具有经由一个或多个结构部件支承的弦向延伸销的接头式转子叶片

摘要

一种用于风轮机的转子叶片包括从弦向接头沿相反方向延伸的第一叶片节段和第二叶片节段。第一叶片节段和第二叶片节段中的每个包括限定翼型表面的至少一个壳部件和内部支承结构。第一叶片节段的内部支承结构包括纵向延伸的梁结构，而第二叶片节段的内部支承结构包括接收第一叶片节段的梁结构的接收区段。此外，转子叶片包括至少一个弦向延伸销，其定位成穿过梁结构和在弦向接头处的接收区段，以便将第一叶片节段和第二叶片节段固定在一起。转子叶片包括至少一个附加的支承部件，其接收弦向延伸销的一部分，以便减小弦向延伸销在弦向接头处的弦向弯曲偏转。

说明书

技术领域

本公开总体上涉及风轮机，并且更具体地涉及一种具有经由一个或多个结构部件支承的弦向延伸销的接头式风轮机转子叶片。

背景技术

风力被认为是目前可获得的最清洁，最环保的能量源之一，并且风轮机在这方面已引起越来越多的关注。现代风轮机通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和转子，转子具有带一个或多个转子叶片的可旋转毂。转子叶片使用已知的翼型(airfoil)原理获得风的动能。转子叶片传送以旋转能形式的动能，以便转动将转子叶片联接到变速箱(或如果未使用变速箱，则直接地联接到发电机)的轴。发电机然后将机械能转换成电能，电能可部署至公用电网。

转子叶片总体上包括通常使用模制工艺形成的吸入侧壳和压力侧壳，吸入侧壳和压力侧壳在沿叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸入壳是相对轻质的，并且具有未构造成经受在操作期间施加在转子叶片上的弯矩和其它负载的结构性质(例如，刚度、抗弯性和强度)。因此，为了增加转子叶片的刚度、抗屈曲性和强度，通常使用接合壳半部的内部压力侧表面和吸入侧表面的一个或多个结构构件(例如，在其间构造有抗剪腹板(shear web)的相对的翼梁帽(spar caps))来增强本体壳。翼梁帽和/或抗剪腹板可由各种材料构成，包括但不限于玻璃纤维层压复合材料和/或碳纤维层压复合材料。

随着风轮机在尺寸方面继续增加，转子叶片在尺寸方面也增加。因此，较大的转子叶片可建造成节段，所述节段可经由一个或多个销接头在现场组装。例如，某些接头式转子叶片可包括具有梁结构的第一叶片节段，该梁结构接收在第二叶片节段的接收区段内，该第二叶片节段经由一个或多个展向和/或弦向延伸的销进一步固定在一起，所述销将叶片弯矩从一个节段传递到另一节段。因此，销接头构造成允许叶片尖端屈曲以承受这些负载中的一些。

然而，弯矩导致销在其端部处偏转并且在中心处相反偏转。由于旋转偏转，该偏转在销接头支承件中引起问题，该旋转偏转在支承件中引起弯曲应力，并且在支承件和可能使用的任何衬套中引起挤压应力的峰值。

因此，本公开针对一种解决上述问题的改进的风轮机接头式转子叶片，其具有经由一个或多个结构部件支承的至少一个弦向延伸销。

发明内容

本发明的方面和优点将在某种程度上在以下描述中提出，或可从描述中清楚，或可通过实践本发明理解到。

一方面，本公开针对一种用于风轮机的转子叶片。转子叶片包括从弦向接头沿相反方向延伸的第一叶片节段和第二叶片节段。第一叶片节段和第二叶片节段中的每个包括限定翼型表面的至少一个壳部件和内部支承结构。第一叶片节段的内部支承结构包括纵向延伸的梁结构，而第二叶片节段的内部支承结构包括接收第一叶片节段的梁结构的接收区段。此外，转子叶片包括至少一个弦向延伸销，所述至少一个弦向延伸销定位成在弦向接头处穿过梁结构和接收区段，以便将第一叶片节段和第二叶片节段固定在一起。此外，转子叶片包括至少一个附加的支承部件，所述至少一个附加的支承部件接收弦向延伸销的至少一部分，以便减小弦向延伸销在弦向接头处的弦向弯曲偏转。

在一个实施例中，第一叶片节段的梁结构可为中空的。在另一实施例中，一个或多个附加支承部件可包括至少一个腹板部件。在这样的实施例中，一个或多个弦向延伸销可延伸穿过一个或多个腹板部件。在另外的实施例中，一个或多个腹板部件可布置在中空梁结构内。在另外的实施例中，一个或多个腹板部件可与梁结构成一体。

在若干实施例中，一个或多个弦向延伸销可包括第一弦向延伸销和第二弦向延伸销。在这样的实施例中，第一弦向延伸销和第二弦向延伸销可布置成端对端的构造。在另外的实施例中，第一弦向延伸销和第二弦向延伸销的端部可在一个或多个腹板部件内邻接彼此。

在特定实施例中，一个或多个腹板部件可包括第一腹板部件和第二腹板部件。在这样的实施例中，第一弦向延伸销和第二弦向延伸销的端部可在第一腹板部件和第二腹板部件之间邻接彼此。

在另外的实施例中，第一弦向延伸销和第二弦向延伸销可间隔开。在这样的实施例中，第一弦向延伸销可延伸穿过梁结构的第一侧，而第二弦向延伸销可延伸穿过梁结构的相对的第二侧，其中第一腹板部件和第二腹板部件布置在中空梁结构的外部。

在其它实施例中，附加支承部件可为定位在中空梁结构内的至少一个管。在这样的实施例中，弦向延伸销可延伸穿过一个或多个管。在备选实施例中，一个或多个附加支承部件可为填充中空梁结构的至少一种填充材料。在这样的实施例中，弦向延伸销可延伸穿过一种或多种填充材料。

另一方面，本公开针对一种将风轮机的转子叶片的叶片节段固定在一起的方法。该方法包括提供具有在大体展向方向上纵向延伸的梁结构的第一叶片节段。该方法还包括提供第二叶片节段，该第二叶片节段具有在大体展向方向上纵向延伸的接收区段。此外，该方法包括将第一叶片节段的梁结构插入到第二叶片节段的接收区段中，使得第一叶片节段和第二叶片节段从弦向接头沿相反的方向延伸。因而，该方法包括将至少一个弦向延伸销在弦向接头处插入穿过梁结构和接收区段，以便将第一叶片节段和第二叶片节段连结在一起，并且插入穿过至少一个附加支承部件，以便减小弦向延伸销在弦向接头处的弦向弯曲偏转。

在一个实施例中，该方法可包括形成第一叶片节段的梁结构，使得一个或多个附加支承部件与其成一体。在另一实施例中，一个或多个附加支承部件可包括一个或多个腹板部件、一个或多个管和/或填充材料。

在其它实施例中，该方法可包括将一个或多个附加支承部件布置在梁结构内。备选地，该方法可包括将一个或多个附加支承部件布置在梁结构的外部。应当进一步理解，该方法可包括本文描述的任何附加特征和/或步骤。

本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且与描述一起用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域中的技术人员的其最佳模式的本发明的完整且能实现的公开内容在参照附图的说明书中提出，在附图中：

图1示出了根据本公开的风轮机的一个实施例的透视图；

图2示出了根据本公开的具有第一叶片节段和第二叶片节段的转子叶片的一个实施例的平面视图；

图3示出了根据本公开的第一叶片节段的一个实施例的区段的透视图；

图4示出了根据本公开的在弦向接头处的第二叶片节段的区段的一个实施例的透视图；

图5示出了根据本公开的具有与第二叶片节段连结的第一叶片节段的风轮机的转子叶片的一个实施例的组件；

图6示出了根据本公开的风轮机的转子叶片的组件的多个支承结构的一个实施例的分解透视图；

图7示出了沿截面线7-7的图5的弦向接头的横截面视图，具体地示出了穿过附加腹板部件延伸的弦向延伸销；

图8示出了根据本公开的弦向接头的另一实施例的横截面视图，具体地示出了延伸穿过附加腹板部件的第一弦向延伸销和第二弦向延伸销；

图9示出了根据本公开的弦向接头的又一实施例的横截面视图，具体地示出了在第一叶片节段的梁结构内延伸穿过两个附加腹板部件的第一弦向延伸销和第二弦向延伸销；

图10示出了根据本发明的弦向接头的又一实施例的横截面视图，具体地示出了在第一叶片节段的梁结构外部延伸穿过两个腹板部件的第一弦向延伸销和第二弦向延伸销；

图11示出了根据本公开的弦向接头的另一实施例的横截面视图，具体地示出了在弦向接头处延伸穿过管的弦向延伸销；

图12示出了根据本公开的弦向接头的又一实施例的横截面视图，具体地示出了在弦向接头处延伸穿过填充材料的弦向延伸销；以及

图13示出了根据本公开的将风轮机的转子叶片的叶片节段固定在一起的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，本发明的一个或多个实例在附图中示出。每个实例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域中的技术人员将清楚的是，可在本发明中制作出各种改型和变型，而不会脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。

现在参看附图，图1示出了根据本发明的风轮机10的一个实施例的透视图。在所示的实施例中，风轮机10是横轴式风轮机。备选地，风轮机10可为竖轴式风轮机。另外，如所显示的那样，风轮机10可包括从支承表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16、位于机舱16内的发电机18、联接到发电机18的变速箱20，以及利用转子轴24旋转地联接到变速箱20的转子22。此外，如所显示的那样，转子22包括可旋转的毂26和联接至可旋转的毂26并从其向外延伸的至少一个转子叶片28。如所显示的那样，转子叶片28包括叶片尖端17和叶片根部19。

现在参看图2，示出了图1的转子叶片28之一的平面视图。如所显示的那样，转子叶片28可包括第一叶片节段30和第二叶片节段32。此外，如所显示的那样，第一叶片节段30和第二叶片节段32可各自从弦向接头34沿相反的方向延伸。另外，如所显示的那样，叶片节段30,32中的每个可包括压力侧壳部件和吸入侧壳部件。第一叶片节段30和第二叶片节段32通过至少延伸到两个叶片节段30,32中、以促进叶片节段30,32的连结的内部支承结构36连接。箭头38显示了分段的转子叶片28在所示实例中包括两个叶片节段30,32，并且这些叶片节段30,32通过将内部支承结构36插入第二叶片节段32中而连结。另外，如所显示的那样，第二叶片节段包括多个翼梁结构66(在本文中也称为翼梁帽)，该翼梁结构纵向延伸以与转子叶片28的叶片根部区段35连接(其在图7中更详细地显示)，并且与第一叶片节段30的梁结构40连接(其在图5中更详细地显示)。

现在参看图3，示出了根据本公开的第一叶片节段30的区段的透视图。如所显示的那样，第一叶片节段30包括梁结构40，该梁结构形成内部支承结构36的一部分并且纵向延伸以在结构上与第二叶片节段32连接。此外，如所显示的那样，梁结构40形成第一叶片节段30的一部分，其具有从翼梁区段42突出的延伸部，从而形成延伸翼梁区段。梁结构40包括抗剪腹板44，该抗剪腹板与吸入侧翼梁帽46和压力侧翼梁帽48连接。

此外，如所显示的那样，第一叶片节段30可包括在梁结构40的第一端54处的一个或多个第一销接头。在一个实施例中，销接头可包括与衬套在紧密过盈配合中的销。更确切地说，如所显示的那样，一个或多个销接头可包括位于梁结构40上的一个销管52。因此，如所显示的那样，销管52可沿展向方向定向。此外，第一叶片节段30还可包括销接头槽50，销接头槽在弦向接头34处位于梁结构40上。而且，如所显示的那样，销接头槽50可沿弦向方向定向。

现在参看图4，示出了根据本发明的第二叶片节段32在弦向接头34处的区段的透视图。如所显示的那样，第二叶片节段32包括在第二叶片节段32内纵向延伸的接收区段60，以用于接收第一叶片节段30的梁结构40。此外，如所显示的那样，接收区段60可包括纵向延伸的翼梁结构66，以与第一叶片节段30的梁结构40连接。

现在参看图5，示出了根据本公开的转子叶片28的组件70，其具有与第二叶片节段32连结的第一叶片节段30。如所显示的那样，组件70示出了在转子叶片28的外壳部件下方的多个支承结构，转子叶片具有与第二叶片节段32连结的第一叶片节段30。此外，如所显示的那样，接收区段60包括纵向延伸的多个翼梁结构66并支承梁结构40。接收区段60还包括矩形的紧固元件72，该矩形的紧固元件在展向的方向上与梁结构40的销管52连接。此外，第一叶片节段30和第二叶片节段32还可包括分别在弦向接头34处的弦向部件74,76。在另一个实施例中，翼梁结构66、矩形紧固元件72以及弦向部件74,76中的每个可由玻璃增强的纤维构成。

现在参看图6，示出了组件70的多个支承结构朝向转子叶片28的接收区段60的分解透视图。如所显示的那样，一对翼梁结构66构造成接收梁结构40，并且可包括与梁结构40的销接头槽50对准的销接头槽82,84，弦向延伸62可插入穿过梁结构的销接头槽。此外，如所显示的那样，弦向延伸62可构造成在对准的销接头槽82,50,84内保持在紧密的过盈配合中，使得翼梁结构66和梁结构40在组装期间连结在一起。此外，图6还示出了矩形紧固元件72，该矩形紧固元件72包括构造成用于接收梁结构40的销管52的销接头槽86。因而，销管52构造成形成紧密的过盈配合销式接头。此外，一对翼梁结构66可使用任何合适的粘合材料或弹性密封件在一端88处连结在一起。

参看图7-12，示出了根据本公开的弦向接头34的各种横截面视图。更具体地，图7示出了沿截面线7-7的图5的弦向接头34的横截面视图。因此，如所显示的那样，弦向延伸销62穿过弦向接头34定位，以便将第一叶片节段30和第二叶片节段32的内部支承结构(即，梁结构40和接收区段60)固定在一起。此外，如在图7-12中大体上所显示的那样，转子叶片28包括至少一个附加的支承部件64，所述至少一个附加的支承部件接收弦向延伸销62的至少一部分，以便减小弦向延伸销在弦向接头34处的弦向弯曲偏转。

更具体地，如所显示的那样，第一叶片节段30的梁结构40可为中空的。因此，如在图7-10中所显示的那样，一个或多个附加支承部件64可为腹板部件68。在这样的实施例中，一个或多个弦向延伸销可延伸穿过一个或多个腹板部件。另外，如在图7-9中所显示的那样，一个或多个腹板部件68可布置在中空梁结构40内。在这样的实施例中，如所显示的那样，一个或多个腹板部件68可与梁结构40成一体。备选地，如在图10中所显示的那样，一个或多个腹板部件68可布置在梁结构40的外部。因此，在这样的实施例中，一个或多个腹板部件68可与梁结构40分离。

在若干实施例中，具体地如在图8和9中所显示的那样，一个或多个弦向延伸销62可包括第一弦向延伸销78和第二弦向延伸销80。在这样的实施例中，如所显示的那样，第一弦向延伸销78和第二弦向延伸销80可布置成端对端的构造。在进一步的实施例中，如在图8中所显示的那样，第一弦向延伸销78和第二弦向延伸销80的端部90,92可在一个或多个腹板部件68内邻接彼此。

在备选实施例中，如在图9中所显示的那样，一个或多个腹板部件68可包括第一腹板部件94和第二腹板部件96。在这样的实施例中，如在图9中所显示的那样，第一弦向延伸销78和第二弦向延伸销80的端部90,92可在第一腹板部件94和第二腹板部件96之间邻接彼此。

现在参看图10，第一弦向延伸销78和第二弦向延伸销80可从彼此间隔开。在这样的实施例中，如所显示的那样，第一弦向延伸销78可延伸穿过梁结构40的第一侧56，而第二弦向延伸销80可延伸穿过梁结构40的相对的第二侧58。另外，如所显示的那样，腹板部件68可布置在梁结构40的外部。

现在参看图11，在其它实施例中，附加支承部件64也可为定位在中空梁结构40内的至少一个管95。在这样的实施例中，如所显示的那样，弦向延伸销62可延伸穿过一个或多个管95。在备选实施例中，如在图12中所显示的那样，一个或多个附加支承部件64可为填充中空梁结构40的至少一种填充材料98。另外，如所显示的那样，弦向延伸销62可延伸穿过一种或多种填充材料98。在这样的实施例中，一种或多种填充材料98可对应于泡沫、木材(例如巴沙木(balsa wood,有时也称为轻木))或类似物。

现在参看图12，示出了根据本公开的将风轮机的转子叶片的叶片节段固定在一起的方法的一个实施例的流程图100。大体上，本文将参看图1-12中所显示的风轮机10和转子叶片28来描述方法100。然而，应当理解，所公开的方法100可利用具有任何其它合适构造的转子叶片来实施。此外，尽管图12出于图示和论述的目的绘出了以特定顺序执行的步骤，但本文所描述的方法不限于任何特定的顺序或布置。使用本文提供的公开内容的本领域中的技术人员将认识到，本文公开的方法的各种步骤可以以各种方式省略、重排、组合和/或修改，而不脱离本公开内容的范围。

如在(102)处所显示的那样，方法100可包括提供第一叶片节段30，该第一叶片节段具有在大体展向方向上纵向延伸的梁结构40。如在(104)处所显示的那样，方法100可包括提供第二叶片节段32，该第二叶片节段具有在大体展向方向上纵向延伸的接收区段60。如在(106)处所显示的那样，方法100可包括将第一叶片节段30的梁结构40插入第二叶片节段32的接收区段60中，使得第一叶片节段30和第二叶片节段32从弦向接头34沿相反方向延伸。如在(108)处所显示的那样，方法100可包括将至少一个弦向延伸销62在弦向接头34处插入穿过梁结构40和接收区段60，以便将第一叶片节段30和第二叶片节段32连结在一起，并且插入穿过至少一个附加的支承部件64，以便减小弦向延伸销在弦向接头34处的弦向弯曲偏转。

在一个实施例中，方法100可包括形成第一叶片节段30的梁结构40，使得一个或多个附加的支承部件64与其成一体。在另一实施例中，如上所提及的那样，一个或多个附加支承部件64可包括一个或多个腹板部件68、一个或多个管95和/或填充材料98。

在其它实施例中，方法100可包括将一个或多个附加支承部件64布置在梁结构40内。备选地，方法100可包括将一个或多个附加支承部件64布置在梁结构40的外部。

本领域中的技术人员将认识到来自不同实施例的各种特征的互换性。类似地，描述的各种方法步骤和特征，以及针对各个此类方法和特征的其它已知等同物，可由本领域中的普通技术人员混合和匹配，以构造出根据本公开内容的原理的附加系统和技术。当然，将理解的是，上文所描述的所有此类目的或优点不一定可根据任何特定实施例实现。因此，例如，本领域中的技术人员将认识到，本文所描述的系统和技术可以以这样的方式体现或执行，即该方式实现或优化如本文教导的一个优点或优点组合，而不需要实现如本文可教导或建议的其它目的或优点。

尽管本文中已经示出和描述了本发明的仅某些特征，但本领域中的技术人员将想到许多改型和变化。因此，将理解的是，所附权利要求旨在覆盖如落入本发明的真实精神内的所有此类改型和变化。

本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它实例在权利要求的范围内。