CN112081710A - 用于风力涡轮机的转子叶片 - Google Patents

Abstract

一种用于风力涡轮机的转子叶片，所述转子叶片包括具有根部（10）和尖端（13）的中空叶片本体（6），其中，叶片本体（6）沿着分割平面（7）被分割成两个本体部分（8、9），一个本体部分从根部（10）延伸到第一连接区段（11），且另一本体部分从第二连接区段（12）延伸到尖端（13），其中，第一连接区段（11）和第二连接区段（12）适于在连接位置中彼此重叠。

Description

用于风力涡轮机的转子叶片

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的转子叶片，其包括具有根部和尖端的中空叶片本体。

背景技术

风力涡轮机通常包括至少两个（在大多数设备中为三个）转子叶片，所述转子叶片附接到毂。转子叶片与风相互作用，从而使毂旋转。当毂联接到发电机时，产生了电能，如众所周知的那样。

风力涡轮机安装在岸上，但是海上风力涡轮机也是众所周知的。这些年来，尤其是海上风力涡轮机在尺寸上增加了。随着风力涡轮机塔架的高度增加，转子叶片的长度也增加。这使转子叶片的生产和运输困难。

发明内容

本发明的目的是提供改进的转子叶片。

为了解决该问题，提供了一种用于风力涡轮机的转子叶片，其包括具有根部和尖端的中空叶片本体，所述转子叶片的其特征在于，叶片本体沿着分割平面被分割成两个本体部分，一个本体部分从根部延伸到第一连接区段，且另一本体部分从第二连接区段延伸到尖端，其中，第一连接区段和第二连接区段适于在连接位置中彼此重叠。

发明性转子叶片被分割成两个叶片本体部分，这两个叶片本体部分由于其长度减小而更容易生产。而且，简化了到安装地点（installation side）的运送和运输。然后，能够在现场将它们彼此连接，使得然后可将完整的长转子叶片安装到毂。

在优选实施例中，分割平面处于叶片具有凸外围几何形状的区域中。转子叶片的总体形状从横截面为筒形的根部到具有翼状横截面的尖端通常改变很大。在长度上，通常靠近根部开始，周缘或者横截面加宽到最大值并朝向尖端变小，还改变横截面的几何形状。根据优选实施例，分割平面布置在从叶片的侧面看叶片具有凸外围几何形状的区域中。在该区域中，横截面或周缘仍然加宽、处于其最大值抑或略微减小，但是无论如何都是相对大的，使得在连接位置中实现了第一连接区段和第二连接区段的大的重叠度。

在替代方案中，也有可能将分割平面布置在沿从根部到尖端的方向看转子叶片具有单个曲线型（curved）横截面的区域中。单个曲线型横截面意味着横截面具有圆形、椭圆形或卵形的形状。它不改变方向，但从叶片的内部看沿着分割平面始终具有凸周缘。分割平面区域中的这种几何形状有利于两个本体部分的简单连接。

在优选实施例中，分割平面处于叶片具有凸外围几何形状并且沿从根部到尖端的方向看该叶片具有单个曲线型横截面的区域中。在该实施例中，分割平面布置在给出凸外围几何形状和单个曲线型横截面的区域中。该实施例允许结合两个分割平面位置的积极效果。两个可能的位置都增强了结构性能并且实现了更轻且更牢固的连接。如果现在根据本发明性的实施例将这两个可能的位置都选择用于布置该分割平面，则能够使用积极的结构和机械优点。

在转子叶片的另外的实施例中，第一连接区段和第二连接区段具有适于将一个连接区段插入到另一连接区段中的锥形几何形状。该锥形几何形状允许两个本体部分更容易对准和组装，同时重叠区段也允许这些本体部分简单但机械牢固地连接。两个连接区段处的相应的锥形几何形状非常容易产生并允许简单组装，因为只需要将两个连接区段推入彼此即可。

在对于将锥形几何形状设置在连接区段处来说的替代方案中，至少一个连接区段有可能具有阶梯形几何形状。该连接区段优选地具有减小的直径和邻接肩部。另一连接区段具有较大的内直径，使得阶梯形连接区段能够被推入该另一连接区段中，该另一连接区段以其前表面在邻接肩部处邻接。当然也有可能还在第二连接区段处设置此类邻接肩部，其可在连接区段处具有较大的内直径，使得两个连接区段都是阶梯形的，一个连接区段具有减小的外直径，另一连接区段具有扩大的内直径，并且两个连接区段被推入彼此中而彼此重叠并在相应的邻接肩部处邻接。

无论如何，不管是锥形几何形状还是阶梯形几何形状设置在（一个或多个）连接区段处，连接区段都被设计成用于以形状配合的方式互锁，使得它们完美地配合到彼此之中。这种形状配合的互锁意味着，在重叠区域中，本体部分或者连接区段彼此附接而没有较大的间隙或缝，而是彼此直接附接，使得在将本体部分彼此附接之后就已经给出了某种固定装置（fixture），而不提供特殊的固定或连接器件。

优选地，设置在包括根部的本体部分处的第一连接区段被插入到设置在具有尖端的本体部分处的第二连接区段中。

另一优选实施例的特征在于，在第一连接区段处和/或在第二连接区段处，设置一个或多个缝，所述缝从端边缘延伸过连接区段的长度的至少一部分。尽管至少一个缝是有利的，但是优选地设置多个缝，这些缝围绕周缘布置且彼此隔开相等距离。该缝或这些缝增强了第一连接区段和/或第二连接区段的柔性，这允许本体部分的甚至更好地形状配合连接。一个或多个缝被引导朝向根部或者尖端。如果设置多于一个的缝，则这些缝限定了在相应的连接区段的自由端边缘处延伸的一种柔性指状件。

为了连接本体部分或用于加强连接，设置连接或加强器件，其在内表面处延伸并桥接从第一连接区段到第二连接区段的过渡区域。这些连接或加强器件优选地布置或附接到内表面，使得外表面是平滑的，并且两个本体部分合并，而在外表面处没有显著的阶梯或肩部或沟槽。

连接或加强器件包括附接到内表面的一个或多个幅材或片材。这些幅材或片材允许覆盖较大的区域，并且很容易极为牢固地附接到相应的内表面。在这些幅材或片材当中，连接或加强器件可包括沿着内周缘延伸至少360度的至少一个幅材或片材。该环形的幅材或片材覆盖整个环形过渡区域，并且附接到本体部分的两个内表面。它可非常远地延伸到相应的本体部分中，使得在两个本体部分处的附接面积或区域是非常大的，以用于将幅材或片材牢固地锚定在相应表面处。

替代地或附加地，连接或加强器件还可包括多个带状或条状的幅材或片材，所述带状或条状的幅材或片材沿纵向方向延伸过过渡区域并且沿着内周缘彼此隔开。带状或条状的幅材或片材也牢固地锚定和固定到桥接过渡区域的相应的内表面。它们优选地与圆形的幅材或片材一起布置并延伸到相应的本体部分中，甚至比该环形的幅材或片材所延伸得更长。带状或条状的幅材或片材优选地以彼此隔开相等距离的方式沿着内周缘布置，使得实现了均匀的分布。

不管是哪个幅材或片材被附接，幅材或片材均优选地借助于硬化的结合剂、通过层压或通过真空辅助的树脂传递模塑而附接。存在多种方式将幅材紧密地锚定或嵌入在相应的表面处。不管是选择哪种方式，它们都是基于将相应的幅材紧密地结合或胶合到相应的本体部分。

分割平面本身优选地处于叶片本体的更靠近根部的内侧区段处，因为在该区域中优选地设置了相应的凸的和单个的曲线型几何形状。

除了转子叶片本身之外，本发明还涉及风力涡轮机，其包括转子叶片，具有至少一个如上文所描述的转子叶片。

附图说明

从结合附图考虑的以下详细描述中，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，附图仅是原理草图，其仅被设计成用于图示的目的且并不限制本发明。附图示出了：

图1示出了包括三个发明性转子叶片的发明性风力涡轮机的原理草图，

图2示出了第一实施例的发明性转子叶片的透视分解草图，

图3示出了在两个本体部分的连接区域中的转子叶片的横截面的局部草图，其中提供了加强器件的幅材状连接件，

图4示出了根据图3的草图，其中提供了另外的幅材状连接件或加强器件，并且

图5以分解图示出了根据第二实施例的发明性转子叶片的原理草图。

具体实施方式

图1示出了发明性风力涡轮机1，其包括塔架2以及机舱3和毂4，在该实施例中，三个发明性转子叶片5附接在该毂处。如众所周知的那样，转子叶片5与风相互作用，从而使毂4旋转。该旋转驱动布置在机舱3中的发电机以用于产生电能。

图2示出了原理草图，其呈根据第一实施例的转子叶片5的分解图的形式。在下文中，描述了多个实施例。相同的附图标记将用于相应的实施例的相同或可比较部分。

如图2中所示的转子叶片5包括中空叶片本体6，该中空叶片本体沿着分割平面7被分割成两个本体部分8、9，如由箭头P所示，所述两个本体部分能够被推入彼此中或者彼此连接。第一叶片本体8从根部10延伸到第一连接区段11，而第二本体部分9从第二连接区段12延伸到尖端13。

在连接位置中，如图3中所示，图3示出了图2的转子叶片5的局部横截面图，本体部分8、9以其相应的连接区段11、12推入彼此中，其中，在该实施例中，第一本体部分8的第一连接区段11被推入第二本体部分9的第二连接区段12中。如图3所示的，两个连接区段11、12都是锥形的，从而允许连接区段11、12的简单对准和组装并且允许以形状配合的方式使其彼此附接，如图3中所示。

分割平面7布置在转子叶片5的区域中，在该区域中，如图3中所示，从叶片的侧面看叶片具有凸外围几何形状。如在图3中能够清楚地看到的，周缘在分割平面7的区域中从左加宽到一种最大的周缘，且然后再次变窄。

此外，如在图1中的分解图中所示的，分割平面7布置在叶片具有单个曲线型横截面的区域中。连接区段11、12的横截面为圆形或者椭圆形，因此从叶片的内部看，这些连接区段具有单个曲线型横截面或者围绕周缘全是凸的。如上文所解释的，将分割平面7布置在凸的和单个的曲线型区域中增强了结构性能，并且使得两个本体部分8、9能够利用连接区段11、12的形状配合连接（优选地，经由连接区段11、12的锥形几何形状）而更轻且更牢固地连接在一起。

图3示出了设置在相应的本体部分8、9或者相应的连接区段11、12的内表面14、15处的连接或加强器件22。该连接或加强器件13包括幅材16，例如玻璃纤维幅材或碳纤维幅材等，该幅材具有环形状并且沿着内周缘延伸至少360度，从而覆盖过渡区域17，在该过渡区域处，内表面14变为内表面15。幅材16沿纵向方向延伸到两个本体部分8、9中并与内表面14、15的某个区域重叠，幅材借助于硬化的结合剂或通过层压或通过真空辅助的树脂传递模塑等而紧密地嵌入到该区域中。该幅材16连接本体部分8、9，并且加强了连接且还将剪切载荷从一个本体部分传递到另一本体部分。

图4示出了根据图3的视图，其中除了幅材16之外，还有多个另外的带状或条状的幅材18附接到相应的内表面14、15，这些带状或条状的幅材甚至进一步延伸到相应的本体部分8、9中。它们显然延伸过幅材16和相应的过渡区域17，并且用于进一步改进连接或者加强和剪切载荷传递。

当然，附加的固定器件可用于在重叠的连接区段中将本体部分8、9彼此固定，例如螺栓螺母连接件等，其未详细示出。显然，由于当处于运动中时作用在转子叶片上并因此作用在连接区域上的力，本体部分8、9的连接需要尽可能地牢固。

最后，图5示出了发明性转子叶片5的另一实施例，该转子叶片同样包括中空叶片本体6，该中空叶片本体沿着分割平面7被分割成两个本体部分8、9，一个本体部分从根部10延伸到第一连接区段11，且另一本体部分从第二连接区段12延伸到尖端13。同样在该实施例中，分割平面7设置在从叶片的侧面看转子叶片5具有凸外围几何形状、并且沿从根部到尖端的方向看该转子叶片具有单个曲线型横截面的区域中，如关于图1已经解释的。

在该实施例中，连接区段11示出了多个缝19，这些缝从端边缘20延伸过连接区段11的长度的至少一部分。这些缝19优选地围绕周缘均匀地分布并且限定了相应的柔性指状件21。这些柔性指状件21增强了连接区段11的柔性，这对于连接区段11、12的良好的形状配合是有利的。

尽管指状件21仅设置在第一连接区段11处，但也有可能向第二连接部12提供相应的指状件21或者向两个连接部11、12都提供指状件21。

尽管已参考优选实施例详细地描述了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，技术人员能够从所公开的示例中得出其他变型而不脱离本发明的范围。

Claims (17)

1.一种用于风力涡轮机的转子叶片，所述转子叶片包括具有根部（10）和尖端（13）的中空叶片本体（6），其特征在于，所述叶片本体（6）沿着分割平面（7）被分割成两个本体部分（8、9），一个本体部分从所述根部（10）延伸到第一连接区段（11），且另一本体部分从第二连接区段（12）延伸到所述尖端（13），其中，所述第一连接区段（11）和所述第二连接区段（12）适于在连接位置中彼此重叠。

2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述分割平面（7）处于所述转子叶片（5）具有凸外围几何形状的区域中。

3.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述分割平面（7）处于沿从所述根部（10）到所述尖端（13）的方向看所述转子叶片（5）具有单个曲线型横截面的区域中。

4.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，所述分割平面（7）处于所述转子叶片（5）具有凸外围几何形状并且沿从所述根部（10）到所述尖端（13）的方向看所述转子叶片具有单个曲线型横截面的区域中。

5.根据权利要求3或4所述的转子叶片，其特征在于，所述横截面是圆形或椭圆形或卵形的。

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，所述第一连接区段（11）和所述第二连接区段（12）具有适于将一个连接区段（11）插入到另一连接区段（12）中的锥形几何形状。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的转子叶片，其特征在于，至少一个连接区段（11、12）具有阶梯形几何形状。

8.根据权利要求6或7所述的转子叶片，其特征在于，所述连接区段（11、12）利用形状配合而互锁。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的转子叶片，其特征在于，所述第一连接区段（11）被插入到所述第二连接区段（12）中。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的转子叶片，其特征在于，在所述第一连接区段（11）处和/或在所述第二连接区段（12）处，设置一个或多个缝（19），所述缝从端边缘（20）延伸过所述连接区段（11）的长度的至少一部分。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其特征在于，设置连接或加强器件（13），所述连接或加强器件在内表面（14、15）处延伸并桥接从所述第一连接区段（11）到所述第二连接区段（12）的过渡区域（17）。

12.根据权利要求11所述的转子叶片，其特征在于，所述连接或加强器件（13）包括附接到所述内表面（14、15）的一个或多个幅材（16、18）或片材。

13.根据权利要求12所述的转子叶片，其特征在于，所述连接或加强器件（13）包括沿着内周缘延伸达至少360度的至少一个幅材（16）或片材。

14.根据权利要求12或13所述的转子叶片，其特征在于，所述连接或加强器件（13）包括多个带状或条状的幅材（18）或片材，所述幅材或片材沿纵向方向延伸遍及所述过渡区域并且沿着所述内周缘彼此隔开。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的转子叶片，其特征在于，所述幅材（16、18）或片材借助于硬化的结合剂、通过层压或通过真空辅助的树脂传递模塑而附接。

16.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其特征在于，所述分割平面（7）处于所述叶片本体（6）的内侧区段处。

17.一种风力涡轮机，所述风力涡轮机包括转子，所述转子具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片（5）。

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