CN116420017A - 风力涡轮机的转子叶片和风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风力涡轮机(1)的转子叶片(10)，所述转子叶片(10)包括：具有第一壳体部分(13)的第一转子叶片段(11)；具有第二壳体部分(14)的第二转子叶片段(12)；以及在所述第一壳体部分(13)和所述第二壳体部分(14)之间将所述第一转子叶片段(11)与所述第二转子叶片段(12)连接的接头(19)，其中，所述转子叶片(10)还包括整流罩(20)，所述整流罩(20)覆盖所述接头(19)，并且借助于粘合剂(40)来附接到所述第一壳体部分(13)和所述第二壳体部分(14)。本发明还涉及一种具有该转子叶片(10)的风力涡轮机(1)。

Description

风力涡轮机的转子叶片和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的转子叶片和具有该转子叶片的风力涡轮机。
背景技术
一种在给定风力条件下使用风力涡轮机来产生较多功率的方法是增大转子叶片的尺寸。然而，转子叶片的制造和它们到风力收集地点的运输对于大转子叶片尺寸来说特别困难。
为了解决这个问题，转子叶片可分段制造并在现场联接。转子叶片的这种设计可被称为分体式叶片(split blade)。转子叶片段通常通过结合、栓接或通过两者的组合来联接到彼此。这样的接头必须足够坚固，以承受在风力涡轮机的操作期间作用在风力涡轮机叶片上的力。因此，该接头被连接到转子叶片的承载翼梁。
为了建立这些转子叶片段的接头，这些转子叶片段在接头的位置处必须是可接近的。因此，转子叶片段的围绕接头的部分通常不具有否则围绕接头周围的转子叶片段的翼梁的壳体部分。然而，转子叶片段的壳体部分之间的该间隙必须被封闭，以提供转子叶片的壳体的所需空气动力学性质。为此目的，整流罩在接头的位置处被附接到转子叶片段的壳体部分。
通常，该整流罩借助于多个螺栓来附接到转子叶片段的壳体部分。然而，这样的附接在该多个螺栓的位置需要非常严格的制造公差，从而导致在现场的复杂组装，并且由于在风力涡轮机的操作期间载荷集中在该多个螺栓中的特定螺栓处，而可能导致附接的故障。
发明内容
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有转子叶片段的风力涡轮机的改进的转子叶片，该转子叶片没有与来自现有技术的已知解决方案相关联的缺点，特别是提供了整流罩的简单且安全的安装。
该目的通过权利要求的主题来解决。特别地，该目的通过根据权利要求1的风力涡轮机的转子叶片和根据权利要求15的风力涡轮机来解决。本发明的其他细节由其他权利要求以及说明书和附图展现。由此，结合本发明的转子叶片描述的特征和细节结合本发明的风力涡轮机也适用，使得关于本发明的各个方面的公开，其彼此参考或者可彼此参考。
根据本发明的第一方面，该目的借助于一种风力涡轮机的转子叶片来实现，所述转子叶片包括：具有第一壳体部分的第一转子叶片段；具有第二壳体部分的第二转子叶片段；以及在所述第一壳体部分和所述第二壳体部分之间将所述第一转子叶片段与所述第二转子叶片段连接的接头，其中，所述转子叶片还包括整流罩，所述整流罩覆盖所述接头，并且借助于粘合剂来附接到所述第一壳体部分和所述第二壳体部分。
因此，本发明提供了通过经由粘合剂将整流罩连接到转子叶片段的壳体部分来将整流罩安装在转子叶片处。粘合附接的整流罩允许与包括多个接头的连接相比，连接不那么刚性，并且允许在连接处的更好的载荷分布，由此实现更稳固的连接。发明人已发现，所述整流罩不是以承载载荷为目的的结构部件，而是用于提供空气动力学特性，并且因此，不需要根据现有技术的借助于多个螺栓的相对刚性和复杂的附接。借助于粘合剂提供的解决方案的较低刚度允许整流罩不吸收来自其所连接到的转子叶片段的变形和位移的高结构载荷。优选地，所采用的粘合剂应为低刚度粘合剂。与设置多个螺栓相比，将整流罩粘附到壳体部分的解决方案在现场也简单得多，这是因为它消除了对协调和紧固该多个螺栓的需求。此外，与借助于多个螺栓的紧固相比，本发明的解决方案具有更低的成本。
所述粘合剂可以是弹性体粘合剂(elastomeric adhesive)。该弹性体粘合剂提供弹性、低拉伸和剪切模量、高抗压强度以及振动和阻尼控制。由此，该弹性体粘合剂可沿整流罩与壳体部分的附接提供特别好的载荷分布。
该粘合剂可以是基于橡胶的粘合剂。该粘合剂特别地可以是硅基粘合剂。这些类型的粘合剂提供了特别低的刚度，并且由此，允许整流罩不吸收来自其所连接到的转子叶片段的变形和位移的高结构载荷。
此外，该粘合剂可被配置成在环境温度下固化。环境温度可在4℃至30℃的范围内，特别是在15℃至24℃的范围内。由此，该粘合剂的固化可在现场非常简单地执行。
而且，所述第一壳体部分和第二壳体部分可包括凸缘部分。这些凸缘部分可位于第一壳体部分和第二壳体部分的面对端处，即第一壳体部分的一端面对第二壳体部分的一端。整流罩被附接到第一壳体部分和第二壳体部分的凸缘部分。由此，所述凸缘部分提供整流罩与壳体部分的特别稳固和容易的附接。
其中，整流罩可借助于粘合剂的结合部分来结合到凸缘部分的结合表面。该粘合剂的粘合部分主要提供整流罩与凸缘部分的结合表面的粘附。所述结合部分可被设置为一层或多层粘合剂。例如，所述层可为粘合剂的条带。
此外，其中，整流罩可借助于粘合剂的密封部分来抵靠凸缘部分的密封表面密封。该粘合剂的密封部分主要提供对整流罩和凸缘部分的密封表面之间的间隙的密封。由此，该密封在从整流罩到壳体部分的过渡处提供更好的表面光洁度并且避免水和碎屑进入到间隙中。待通过密封部分填充的间隙可能是由于使整流罩小于一般尺寸而造成的，使得安装具有很小的制造公差并且可更容易地执行。所述密封部分可被设置为一层或多层粘合剂。例如，所述层可为粘合剂的条带。
密封表面的总表面积可小于结合表面的总表面积。也就是说，由于整流罩可能相对薄，并且密封表面主要为密封而设置，所以为整流罩设置的密封表面可能小。然而，为了提供整流罩与密封表面的适当粘附，密封表面可大于结合表面。
整流罩与壳体部分的结合和密封可通过相同的粘合剂实现。由于不需要提供不同的材料并区分它们，这进一步允许在现场特别简单地安装转子叶片。
而且，第一转子叶片段可为内侧叶片段，并且第二转子叶片段可为外侧叶片部段。这样的转子叶片设计也可称为两段分体式叶片设计，从而意味着转子叶片由两段构成，由此一段为内侧并且另一段为外侧。内侧叶片段包括轮毂，并且外侧叶片段包括转子叶片的末梢。
此外，整流罩可由至少两个整流罩板(fairing plate)制成，特别是由至少四个或至少五个整流罩板制成。每个整流罩板可具有围绕接头的纵向延伸部。这些整流罩板可具有圆形形状，以便适应转子叶片的壳体的形状。这些整流罩板可沿转子叶片的周界或围绕接头布置成一排。沿所述排，整流罩板可例如借助于粘合剂相应地连接到彼此。设置多个整流罩板使得在整流罩的位置处容易接近转子叶片内部的空间。代替移除整个整流罩，可仅移除整流罩的一个整流罩板。由此便利的接近可用于检查目的，例如检查接头。此外，当整流罩受损时，只需移除具有损伤的一个或多个整流罩板，而不是整个整流罩。
特别地，这些整流罩板可借助于粘合剂抵靠彼此密封。所述粘合剂可与用于将整流罩附接到壳体部分的粘合剂具有相同的类型或为相同的粘合剂。所述密封防止水和碎屑进入到转子叶片内部的空间中。
此外，所述至少两个整流罩板中的至少一个整流罩板可借助于粘合剂来结合到所述至少两个整流罩板中的至少另一个整流罩板并且结合到其结合表面。所述粘合剂可与用于将整流罩附接到壳体部分的粘合剂具有相同的类型或为相同的粘合剂。整流罩板的结合表面可以是转子叶片内部的内表面，即结合表面不在外侧上并且不可见，而是仅设置用于在整流罩板之间创建结合。由此，整流罩板的结合表面可在它借助于粘合剂结合到的另一个整流罩板下方延伸。由此，可提供特别稳固的整流罩。
此外，与所述至少两个整流罩板中的至少一个其他整流罩板相比，所述至少两个整流罩板中的一个整流罩板也可借助于较弱的粘合剂来附接到所述第一壳体部分和所述第二壳体部分。这使得在用较弱的粘合剂附接到壳体部分的整流罩的位置处特别容易接近转子叶片内部的空间，以用于检查目的，因为较弱的粘合剂可更容易地被移除。
此外，至少四个整流罩板中的前缘整流罩板可位于所述转子叶片的前缘处，所述至少四个整流罩板中的后缘整流罩板可位于所述转子叶片的后缘处，所述至少四个整流罩板中的吸力侧整流罩板可位于所述转子叶片的吸力侧处，并且所述至少四个整流罩板中的压力侧整流罩板可位于所述转子叶片的压力侧处。还可存在另外的整流罩板，例如吸力侧处的两个整流罩板。在前缘、后缘、吸力侧和压力侧中的每一个处设置整流罩板的设计提供了对于检查而言最相关的一侧对转子叶片的内部的特别好的接近。此外，已发现这样的设计提供了整流罩的非常好的空气动力学特性和整体稳定性。
所述后缘整流罩板可具有尖锐的几何形状。它还可包括处于后缘整流罩板的相对侧之间的后缘加强部分。例如，该后缘加强部分可由任何合适的材料制成，以加强后缘整流罩板，诸如木材或轻木。该后缘加强部分可呈楔子的形式。该后缘加强部分可借助于粘合剂来附接到后缘整流罩板，特别是与用于将整流罩附接到壳体部分的粘合剂相同的粘合剂。
根据本发明的第二方面，所述目的借助于具有至少一个根据本发明的第一方面的转子叶片的风力涡轮机来解决。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节从下面的描述中展现，在下面的描述中，通过参考附图图1至图5，详细地描述了本发明的实施例。由此，来自权利要求的特征以及说明书中提到的特征对于本发明而言可能是单独采用或按任意组合采用所必需的。在附图中，示意性地示出了：
图1：风力涡轮机的侧视图，
图2：图1的转子叶片的组件的一部分的侧向透视图，
图3：在整流罩的位置处图2的组装的转子叶片的壳体的剖切图，
图4：包括整流罩的图2的转子叶片的组件的一部分的侧向透视图，以及
图5：图2的组装的转子叶片的一部分的侧向透视图。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机1的侧视图。风力涡轮机1包括支撑塔架2和机舱3，由此机舱3被附接到支撑塔架2。风力涡轮机1还包括附接到风力涡轮机1的转子5的发电机4。
两个可替代地称为风力涡轮机叶片的转子叶片10被附接到转子5。然而，例如，转子叶片10的数量可替代地多于两个，例如为三个。
转子叶片10中的每一个具有第一转子叶片段11和第二转子叶片段12。第一转子叶片段11为内侧叶片段，而第二叶片段12为外侧叶片段。这两个转子叶片段11、12在将它们安装在风力涡轮机1中时在现场被联接。如图2中所示的接头19可用于将转子叶片段11、12彼此联接。在将转子叶片段11、12彼此联接之后，整流罩20可被设置在转子叶片10的壳体的周界处，以覆盖该接头19，并且封闭在组装期间为了建立该接头而设置的转子叶片段11、12和它们的壳体部分之间的间隙。
图2示出了风力涡轮机1的转子叶片10中的一个的组件的一部分的侧向透视图。转子叶片段11、12在这里仅部分地被示出。第一转子叶片段11具有第一壳体部分13，并且第二转子叶片段12具有第二壳体部分14。第一转子叶片段11还具有第一翼梁部段15，并且第二转子叶片段12具有第二翼梁部段16。这些翼梁部段15、16必须彼此联接，使得转子叶片段11、12成为结构上整体性的转子叶片10。
为此目的，在该转子叶片10中，接头19由多个螺栓17和对应的插入件18形成。然而，作为栓接的替代或除栓接之外，接头19可通过结合(bonding)形成。为了在接头19处提供用于将翼梁部段15、16彼此联接的工作空间，壳体部分13、14没有完全地在整个接头19上延伸。替代的是，在建立接头19之后，在壳体部分13、14之间存在间隙。该间隙必须被封闭，以避免转子叶片10的空气动力扰动。
为此目的，如根据图2的转子叶片10的组件中所示设置整流罩20。该整流罩20封闭壳体部分13、14之间的间隙。由此，整流罩20围绕在结构上连接翼梁部段15、16的接头19延伸。
在该特定实施例中，整流罩20包括五个整流罩板21、22、23、24、25。然而，整流罩板21、22、23、24、25的数量可替代地更少或更多。这些整流罩板21、22、23、24、25由以下各项构成：位于转子叶片10的前缘处的前缘整流罩板21；位于转子叶片10的后缘处的后缘整流罩板22；位于转子叶片10的吸力侧处的吸力侧整流罩板24；位于转子叶片10的压力侧处的压力侧整流罩板25；以及位于转子叶片10的后缘附近和吸力侧上的吸力侧-后缘整流罩板23。
通过根据需要简单地移除整流罩板21、22、23、24、25中的一个或多个，可以容易地接近接头19。此外，还可以容易地更换损坏的整流罩板21、22、23、24、25。
整流罩板21、22、23、24、25中的每一个借助于粘合剂40来附接到两个壳体部分13、14，如图3中所示。图3示出了在整流罩20的位置处的图2的组装的转子叶片10的壳体的剖切图。该壳体由两个壳体部分13、14和整流罩20形成。同样，壳体部分13、14在该图中仅部分地被示出。
从图3能够看到，两个壳体部分13、14都具有面向彼此的凸缘部分30。该凸缘部分30从壳体部分13、14的外表面起具有台阶。该台阶形成到接头19的方向或转子叶片10的内部中。这些凸缘部分30中的每一个具有结合表面31和密封表面32。结合表面31垂直于密封表面32。在已建立接头19之后，整流罩20被插入壳体部分13、14的凸缘部分30之间。
在图3中，切口在吸力侧整流罩板24的位置处穿过壳体部分13、14。然而，整流罩板21、22、23、24、25中的每一个都附接到壳体部分13、14，如图3中所示。也就是说，粘合剂40被设置为结合表面31处的结合部分41和密封表面32处的密封部分42，以提供整流罩板21、22、23、24、25与壳体部分13、14的低刚度结合，并且提供整流罩板21、22、23、24、25与壳体部分13、14之间的适当密封。本文中使用的粘合剂40为弹性体粘合剂，并且配置成在环境温度下固化。结合部分41和密封部分42可具有突起，以确保用于附接的粘合剂40的固定厚度。
图4示出了包括整流罩20及其整流罩板23和22的图2的转子叶片10的组件的一部分的侧向透视图。如从这个视角可特别好地看到的，后缘整流罩板22具有转子叶片10的尖锐后缘。在该整流罩板22的两个相对侧之间，插入呈楔形的后缘加强部分26，以稳定整流罩20的后缘。
此外，后缘整流罩板22具有朝向相邻的整流罩板23延伸的结合表面33。实际上，该结合表面33借助于粘合剂40结合到整流罩板23的下侧，由此整流罩板22被粘附到整流罩板23。
图5示出了图2的组装的转子叶片10的一部分的侧向透视图。整流罩20被附接到转子叶片段11、12的两个壳体部分13、14。显示了粘合剂40的密封部分42，该密封部分42提供整流罩20与壳体部分13、14的适当密封，并且进一步提供整流罩板21、22、23、24、25彼此的适当密封。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机(1)的转子叶片(10)，所述转子叶片(10)包括：具有第一壳体部分(13)的第一转子叶片段(11)；具有第二壳体部分(14)的第二转子叶片段(12)；以及在所述第一壳体部分(13)和所述第二壳体部分(14)之间将所述第一转子叶片段(11)与所述第二转子叶片段(12)连接的接头(19)，其中，所述转子叶片(10)还包括整流罩(20)，所述整流罩(20)覆盖所述接头(19)，并且借助于粘合剂(40)来附接到所述第一壳体部分(13)和所述第二壳体部分(14)。
2.根据权利要求1所述的转子叶片(10)，其中，所述粘合剂(40)为弹性体粘合剂。
3.根据权利要求1或2所述的转子叶片(10)，其中，所述粘合剂(40)为基于橡胶的粘合剂，特别是硅基粘合剂。
4.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片(10)，其中，所述粘合剂(40)被配置成在环境温度下固化。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片(10)，其中，所述第一壳体部分(13)和所述第二壳体部分(14)包括处于其面对端处的凸缘部分(30)，其中，所述整流罩(20)被附接到所述凸缘部分(30)。
6.根据权利要求5所述的转子叶片(10)，其中，所述整流罩(20)借助于所述粘合剂(40)的结合部分(41)来结合到所述凸缘部分(30)的结合表面(31)。
7.根据权利要求5或6所述的转子叶片(10)，其中，所述整流罩(20)借助于所述粘合剂(40)的密封部分(42)来抵靠所述凸缘部分(30)的密封表面(32)密封。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片(10)，其中，所述第一转子叶片段(11)为内侧叶片段，并且所述第二转子叶片段(12)为外侧叶片部段。
9.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片(10)，其中，所述整流罩(20)由至少两个整流罩板(21、22、23、24、25)制成，特别是由至少四个或至少五个整流罩板(21、22、23、24、25)制成。
10.根据权利要求9所述的转子叶片(10)，其中，所述整流罩板(21、22、23、24、25)借助于粘合剂来抵靠彼此密封。
11.根据权利要求9或10所述的转子叶片(10)，其中，所述至少两个整流罩板(21、22、23、24、25)中的至少一个整流罩板(21、22、23、24、25)借助于粘合剂来结合到所述至少两个整流罩板(21、22、23、24、25)中的至少另一个整流罩板(21、22、23、24、25)并且结合到其结合表面(33)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的转子叶片(10)，其中，与所述至少两个整流罩板(21、22、23、24、25)中的至少一个其他整流罩板(21、22、23、24、25)相比，所述至少两个整流罩板(21、22、23、24、25)中的一个整流罩板(21、22、23、24、25)借助于较弱的粘合剂(40)来附接到所述第一壳体部分(13)和所述第二壳体部分(14)。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的转子叶片(10)，其中，至少四个整流罩板(21、22、23、24、25)中的前缘整流罩板(21)位于所述转子叶片(10)的前缘处，所述至少四个整流罩板(21、22、23、24、25)中的后缘整流罩板(22)位于所述转子叶片(10)的后缘处，所述至少四个整流罩板(21、22、23、24、25)中的吸力侧整流罩板(24)位于所述转子叶片(10)的吸力侧处，并且所述至少四个整流罩板(21、22、23、24、25)中的压力侧整流罩板(25)位于所述转子叶片(10)的压力侧处。
14.根据权利要求13所述的转子叶片(10)，其中，所述后缘整流罩板(22)具有尖锐的几何形状，并且包括处于所述后缘整流罩板(22)的相对侧之间的后缘加强部分(26)。
15.风力涡轮机(1)，其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(10)。
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