本公開大體涉及風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片，并且更特別地，涉及用于模塊化風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的平背結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

背景技術(shù)：

風(fēng)力被認(rèn)為是目前可獲得的最清潔、對環(huán)境最友好的能源之一，而且風(fēng)力渦輪在這方面受到越多越多的關(guān)注。現(xiàn)代風(fēng)力渦輪典型地包括塔架、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有可旋轉(zhuǎn)輪轂，可旋轉(zhuǎn)輪轂具有一個或多個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片使用已知的翼型件原理來捕捉風(fēng)的動能。轉(zhuǎn)子葉片以旋轉(zhuǎn)能的形式傳遞動能，以便使得軸轉(zhuǎn)動，軸將轉(zhuǎn)子葉片聯(lián)接到齒輪箱上，或者如果不使用齒輪箱的話，則直接聯(lián)接到發(fā)電機(jī)。然后發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，可將電能部署到電網(wǎng)。

轉(zhuǎn)子葉片大體包括吸力側(cè)殼和壓力側(cè)殼，典型地使用模制過程來形成它們，它們在沿著葉片的前緣和后緣的粘結(jié)線處粘結(jié)在一起。另外，壓力殼和吸力殼的重量較輕，并且具有未構(gòu)造成經(jīng)受住在運(yùn)行期間對轉(zhuǎn)子葉片施加的撓矩和其它負(fù)載的結(jié)構(gòu)屬性(例如，硬度、抗翹曲性和強(qiáng)度)。因而，為了提高轉(zhuǎn)子葉片的硬度、抗翹曲性和強(qiáng)度，典型地使用接合殼半部的內(nèi)壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面的一個或多個結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如相對的翼梁帽，它們之間構(gòu)造有抗剪腹板)來加強(qiáng)本體殼。翼梁帽可由各種材料構(gòu)建而成，包括(但不限于)玻璃纖維層壓復(fù)合物和/或碳纖維層壓復(fù)合物。

但是，這樣的轉(zhuǎn)子葉片不是沒有問題。例如，大體通過沿著粘結(jié)線應(yīng)用適當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)漿或化合物來形成典型的轉(zhuǎn)子葉片的粘結(jié)線，在殼部件之間有最小設(shè)計粘結(jié)寬度。這些粘結(jié)線是葉片的關(guān)鍵設(shè)計約束，因?yàn)榇罅繙u輪葉片領(lǐng)域的故障都出現(xiàn)在粘結(jié)線處。沿著正在運(yùn)行的渦輪葉片的前緣和/或后緣的粘結(jié)線的分離可導(dǎo)致毀滅性的故障，而且可損傷風(fēng)力渦輪。

另外，用來制造轉(zhuǎn)子葉片和/或其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法可能難以控制、易于有缺陷，以及/或者由于對干纖維的處理和浸漬大型層壓結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)，所以這樣的方法是勞動高度密集型的。此外，由于轉(zhuǎn)子葉片大小繼續(xù)增大，傳統(tǒng)制造方法的復(fù)雜性繼續(xù)提高，因?yàn)榈湫偷厥褂帽仨氉銐虼螅匀菁{轉(zhuǎn)子葉片的整個長度的相對的模子半部來制造葉片半部。因而，連結(jié)大型葉片半部可為勞動高度密集型的，而且更易于有缺陷。

一種降低與預(yù)成形、運(yùn)輸和架設(shè)具有大小增大的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性和成本的已知策略是將轉(zhuǎn)子葉片制造成葉片節(jié)段。然后可在例如單獨(dú)的葉片節(jié)段運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場之后組裝葉片節(jié)段，以形成轉(zhuǎn)子葉片。但是，用于將葉片節(jié)段連接在一起的已知接頭設(shè)計典型地具有各種各樣的缺點(diǎn)。例如，許多已知接頭設(shè)計無法使葉片節(jié)段充分對齊。因而，為了組裝轉(zhuǎn)子葉片，大量時間都浪費(fèi)在對齊葉片節(jié)段上。另外，許多已知接頭設(shè)計包括各種復(fù)雜的互連構(gòu)件(例如嵌接(scarf)接頭)，從而增加組裝葉片節(jié)段所需的時間量。另外，分段式葉片典型地比使用傳統(tǒng)方法制造而成的葉片更重，因?yàn)橛蓄~外的接頭和/或相關(guān)部件。另外，仍然使用在前緣和后緣處粘結(jié)在一起的葉片半部來制造各個節(jié)段，如已經(jīng)提及的那樣，這是關(guān)鍵的設(shè)計約束。

因而，本領(lǐng)域正在不斷尋找可解決前面提到的問題的新穎且有改進(jìn)的轉(zhuǎn)子葉片和有關(guān)方法。因此，本公開涉及通過平背結(jié)構(gòu)構(gòu)件組裝而成的改進(jìn)的模塊化風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)，或者根據(jù)該描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)可為顯而易見的，或者可通過實(shí)踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點(diǎn)。

一方面，本公開涉及一種用于風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片包括：預(yù)成形葉片根部區(qū)段，其具有沿大體翼展方向延伸的一個或多個翼梁帽；預(yù)成形葉片末梢區(qū)段；預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其固定到葉片根部區(qū)段上，并且沿翼展方向延伸；以及多個葉片節(jié)段。另外，葉片節(jié)段布置在葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段之間。因而，預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件可為構(gòu)造成對模塊化轉(zhuǎn)子葉片提供結(jié)構(gòu)支承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。另外，預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件可為形成翼型件的平背橫截面形狀外部結(jié)構(gòu)。

在一個實(shí)施例中，預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件可固定到葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。更特別地，在某些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可進(jìn)一步包括根部部分和本體部分。因而，在特定實(shí)施例中，根部部分例如可通過嵌接接頭固定到葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。在另一個實(shí)施例中，葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可具有隨著葉片根部區(qū)段的橫截面形狀改變的橫截面。在某些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可構(gòu)造在與轉(zhuǎn)子葉片的后緣相隔50%的弦之內(nèi)的位置處。

在額外的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可由一個或多個拉擠成型部件構(gòu)建而成。因而，在某些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可具有從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的根部到末梢的恒定橫截面。在備選實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可具有沿著其長度改變的橫截面。例如，在特定實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的橫截面可包括平背部分，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端可各自包括垂直地從其延伸的凸緣。因而，凸緣提供用于本文描述的葉片節(jié)段的安裝表面。在又一個實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可由任何適當(dāng)?shù)牟牧蠘?gòu)建而成，包括(但不限于)熱固性聚合物、熱塑性聚合物等。

在額外的實(shí)施例中，本文描述的葉片節(jié)段可包括前緣節(jié)段或后緣節(jié)段、壓力側(cè)節(jié)段或吸力側(cè)節(jié)段、無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段、單接頭的葉片節(jié)段、前壓力側(cè)節(jié)段、前吸力側(cè)節(jié)段、后壓力側(cè)節(jié)段、后吸力側(cè)節(jié)段，或者類似物或者它們的任何組合。

在又一個實(shí)施例中，葉片根部區(qū)段和/或葉片末梢區(qū)段可包括從其延伸的一個或多個翼梁帽。因而，在某些實(shí)施例中，葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段可通過它們的相應(yīng)的翼梁帽連結(jié)在一起。

另一方面，本公開涉及一種用于組裝風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件。預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括：根部部分，其構(gòu)造成安裝到轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段上；以及本體部分，其構(gòu)造成沿大體翼展方向延伸。另外，本體部分限定具有平背部分的橫截面，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端各自具有垂直地從其延伸的凸緣。因而，各個凸緣限定用于一個或多個葉片節(jié)段的安裝表面。

又一方面，本公開涉及一種用于組裝風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的方法。該方法包括提供用于轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)成形葉片根部區(qū)段和預(yù)成形葉片末梢區(qū)段。另一個步驟包括使轉(zhuǎn)子葉片的連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)成形。該方法還包括提供轉(zhuǎn)子葉片的一個或多個預(yù)成形葉片節(jié)段。另一個步驟包括將結(jié)構(gòu)構(gòu)件固定到葉片根部區(qū)段上，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件沿大體翼展方向延伸。因而，方法還包括在葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段之間將一個或多個葉片節(jié)段安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。

在一個實(shí)施例中，葉片節(jié)段可包括至少一個前緣節(jié)段和至少一個后緣節(jié)段。在這樣的實(shí)施例中，方法還可包括沿大體翼展方向在葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段之間將一個或多個后緣節(jié)段安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，以及在壓力側(cè)接縫和吸力側(cè)接縫處將一個或多個前緣節(jié)段固定到安裝好的后緣節(jié)段上，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件在一個或多個前緣和后緣節(jié)段內(nèi)。在備選實(shí)施例中，方法可包括沿大體翼展方向在葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段之間將一個或多個葉片節(jié)段安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件在一個或多個葉片節(jié)段的外部。本文描述的葉片節(jié)段還可包括壓力側(cè)節(jié)段或吸力側(cè)節(jié)段、無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段、單接頭的葉片節(jié)段、前壓力側(cè)節(jié)段、前吸力側(cè)節(jié)段、后壓力側(cè)節(jié)段、后吸力側(cè)節(jié)段，或者類似物或者它們的任何組合。

在另一個實(shí)施例中，方法還可包括將預(yù)成形的連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件固定到葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。另外，在特定實(shí)施例中，方法可進(jìn)一步包括例如通過嵌接接頭將預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件的根部部分固定到葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。在特定實(shí)施例中，方法還可包括使葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)成形，以便具有隨著葉片根部區(qū)段的橫截面形狀改變的橫截面。

在額外的實(shí)施例中，使結(jié)構(gòu)構(gòu)件預(yù)成形的步驟可包括利用下者中的至少一個：拉擠成型、真空浸漬、樹脂傳遞模塑(RTM)、輕樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助式樹脂傳遞模塑(VARTM)、成形過程(例如熱成形)等。例如，在某些實(shí)施例中，拉擠成型結(jié)構(gòu)構(gòu)件可具有沿著其長度(例如從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的根部到末梢)改變的橫截面。備選地，橫截面沿著其長度可為恒定的。更特別地，橫截面可包括平背部分，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端可各自包括垂直地從其延伸的凸緣。因而，凸緣構(gòu)造成提供用于各種葉片構(gòu)件(例如葉片節(jié)段)的安裝表面。因此，在某些實(shí)施例中，方法還可包括將一個或多個葉片節(jié)段安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的凸緣上。

仍然在另外的實(shí)施例中，方法還可包括共同浸漬葉片根部區(qū)段或葉片末梢區(qū)段中的至少一個與一個或多個翼梁帽。在這種實(shí)施例中，方法可進(jìn)一步包括通過葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段的相應(yīng)的翼梁帽來連結(jié)它們。

技術(shù)方案1. 一種用于風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，所述轉(zhuǎn)子葉片(16)包括：

預(yù)成形葉片根部區(qū)段(20)，其包括沿大體翼展方向延伸的一個或多個翼梁帽(48，50)；

預(yù)成形葉片末梢區(qū)段(22)；

連續(xù)的預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)，其固定到所述葉片根部區(qū)段(20)上，并且沿所述大體翼展方向延伸；以及，

布置在所述葉片根部區(qū)段(20)和所述葉片末梢區(qū)段(22)之間的一個或多個葉片節(jié)段，其中，所述一個或多個葉片節(jié)段安裝到所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)上。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)進(jìn)一步包括根部部分(60)和本體部分(62)，其中，所述根部部分(60)固定到所述葉片根部區(qū)段(20)上，并且所述本體部分(62)沿所述大體翼展方向延伸。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)的所述根部部分(60)通過接頭固定到所述葉片根部區(qū)段(20)的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件(58)上，其中，所述葉片根部區(qū)段(20)的所述對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件(58)包括隨著所述葉片根部區(qū)段(20)的橫截面形狀改變的橫截面。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)構(gòu)造在與所述轉(zhuǎn)子葉片(16)的后緣(42)相隔50%的弦之內(nèi)的位置處。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)由一個或多個拉擠成型部件構(gòu)建而成。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)包括沿著其長度的恒定橫截面。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)包括沿著其長度改變的橫截面。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)的橫截面包括平背部分(64)，所述平背部分具有第一端(66)和第二端(68)，其中，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地從其延伸的凸緣(70，72)，以及其中，所述凸緣(70，72)限定用于所述一個或多個葉片節(jié)段的安裝表面。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述葉片末梢區(qū)段(22)包括一個或多個翼梁帽(51，53)，其中，所述葉片根部區(qū)段(20)和所述葉片末梢區(qū)段(22)通過它們的相應(yīng)的翼梁帽(48，50，51，53)連結(jié)在一起。

技術(shù)方案10. 一種在組裝模塊化風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(16)時使用的連續(xù)的預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)，所述模塊化風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片(16)具有一個或多個葉片節(jié)段，所述預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)包括：

根部部分(60)，其構(gòu)造成用于將所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)安裝到所述轉(zhuǎn)子葉片(16)的葉片根部區(qū)段(20)上；以及，

構(gòu)造成沿大體翼展方向延伸的本體部分(62)，所述本體部分(62)限定沿著其長度的橫截面，所述橫截面包括平背部分(64)，所述平背部分具有第一端(66)和第二端(68)，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地從其延伸的凸緣(70，72)，其中，各個凸緣(70，72)限定用于一個或多個葉片節(jié)段的安裝表面。

技術(shù)方案11. 一種用于組裝風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)的方法，所述方法包括：

提供所述轉(zhuǎn)子葉片(16)的預(yù)成形葉片根部區(qū)段(20)和預(yù)成形葉片末梢區(qū)段(22)；

使所述轉(zhuǎn)子葉片(16)的連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)預(yù)成形；

提供所述轉(zhuǎn)子葉片(16)的一個或多個預(yù)成形葉片節(jié)段；

將所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)固定到所述葉片根部區(qū)段(20)上，使得所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)沿大體翼展方向延伸；以及，

在所述葉片根部區(qū)段(20)和所述葉片末梢區(qū)段(22)之間將所述一個或多個葉片節(jié)段安裝到所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)上。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括：

沿大體翼展方向在所述葉片根部區(qū)段(20)和所述葉片末梢區(qū)段(22)之間將一個或多個后緣節(jié)段(26)安裝到所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)上，以及

在壓力側(cè)接縫和吸力側(cè)接縫處將一個或多個前緣節(jié)段(24)固定到安裝好的一個或多個后緣節(jié)段(26)上，使得所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)在所述一個或多個前緣和后緣節(jié)段(24，26)內(nèi)。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括沿大體翼展方向在所述葉片根部區(qū)段(20)和所述葉片末梢區(qū)段(22)之間將一個或多個葉片節(jié)段安裝到所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)上，使得所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)在所述一個或多個葉片節(jié)段的外部。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括通過下者中的至少一個使所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)預(yù)成形：拉擠成型、真空浸漬、樹脂傳遞模塑(RTM)、輕樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助式樹脂傳遞模塑(VARTM)或成形過程。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的方法，其特征在于，所述預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)包括具有平背部分(64)的橫截面，所述平背部分(64)具有第一端(66)和第二端(68)，其中，所述第一端和所述第二端(68)各自包括垂直地從其延伸的凸緣(70，72)，以及其中，所述凸緣(70，72)限定用于所述一個或多個葉片節(jié)段的安裝表面，其中，所述方法進(jìn)一步包括將所述一個或多個葉片節(jié)段安裝到所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)的所述凸緣(70，72)上。

參照以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解。附圖結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成其一部分，附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并且與描述共同用來闡明本發(fā)明的原理。

附圖說明

在說明書中對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員闡述本發(fā)明的全面和能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中：

圖1示出根據(jù)本公開的風(fēng)力渦輪的一個實(shí)施例的透視圖；

圖2示出根據(jù)本公開的風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的一個實(shí)施例的透視圖；

圖3示出圖2的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的分解圖；

圖4示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的前緣節(jié)段的一個實(shí)施例的橫截面圖；

圖5示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的后緣節(jié)段的一個實(shí)施例的橫截面圖；

圖6示出圖2的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的沿著線6-6的橫截面圖；

圖7示出圖2的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的沿著線7-7的橫截面圖；

圖8示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實(shí)施例的橫截面圖，其特別地示出交迭的壓力側(cè)接縫和吸力側(cè)接縫；

圖9示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實(shí)施例的橫截面圖，其特別地示出無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段；

圖10示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實(shí)施例的橫截面圖，其特別地示出單接頭的葉片節(jié)段；

圖11示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實(shí)施例的橫截面圖，其特別地示出通過多個接頭連結(jié)在一起的多個葉片節(jié)段；

圖12示出模塊化轉(zhuǎn)子葉片的一個實(shí)施例的側(cè)視圖，其特別地示出根據(jù)本公開針對轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；

圖13示出模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實(shí)施例的側(cè)視圖，其特別地示出根據(jù)本公開針對轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段構(gòu)造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；

圖14示出模塊化轉(zhuǎn)子葉片的一個實(shí)施例的端視圖，其特別地示出根據(jù)本公開針對轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)造的結(jié)構(gòu)構(gòu)件；

圖15示出圖14的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的沿著線15-15的橫截面圖；

圖16示出圖10的實(shí)施例的詳細(xì)端視圖；

圖17示出圖10的實(shí)施例的詳細(xì)側(cè)視圖；

圖18示出從圖10的實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的后緣看的詳細(xì)側(cè)視圖；以及

圖19示出根據(jù)本公開的用于組裝風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的方法的流程圖。

部件列表

10風(fēng)力渦輪

12塔架

14機(jī)艙

16轉(zhuǎn)子葉片

18轉(zhuǎn)子

20葉片根部區(qū)段

22葉片末梢區(qū)段

23翼展

24前緣節(jié)段

25弦

26后緣節(jié)段

27縱向軸線

28前壓力側(cè)表面

30前吸力側(cè)表面

31壓力側(cè)表面

32后壓力側(cè)表面

33吸力側(cè)表面

34后吸力側(cè)表面

35抗剪腹板

36壓力側(cè)接縫

38吸力側(cè)接縫

40前緣

42后緣

44壓力側(cè)節(jié)段

46吸力側(cè)節(jié)段

48壓力側(cè)根部翼梁帽

50吸力側(cè)根部翼梁帽

51壓力側(cè)末梢翼梁帽

52結(jié)構(gòu)構(gòu)件

53吸力側(cè)末梢翼梁帽

54接縫

56粘合劑

58對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件

60根部部分

62本體部分

63根部

64平背部分

65末梢

66第一端

68第二端

70凸緣

72凸緣

100方法

102方法步驟

104方法步驟

106方法步驟

108方法步驟

110方法步驟。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的實(shí)施例，在圖中示出實(shí)施例的一個或多個示例。以闡明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式提供各個示例。實(shí)際上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的將是，可在本發(fā)明的中作出各種修改和變型，而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如，被示為或描述成一個實(shí)施例的一部分的特征可用于另一個實(shí)施例，以產(chǎn)生另外的實(shí)施例。因而，意于的是本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求和它們的等效物的范圍內(nèi)的這樣的修改和變型。

大體上，本公開涉及一種預(yù)成形的連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其用于組裝風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片。預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括：根部部分，其安裝到轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段上；以及本體部分，其構(gòu)造成沿大體翼展方向延伸。另外，本體部分限定具有平背部分的橫截面，平背部分具有第一端和第二端。另外，第一端和第二端各自具有垂直地從其延伸的凸緣，以便限定用于一個或多個模塊化葉片節(jié)段的安裝表面，模塊化葉片節(jié)段形成轉(zhuǎn)子葉片的外蓋。

因而，本公開提供許多現(xiàn)有技術(shù)中不存在的優(yōu)點(diǎn)。例如，本公開的連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件提供用于葉片節(jié)段的安裝表面，從而消除對節(jié)段之間的復(fù)雜嵌接接頭的需要。另外，平背部分上的凸緣改進(jìn)葉片節(jié)段中的抗翹曲性。因而，本公開提供改進(jìn)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其可增加供應(yīng)鏈選擇、減少制造周期時間，以及/或者降低運(yùn)輸成本。因而，本公開的轉(zhuǎn)子葉片和方法對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片提供經(jīng)濟(jì)的備選方式。另外，本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的重量減輕。

現(xiàn)在參照附圖，圖1示出根據(jù)本公開的風(fēng)力渦輪10的一個實(shí)施例。如所顯示的那樣，風(fēng)力渦輪10包括塔架12，機(jī)艙14安裝在塔架12上。多個轉(zhuǎn)子葉片16安裝到轉(zhuǎn)子輪轂18上，轉(zhuǎn)子輪轂18又連接到主凸緣上，主凸緣使主轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動。風(fēng)力渦輪功率產(chǎn)生和控制構(gòu)件容納在機(jī)艙14內(nèi)。提供圖1的視圖僅僅是為了說明，以將本發(fā)明放在示例性使用領(lǐng)域中。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于任何特定類型的風(fēng)力渦輪構(gòu)造。另外，本發(fā)明不局限于用于風(fēng)力渦輪，而是可在具有轉(zhuǎn)子葉片的任何應(yīng)用中使用。

現(xiàn)在參照圖2和3，示出了根據(jù)本公開制造而成的模塊化轉(zhuǎn)子葉片16的各種視圖。如所顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16包括模塊化構(gòu)造，其具有預(yù)成形葉片根部區(qū)段20、設(shè)置成與葉片根部區(qū)段20相對的預(yù)成形葉片末梢區(qū)段22，以及布置在它們之間的多個葉片節(jié)段。葉片根部區(qū)段20構(gòu)造成安裝到或以別的方式固定到轉(zhuǎn)子18上(圖1)。另外，如圖2中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16限定翼展23，翼展23等于葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間的總長度。另外，如圖2和6中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16限定弦25，弦25等于轉(zhuǎn)子葉片16的前緣40和轉(zhuǎn)子葉片16的后緣42之間的總長度。如大體理解的那樣，隨著轉(zhuǎn)子葉片16從葉片根部區(qū)段20延伸到葉片末梢區(qū)段22，弦25的長度可大體相對于翼展23改變。

另外，如示出的實(shí)施例中顯示的那樣，葉片節(jié)段大體用作轉(zhuǎn)子葉片16的外殼/外蓋，并且可限定基本空氣動力學(xué)輪廓，諸如通過限定對稱或弧形翼型件形橫截面。另外，如所顯示的那樣，葉片節(jié)段可包括多個前緣節(jié)段24和多個后緣節(jié)段26，它們沿著縱向軸線27沿大體翼展方向大體布置在葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間。在額外的實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)理解，葉片16的葉片節(jié)段部分可包括本文描述的節(jié)段的任何組合，并且不限于所描繪的實(shí)施例。

現(xiàn)在參照圖4，各個前緣節(jié)段24都具有前壓力側(cè)表面28和前吸力側(cè)表面30。類似地，如圖5中顯示的那樣，各個后緣節(jié)段26具有后壓力側(cè)表面32和后吸力側(cè)表面34。另外，如圖6中特別地顯示的那樣，前緣節(jié)段26和后緣節(jié)段26可在壓力側(cè)接縫36和吸力側(cè)接縫38處連結(jié)。因而，前緣節(jié)段24的前壓力側(cè)表面28和后緣節(jié)段26的后壓力側(cè)表面32大體限定轉(zhuǎn)子葉片16的壓力側(cè)表面。類似地，前緣節(jié)段24的前吸力側(cè)表面30和后緣節(jié)段26的后吸力側(cè)表面34大體限定轉(zhuǎn)子葉片16的吸力側(cè)表面。

在另外的實(shí)施例中，如圖8中顯示的那樣，前緣節(jié)段24和后緣節(jié)段26可構(gòu)造成在壓力側(cè)接縫36和/或吸力側(cè)接縫38處交迭。另外，如圖2中顯示的那樣，相鄰的前緣節(jié)段24以及相鄰的后緣節(jié)段26可構(gòu)造成在接縫54處交迭。更特別地，在某些實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片16的各種節(jié)段例如可通過構(gòu)造在交迭的前緣節(jié)段24和后緣節(jié)段26和/或交迭的相鄰的前緣節(jié)段24或后緣節(jié)段26之間的粘合劑56來進(jìn)一步固定在一起。

另外，壓力側(cè)接縫26和/或吸力側(cè)接縫38可位于任何適當(dāng)?shù)南蚁蛭恢锰?。例如，如圖6和8中顯示的那樣，接縫36、38可定位成與轉(zhuǎn)子葉片16的前緣40相隔大約40%至大約60%的弦。更特別地，在某些實(shí)施例中，接縫36、38可定位成與前緣40相隔大約50%的弦。仍然在另外的實(shí)施例中，接縫36、38可定位成與轉(zhuǎn)子葉片16的前緣40相隔不到40%的弦或大于60%的弦。另外，在一些實(shí)施例中，接縫36、38可大體如圖中顯示的那樣對齊。備選地，接縫36、38可有所偏移。

在額外的實(shí)施例中，如圖2-3和7中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括至少一個壓力側(cè)節(jié)段44和/或至少一個吸力側(cè)節(jié)段46。例如，如圖7中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16可包括壓力側(cè)節(jié)段44布置成在前緣40和后緣42處與吸力側(cè)節(jié)段46連結(jié)。這樣的節(jié)段可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。

迄今，本文描述的節(jié)段在兩個接頭位置處連結(jié)。但是，在另外的實(shí)施例中，可使用不到兩個或超過兩個接頭位置。例如，如圖9中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段45。更特別地，如所顯示的那樣，無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段45不需要粘結(jié)多個節(jié)段。這樣的節(jié)段45可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。另外，如圖10中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括單接頭的葉片節(jié)段55。更特別地，如所顯示的那樣，葉片節(jié)段55可包括壓力側(cè)表面33、吸力側(cè)表面31和在后緣42處的單接頭57。因而，葉片節(jié)段55僅需要一個接頭而非多個接頭。這樣的節(jié)段55可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。此外，如圖11中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括多接頭的葉片節(jié)段59。更特別地，如所顯示的那樣，葉片節(jié)段59包括多個節(jié)段41、43、47、49，它們通過圍繞葉片節(jié)段59的橫截面間隔開的多個接頭61、63、65、67而連結(jié)在一起。更特別地，葉片節(jié)段41、43、47、49可包括前壓力側(cè)節(jié)段43、前吸力側(cè)節(jié)段41、后壓力側(cè)節(jié)段49和后吸力側(cè)節(jié)段47。這樣的節(jié)段可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。

現(xiàn)在參照圖2-3和6-7，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括一個或多個沿縱向延伸的翼梁帽，其構(gòu)造成提高轉(zhuǎn)子葉片16的硬度、抗翹曲性和/或強(qiáng)度。例如，葉片根部區(qū)段20可包括一個或多個沿縱向延伸的翼梁帽48、50，其構(gòu)造成接合在轉(zhuǎn)子葉片16的前緣節(jié)段24和后緣節(jié)段26的相對的內(nèi)表面上。類似地，葉片末梢區(qū)段22可包括一個或多個沿縱向延伸的翼梁帽51、53，其構(gòu)造成接合在轉(zhuǎn)子葉片16的前緣節(jié)段24和后緣節(jié)段26的相對的內(nèi)表面上。另外，葉片末梢區(qū)段20和/或葉片根部區(qū)段22還可包括一個或多個抗剪腹板35，其分別構(gòu)造在葉片根部區(qū)段20或葉片末梢區(qū)段22的一個或多個翼梁帽48、50、51、53之間。因而，抗剪腹板35構(gòu)造成提高葉片根部區(qū)段20和/或葉片末梢區(qū)段22的剛性，從而允許以較多的控制操縱區(qū)段20、22。

更特別地，在特定實(shí)施例中，葉片根部區(qū)段20和/或葉片末梢區(qū)段22可與一個或多個翼梁帽48、50、51、53一起預(yù)成形。另外，葉片根部翼梁帽48、50可構(gòu)造成與葉片末梢翼梁帽51、53對齊。因而，翼梁帽48、50、51、53可大體設(shè)計成在風(fēng)力渦輪10的運(yùn)行期間控制沿大體翼展方向(平行于轉(zhuǎn)子葉片16的翼展23的方向)對轉(zhuǎn)子葉片16起作用的彎曲應(yīng)力和/或其它負(fù)載。另外，翼梁帽48、50、51、53可設(shè)計成經(jīng)受住在風(fēng)力渦輪10的運(yùn)行期間發(fā)生的翼展方向的壓縮。另外，翼梁帽48、50、51、53可構(gòu)造成從葉片根部區(qū)段20延伸到葉片末梢區(qū)段22或其一部分。因而，在某些實(shí)施例中，葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22可通過它們的相應(yīng)的翼梁帽48、50、51、53而連結(jié)在一起。

在另外的實(shí)施例中，如圖2、3和12-18中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括固定到葉片根部區(qū)段20上的預(yù)成形的連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件52。因而，如所顯示的那樣，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52構(gòu)造成沿大體翼展方向延伸。更特別地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可在葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間延伸任何適當(dāng)?shù)木嚯x。因而，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52構(gòu)造成對轉(zhuǎn)子葉片16提供額外的結(jié)構(gòu)支承，以及對本文描述的各種葉片節(jié)段提供安裝結(jié)構(gòu)。例如，在某些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可固定到葉片根部區(qū)段20上，并且可延伸預(yù)定翼展方向距離，使得前緣節(jié)段24和/或后緣節(jié)段26可安裝到其上。

在某些實(shí)施例中，如圖12-14和17-19中顯示的那樣，預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可固定到葉片根部區(qū)段20的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件58上。更特別地，如圖17和18中特別地顯示的那樣，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可進(jìn)一步包括根部部分60和本體部分62。因而，在某些實(shí)施例中，根部部分60例如可通過嵌接接頭固定到葉片根部區(qū)段20的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件58上，如圖12和13中顯示的那樣。因而，在某些實(shí)施例中，如圖12中顯示的那樣，預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可為構(gòu)造成對模塊化轉(zhuǎn)子葉片16提供結(jié)構(gòu)支承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在額外的實(shí)施例中，如圖13中顯示的那樣，預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可為葉片根部區(qū)段20的外部結(jié)構(gòu)，其形成翼型件的平背橫截面形狀。

在額外的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可由一個或多個拉擠成型部件構(gòu)建而成。如本文所用，用語“拉擠成型部件”、“拉擠成型”等大體包含加強(qiáng)材料(例如纖維或織造繩或編織繩)，其浸漬有樹脂，并且被拉過固定模具，使得樹脂凝固或經(jīng)歷聚合反應(yīng)。因而，制造拉擠成型部件的過程典型的特征在于復(fù)合物材料的連續(xù)過程，其產(chǎn)生具有恒定橫截面的復(fù)合物部件。備選地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可由芯體材料和一個或多個表層(例如雙軸和單向玻璃纖維加強(qiáng)樹脂的組合)構(gòu)建而成。因而，在某些實(shí)施例中，可使用樹脂浸漬過程來構(gòu)建結(jié)構(gòu)構(gòu)件52。另外，應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可由任何適當(dāng)?shù)牟牧蠘?gòu)建而成。例如，在某些實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可由熱固性聚合物、熱塑性聚合物等構(gòu)建而成。

因此，應(yīng)當(dāng)理解，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可沿著其長度(例如從結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的根部63到末梢65)具有任何適當(dāng)?shù)臋M截面形狀(變化或恒定的)。例如，如圖15中顯示的那樣，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的橫截面可具有基本C形構(gòu)造。更特別地，如所顯示的那樣，橫截面可具有平背部分64，平背部分64具有第一端66和第二端68。另外，第一端66和第二端68可各自包括垂直地從其延伸的凸緣70、72。因而，凸緣70、72可構(gòu)造成用于本文描述的葉片節(jié)段的適當(dāng)?shù)陌惭b結(jié)構(gòu)。在額外的實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的橫截面可進(jìn)一步包括I形構(gòu)造。在另外的實(shí)施例中，如圖16-18中顯示的那樣，葉片根部區(qū)段20的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件58可具有隨著葉片根部區(qū)段20的橫截面形狀改變的橫截面。

可使用任何適當(dāng)?shù)氖侄螛?gòu)建本文描述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的凸緣70、72。例如，在某些實(shí)施例中，凸緣70、72可為拉擠成型的。在額外的實(shí)施例中，可使用干纖維浸漬、帶壓技術(shù)等構(gòu)建凸緣70、72。

現(xiàn)在參照圖19，示出了用于使用本文描述的結(jié)構(gòu)構(gòu)件52來組裝風(fēng)力渦輪10的模塊化轉(zhuǎn)子葉片16的方法100的流程圖。如102處顯示的那樣，方法100包括提供轉(zhuǎn)子葉片16的預(yù)成形葉片根部區(qū)段20和預(yù)成形葉片末梢區(qū)段22。如104處顯示的那樣，方法100包括使轉(zhuǎn)子葉片16的連續(xù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件52預(yù)成形。例如，在一個實(shí)施例中，方法100可包括通過下者中的至少一個來使結(jié)構(gòu)構(gòu)件52預(yù)成形：拉擠成型、真空浸漬、樹脂傳遞模塑(RTM)、輕樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助式樹脂傳遞模塑(VARTM)、成形過程(例如熱成形)等。

在某些實(shí)施例中，方法100還可包括使結(jié)構(gòu)構(gòu)件52預(yù)成形有一個或多個拉擠成型部件。另外，方法100可包括使結(jié)構(gòu)構(gòu)件52預(yù)成形，使得構(gòu)件具有預(yù)定橫截面。例如，如圖15中顯示的那樣，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的預(yù)定橫截面可包括平背部分64，平背部分64具有第一端66和第二端68，其中各端包括垂直地從其延伸的凸緣70、72。另外，如所顯示的那樣，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可構(gòu)造在與轉(zhuǎn)子葉片16的后緣相隔在50%的弦之內(nèi)的位置處。因而，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52定位成比前緣40更接近后緣42。

如106處顯示的那樣，方法100還可包括提供一個或多個預(yù)成形葉片節(jié)段。例如，在某些實(shí)施例中，可使用現(xiàn)在本領(lǐng)域中已知或今后開發(fā)出的材料和方法的任何組合來使葉片節(jié)段預(yù)成形。另外，應(yīng)當(dāng)理解，葉片節(jié)段可包括本文描述的形成翼型件的節(jié)段的任何適當(dāng)組合。例如，葉片節(jié)段可包括前緣節(jié)段24或后緣節(jié)段26、壓力側(cè)節(jié)段44或吸力側(cè)節(jié)段46、無接頭的翼型件節(jié)段、單接頭的葉片節(jié)段、多接頭的葉片節(jié)段或者它們的任何組合。

如108處顯示的那樣，方法100還可包括將結(jié)構(gòu)構(gòu)件52固定到葉片根部區(qū)段20上，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件沿大體翼展方向延伸。例如，在一個實(shí)施例中，方法100還可包括將預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件52固定到葉片根部區(qū)段20的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件58上。另外，在特定實(shí)施例中，方法100可進(jìn)一步包括通過嵌接接頭將預(yù)成形結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的根部部分60固定到葉片根部區(qū)段20的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件58上。

如110處顯示的那樣，方法100還包括在葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間將葉片節(jié)段安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件52上。更特別地，在某些實(shí)施例中，方法100還可包括將葉片節(jié)段安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件52的凸緣70、72上。例如，在某些實(shí)施例中，方法100可包括在葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段之間將預(yù)成形的前緣節(jié)段和后緣節(jié)段24安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件52上。在額外的實(shí)施例中，方法100可進(jìn)一步包括沿大體翼展方向在葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間將至少一個壓力側(cè)節(jié)段44和至少一個吸力側(cè)節(jié)段46安裝到結(jié)構(gòu)構(gòu)件52上。

在另外的實(shí)施例中，方法100還可包括使葉片根部區(qū)段20的對應(yīng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件58預(yù)成形，以便具有隨著葉片根部區(qū)段20的橫截面形狀改變的橫截面。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實(shí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。