经由其叶片尖端节段中的增加的预弯曲具有最大化的总体预弯曲的分段式转子叶片

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具有限定翼型表面的至少一个壳部件和内部支承结构。第一叶片节段在挥舞方向上限定第一预弯曲。第二叶片节段在挥舞方向上限定不同的第二预弯曲。此外，第一预弯曲大于第二预弯曲。另外，第一预弯曲和第二预弯曲提供在挥舞方向上远离风轮机的塔架的总体预弯曲，这允许转子叶片朝塔架的预先确定的偏转。

说明书

技术领域

本公开总体上涉及风轮机，并且更具体地涉及用于风轮机的分段式转子叶片，该分段式转子叶片经由其叶片尖端节段中的增加的预弯曲而具有最大化的预弯曲。

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、抗弯性和强度，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的相对的翼梁帽)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。增加叶片长度需要附加的叶片支承，因为重力沿增加的长度拉动，以产生比在较短的转子叶片中更大的弯矩。

另外，风轮机转子叶片通常在挥舞方向(叶拍方向)上具有预弯曲，以确保转子叶片在负载下不接触塔架。因而，翼梁帽主要成防止转子叶片接触塔架。更确切地说，转子叶片的翼梁帽厚度通常设定尺寸成满足塔架间隙要求。然而，转子叶片的质量(其期望尽可能地低)由结构上的翼梁帽的质量驱动。

对于典型的单件式转子叶片，由于叶片本身的装运限制而规定了预弯曲量。更确切地说，在运输期间，转子叶片必须定向成适合于某些运输限制，如最大运输高度和与地面的最小间隙。因此，这种要求潜在地限制了转子叶片中的预弯曲量。然而，由于叶片尖端节段大体上比叶片的其余部分短得多，所以接头式转子叶片(特别是叶片的尖端节段)未受制于相同的运输限制。

相应地，本公开涉及用于接头式转子叶片的叶片尖端节段，该叶片尖端节段具有增加的预弯曲，以便最大化转子叶片中的总体或总体预弯曲，以便允许更轻和更便宜的翼梁帽。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地提出，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明学习到。

在一方面中，本公开涉及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具有限定翼型表面的至少一个壳部件和内部支承结构。第一叶片节段在挥舞方向上限定第一预弯曲。第二叶片节段在挥舞方向上限定不同的第二预弯曲。此外，第一预弯曲大于第二预弯曲。另外，第一预弯曲和第二预弯曲提供在挥舞方向上远离风轮机的塔架的总体预弯曲，这允许转子叶片朝塔架的预先确定的偏转。

在一个实施例中，第一预弯曲可大于约3米。更确切地说，在一个实施例中，第一叶片节段的第一预弯曲可大于约4米。在另一个实施例中，第二叶片节段的第二预弯曲可小于约2米。因而，在某些实施例中，转子叶片的总体预弯曲范围可从约4米到约6米。在另一个实施例中，转子叶片朝向塔架的预先确定的偏转可大于用于非接头式转子叶片的允许的偏转，如大于转子叶片总长度的约5％。

在其它实施例中，由于增加的第一预弯曲，第一叶片节段和第二叶片节段的内部支承结构的重量可小于用于非接头式转子叶片的内部支承结构的重量，如与非接头式转子叶片相比，重量减轻了从约1％至约10％。另外，重量的位置(即质量矩)也可改变，这是进一步有利的。

在另外的实施例中，弦向接头可位于从转子叶片的叶片根部起转子叶片的翼展的从约70％到约90％，诸如位于从叶片根部起转子叶片的约85％翼展处。另外，在这样的实施例中，第一叶片节段可对应于转子叶片的叶片尖端节段，而第二叶片节段可对应于转子叶片的叶片根部节段。

在若干实施例中，第一叶片节段可包括具有接收端的梁结构，该接收端带有从其中延伸的至少一个展向延伸销。第二叶片节段可包括接收区段，该接收节段接收第一叶片节段的梁结构。接收区段包括弦向部件，该弦向部件具有穿过其中限定的销接头槽。因而，销接头槽在梁结构的接收端处接收展向延伸销，以便将第一叶片节段和第二叶片节段固定在一起。

在另一方面中，本公开针对一种最大化转子叶片的总体叶片预弯曲的方法。该方法包括提供第一叶片节段，该第一叶片节段在挥舞方向上限定第一预弯曲。该方法还包括提供第二叶片节段，该第二叶片节段在挥舞方向上限定不同的第二预弯曲。此外，第一预弯曲大于第二预弯曲。此外，该方法包括从弦向接头沿相反方向将第一叶片节段和第二叶片节段固定在一起，使得第一预弯曲和第二预弯曲提供在挥舞方向上远离风轮机的塔架的总体预弯曲，这允许转子叶片朝塔架的预先确定的偏转。

在一个实施例中，如所提及的，第一叶片节段可包括具有接收端的梁结构，该接收端带有从其中延伸的至少一个展向延伸销。第二叶片节段可包括接收区段，该接收区段接收第一叶片节段的梁结构。接收区段包括弦向部件，该弦向部件具有穿过其中限定的销接头槽。在这样的实施例中，从弦向接头沿相反方向将第一叶片节段和第二叶片节段固定在一起可包括将第一叶片节段的梁结构插入第二叶片节段的接收区段中，并将梁结构的接收端的展向延伸销固定在接收区段的销接头槽内。应理解，方法还可包括如本文所述的任何附加特征和/或步骤。

在又另一方面中，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。此外，第一叶片节段在挥舞方向上限定第一预弯曲。第二叶片节段在挥舞方向上不存预弯曲，使得第一预弯曲限定了在挥舞方向上远离风轮机的塔架的总体预弯曲，这允许转子叶片朝塔架的预先确定的偏转。应当理解，转子叶片可进一步包括如本文所述的任何附加特征。

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，且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域中的普通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风轮机的转子叶片的一个实施例的组件，转子叶片具有与第二叶片节段连结的第一叶片节段；

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示出了根据本公开的风轮机的一个实施例的侧视图，具体地示出了具有预弯曲的分段式转子叶片；

图8示出了图7的分段式转子叶片的详细侧视图；

图9示出了根据本公开的分段式转子叶片的另一详细侧视图；以及

图10示出了根据本公开的最大化转子叶片的总体叶片预弯曲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，其一个或多个实例在图例中示出。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一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，如显示的那样，叶片节段30,32中的每个可包括至少一个壳部件，例如压力侧壳部件、吸入侧壳部件、前缘壳部件、后缘壳部件等。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示出了在所示实例中的分段的转子叶片28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)，多个翼梁结构纵向延伸以与第一叶片节段30的梁结构40连接(在图3和5中更详细地示出)。

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，如显示的那样，梁结构40形成了与吸入侧翼梁帽44和压力侧翼梁帽46连接的抗剪腹板42的至少一部分。而且，如显示的那样，第一叶片节段30可包括在梁结构40的接收端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，如显示的那样，一个或多个销接头可包括位于梁结构40的接收端54上的销管52。因此，如显示的那样，销管52可沿展向方向定向，即沿转子叶片28的翼展或长度定向，该转子叶片的翼展或长度沿从转子叶片28的叶片根部延伸到叶片尖端的轴线限定。此外，第一叶片节段30还可包括位于梁结构40上的销接头槽50。而且，如显示的那样，销接头槽50可沿弦向方向，即沿转子叶片28的翼弦定向，该翼弦沿从转子叶片28的前缘延伸到后缘的轴线限定。

现在参看图4，示出了根据本公开的第二叶片节段32的区段的透视图。如显示的那样，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。另外，如显示的那样，接收区段60可包括弦向部件48，该弦向部件具有穿过其中限定的展向销接头槽56。此外，如显示的那样，接收区段60可包括穿过其中限定的弦向销接头槽58，其与梁结构40的销接头槽50对准。

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。更确切地说，如显示的那样，梁结构40的接收端54的展向延伸销52接收在接收区段60的展向销接头槽56内，以便将第一叶片节段30和第二叶片节段32固定在一起。

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。如显示的那样，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对准的弦向销接头槽58，弦向延伸销62可插入穿过梁结构的销接头槽。此外，如显示的那样，弦向延伸62可构造成在对准的销接头槽50,58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还示出了弦向部件48，该弦向部件包括销接头槽56，该销接头槽构造成用于接收梁结构40的销管52。因而，销管52构造成形成紧密的过盈配合接头。

现在参看图7，根据示出的本公开，示出了固定到毂26的转子叶片28之一的侧视图，以描绘其总体预弯曲64。如显示的那样，转子叶片28包括从弦向接头34沿相反方向延伸的第一叶片节段30和第二叶片节段32。更确切地说，如显示的那样，第一叶片节段30可对应于转子叶片28的叶片尖端节段，而第二叶片节段32可对应于转子叶片28的叶片根部节段。另外，如显示的那样，弦向接头34可位于从转子叶片的叶片根部19起转子叶片28的翼展78的从约70％到约90％。例如，如显示的那样，弦向接头34位于从叶片根部19起转子叶片28的约85％翼展78处。

此外，如在图7和图8中所示，第一叶片节段30可限定在挥舞方向72上远离风轮机10的塔架12的第一预弯曲68。此外，如显示的那样，第二叶片节段32可在挥舞方向72上限定不同的第二预弯曲74。另外，如在图8中所示，第一预弯曲68可大于第二预弯曲74。因此，如显示的那样，第一预弯曲68和第二预弯曲74一起提供在挥舞方向72上远离塔架12的总体预弯曲64，这允许转子叶片28朝塔架12的预先确定的偏转76。如本文所使用的，转子叶片28的预弯曲大体上是指在叶片中在挥舞方向上远离风轮机塔架的弯曲，以确保在风轮机操作期间在转子叶片和塔架之间有足够的距离，以避免碰撞。因此，转子叶片28的总体预弯曲64必须使得当风轮机10受到风和惯性负载时，叶片28变直成它们的设计构造。

在一个实施例中，第一预弯曲68可大于约3米。更确切地说，在一个实施例中，第一叶片节段30的第一预弯曲68可大于约4米，如约4.5米。在另一个实施例中，第二叶片节段32的第二预弯曲74可小于约2米。因而，在某些实施例中，转子叶片28的总体预弯曲64的范围可从约4米到约6米。在另一个实施例中，转子叶片28朝向塔架12的预先确定的偏转76可大于用于非接头式转子叶片的允许的偏转，如大于转子叶片28的总长度的约5％。在备选实施例中，如图9中所示，第二叶片节段32可在挥舞方向72上不存在预弯曲(例如，第二叶片节段32可为直的)，使得第一预弯曲68等于或限定在挥舞方向72上远离塔架12的总体预弯曲64，这允许转子叶片28朝塔架12偏转预先确定的偏转76。

在另外的实施例中，由于第一叶片节段30的增加的第一预弯曲68，第一叶片节段30和第二叶片节段32的内部支承结构(例如，如翼梁帽和抗剪腹板)的重量可小于用于非接头式转子叶片的内部支承结构的重量。例如，在一个实施例中，本公开的转子叶片28的重量可比非接头式转子叶片的重量小约1％至约10％。换句话说，由于转子叶片28的分段构造，可能在第一叶片节段30(例如，叶片尖端节段)中具有扩大的预弯曲，从而允许转子叶片28的更大的总偏转。因而，由于转子叶片28可比标准的单件式叶片偏转更大，故可减小结构上的翼梁厚度，并且还可减小质量。

现在参看图10，示出了根据本公开的最大化转子叶片的总体叶片预弯曲的方法的流程图100。大体上，本文将参看图1-9中所示的风轮机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10出于图示和论述的目的绘出了以特定顺序执行的步骤，但本文所论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，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/或改变，而不脱离本公开的范围。

如(102)处所示，方法100可包括提供第一叶片节段30，该第一叶片节段30限定在挥舞方向72上远离风轮机10的塔架12的第一预弯曲68。如(104)处所示，方法100可包括提供第二叶片节段32，该第二叶片节段在挥舞方向72上限定不同的第二预弯曲74。如(106)处所示，方法100可包括从弦向接头沿相反方向将第一叶片节段30和第二叶片节段32固定在一起，使得第一预弯曲68和第二预弯曲74提供在挥舞方向72上远离塔架12的总体预弯曲64，这允许转子叶片28朝塔架12的预先确定的偏转76。例如，在一个实施例中，从弦向接头34沿相反方向将第一叶片节段30和第二叶片节段32固定在一起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，并将梁结构40的接收端54的展向延伸销52固定在接收区段60的销接头槽56内。

本领域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的原理的附加系统和技术。当然，将理解的是，上文所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，且可包括本领域中的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施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。