin Micu Drive system for use with flowing fluids
CN102459879A (zh) * 2009-05-18 2012-05-16 Lm玻璃纤维制品有限公司 制造具有预设计节段的风力涡轮机叶片的方法
WO2014056507A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Aalborg Universitet Joined blade wind turbine rotor
CN105392986A (zh) * 2013-05-23 2016-03-09 维斯塔斯风力系统集团公司 涉及风力涡轮机的改进
WO2016048221A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-31 Winfoor Ab Rotor blade for wind turbine
CN106415002A (zh) * 2014-06-06 2017-02-15 乌本产权有限公司 具有光学的压力传感器的风能设备以及用于运行风能设备的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL24839C (zh) 1927-06-27
US7517198B2 (en) 2006-03-20 2009-04-14 Modular Wind Energy, Inc. Lightweight composite truss wind turbine blade

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4081221A (en) * 1976-12-17 1978-03-28 United Technologies Corporation Tripod bladed wind turbine
EP1887219A1 (en) * 2005-06-03 2008-02-13 Esdras Automatica, S.L. Sub-blade structure for reducing blade weight in wind turbines
WO2010102136A2 (en) * 2009-03-05 2010-09-10 Tarfin Micu Drive system for use with flowing fluids
CN102459879A (zh) * 2009-05-18 2012-05-16 Lm玻璃纤维制品有限公司 制造具有预设计节段的风力涡轮机叶片的方法
WO2014056507A1 (en) * 2012-10-12 2014-04-17 Aalborg Universitet Joined blade wind turbine rotor
CN105392986A (zh) * 2013-05-23 2016-03-09 维斯塔斯风力系统集团公司 涉及风力涡轮机的改进
CN106415002A (zh) * 2014-06-06 2017-02-15 乌本产权有限公司 具有光学的压力传感器的风能设备以及用于运行风能设备的方法
WO2016048221A1 (en) * 2014-09-25 2016-03-31 Winfoor Ab Rotor blade for wind turbine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113339190A (zh) * 2021-08-04 2021-09-03 常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司 一种高强度连接结构及分段式风电叶片

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