CN111911344A - 用于风力涡轮机的转子叶片 - Google Patents

Abstract

用于风力涡轮机（15）的转子叶片，所述转子叶片具有后缘（5），并且具有内部层压件和外部层压件（10），所述后缘（5）包括后缘芯（6），所述后缘芯（6）具有并排布置的多个芯元件（7），其中，一个芯元件（7a）被分成由缝隙（9）分开的两个元件部分（8a、8b），由此，沿从叶片根部（2）到叶片末梢（3）的方向观察，所述内部层压件（10a）延伸到所述缝隙（9）中并穿过所述缝隙（9），并且变成所述外部层压件（10b）。

Description

用于风力涡轮机的转子叶片

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的转子叶片，该转子叶片具有后缘，并且具有内部层压件（laminate）和外部层压件，该后缘包括后缘芯（trailing edge core），该后缘芯具有并排布置的若干个芯元件。

背景技术

在风力涡轮机的操作期间，转子叶片直接与驱动风力涡轮机的风相互作用。转子叶片具有特定的叶片几何形状，其开始于根部处的圆柱形几何形状，并且朝向末梢从该圆柱形几何形状变成非常扁平的翼型几何形状，转子叶片利用该根部附接到轮毂。每个转子叶片都包括指向旋转方向的前缘以及处于相对侧处的后缘。尤其是后缘沿叶片长度经历重大的几何形状变化，其开始于根部处的圆形几何形状，朝向末梢变成平背（flatback）几何形状以及尖锐的后缘。因此，后缘的设计变化很大。

尤其是在于相应的模具中形成为中空的单件式叶片的整体式叶片中，后缘设计借助于后缘芯来实现，该后缘芯在于模具中制造叶片时被整合到该叶片中。该后缘芯包括若干个芯元件，沿叶片的纵向方向观察，这些芯元件并排布置，并且限定了特定的几何形状。在生产过程期间，使用如下层压件，即该层压件包括优选为复合纤维的垫以及优选地非常轻的叶片构造，并且该层压件与后缘元件一起被布置在模具中，然后这些部分被灌注以树脂，以便将所有部分牢固地固定在一起，并且提供转子叶片的相应稳定性。该层压件优选地是布置在中空叶片的内表面处的内部层压件。在于内叶片表面处具有较大的剖面和较大的半径的叶片部段中，这容易实现。但在更接近或接近末梢的部段中，叶片剖面在后缘的区域中很小，该后缘则变得非常平坦，以致于不再可能布置内部层压件。在这些区域中，纤维网层压件作为外部层压件布置在叶片的外部处。当后缘芯沿后缘延伸时，存在不连续的区域，在那里内部层压件终止，并且外部层压件开始。在该区域中，内部层压件斜降（ramp down），而外部层压件斜升（ramp up），同时在剖视图中观察，上述层压件可在一定长度上重叠。由于这种不连续，在内部层压件与外部层压件没有直接连接的情况下，叶片的机械稳定性变差。在给予这种机械不连续性的转移区域中，由于芯材料的强度，较高载荷的传递受到限制。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的转子叶片。

为了实现该目的，本发明提出了一种如上面提到的用于风力涡轮机的转子叶片，转子叶片的特征在于，一个芯元件被分成由缝隙分开的两个元件部分，由此，沿从叶片根部到叶片末梢的方向观察，所述内部层压件延伸到所述缝隙中并穿过所述缝隙，并且变成所述外部层压件。

本发明提出了一种非常具体的后缘芯，其包括由两个元件部分制成的一个分离式芯元件，这两个元件部分由缝隙分开。该缝隙在过渡区域中容纳层压件。在从根部到过渡区的区域中，该层压件是附接到叶片的内侧的内部层压件。在过渡区域中，该内部层压件延伸到该缝隙中并穿过该缝隙，该缝隙开始于叶片、即相应的后缘芯或者说分离式芯元件的内侧处，并且终止于叶片、即相应的后缘芯或者说分离式芯元件的外侧处。当离开缝隙时，该层压件现在是外部层压件，其从现在开始附接到叶片的外侧。

由于本发明的分离式芯元件的整合，可将内部层压件连续地转移到外部层压件。这允许维持由纤维垫层压件提供的高机械稳定性，该纤维垫层压件是连续的机械结构，并且因此，也在过渡区中提供高机械稳定性。此外，过渡区域也非常小，如此分离式芯元件具有大约1-1.5m的长度。与针对中型叶片的4-5m的根据现有技术制造的叶片处的过渡区域相比，对于较大尺寸的叶片该过渡区域将会长得多，可借助于本发明实现的过渡区域要小得多，并且因此，由于从内部层压件到外部层压件的过渡而引起的任何机械影响都可忽略。

此外，借助于所述分离式芯元件的本发明的转移允许简化的生产，这是因为层压件的所有层都同时转移，而不是以生产现有技术的叶片的方式使不同的层斜降和斜升。

优选地，所述缝隙相对芯元件的纵向轴线倾斜地延伸。这允许平滑的过渡，而没有层压件的较尖锐的弯曲边缘。

优选地，所述缝隙开始于一个端表面处或附近，并且延伸到另一端表面或附近。所述元件或相应的缝隙越长，过渡角就越小，并且过渡就越平滑，该缝隙优选地具有0.5-2m的长度，尤其是具有1-1.5m的长度。

优选地，在叶片的剖视图中观察，该缝隙是弯曲的。此外，该弯曲的缝隙几何形状还允许平滑地引导层压件穿过该缝隙，而没有较尖锐的弯曲边缘。

为了在层压、即相应地利用树脂的灌注过程期间紧密地包装两个分离式芯元件和插入缝隙中的网状层压件（web laminate），优选的是，两个元件部分的相对表面以形状配合的方式彼此对应。由于所述表面彼此平行，因此夹在分离式芯元件和灌注的树脂基体之间的层压件在整个缝隙各处具有相同的厚度。

所述芯元件自身优选地由聚合物、尤其是聚氨酯制成，但是它们也可由其他材料制成，优选为由如轻木之类的木材制成。

除转子叶片之外，本发明还涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括转子，该转子具有一个或多个如上所述的转子叶片。

附图说明

通过结合附图考虑的以下详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，附图仅是仅出于说明的目的而设计的原理图，并且不限制本发明。

附图示出了：

图1是本发明的转子叶片的原理图，

图2是沿线II-II截取的图1的转子叶片的局部剖面的原理图，

图3是沿线III-IIII截取的图1的叶片的局部剖面的原理图，

图4是从叶片的内部观察的转子叶片的一部分的原理图，其示出了具有分离式（split）芯元件的后缘芯组件的一部分，

图5是具有其两个元件部分的分离式芯元件的分解透视图，

图6是具有附接到彼此的元件部分的图5的分离式芯元件的透视图，

图7是沿图6的线VII-VII截取的分离式芯元件的剖面的原理图，该分离式芯元件具有插入缝隙中的层压件，

图8-12是沿图7中的线VIII-VIII至XII-XII截取的各种剖面的原理图，以及

图13示出了包括三个本发明的转子叶片的本发明的风力涡轮机的原理图。

具体实施方式

图1示出了本发明的转子叶片1，其被制造为整体式的单件式叶片。它包括具有圆柱形剖面的根部2。叶片1在该根部2处附接到轮毂。

以公知的方式，靠近根部2开始的叶片1从较靠近根部2的部段中的较大的中空结构到末梢3处的非常平坦的翼型结构朝向末梢3变宽并改变其剖面。

此外，转子叶片1还包括前缘4和后缘5，该后缘5也如公知的由于机械和空气动力学原因而大体上改变其设计。

为了限定相应的后缘设计，具有若干个芯元件7的后缘芯6被插入、即相应地层叠并填入单件式转子叶片1中，从根部2到末梢3观察，该若干个芯元件7并排布置。这些芯元件7优选地由聚合物制成，尤其是由聚氨酯制成。如已经在图1中示出的，芯元件7中的一个，在这里为芯元件7a，是包括两个分开的元件部分8a、8b的分离式芯元件，该元件部分8a、8b由缝隙9分开。该分离式芯元件7a提供了过渡区域，用于转移布置在中空叶片1的内侧处的内部层压件，以变成布置在叶片1的外部处的外部层压件。

图2示出了沿线II-II截取的转子叶片1在后缘5处的局部剖面。其示出了一个芯元件7，该芯元件7限定了后缘5，即相应地限定了边缘几何形状。在芯元件7的内侧处，布置有由若干层纤维垫、优选为玻璃纤维垫制成的层压件10，该芯元件7在其内侧处是弯曲的。然后，该构造被灌注以树脂，该树脂注入层压件10和芯元件7，这些部分被牢固地整合，相应地限定了叶片结构。

图3示出了沿转子叶片1的线III-III截取的后缘5处的剖面的另一原理图。当从根部2观察图2的剖面在分离式芯元件7a前部的区域中截取时，图3的剖面在分离式芯元件7a后部的区域中截取。如图3中清楚地示出的，剖面几何形状已从图2中所示的平背几何形状迅速地变成图3中所示的翼型几何形状。与图2的芯元件7相比，该芯元件7非常扁平且小。现在是外部层压件的层压件10现在布置在芯元件7的外侧处，即相应地布置在叶片的外侧处。如现在将描述的，从层压件10为如图2中所示的内部层压件到为如图3中所示的外部层压件的过渡借助于分离式芯元件7a在没有任何间断的情况下实现。

图4作为局部原理图从中空叶片结构的内部示出了转子叶片1。叶片朝向根部2向左延伸，如指向左侧的箭头和用于根部2的附图标记2所示，并且叶片朝向末梢3向右延伸，如指向右侧的箭头和附图标记3所示。

该图示出了具有相应的芯元件7和本发明的分离式芯元件7a的后缘芯6，该芯元件7、7a并排布置。在分离式芯元件7a的左侧区域中，层压件10被布置在内侧处，即布置在图4中所示的表面处，而层压件10在分离式芯元件7a的右侧区域中布置在叶片的外侧处。

图5和图6中详细地示出了分离式芯元件7a自身。如已经提到的，分离式芯元件7a包括两个分开的元件部分8a、8b，该元件部分8a、8b当被安装在叶片1中时借助于缝隙9彼此分开。该缝隙9从分离式芯元件7a的一个端表面11附近延伸到另一端表面12，并且在该端表面附近终止。它相对芯元件的纵向轴线倾斜地延伸并且是弯曲的，即元件部分8a、8b的相对表面13、14两者均是弯曲的，并且根据它们的几何形状彼此对应，使得它们彼此形状配合，如图6中所示。这确定了引入到缝隙和树脂基体中的层压件在整个缝隙的长度和高度上具有相同的厚度。

原则上通过图6中的虚线示出了插入到缝隙9中的层压件10。如清楚地示出的，沿纵向方向观察，当它延伸穿过缝隙9时，它从内侧转移到外侧。

分离式芯元件7a具有0.5-2m、尤其是1-1.5m的长度，因此该缝隙也具有类似的长度。

图7示出了沿图6的线VII-VII截取的剖面的原理图。其示出了具有元件部分8a、8b以及插入到缝隙9中的层压件10的分离式芯元件7a。如能够清楚地看到的，可实现层压件10从内侧到外侧的平滑且连续的转移或过渡。层压件10借助于若干层纤维垫18、优选为玻璃纤维垫示出，其中，如公知的，整个布置结构在模制过程期间被灌注以树脂。

同样，向左的方向朝向根部2，而向右的方向趋向末梢3，如借助于指向左侧和右侧的相应箭头所示，并且以附图标记2和3来标记。

图8-12示出了沿如图7中标记的线VIII-VIII至XII-XII截取的相应剖面。比图12的更靠近末梢的剖面更靠近根部的根据图8的剖面示出了分离式芯元件7a，而该剖面在如下位置处截取，即：缝隙9没有延伸到该位置中，参见图7。层压件10是内部层压件10a，并且被布置在叶片的内侧处，即相应地布置在芯元件7a的内侧处。

根据图9的剖面在如下位置截取，即：在那里分离式芯元件7a已经分离，即相应地缝隙9延伸到该位置中。如能够清楚地看到的，层压件10被布置在该缝隙中并且夹在元件部分8a、8b之间。

根据图10的剖面更靠近分离式芯元件7a的纵向中部截取。相应的元件部分8a、8b的几何形状已改变，这是由于缝隙9相对分离式芯元件7a的纵向方向倾斜地延伸穿过分离式芯元件7a。层压件10仍然处于缝隙9中并且夹在两个元件部分8a、8b之间。

图11示出了一剖面，该剖面更靠近分离式芯元件7a的末梢侧端部截取。元件部分8a、8b的几何形状已再次改变，层压件10仍插入缝隙9中。

最后，根据图12的剖面在端部区域中截取，与图8类似，缝隙9没有延伸到该端部区域中。如所示，分离式芯元件7a在该部分中仅由元件部分8b构成。层压件10现在完全处于分离式芯元件7a的外侧处，即相应地处于叶片1的外侧处，并且是外部层压件10b。

如图7-12所示，将本发明的分离式芯元件整合到后缘芯中允许布置在内侧处的内部层压件10a的平滑转移，以在没有任何机械间断的情况下变为布置在外侧处的外部层压件10b。这确定了在该过渡区域中也可承受较高的载荷，如图7中的箭头F所示。因此，也可在延伸到末梢的区域中维持机械稳定性，在该区域，在现有技术中，由于通过使相应层斜升和斜降并且从内侧到外侧观察使它们重叠的逐层转移，因此产生机械不连续性，这对于叶片的整体机械性能是不利的。

最后，图13示出了本发明的风力涡轮机15，其包括转子16，该转子16具有附接到轮毂17的三个本发明的转子叶片1。

尽管参考优选实施例详细地描述了本发明，但本发明并不受所公开的示例限制，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员能够从所公开的示例得到其他变型。

Claims (9)

1.用于风力涡轮机（15）的转子叶片，所述转子叶片具有后缘（5），并且具有内部层压件和外部层压件（10），所述后缘（5）包括后缘芯（6），所述后缘芯（6）具有并排布置的多个芯元件（7），其特征在于，一个芯元件（7a）被分成由缝隙（9）分开的两个元件部分（8a、8b），由此，沿从叶片根部（2）到叶片末梢（3）的方向观察，所述内部层压件（10a）延伸到所述缝隙（9）中并穿过所述缝隙（9），并且变成所述外部层压件（10b）。

2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述缝隙（9）相对分离式芯元件（7a）的纵向轴线倾斜地延伸。

3.根据权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，所述缝隙（9）开始于一个端表面（11）处或附近，并且延伸到另一端表面（12）或附近。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其特征在于，分离式芯元件（7a）具有0.5-2m、尤其是1-1.5m的长度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其特征在于，所述缝隙（9）是弯曲的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其特征在于，所述两个元件部分（8a、8b）的相对表面（13、14）以形状配合的方式彼此对应。

7.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其特征在于，所述芯元件（7、7a）由聚合物或木材制成。

8.根据权利要求7所述的转子叶片，其特征在于，所述聚合物为聚氨酯。

9.风力涡轮机，其包括转子（16），所述转子（16）具有一个或多个根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片（1）。

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