CN115053063A - 带有框架式接近窗口的风力涡轮机转子叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机叶片（10），其具有延伸通过叶片的壳体的接近窗口（94）。限定开口（97）的框架（96）布置在叶片的外表面的顶部上，使得框架（96）的开口与接近窗口对准。盖部件（92）覆盖框架的开口（97）并且可释放地闭合接近窗口。

Description

带有框架式接近窗口的风力涡轮机转子叶片

技术领域

本发明涉及风力涡轮机叶片，其具有延伸通过其壳体以接近叶片内部空间的接近窗口（access window）。另外，本发明涉及制造所述叶片的方法。

背景技术

风力发电是发展最快的可再生能量技术之一，并且提供清洁和环保的能源。通常，风力涡轮机包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。风的动能是使用已知的翼型原理捕获的。现代风力涡轮机可具有长度超过90米的转子叶片。

风力涡轮机叶片通常通过由包括编织织物或纤维和树脂的层的两个壳部分或壳半部形成壳体来制造。翼梁帽或主层压件放置或集成在壳半部中，并且可与抗剪腹板或翼梁桁杆组合以形成结构支撑部件。翼梁帽或主层压件可连结到壳的吸力半部和压力半部的内侧或集成在壳的吸力半部和压力半部的内侧内。

随着风力涡轮机的尺寸增加，风力涡轮机叶片的制造和运输变得更具挑战性并且成本更高。作为该问题的解决方案，风力涡轮机叶片能够被提供成两个或更多个节段。这能够导致更容易的制造过程，并且可降低风力涡轮机的运输和架立的成本。相应叶片节段可单独运输到架立地点，在那里它们能够组装以形成风力涡轮机叶片。

然而，若干挑战与这种分段设计相关联。这些通常涉及壳节段的制造和连结，所述壳节段包括负荷支承结构，诸如翼梁桁杆、抗剪腹板或其它内部构件。由于作为此类过程的部分的风力涡轮机叶片的内部部分可能必须连接或断开的事实，因此需要提供合适的接近解决方案以从叶片的外侧接近内部叶片部分。

WO 2011/067323 A2公开了一种用于风力涡轮机的分段叶片，该叶片包括从叶片接头沿相反方向延伸并且由翼梁桥在结构上连接的第一叶片区段和第二叶片区段。接收区段经由支承部件保持翼梁桥，该支承部件包括两个支承半部。支承半部由螺栓组装并且连接到翼梁区段。螺栓可通过叶片壳中的开口拧紧，随后可填充这些开口以提供叶片的光滑外表面。

WO 2012/167891 A1涉及一种具有可接近的腔的风力涡轮机的转子叶片，其中转子叶片壳具有带有舱口（hatch）的可闭合的开口，该舱口与转子叶片壳的外层齐平地闭合。开口设计成用于在发生事故或紧急情况的情形下营救维护人员。舱口利用铰链永久地附接到壳，以用于通过向内或向外定向的枢转移动打开舱口。

US 2015/0167473 A1公开了一种用于修改用于风力涡轮机的转子叶片的方法，该方法包括从转子叶片的壳移除切口区段，其中移除切口区段提供了到转子叶片的内部支撑区段的接近窗口，并且将切口区段密封回到壳以闭合接近窗口。该方法包括将支撑唇缘连接到接近窗口的周边的至少部分，以用于在切口区段密封回到壳时支撑切口区段。支撑唇缘连接到壳的内部表面，并且由结合到壳的附加树脂浸渍纤维材料制成。

一些现有的接近解决方案包括在模制叶片的壳体时的数个附加制造步骤，特别是其中接近开口及其闭合装置设计成使得闭合装置与叶片壳体的周围外表面齐平的解决方案。这通常将需要附加的制造步骤，诸如凹入的叶片区域的模制，这增加了此类过程的复杂性和成本。另外，上述已知解决方案中的一些需要提供必须结合到壳的部分的附加材料，这可能是昂贵的并且在提供所涉及的表面之间的固定结合方面可能带来附加的挑战。因此，本领域需要为风力涡轮机叶片提供改进的和/或简化的接近解决方案。

因此，本发明的一个目的在于提供一种具有改进的接近开口布置的风力涡轮机叶片。

特别地，本发明的一个目的在于提供一种易于制造和组装的用于风力涡轮机叶片或相关结构的接近开口布置。

本发明的另一个目的在于提供一种对诸如空气动力学特性的叶片性能具有最小影响的用于风力涡轮机叶片或相关结构的接近开口布置。

发明内容

已经发现，通过具有成廓型轮廓的风力涡轮机叶片能够实现上述目的中的一个或多个，成廓型轮廓包括压力侧和吸力侧，以及具有弦的前缘和后缘，所述弦具有在前缘与后缘之间延伸的弦长，风力涡轮机叶片在根端与尖端之间沿展向方向延伸，其中叶片包括

外表面，

延伸通过叶片的壳体的接近窗口，

限定开口的框架，其中框架布置在叶片的外表面的顶部上，使得框架的开口与接近窗口对准，

盖部件，其尺寸设定成用于接收在框架内，以用于覆盖框架的开口并且用于可释放地闭合接近窗口。

此类转子叶片能够在显著降低的叶片加工所需的复杂性的情况下制造。通过将框架放置在外表面的顶部上，大大降低了后模制操作的数量和复杂性。有利地，能够以降低的成本使用分开地制造的框架，例如使用注射模制构件。框架的形状也能够设计成具有各种空气动力学优化，这将减少阻力和产生操作噪音的风险。

另外，与一些已知的接近布置相比，能够粘附到叶片的外表面以接收盖部件的专用框架的使用提供了更安全和更稳定的构造，因此防止了盖部件从叶片的非期望的分开。

叶片通常将包括两个壳半部：压力侧壳半部和吸力侧壳半部。可选地包括一种或多种类型的涂层的壳半部通常形成叶片的连续外表面。优选地，当叶片受到气流时，叶片的外表面用作空气动力学表面。

接近窗口可有利地构造成提供到转子叶片的至少部分的内部的接近。可使用钻孔夹具通过壳体切割或钻取接近窗口。优选的是，接近窗口形成在叶片的吸力侧壳半部中。优选地，接近窗口构造成允许接近叶片的内部翼梁元件或抗剪腹板。优选地，接近窗口设置在诸如盒形翼梁的翼梁元件与叶片的后缘之间。可通过切割壳以形成进入并且通过壳体的切口区段并且移除切口区段以提供接近窗口来提供接近窗口。为此，能够将切口区段的模板或夹具放置在壳体的外表面上。

在优选实施例中，接近窗口基本上是矩形的，诸如具有圆角的矩形形状。因此，接近窗口可通过向壳中（优选地向叶片的吸力侧壳半部中）切割基本上矩形的开口来形成，使得壳被穿透以允许接近叶片的内部部分。

在优选实施例中，框架沿接近窗口的边缘布置在叶片的外表面的顶部上，使得框架覆盖接近窗口的每个边缘。通常，框架例如通过粘合剂结合而固定在叶片的外表面上。框架通常将包括围绕由框架限定的开口的四个侧部或框架部件。在有利的实施例中，框架具有基本上矩形形状，诸如具有圆角的矩形形状，其中由框架限定的开口优选地也是基本上矩形的，诸如具有圆角的矩形形状。由框架限定的开口通常将具有比接近窗口的尺寸或面积更小的尺寸，诸如更小的面积。

框架的厚度可朝着框架的外圆周渐缩。这确保了外叶片表面与框架之间的平滑过渡。因此，框架的外边缘可具有比框架的内边缘更低的厚度。优选地，框架的厚度从与由框架限定的开口相邻的内边缘到框架的外边缘以连续的方式渐缩。

由框架限定的开口与接近窗口对准。因此，可通过对准的开口和接近窗口接近叶片的内部部分。优选地，框架的开口的面积对应于接近窗口的面积的至少50％，诸如至少75％，或至少90％。优选地，由框架限定的开口与接近窗口对准，使开口布置在接近窗口的中心处。

盖部件的尺寸设定成用于接收在框架内，以用于覆盖框架的开口并且用于可释放地闭合接近窗口。因此，盖部件具有与由框架限定的开口的范围或表面面积至少相同的范围或表面面积。

盖部件通常将包括外表面和相对的内表面，其中当盖部件布置在框架内并且固定到框架时，内表面面向风力涡轮机叶片的内部。盖部件的外表面能够为弯曲的或成廓型的表面，其优选地具有与叶片的该位置处的壳部件的外表面相同的曲率或廓型。在一些实施例中，盖部件包括热塑性材料，诸如热塑性聚氨酯。

根据一个实施例，接近开口允许将弦向锁定销插入到内部叶片元件中和/或从内部叶片元件抽出，内部叶片元件诸如为翼梁结构，优选翼梁桁杆或盒形翼梁。

优选地，本发明的风力涡轮机叶片可包括用于将两个或更多个翼梁元件可释放地锁定到彼此的至少一个锁定销。本发明的风力涡轮机叶片优选地包括两个或更多个节段，诸如尖端节段和根端节段，每个节段包括压力侧壳部件和吸力侧壳部件。通常，风力涡轮机叶片包括一个或多个抗剪腹板或翼梁桁杆。在一些实施例中，第一翼梁结构布置在第一叶片节段中，并且第二翼梁结构布置在第二叶片节段中。

在优选实施例中，框架的至少部分在叶片的外表面之上突出。因此，框架优选地在振翼方向上延伸超过外叶片表面。已发现，与用于风力涡轮机叶片的已知接近解决方案相比，这种构造允许显著地更容易的制造过程。因此，框架能够容易地固定在外叶片表面上，而不必提供齐平表面或不必考虑这方面的制造容差。框架内的盖部件的尺寸设定和装配能够独立于叶片壳制造过程来完成。在一些实施例中，框架在叶片的外表面之上突出至少5mm，诸如至少10 mm。

在优选实施例中，框架包括一个或多个空气动力学表面特征，诸如一个或多个涡流发生器。可有利地包括这些以改进叶片的空气动力学特性。

在优选实施例中，框架进一步包括一个或多个降噪特征，诸如一个或多个锯齿。可有利地包括这些以减少叶片的操作噪声，包括通过包括本发明的框架式接近窗口而产生的任何噪声。在优选实施例中，一个或多个锯齿（诸如至少两个或优选地至少三个锯齿）集成地形成为框架的部分。

在另一个实施例中，盖部件进一步包括一个或多个降噪特征，诸如一个或多个锯齿。可有利地包括这些以减少叶片的操作噪声，包括通过包括本发明的框架式接近窗口而产生的任何噪声。在优选实施例中，一个或多个锯齿（诸如至少两个或优选地至少三个锯齿）集成地形成为盖部件的部分。在一些实施例中，盖部件包括一个或多个降噪装置，诸如锯齿、脊和/或鳍片。因此，盖部件可有利地包括多个锯齿，诸如至少5个锯齿。

在优选实施例中，盖部件包括一个或多个空气动力学表面特征，诸如一个或多个涡流发生器。可有利地包括这些以改进叶片的空气动力学特性。

在优选实施例中，如沿弦向方向所见，框架的至少部分延伸超过叶片的后缘。在一些实施例中，如沿弦向方向所见，框架延伸超过叶片的后缘至少10 mm，诸如至少50 mm。

在优选实施例中，盖部件可释放地紧固到框架。根据一个实施例，在这方面使用一个或多个紧固件。在优选实施例中，紧固件是单侧紧固件，优选铆钉。这导致了简单并且有效的紧固方法，该方法安全并且成本有效的。在优选实施例中，一个或多个紧固件是螺旋铆钉。螺旋铆钉可由诸如尼龙的聚合物材料制成，并且可包括能够组装的两个分开的部分。在其它实施例中，一个或多个紧固件包括铆钉螺钉，诸如能够旋入到铆钉工具的螺纹套筒中的铆钉螺钉，其中铆钉套筒能够插入到孔中。铆钉螺钉可与一个或多个附加螺纹构件组合使用，以用于将盖部件可释放地紧固到叶片壳部件。

在优选实施例中，盖部件通过由一种或多种介电材料制成的一个或多个紧固件可释放地紧固到框架。在优选实施例中，一个或多个紧固件包括介电材料。优选地，一个或多个紧固件由一种或多种介电材料构成。当框架式接近窗口是风力涡轮机叶片的雷电保护系统的部分时，这是特别有利的。在一些实施例中，介电材料是聚合物，优选聚酰胺，优选尼龙，最优选尼龙6（Nylon 6）。因此，优选的是，一个或多个紧固件是非金属紧固件。

在优选实施例中，每个紧固件可释放地插入设在盖部件中和框架中的对准的相应孔中。在一些实施例中，盖部件和框架中的每个都包括用于在其中接收紧固件的至少四个孔。在另一个实施例中，设在盖部件中的孔沿盖部件的外周环形地布置。因此，每个孔可位于距盖部件的外边缘不远于50 mm，诸如不远于30 mm。

在优选实施例中，设在盖部件和框架中的对准的相应孔布置成使得盖部件能够仅以单个空间定向可释放地紧固到框架。因此，能够防止盖部件以不正确的定向附接到框架。

在另一个实施例中，通过使用两个部分之间的预模制的互锁夹布置，盖部件可释放地紧固到框架。这也可包括布置在盖部件与框架之间的密封部件。互锁夹布置可以自弹力互锁结构的形式提供。此类紧固方案可有利地增加框架式接近窗口的区域中的空气动力学平滑度。

在优选实施例中，框架包括前部部件、后部部件和两个横向部件，其中由框架限定的开口基本上为矩形。因此，前部部件、后部部件和两个横向部件优选地一起围绕并且限定框架的开口。前部部件、后部部件或横向部件中的每个的厚度可朝着框架的外圆周渐缩。这确保了外叶片表面与框架之间的平滑过渡。

在优选实施例中，前部部件布置成基本平行于叶片的前缘，其中后部部件布置成基本平行于叶片的后缘。因此，优选地，横向部件基本上沿弦向方向布置。在优选实施例中，前部部件布置成比后部部件更靠近叶片的前缘。

在优选实施例中，后部部件包括一个或多个降噪装置，诸如锯齿、脊和/或鳍片。因此，框架的后部部件可有利地包括多个锯齿，诸如至少5个锯齿。

在优选实施例中，前部部件成形成波形或成形为多个锯齿。在优选实施例中，锯齿形成为前部部件的集成部分。

在优选实施例中，前部部件包括一个或多个涡流发生器。涡流发生器可与框架的前部部件集成地形成。

通常，壳体包括压力侧壳部件和至少一个吸力侧壳部件。

在优选实施例中，至少一个密封部件布置在盖部件与框架之间。这有利地致使紧密装配，并且有效地阻挡水分和/或碎屑通过闭合的接近窗口。布置在盖部件与框架之间的密封部件将优选地是衬垫，优选地是环形衬垫，其通常具有与盖部件的外圆周基本相同的形状。密封部件可以粘合地紧固或结合到框架。优选地，多个紧固件用于将盖部件可释放地紧固到框架，诸如两个或更多个、五个或更多个，最优选十个或更多个紧固件。

在优选实施例中，框架式接近窗口包括独立于一个或多个紧固件连接盖部件和叶片的保持部件。保持部件优选地包括附接到盖部件（优选地其内表面）的衬块眼（pad eye），诸如软衬块眼。保持部件可进一步包括在一端处附接到衬块眼并且在另一端处附接到框架或风力涡轮机叶片内侧的弦或带。当盖部件在高处打开时，例如在需要接近叶片内侧的维护或其它操作期间，保持部件有助于将盖部件固定到叶片。

在优选实施例中，密封部件是环形衬垫，优选包括乙烯丙烯二烯单体（EPDM）材料，诸如EPDM海绵橡胶或EPDM泡沫。在一些实施例中，框架开口具有450-650 mm、诸如500-600mm的高度，以及350-550 mm、诸如400-500 mm的宽度。在优选实施例中，框架开口覆盖不多于0.25 m²，诸如不多于0.2 m²的面积。发现此类相对小的开口导致最小的空气动力干扰，而允许保养内部部件，诸如锁定销布置和雷电保护系统的连接结构。

在另一个实施例中，接近开口布置进一步包括设在盖部件与框架之间的自粘层。根据一个实施例，盖部件基本上由与叶片壳体相同的材料制成。

在优选实施例中，框架粘合地结合到壳部件。在一些实施例中，在这方面使用双面带、胶合剂、树脂或类似的粘合剂材料。

在优选实施例中，框架以注射模制过程制造。这允许本发明的叶片的特别成本有效的并且简单的制造过程。

在优选实施例中，开口在不超过0.25 m²的区域上延伸。

在另一方面，本发明涉及一种制造具有成廓型轮廓的风力涡轮机叶片的方法，该成廓型轮廓包括压力侧和吸力侧，以及具有弦的前缘和后缘，所述弦具有在前缘与后缘之间延伸的弦长，风力涡轮机叶片在根端与尖端之间沿展向方向延伸，其中叶片包括

外表面，该方法包括以下步骤

通过叶片的壳体切割接近窗口，

将限定开口的框架布置在叶片的外表面的顶部上，使得框架的开口与接近窗口对准，并且

将盖部件布置在框架内以覆盖框架的开口并且闭合接近窗口。

通常，外表面是成廓型表面，其中优选地，接近窗口设在所述成廓型表面的位置处。

在另一方面，本发明涉及一种制造根据本发明的风力涡轮机叶片的方法，该方法包括以下步骤：

-制造压力侧壳半部和吸力侧壳半部，

-将翼梁结构布置在压力侧壳半部内或吸力侧壳半部内，翼梁结构包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分可释放地联接到彼此，

-通过吸力侧壳半部或压力侧壳半部（优选吸力侧壳半部）切割接近窗口，

-将限定开口的框架布置在叶片外表面的顶部上，使得框架的开口与延伸通过壳半部的接近窗口对准，

-将框架结合到壳半部，以及

-将盖部件布置在框架内以用于覆盖框架的开口并且用于闭合接近窗口，

-连结压力侧壳半部和吸力侧壳半部以获得闭合的壳体，

-沿基本上垂直于闭合的壳体的展向方向的切割平面切割闭合的壳体以获得第一叶片节段和第二叶片节段，每个叶片节段包括压力侧壳半部的部分和吸力侧壳半部的部分，其中翼梁结构延伸穿过切割平面，

-使翼梁结构的第一部分和第二部分断开联接，

-将第一叶片节段从第二叶片节段分开，

-将第一叶片节段连结并且密封到第二叶片节段以用于获得风力涡轮机叶片，

其中翼梁结构包括至少一个锁定销，以用于通过在翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的对准的相应锁定孔口将翼梁结构的第一部分可释放地联接到第二部分。

在优选实施例中，使翼梁结构的第一部分和第二部分断开联接的步骤包括经由接近窗口从翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的对准的相应孔口中抽出锁定销。

在优选实施例中，该方法进一步包括在将第一叶片节段连结并且密封到第二叶片节段之后，经由接近窗口将锁定销重新插入到翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的对准的相应孔口中的步骤。

通过使用包括可释放地联接到彼此的第一部分和第二部分的翼梁结构制造风力涡轮机叶片，提供了一种用于使此类风力涡轮机叶片分段和重新组装的有效并且巧妙的方法，包括使所述部分断开联接和优选地重新联接。

优选地，压力侧壳半部和吸力侧壳半部在风力涡轮机叶片的整个长度上（即在它们的整个最终长度上）制造。压力侧壳半部和吸力侧壳半部通常将在前缘附近和后缘附近粘附或结合到彼此。每个壳半部可包括纵向/展向延伸的负荷承载结构，诸如一个或多个主层压件或翼梁帽，优选包括增强纤维，诸如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、金属纤维（诸如钢纤维），或植物纤维，或其混合物。壳半部通常将通过将纤维材料的纤维叠层用树脂（诸如环氧树脂、聚酯或乙烯基酯）浸渍来生产。

通常，压力侧壳半部和吸力侧壳半部是使用模具结构制造的。壳半部中的每个可包括沿相应的压力侧壳部件和吸力侧壳部件提供的翼梁帽或主层压件。翼梁帽或主层压件可附连到壳半部的内面。翼梁结构优选地是纵向延伸的负荷承载结构，优选地包括用于连接和稳定壳半部的桁杆或翼梁盒。翼梁结构可适于承载叶片上的大部分负荷。

翼梁结构优选地包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分可释放地联接到彼此，诸如可释放地固定或锁定到彼此。在一些实施例中，第一部分和第二部分由一个或多个机械装置可释放地联接到彼此。在一些实施例中，第一部分和第二部分由机械锁定机构可释放地联接到彼此。翼梁结构的第二部分可有利地包括翼梁桁杆或翼梁盒。翼梁结构的第一部分可优选地包括用于接收第二部分的布置，诸如中空部件或护套。

连结压力侧壳半部和吸力侧壳半部以获得闭合的壳体的步骤可使用任何合适的连结机构或过程（包括粘合剂、结合材料、机械紧固件以及它们的任何组合）来执行。闭合的壳优选地是可通过本发明的方法获得的最终风力涡轮机叶片的全长预制件。

在切割闭合的壳体的步骤中，沿基本上垂直于闭合的壳的展向方向或纵向轴线的切割平面切割闭合的壳。换言之，闭合的壳的展向方向或纵向轴线基本上垂直于所述切割平面。优选的是，沿切割平面仅切割壳体。还优选的是，在该步骤中不切割翼梁结构。

在一些实施例中，第一叶片节段构成叶片的整个纵向范围的30-80％，诸如40-70％。在一些实施例中，第二叶片节段构成叶片的整个纵向范围的10-50％，诸如20-40％。有利地，翼梁结构延伸穿过切割平面，优选地不被切割。第一叶片节段和第二叶片节段可包括具有互补接头区段的相应端，这些接头区段可在弦向接头处连结。

使翼梁结构的第一部分和第二部分断开联接的步骤优选地通过解锁机械锁定机构来执行。在将第一叶片节段从第二叶片节段分开之后，单独的叶片节段可例如由相应的卡车单独地运输。第一叶片节段和第二叶片节段可运输到用于风力涡轮机的架立地点。将第一叶片节段连结并且密封到第二叶片节段以获得风力涡轮机叶片的步骤可有利地在风力涡轮机的架立地点处执行。该步骤可使用任何合适的连结和/或密封机制或过程（包括粘合剂、结合材料、机械紧固件以及它们的任何组合）来执行。

在优选实施例中，翼梁结构的第一部分固定到第一叶片节段。在一些实施例中，翼梁结构的第一部分胶合或粘附到第一叶片节段，优选地到部分吸力侧壳半部和部分压力侧壳半部两者。在优选实施例中，翼梁结构的第一部分不延伸超过第一叶片节段。

根据一些实施例，翼梁结构的第二部分固定（诸如胶合或粘附）到第二叶片节段，优选地到两个部分壳半部。翼梁结构的第二部分优选地延伸超过第二叶片节段进入到第一叶片节段中。因此，翼梁结构的第二部分优选地从翼梁结构的第二部分内突出。在优选实施例中，第一叶片节段包括叶片的根端。在另一个优选实施例中，第二叶片节段包括叶片的尖端。叶片也可切割成多于两个节段。

在一些实施例中，翼梁结构的第二部分包括翼梁部件，诸如翼梁桁杆或翼梁盒，翼梁盒优选地包括至少一个翼梁桁杆和至少一个翼梁凸缘。在一些实施例中，翼梁结构的第一部分包括接收部件，优选护套部件，以用于至少部分地接收或包围翼梁结构的第二部分。在一些实施例中，翼梁结构的第二部分包括翼梁部件，该翼梁部件至少部分地接收或包围在接收结构中。接收结构可为夹套，例如包括网或网状结构的夹套。在一些实施例中，夹套由与翼梁结构的第一部分的护套部件相同的材料制成。优选的是，夹套是导电夹套。

根据一些实施例，护套部件基本上是盒形的。在其它实施例中，护套部件是中空的。在其它实施例中，护套部件包括网或网状结构。在优选实施例中，护套部件是导电护套部件。在优选实施例中，导电护套部件是风力涡轮机叶片的雷电保护系统的部分。在优选实施例中，第一部分的导电护套部件和第二部分的导电夹套两者都是风力涡轮机叶片的雷电保护系统的部分。

在优选实施例中，翼梁结构包括至少一个锁定销，以用于通过在翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的对准的相应锁定孔口将翼梁结构的第一部分可释放地联接到第二部分。在其它实施例中，翼梁结构包括两个或更多个，诸如三个或更多个，或四个或更多个锁定销，以及翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的两个或更多个，诸如三个或更多个，或四个或更多个相应的锁定孔口。优选地，锁定孔口是分别形成在护套部件和翼梁部件中的相应通孔。

在优选实施例中，压力侧壳半部和吸力侧壳半部在相应的模具半部中制造，优选地通过真空辅助树脂转移模制。根据一些实施例，压力侧壳半部和吸力侧壳半部各自具有50-90 m，优选60-80 m的纵向范围L。

本发明的框架式接近窗口有利地允许安装弦向锁定销，以用于将翼梁结构的第一部分可释放地联接到第二部分。框架式接近窗口还可用于接近风力涡轮机叶片内的内部部分，诸如叶片雷电保护系统的连接结构或用于一般维护操作。已经发现，本发明的框架式接近窗口最小化或完全避免了对风力涡轮机叶片的空气动力学性能和结构完整性的负面影响，同时有效地防止液体或碎屑的流入和流出。

本发明还涉及可通过如上所述的制造风力涡轮机叶片的方法获得的风力涡轮机叶片。本风力涡轮机叶片由于其翼梁结构及其联接和断开联接特性而能够容易地并且有效地组装。

如本文中所用，用语“展向”用于描述沿叶片从其根端到其尖端的测量或元件的取向。在一些实施例中，展向是沿风力涡轮机叶片的纵向轴线和纵向范围的方向。

附图说明

下文参照附图中所示的实施例来详细阐释本发明，在附图中：

图1示出了风力涡轮机，

图2示出了风力涡轮机叶片的示意图，

图3示出了风力涡轮机叶片的横截面的示意图，

图4是风力涡轮机叶片的示意性剖切视图，

图5是图4中圆圈区段的放大视图，以及

图6、7和8是翼梁结构的透视图，

图9是风力涡轮机叶片的接近开口的局部透视图，

图10是风力涡轮机转子叶片的局部透视图，

图11是根据本发明的风力涡轮机转子叶片的局部透视图，

图12是在接近窗口和框架的位置处通过根据本发明的风力涡轮机转子叶片的横截面视图，以及

图13是根据本发明的框架的顶部视图。

具体实施方式

图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代逆风风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6和带有基本上水平的转子轴的转子。转子包括毂8和从毂8沿径向延伸的三个叶片10，每个叶片10具有最靠近毂的叶片根16和最远离毂8的叶片尖14。转子具有表示为R的半径。

图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状并且包括最靠近毂的根部区域30、最远离毂的成廓型或翼型区域34，以及根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括当叶片安装在毂上时面向叶片10的旋转方向的前缘18，以及面向前缘18的相反方向的后缘20。

翼型区域34（也称为成廓型区域）具有相对于产生升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑具有基本圆形或椭圆形横截面，这例如使得更容易并且更安全地将叶片10安装到毂。根部区域30的直径（或弦）可沿整个根部区域30恒定。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形逐渐变化到翼型区域34的翼型廓型的过渡廓型。过渡区域32的弦长通常随着距毂的增加的距离r而增加。翼型区域34具有翼型廓型，翼型廓型具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的增加的距离r的而减小。

叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40通常设在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。图2还图示了叶片的纵向范围L、长度或纵向轴线。

应当注意，叶片不同区段的弦通常不位于共同的平面中，因为叶片可能扭曲和/或弯曲（即预弯曲），因此为弦平面提供了对应的扭曲和/或弯曲的路线，这是最常见的情况，以便补偿取决于距毂的半径的叶片的局部速度。

叶片通常由沿叶片20的前缘18和后缘处的结合线胶合到彼此的压力侧壳部分36和吸力侧壳部分38制成。

图3为沿图2中所示的I-I线的叶片的横截面的示意图。如前所述，叶片10包括压力侧壳部分36和吸力侧壳部分38。压力侧壳部分36包括翼梁帽41，也称为主层压件，其构成压力侧壳部分36的负荷支承部分。翼梁帽41包括多个纤维层42，主要包括沿叶片的纵向方向对准以便为叶片提供刚度的单向纤维。吸力侧壳部分38也包括翼梁帽45，翼梁帽包括多个纤维层46。压力侧壳部分38还可包括通常由轻木或泡沫聚合物制成并且夹在数个纤维增强蒙皮层之间的夹芯材料43。夹芯材料43用于为壳提供刚度，以便确保壳在叶片的旋转期间基本保持其空气动力学廓型。类似地，吸力侧壳部分38也可包括夹芯材料47。

压力侧壳部分36的翼梁帽41和吸力侧壳部分38的翼梁帽45经由第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55连接。在所示实施例中，抗剪腹板50、55成形为基本上I形腹板。第一抗剪腹板50包括抗剪腹板本体和两个腹板脚凸缘。抗剪腹板本体包括由数个纤维层制成的数个蒙皮层52覆盖的夹芯材料51，诸如轻木或泡沫聚合物。叶片壳36、38可在前缘和后缘处包括进一步的纤维增强物。通常，壳部分36、38经由胶合凸缘结合到彼此。

图4是根据本申请人的共同未决申请的风力涡轮机叶片的示意性剖切分解视图，其中图5是图4中圆圈区段的放大视图。压力侧壳半部和吸力侧壳半部通常在风力涡轮机叶片10的整个长度L上制造。翼梁结构62布置在壳内。如图8中所示，翼梁结构62包括第一部分64和第二部分66，第一部分和第二部分可释放地联接到彼此。该方法有利地包括将翼梁结构62的第一部分64固定到第一叶片节段68内的壳半部中的一个或两个，以及将翼梁结构的第二部分66固定到第二个叶片节段70内的壳半部中的一个或两个。

然后，壳半部闭合并且连结，诸如胶合在一起，以获得闭合的壳，随后沿基本上垂直于叶片的展向方向或纵向范围的切割平面69切割该壳以获得第一叶片节段68和第二叶片节段70。切割平面69与翼梁结构的第一部分64的端面65重合。

如图4和5中所见，翼梁结构62延伸穿过切割平面69。如图5中最佳所见，在所图示实施例中，采用用于至少部分地包围翼梁结构的第二部分66的盒形护套部件的形式的翼梁结构62的第一部分64固定到第一叶片节段68。在所图示实施例中包括翼梁盒的翼梁结构62的第二部分66固定到第二叶片节段70，其中当叶片节段组装时，第二部分66延伸超过第二叶片节段70进入到第一叶片节段68中。

图5还图示了在所图示的壳的上半部内的接近开口80，以用于接近翼梁结构以及将翼梁结构62的第一部分和第二部分联接和断开联接。为了断开联接，如图6-8中所图示的锁定销经由接近开口80从翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的对准的相应孔口76、78抽出。在将第一叶片节段68连结并且密封到第二叶片节段70以获得风力涡轮机叶片之前或之后，如图8中所图示，该方法有利地包括通过将锁定销74重新插入到翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的对准的相应孔口76、78中，经由接近开口80重新联接翼梁结构的第一部分和第二部分。如图4和5中所见，切割步骤d1）不包括切割翼梁结构，仅切割壳半部。另外，两个抗剪腹板82a、82b布置在第一叶片节段内。

图6、7和8图示了根据本申请人的共同未决申请的具有导电盒形护套部件的形式的第一部分64的翼梁结构62的实施例。优选地，导电护套部件是风力涡轮机叶片的雷电保护系统的部分。翼梁结构的第二部分66包括盒形翼梁67，其部分封装在夹套72（例如包括导电网72）中。翼梁结构62包括锁定销74，以用于通过在翼梁结构的第一部分和第二部分中的每个中的对准的相应锁定孔口76、78将第一部分64可释放地联接到翼梁结构的第二部分66。

图9是风力涡轮机叶片的接近开口180的局部透视图。风力涡轮机叶片包括带有外表面110的壳部件138，诸如吸力侧壳半部。壳部件138可包括第一节段168，诸如根端节段，其连接到第二节段170，诸如尖端节段。接近开口180设在叶片壳部件138中以允许接近叶片内的中空空间，例如用于插入或抽出如上所述的锁定销174。

图10是带有外表面110的风力涡轮机转子叶片10的局部透视图，这里图示了吸力侧壳半部138的外表面。在制造本发明的叶片时，如图10中的虚线所指示，通过叶片的壳体切割接近窗口94，以允许接近其内部。在图10所图示的实例中，接近窗口基本上是矩形的并且靠近叶片的后缘设置。

如图11中所图示，限定开口97的框架96布置在叶片10的外表面110的顶部上，使得框架96的开口97与接近窗口94对准。框架96优选地粘合地结合到叶片表面。如沿弦向方向所见，框架96的部分延伸超过叶片的后缘20。如图12中所图示，盖部件92布置在框架96内以覆盖框架96的开口97并且闭合接近窗口。盖部件92通过优选地由一种或多种介电材料制成的一个或多个紧固件95可释放地紧固到框架96。

如图11和12中所见，框架96和盖部件92在叶片的外表面之上突出。另外，框架96可包括一个或多个空气动力学表面特征，诸如一个或多个涡流发生器，或降噪特征，诸如一个或多个锯齿101，如图13中所图示。所图示的框架96基本上是矩形的，并且包括前部部件99a、后部部件99b和两个横向部件99c、99d。开口97也为基本上矩形的。

如图11中所图示，前部部件99a布置成基本平行于叶片的前缘，并且后部部件99b布置成基本平行于叶片的后缘20，其中前部部件99a布置成比后部部件99b更靠近叶片的前缘。后部部件99b包括一个或多个降噪装置，诸如锯齿101。图11和12还图示了框架的厚度t_f朝着框架的外圆周渐缩。这确保了外叶片表面与框架之间的平滑过渡。

本发明不限于本文所述的实施例，并且可在不脱离本发明的范围的情况下修改或改变。

参考标记列表

4 塔架

6 机舱

8 毂

10 叶片

14 叶片尖

16 叶片根

18 前缘

20 后缘

30 根部区域

32 过渡区域

34 翼型区域

36 压力侧壳部分

38、138 吸力侧壳部分

40 肩部

41 翼梁帽

42 纤维层

43 夹芯材料

45 翼梁帽

46 纤维层

47 夹芯材料

50 第一抗剪腹板

51 芯部件

52 蒙皮层

55 第二抗剪腹板

56 第二抗剪腹板的夹芯材料

57 第二抗剪腹板的蒙皮层

60 填充绳

62 翼梁结构

64 第一部分

65 第一部分的端面

66 第二部分

67 翼梁部件

68、168 第一叶片节段

69 切割平面

70、170 第二叶片节段

72 夹套/网

74、174 锁定销

76 孔口

78 孔口

80、180 接近开口

82 抗剪腹板

90 接近布置

92 盖

93 衬垫

94 接近窗口

95 紧固件

96 框架

97 框架的开口

98 粘合层

99 框架的部件

101 锯齿

110 外叶片表面

L 长度

r 距毂的距离

R 转子半径。

Claims (15)

1.一种具有成廓型轮廓的风力涡轮机叶片（10），所述成廓型轮廓包括压力侧和吸力侧，以及具有弦的前缘和后缘，所述弦具有在所述前缘与所述后缘之间延伸的弦长，所述风力涡轮机叶片在根端与尖端之间沿展向方向延伸，其中所述叶片包括

外表面（110），

延伸通过所述叶片的壳体的接近窗口（94），

限定开口（97）的框架（96），其中所述框架（96）布置在所述叶片的所述外表面的顶部上，使得所述框架（96）的所述开口与所述接近窗口对准，

盖部件（92），其尺寸设定成用于接收在所述框架（96）内，以用于覆盖所述框架的所述开口（97）并且用于可释放地闭合所述接近窗口。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述框架（96）的至少部分在所述叶片的所述外表面之上突出。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中所述框架（96）包括一个或多个空气动力学表面特征，诸如一个或多个涡流发生器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述框架（96）包括一个或多个降噪特征，诸如一个或多个锯齿。

5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中如沿弦向方向所见，所述框架（96）的至少部分延伸超过所述叶片的所述后缘。

6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述盖部件（92）可释放地紧固到所述框架（96）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述框架（96）包括前部部件（99a）、后部部件（99b）和两个横向部件（99c、99d），其中所述开口（97）基本上是矩形的，其中所述前部部件布置成基本平行于所述叶片的所述前缘，并且其中所述后部部件布置成基本平行于所述叶片的所述后缘，其中所述前部部件布置成比所述后部部件更靠近所述叶片的所述前缘，并且其中所述后部部件包括一个或多个降噪装置，诸如锯齿、脊和/或鳍片。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机叶片，其中所述前部部件成形成波形或成形为多个锯齿。

9.根据权利要求7或权利要求8所述的风力涡轮机叶片，其中所述前部部件包括一个或多个涡流发生器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述框架（96）以注射模制过程制造。

11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述盖部件（92）通过由一种或多种介电材料制成的一个或多个紧固件可释放地紧固到所述框架（96）。

12.一种制造具有成廓型轮廓的风力涡轮机叶片的方法，所述成廓型轮廓包括压力侧和吸力侧，以及具有弦的前缘和后缘，所述弦具有在所述前缘与所述后缘之间延伸的弦长，所述风力涡轮机叶片在根端与尖端之间沿展向方向延伸，其中所述叶片包括外表面，所述方法包括以下步骤

通过所述叶片的壳体切割接近窗口（94），

将限定开口（97）的框架（96）布置在所述叶片的所述外表面的顶部上，使得所述框架的所述开口与所述接近窗口对准，以及

将盖部件（92）布置在所述框架（96）内以覆盖所述框架的所述开口并且闭合所述接近窗口。

13.一种制造根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的风力涡轮机叶片的方法，包括以下步骤：

-制造压力侧壳半部和吸力侧壳半部，

-将翼梁结构布置在所述压力侧壳半部内或所述吸力侧壳半部内，所述翼梁结构（62）包括第一部分（64）和第二部分（66），所述第一部分和所述第二部分（66）可释放地联接到彼此，

-通过所述吸力侧壳半部或所述压力侧壳半部切割接近窗口，

-将框架布置在所述叶片的所述外表面的顶部上，使得所述框架的所述开口与延伸通过所述壳半部的所述接近窗口对准，

-将所述框架结合到所述壳半部，以及

-将所述盖部件（92）布置在所述框架内以用于覆盖所述框架的所述开口并且用于闭合所述接近窗口，

-连结所述压力侧壳半部和所述吸力侧壳半部以获得闭合的壳体，

-沿基本上垂直于所述闭合的壳体的展向方向的切割平面（69）切割所述闭合的壳体以获得第一叶片节段和第二叶片节段（70），每个叶片节段包括所述压力侧壳半部的部分和所述吸力侧壳半部的部分，其中所述翼梁结构（62）延伸穿过所述切割平面（69），

-使所述翼梁结构（62）的所述第一部分和所述第二部分（66）断开联接，

-将所述第一叶片节段（68）从所述第二叶片节段（70）分开，

-将所述第一叶片节段（68）连结并且密封到所述第二叶片节段（70）以用于获得所述风力涡轮机叶片，

其中所述翼梁结构（62）包括至少一个锁定销（74），以用于通过在所述翼梁结构（62）的所述第一部分和所述第二部分（66）中的每个中的对准的相应锁定孔口将所述翼梁结构（62）的所述第一部分（64）可释放地联接到所述第二部分（66）。

14.根据权利要求13所述的方法，其中使所述翼梁结构（62）的所述第一部分和所述第二部分（66）断开联接的步骤包括经由所述接近窗口从所述翼梁结构（62）的所述第一部分和所述第二部分（66）中的每个中的所述对准的相应孔口中抽出所述锁定销（74）。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中所述方法进一步包括在将所述第一叶片节段（68）连结并且密封到所述第二叶片节段之后，经由所述接近窗口（90）将所述锁定销（74）重新插入到所述翼梁结构（62）的所述第一部分和所述第二部分（66）中的每个中的所述对准的相应孔口中的步骤。

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