CN111630267A - 用于风力涡轮机的分段式叶片、分段式叶片的连接梁和端肋以及制造连接梁和端肋的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机的分段式叶片，其包括至少一个叶片分段和第二叶片分段，这些叶片分段自叶片接合部沿相反的方向延伸，其中每个叶片分段在纵向上包括空腔，其中所述第一叶片分段和第二叶片分段能通过至少一个连接梁在结构上连接，所述梁在两个叶片分段的空腔内延伸。

Description

用于风力涡轮机的分段式叶片、分段式叶片的连接梁和端肋 以及制造连接梁和端肋的方法

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的分段式叶片，其包括至少一个叶片分段和第二叶片分段，这些叶片分段自叶片接合部沿相反的方向延伸，其中每个叶片分段在纵向上包括空腔，第一叶片分段和第二叶片分段通过至少一个连接梁或翼梁桥在结构上可相连，该梁在两个叶片分段的空腔中延伸。

背景技术

欧洲专利EP2288807公开根据权利要求1的前序部分的分段式叶片。

已知的分段式叶片通过使翼梁桥和主叶片中的材料缩窄而利用了翼梁桥和主叶片之间的逐渐的载荷传递。

发明内容

本发明的目的是提供一种根据前序部分的替代性分段式叶片，其在连接梁和主叶片之间具有不同的载荷传递。

根据本发明的分段式叶片的特征在于，每个叶片分段在其靠近叶片接合部的第一端处设置有第一端肋，并且每个叶片分段在其第二端处设置有第二端肋，其中，第一端肋和第二端肋各自具有与叶片分段相配的形状，该连接梁的两端是中空的，并且其中第二端肋布置成用于容纳所述连接梁的中空端，以将所述连接梁在结构上连接至所述叶片分段。这些特征为EP2288807的已知分段式叶片中的叶片分段与连接梁的连接提供了更好的选择。在EP2288807的已知分段式叶片中，螺栓接合部连接用于将叶片分段中的隔板连接至连接梁中的隔板。通过这些特征，通过将连接梁的中空端的内表面连接至叶片分段来实现连接梁至叶片分段的连接。这样，连接上的载荷分布在内表面上。

US2012/0027608公开根据权利要求1的前序部分的分段式叶片。

根据本发明的分段式叶片的特征在于，在第二端肋上设置有凸缘，该凸缘被布置用于耐久地附接连接梁的中空端的内侧，并且第一端肋设置有用于使连接梁部分穿过的开口，其中，开口的凸缘和连接梁布置成彼此耐久地附接。可能的耐久附接方法是例如螺栓连接或粘合。如果分段式叶片包括例如第一和第二叶片分段，相应的四个肋和连接梁将在操作时沿凸缘和水平方向(分别为Mx和My)承载作用在分段式叶片上的弯曲力矩，这些弯曲力矩由分段式叶片的前端部分引入。四个肋可通过产生反力矩来承载这些弯曲力矩，这是由于在第一叶片分段和第二叶片分段上的两对肋的距离，在垂直于分段式叶片表面的每个肋上施加法向反作用力。

优选地，凸缘和连接梁紧密地装配在一起。这些特征极大地增强了两个端肋凸缘处的载荷分摊。

在本发明分段式叶片的更优选实施例中，相邻叶片分段中的第二端肋布置成通过一个或多个杆在结构上彼此连接，并且第一端肋布置成穿过每个杆。这些特征在两个叶片分段之间提供了第二载荷承载路径，该第二载荷承载路径可以承载离心载荷，并且如果第一载荷承载路径发生故障，还可以用作故障安全连接。

在本发明分段式叶片的另一个优选实施例中，分段式叶片包括位于每个叶片分段的第一肋和第二肋之间的方管或通道。在正常操作中，这些方管或通道不具有承载功能，但在故障安全操作中用作挤压区域。为了用作挤压区域，管或通道优选地由玻璃纤维杆制成。更优选地，为了进一步吸收作用在管或通道上的挤压力，这些管或通道还包括一个或多个金属挤压总线。这些管进一步用于处理/加工目的。

优选地，叶片分段的第一端肋和第二端肋通过两个扁平的腹板彼此连接，所述扁平的腹板被定位成大体横向于叶片分段的纵向平面，并且其中腹板的内侧形成空腔的侧壁。这些特征提供了具有扁平侧壁的空腔，其中可以形状合适地插入连接梁。优选地，腹板符合顶部和底部叶片分段的外部形状。

本发明还涉及一种用在用于风力涡轮机的分段式叶片的连接梁。根据本发明的连接梁的特征在于，连接梁由在结构上彼此附接的四个梁状纵向侧边形成。这可以快速产生连接梁，因为梁状的纵向侧边或纵梁可以预制并切割成叶片分段的准确形状。纵梁的材料类型和纵梁的强度可以适合于确定的总叶片强度。

优选地，纵向侧边面或纵梁由浸渍有树脂的单向纤维制成，其中所述纵梁通过浸渍有树脂的多轴向纤维彼此连接。

更具体地，树脂是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或聚氨酯，并且纤维是玻璃纤维或碳纤维。

优选地，连接梁借助于端肋将力矩载荷从分段式叶片的前端传递到内部叶片分段。

本发明还涉及一种应用于根据本发明的风力涡轮机叶片的端肋，其特征在于，该端肋由彼此耐久连接的板组成。

最后，本发明涉及一种用于制造根据本发明的端肋的方法，其中该方法包括以下步骤：

a)将端肋的整体设计分成具有预定厚度的多个层；

b)由预定的板材切出每一层；

c)将各层彼此连接。

优选地，使用水射流切割技术从板材切出每一层。

优选地，板材由以下材料之一构成：具有环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯树脂或聚氨酯树脂的玻璃纤维。

优选地，后续的层通过结合彼此连接。

附图说明

现在将参考以下附图进一步阐明本发明，其中：

图1示出本发明分段式叶片的优选实施例的等距视图。

图2示出根据图1的分段式叶片的等距视图，其中安装了连接梁。

图3示出根据图1和图2的分段式叶片的分解图。

图4A和4B更详细示出了连接梁。

图5更详细示出了第二端肋。

图6A-6J示出作为模块化第二端肋的一部分的不同切片；

图7示出第二端肋的侧视图，其中如图6A-6J所示的层或切片被堆叠在一起。

在不同的附图中，相同的零部件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1示出本发明的分段式叶片1的优选实施例的等距视图。分段式叶片1包括第一叶片分段2和第二叶片分段3。每个叶片分段2、3在其靠近叶片接合部4的第一端处具有第一端肋5。每个叶片分段2、3在其第二端具有第二端肋6。第一端肋5和第二端肋6均具有与叶片分段2、3的内壳和外壳相配的形状。该图中省略了每个叶片分段的内壳和外壳，以示出上述部件。第一端肋5均设置有用于穿过连接梁7的凹口或开口5-1。第二端肋6均设置有凸缘6-1，该凸缘6-1布置成用于附接到连接梁7的一端的内表面7-1。在每个叶片分段2、3中的包括凹口5-1的第一端肋5和第二端肋6之间的空间限定了空腔8，该空腔布置成用于容纳连接梁7。

连接梁7与叶片分段2、3分开示出。但是，在分段式叶片1的组装状态下，连接梁7布置在两个叶片分段2、3的空腔8中。在分段式叶片1的组装状态下，连接梁7与端肋5、6一起用作第一载荷支承路径。

在分段式叶片1的组装状态下，第二端肋6也优选地通过杆9连接，该杆用作第二载荷支承路径。杆9插入两个第二端肋6中的预定孔中，并且优选地通过螺栓固定在叶片分段2、3的外侧。位于每个叶片分段2、3的第一肋5和第二肋6之间的方管或通道10在正常操作中不具有支承功能，但在故障安全操作中用作挤压区域。为了用作挤压区域，管或通道10优选是玻璃纤维杆。更优选地，为了进一步吸收作用在管或通道10上的破碎力，这些管或通道10还包括一根或多根金属挤压总线。这些管还可用于处理/加工目的。

第二载荷支承路径支承离心载荷并用作故障安全系统，其中离心杆9避免了分段式叶片1的前端部分(叶片分段3)脱离径向位置，从而抑制了叶片分段3相对于叶片分段2的径向运动。

如上所述，连接梁7的两端是中空的，并且被两个第二端肋6的凸缘6-1容纳。通过将中空端7-1的内表面连接到叶片分段的凸缘6-1的外表面，作用在连接上的力矩载荷被分摊至凸缘6-1和中空端7-1的表面以及端肋5的内表面。

图2示出根据图1的分段式叶片1的等距视图，其中连接梁7安装在第一和第二叶片分段2、3的空腔中。在该图中，分段式叶片的所有部分均显示为透明，以显示连接梁7的位置。

图3示出根据图1和图2的分段式叶片1的分解图。两个扁平的腹板11、12被定位成大体横向于每个叶片分段2、3的纵向平面。腹板11、12比管或通道10更远离每个叶片分段2、3的中心。腹板11、12的一端在结构上附接在每个第二端肋6的凸缘6-1的侧壁6-2附近。腹板11、12在第二端处在结构上附接到每个第一端肋5的开口5-2附近的表面5-2附近。就位的腹板11、12形成空腔8的壁的一部分，以形状合适地容纳连接梁7。优选地，腹板11、12符合叶片分段2、3的顶部和底部的外部形状。

图4A和4B更详细示出连接梁7，其中在图4B中，连接梁被示出为透明的。连接梁或轴7优选地由四个细长的侧壁7-2、7-3制成，它们被定位成形成盒状结构。侧壁7-2优选是扁平的并且将在每个叶片分段2、3中靠近空腔8的腹板11、12定位。细长的侧壁7-2、7-3优选是预制的UD(单向)纵梁。这具有可调节所需的纵向刚度和强度的优点。纵梁的材料也可改变。优选地，将双轴向材料周向地应用到细长侧壁7-2、7-3，以产生适当的刚性抗扭盒。优选使用环氧、聚酯、乙烯基酯或PU(聚氨酯)树脂浸渍的玻璃或碳纤维。同样，所使用的材料的类型和数量可以根据所需的位置特定的扭转承载能力进行调整。

预制纵梁7-2、7-3和沿圆周方向应用的双轴向材料形成了模块化的防皱连接梁或轴，这可用于分段式叶片的模块化分缝接合部设计。

来自第二叶片分段3的前端的载荷优选地通过端肋传递至内部叶片分段2。在分段式叶片的安装期间，侧壁7-2、7-3优选地结合至叶片的纵梁(图中未示出)，并且可以用作第三载荷支承路径。

图5更详细示出第二端肋6。第二端肋6具有符合分段式叶片的横截面内部形状的外部轮廓。第二端肋具有复杂的三维形状，如凸缘6-1、扁平的侧壁6-2、正方形的凹口6-3和通孔。因此制造起来很昂贵。过去，本领域技术人员将用固件材料铣削第二端肋6。本发明针对另一种制造第二端肋6的方法。第二端肋6的复杂的3D形状通过水射流切割的2D标准可用切片而得以简化。典型的切片材料是玻璃纤维环氧树脂或聚酯。材料的典型厚度为10毫米至50毫米。在制造之后，通过粘结或螺栓连接将多片切片组合在一起以形成复杂的3D形状的第二端肋6。

图6A-6J示出从作为模块化第二端肋6的一部分的板材水射流切出的不同切片。切片6-10至6-14形成了第二端肋6的外侧。切片6-15至6-19形成了位于第二端6外侧的凸缘。

图7示出第二端肋6的侧视图，其中如图6A-6J所示的层或切片被堆叠在一起。切片6-10至6-19的厚度不同，并取决于侧面的实际载荷。所示的用于制造端肋5、6的方法允许自适应地、便宜地和快速地制造分段式叶片的该部件，并且还可以被引入以生产用于传统叶片设计的肋。所示方法还允许快速成形制造。

如图5、图6和图7所示以及如上所述的第二端肋6的制造也可以相应地用于制造第一端肋5和中间肋。中间肋在图中未示出。

根据本发明的分段式叶片的设计被模块化。在模块化设计中，承载部件是自适应的。因此，设计和制造过程的设置方式可以使其迅速、经济地进行更改。

根据本发明的用于风力涡轮机的分段式叶片、用于该分段式叶片的连接梁和端肋以及用于制造该连接梁和端肋的方法显然不限于所示的实施例，而是扩展到落入所附权利要求书内的所有可能实施例。

Claims (12)

1.一种用于风力涡轮机的分段式叶片(1)，其至少包括第一叶片分段(2)和第二叶片分段(3)，这些叶片分段(2；3)自叶片接合部(4)沿相反的方向延伸，其中每个叶片分段(2；3)在纵向上包括空腔(8)，其中所述第一叶片分段(2)和第二叶片分段(3)能通过至少一个连接梁(7)或翼梁桥在结构上相连，所述梁(7)在两个叶片分段(2；3)的空腔(8)内延伸，其中每个叶片分段(2；3)在其靠近所述叶片接合部(4)的第一端处设置有第一端肋(5)，每个叶片分段(2；3)在其第二端处设置有第二端肋(6)，其中所述第一端肋和第二端肋(5；6)均具有与所述叶片分段配合的形状，所述连接梁(7)在两端均是中空的，其中所述第二端肋(6)布置用于接纳所述连接梁(7)的中空端(7-1)以边在结构上将所述连接梁(7)连接至所述叶片分段，其特征在于，在所述第二端肋(6)上设置有凸缘(6-1)，该凸缘(6-1)被布置用于耐久地附接所述连接梁(7)的中空端(7-1)的内侧，并且所述第一端肋(5)设置有用于供所述连接梁(7)部分通过的开口(5-1)，其中所述开口(5-1)的边沿和所述连接梁(7)布置成彼此耐久地附接。

2.根据权利要求1所述的分段式叶片(1)，其特征在于，相邻叶片分段(2；3)中的第二端肋(6)被布置成通过一根或多根杆(9)在结构上彼此连接，所述第一端肋(5)被布置成供每个杆(9)穿过。

3.根据前述权利要求之一所述的分段式叶片(1)，其中叶片分段(2；3)的第一端肋和第二端肋(5；6)通过两个扁平的腹板(11；12)彼此连接，所述扁平的腹板大体横向于所述叶片分段(2；3)的纵向平面来定位，并且其中所述腹板(11；12)的内侧形成所述空腔(8)的侧壁。

4.根据前述权利要求之一所述的分段式叶片(1)，包括位于每个叶片分段(2；3)的第一肋(5)和第二肋(6)之间的方管或通道。

5.一种用在根据前述权利要求中任一项所述的用于风力涡轮机的分段式叶片(1)中的连接梁(7)，其中所述连接梁(7)由在结构上彼此附接的四个梁形纵向侧壁(7-2；7-3)形成。

6.根据权利要求5所述的连接梁(7)，其中所述纵向侧边或纵梁(7-2；7-3)由浸渍有树脂的单向纤维制成，所述纵梁通过浸渍有树脂的多轴向纤维彼此连接。

7.根据权利要求6所述的连接梁(7)，其中所述树脂是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或聚氨酯，并且纤维是玻璃纤维或碳纤维。

8.一种用于根据权利要求1-4之一所述的风力涡轮机叶片(1)的端肋(5；6)，其中所述端肋(5；6)由彼此耐久连接的多个板组成。

9.一种用于制造根据权利要求8所述的端肋(5；6)的方法，其中所述方法包括以下步骤：

a)将所述端肋(5；6)的整体设计分成具有预定厚度的多个层(6-10…；6-19)；

b)自预定的板材切出每一层；

c)将所述层(6-10；..；6-19)彼此连接。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤b)中，使用水射流切割技术从板材切出每一层(6-10；..；6-19)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述板材由以下材料之一构成：具有环氧树脂、聚酯树脂、乙烯基酯树脂或聚氨酯树脂的玻璃纤维。

12.根据权利要求9或10所述的方法，其中后续的多个层(6-10；..；6-19)通过粘结彼此连接。

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