CN102400846B - 具有改进的后缘结合的风力涡轮叶片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有改进的后缘结合的风力涡轮叶片。风力涡轮叶片(16)包括前缘(24)和后缘(26)。叶片具有上壳部件(20)和下壳部件(22)，其中壳部件中的每个具有在叶片的前缘处结合的前向缘和后向缘(19、21)。刚性结合帽(50)预成形为叶片的后缘的设计尺寸和形状。结合帽包括相反定向的支腿部件(52)，其结合至壳部件的相应后向缘，以便与上壳部件和下壳部件基本上齐平。刚性结合帽限定叶片的后缘的至少一部分和在后向边缘处、在上壳部件和下壳部件之间的主要外部结合桥。

Description

具有改进的后缘结合的风力涡轮叶片

技术领域

本发明大体上涉及风力涡轮的领域，并且更具体地涉及沿后缘结合线具有改进的结合构造的涡轮叶片。

背景技术

涡轮叶片是用于将风能转化成电能的风力涡轮的主要元件。叶片具有翼型的横截面轮廓，使得在操作期间，空气在叶片上流动，从而在侧面之间产生压力差。因此，从压力侧朝吸入侧引导的升力作用于叶片。升力在主转子轴上产生扭矩，该主转子轴通过齿轮连接至用于产生电的发电机。

涡轮叶片通常由在沿叶片的后缘和前缘的结合线处结合到一起的上(吸入侧)壳和下(压力侧)壳组成。结合线通常通过沿在壳部件之间具有最小设计结合宽度的结合线涂覆合适的结合胶或化合物而形成。这些结合线尤其在叶片的后缘处是叶片的关键设计约束。相当数量的涡轮叶片领域故障与结合线相关，其中后缘故障最普遍。沿操作的涡轮叶片的后缘的结合线的分离可导致对风力涡轮的灾难性故障和损坏。

另外，后缘结合过程为挑战性并且费时的任务。涂覆结合胶以获得需要的结合厚度和宽度是困难的。后缘的去除过量的结合胶、修整加强材料等的结合后修整为费时的且昂贵的精加工操作。即使在修整过程之后，在叶片现场就绪之前也常常需要进行随后的后缘修理/修正。

传统的后缘结合构造还对现场的侵蚀高度敏感，这导致成本高的并且昂贵的现场修理。

美国专利申请公布No.2007/0025858建议提供一种后缘帽，其用于安置在风力涡轮叶片的设计后缘上，以便减少在后缘处产生的噪声。帽具有构造以便完全地延伸超过叶片的原始后缘，并且相比于原始后缘限定减小的后缘厚度。帽是柔性的，并设计成符合各种不同尺寸和形状的涡轮叶片。尽管该后缘帽可提供减小的噪声的益处，但其不处理以上讨论的后缘结构结合问题。

因此，本行业受益于一种改进的结合构造，其具有成本效率、时间效率、并且尤其地沿风力涡轮叶片的后缘产生改进的结构结合。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下的说明中部分地提出，或者可从说明显而易见，或者可通过本发明的实践而知晓。

根据本发明的方面，提供具有前缘和后缘的风力涡轮。叶片包括上壳部件和下壳部件，其中壳部件中的每个具有在叶片的前缘处结合的前向缘和后向缘。提供刚性结合帽，其预成形为设计尺寸和形状，以便限定叶片的后缘的至少一部分。结合帽包括相反定向的支腿部件，其结合至壳部件的相应后向缘，以便与上壳部件和下壳部件基本上齐平。结合帽从壳部件延伸，并限定叶片的纵向延伸后缘的至少一部分。结合帽限定外部结合桥，其为在相应的后向缘处、在上壳部件和下壳部件之间的主密封。

在特定实施例中，叶片还可包括设置在上壳部件和下壳部件的后向缘之间的内部缓冲垫。该构件主要用于防止壳部件沿后向缘的冲击(“碰撞”)。缓冲垫可以是诸如橡胶状材料的可压缩的弹性部件，或者在替代实施例中可以是诸如固化结合胶的刚性材料。对于结合胶实施例，结合胶还提供在壳部件的后向缘之间的辅助结合，并且还可延伸超出后向缘并至少部分地填充结合帽。

结合帽可以以各种方式附连至壳部件。在特定实施例中，壳部件的后向缘包括厚度减小的槽口，其中结合帽的支腿例如利用结合胶沿后向缘固定在槽口中。槽口构造可限定在结构加强部件中，该结构加强部件限定壳部件的后向缘。

结合帽可具有在本发明的范围和精神内的各种形状和构造。在特定实施例中，结合帽是诸如V形、C形、U形等的具有开口端和封闭顶点的连续结构部件。结合帽预成形为具有为相应的涡轮叶片提供设计的后缘轮廓的尺寸和形状。

在涡轮叶片包括多个叶片区段的实施例中，结合帽可以是为所有叶片区段所共有并桥接所有叶片区段的单个部件。在替代实施例中，单独的叶片区段可包括沿该单独叶片区段的一部分的相应结合帽以及设置在相邻叶片区段之间的桥接结合帽。

本发明还包括具有配置有在此描述的独特结合线构造的一个或多个涡轮叶片的风力涡轮。

本发明的这些及其它的特征、方面和优点将参考以下的说明书和所附权利要求变得更好理解。结合在该说明书中并构成该说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

在参考附图的说明书中提出对于本领域技术人员的本发明的完整并且可实施的公开，包括其最佳模式，其中：

图1是传统的风力涡轮的透视图；

图2是传统的风力涡轮叶片的实施例的透视图；

图3是根据本发明的方面的示例性风力涡轮叶片的剖视图；

图4是后缘结合构造的放大剖视构件图；

图5是后缘结合构造的特定实施例的放大剖视图；

图6是替代的后缘结合构造的放大剖视图；

图7是具有连续单个结合帽的多区段涡轮叶片的局部透视图；以及

图8是具有多个相应结合帽的多区段涡轮叶片的局部透视图。

部件列表：

10风力涡轮

12塔架

14机舱

16叶片

18转子轮毂

19后向缘

20上壳部件

21后向缘

22下壳部件

24前缘

25内部空腔

26后缘

28根部

30尖部

32主梁帽(sparcap)

33腹板

34结合胶

36前缘结合线

37后缘结合线

38加强部件

40槽口

42前缘结构部件

48结合胶层

50结合帽

52支腿部件

53顶点

54缓冲垫

56弹性材料

58刚性材料

60叶片区段

61叶片结合帽

62桥接结合帽

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，该实施例的一个或多个示例图示于附图。每个示例作为本发明的说明而不是本发明的限制进行提供。实际上，对本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范围或精神的情况下可在本发明中作出各种改进和变型。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可与另一实施例一起使用，以产生更进一步的实施例。因此，本发明意图包括在所附权利要求和它们的等同物的范围内的这种改进和变型。

图1图示传统结构的风力涡轮10。风力涡轮10包括塔架12，该塔架12具有安装在该塔架12上的机舱14。多个涡轮叶片16安装至转子轮毂18，该转子轮毂18继而连接至转动主转子轴的主凸缘。风力涡轮发电与控制构件容纳在机舱14内。图1的视图仅用于说明性目的以将本发明置于示例性的使用领域。应意识到的是，本发明不局限于任何特定类型的风力涡轮构造。

图2是风力涡轮叶片16的更详细的视图。叶片16包括上壳部件20和下壳部件22。上壳部件20可构造成叶片16的吸入侧表面，而下壳部件22可构造成叶片的压力侧表面。叶片16包括前缘24和后缘26、以及根部28和尖部30。如本领域所知的，上壳部件20和下壳部件22在前缘24和后缘26处连接到一起。叶片16包括内部空腔，在该内部空腔中配置有诸如主梁帽32和腹板33的各种结构部件。

参考图3，壳部件20、22包括根据本发明的方面并在此更详细地描述的、在前缘结合线36处和在后缘结合构造37处结合的相应前向缘。前缘结合线36(和后缘结合构造37的方面)可使用传统的结合胶。应意识到的是，术语“结合胶”在此用于一般意义，以包含任何类型的粘合剂或结合材料。特定类型的结合胶不特定地与本发明相关，并且在这点上可使用任何合适类型的环氧树脂、化合物或其它材料。

如本领域已知的，可以是成形的加强复合部件的前缘结构部件42可沿前缘结合线36设置，以向前缘24增加刚性和强度。

大体上参考图3和4，刚性结合帽50设置成限定叶片16的后缘26的构件。帽50为刚性构件，其预成形为后缘26的设计尺寸和形状，并附连至上壳部件和下壳部件20、22的后向缘19、21，以便沿叶片16的至少一部分限定后缘26。因此，应理解的是，结合帽50不是安置在叶片的现有后缘上的保护罩，而是从后向缘19、21延伸以限定叶片16的设计后缘轮廓的刚性结构构件。结合帽50限定外部结合桥，其为在相应的后向缘19、21处、在上壳部件和下壳部件20、22之间的主密封。

如在图5和6中所描绘的，在图示的实施例中的结合帽50包括大致相反定向的支腿部件52，其结合至壳部件20、22的相应后向缘19、21，以便与上壳部件和下壳部件基本上齐平。该构造减少噪声的产生以及来自结合帽50的不利的空气动态效应的可能性。在图示的实施例中，齐平构造由限定在壳部件20、22的后向缘19、21中的槽口40获得。槽口40相比于相应的壳部件20、22的相邻部分具有减小的厚度，使得结合帽50的支腿部件52可结合至槽口40的表面(即利用在图5和6中描绘的结合胶层48)，并基本上与相应的壳部件20、22的上表面位于相同的平面。应意识到的是，术语“槽口”在此用于包含限定在后向缘19、21中用于接收支腿部件52的任何合适类型的凹部或接合表面。

结合帽50可根据用于特定叶片16的后缘26的期望轮廓具有在本发明的范围和精神内的各种形状和构造。在特定实施例中，结合帽50为具有由分叉支腿部件52限定的开口端和封闭顶点53的连续结构部件。结合帽50例如可具有V形、C形、U形等。结合帽50由给予后缘26期望的结构特性的任何合适的刚性材料、组合物、复合物等预成形。

结合帽50可以以各种方式附连至后向缘19、21，包括机械装置、结合胶等。如所提及的，在本文图示的实施例中，结合胶层48用于将支腿52附连至壳部件20、22的后向缘19、21中的厚度减小的槽口40上。

为了增强的刚性和强度，壳部件20、22的后向缘19、21可由附连至上壳部件和下壳部件20、22的表皮的结构加强部件38限定。这些加强部件38可由为结合帽50提供刚性连接点的任何合适的纤维复合材料形成。如图5和6中所描绘的，以上讨论的槽口40可限定在结构加强部件38中。

在图5和6所图示的特定的实施例中，叶片16还可包括设置在上壳部件和下壳部件20、22的后向缘19、21之间的内部缓冲垫54。该垫构件54主要用于在风力涡轮的操作期间防止壳部件20、22沿后向缘19、21的不利冲击(“碰撞”)。在图6所图示的特定实施例中，缓冲垫54可以是诸如橡胶状材料或泡沫材料的可压缩的弹性部件56，其可粘附至或以另外的方式附连至后向缘19、21的内表面(例如粘附至或以另外的方式附连至结构加强部件38的内表面)。这种材料将允许壳部件20、22(和结合帽50)沿后向缘19、21的相对压缩度，这在某些叶片设计中可能是需要的。

在例如图5所图示的替代实施例中，缓冲垫54可由刚性的且相对不可压缩的材料58限定。该材料58例如可以是涂覆在后向缘19、21之间(例如在结构加强部件38之间)的结合胶的沉积。如图5所示，结合胶58可延伸超出后向缘19、21，以便至少部分地填充结合帽50，并且还可以是用于将结合帽50附连至后向缘19、21的相同材料。对于该实施例，固化结合胶58增加结合帽50(和整个后缘26)的结构刚性，并且还提供在壳部件的后向缘19、21之间的辅助结合。

参考图7和8，如本领域已知的，涡轮叶片16可由多个叶片区段60形成。对于这种叶片构造，结合帽50可以以各种方式结合。例如，参考图7的实施例，结合帽50可以是单个部件，其为叶片区段60中的多个(或所有)叶片区段所共有并桥接叶片区段60中的多个(或所有)叶片区段。如以上所讨论的，对于该实施例，单独的叶片区段60不具有单独的结合帽，并且在区段60组装成叶片之后，可附连单个结合帽50以限定叶片16的后缘26。

在图8所图示的替代实施例中，单独的叶片区段60包括沿该单独叶片区段的一部分的局部相应结合帽61。换句话说，每个叶片区段60包括由单独的叶片结合帽61限定的局部后缘。当组装叶片时，桥接结合帽62用于跨越在相邻的区段60之间。因此，在最终的叶片16中，结合帽50由多个叶片结合帽61和桥接结合帽62限定。

本发明还包含风力涡轮10(图1)的所有构造，其中叶片16中的至少一个叶片配置有如以上讨论的本发明的独特优点。

尽管已关于具体的示例性实施例及它们的方法描述了本主题，但应意识到的是，本领域技术人员在获得上文的理解时可容易地产生这种实施例的改变、变型和等同。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且如对本领域技术人员容易显而易见的，本发明不排除对于本主题的这种改进、变型和/或增加。

Claims (9)

1.一种风力涡轮叶片(16)，其具有前缘(24)和后缘(26)，所述叶片包括：

上壳部件(20)和下壳部件(22)，所述上壳部件和所述下壳部件中的每个包括在所述前缘处结合的前向缘，和后向缘(19,21)；以及

刚性结合帽(50)，其预成形为设计尺寸和形状，以便限定所述叶片的所述后缘的至少一部分，所述结合帽包括相反定向的支腿部件(52)，其结合至所述上壳部件和下壳部件的相应后向缘(19,21)，以便限定所述叶片的所述后缘的至少一部分并与所述上壳部件和下壳部件基本上齐平；

其中，所述刚性结合帽限定在所述上壳部件和下壳部件的所述后向缘之间的主要外部结合桥；

其中，所述风力涡轮叶片(16)还包括设置在所述上壳部件(20)和下壳部件(22)的所述后向缘(19,21)之间的内部缓冲垫(54)，所述缓冲垫主要防止所述上壳部件和下壳部件沿所述后向缘的碰撞。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮叶片(16)，其特征在于，所述缓冲垫(54)包括结合胶(34)，其还限定在所述后向缘(19,21)之间的内部辅助结合。

3.根据权利要求2所述的风力涡轮叶片(16)，其特征在于，所述结合胶(34)延伸超出所述后向缘(19,21)，并至少部分地填充所述结合帽(50)。

4.根据权利要求1所述的风力涡轮叶片(16)，其特征在于，还包括限定在所述后向缘(19,21)中的每个中的厚度减小的槽口(40)，所述结合帽(50)在相应的槽口处结合至所述后向缘。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮叶片(16)，其特征在于，所述上壳部件(20)和下壳部件(22)包括在相应后向缘(19,21)处的结构加强部件(38)，所述槽口(40)限定在所述结构加强部件中。

6.根据权利要求5所述的风力涡轮叶片(16)，其特征在于，包括在所述结构加强部件(38)与所述结合帽(50)的所述支腿部件(52)之间的结合胶层(48)。

7.根据权利要求1所述的风力涡轮叶片(16)，其特征在于，所述叶片包括多个叶片区段(60)，所述结合帽(50)包括为所述叶片区段共有并使所述叶片区段互连的单个部件。

8.根据权利要求1所述的风力涡轮叶片(16)，其特征在于，所述叶片包括多个叶片区段(60)，所述刚性结合帽(50)包括多个叶片结合帽(61)，所述叶片区段中的每个叶片区段包括相应的叶片结合帽(61)，并且还包括在相邻的所述叶片区段之间的桥接结合帽(62)。

9.一种风力涡轮(10)，所述风力涡轮包括多个涡轮叶片(16)，所述涡轮叶片中的至少一个为根据权利要求1至8中任一项所述的风力涡轮叶片。