CN102536638B - 制造风力机转子叶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造风力机转子叶片的方法以及一种根据所述方法制造的转子叶片。所述方法一般包括提供至少部分由填充材料构成的叶片坯体，定形所述叶片坯体以构成所述转子叶片的廓线，以及围绕所述已定形的叶片坯体的***定位外罩层。

Description

制造风力机转子叶片的方法
技术领域
本发明大体上涉及风力机，确切地说，涉及制造风力机转子叶片的方法。
背景技术
风能被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，在这一方面，风力机已获得广泛关注。现代风力机通常包括塔筒、发电机、齿轮箱、机舱以及一片或多片转子叶片。转子叶片使用已知的翼原理捕获风的动能并通过转动能传输动能，以转动将转子叶片连接到齿轮箱的轴，或者，如果未使用齿轮箱，则转动将转子叶片直接连接到发电机的轴。之后，发电机将机械能转化成电能，从而输送到公用设施电网中。
在制造转子叶片的过程中，通常必需使用一些专用工具和/或模具。例如，通常会使用大型模具形成传统转子叶片的叶片半部，这些大型模具是针对要生产的转子叶片的特定尺寸和形状而定制的。因此，必须针对要生产的每片转子叶片的尺寸和形状购买或制作新模具，这样就大大增加了转子叶片的生产成本。此外，形成转子叶片的叶片半部的传统方法通常包括使用敷层工艺，在此工艺中，需要将强化材料层手工放置在定制模具中。该过程非常复杂，且大大增加了生产转子叶片所需的时间。
因此，有必要改进风力机转子叶片的制造方法，以降低生产成本并提高转子叶片的生产速度。
发明内容
本发明的各方面内容和优点将在以下说明中部分地进行阐明，或者，可能是说明中显而易见的，或者，可以通过实践本发明推导出。
一方面，本发明公开一种制造风力机转子叶片的方法。所述方法通常包括提供至少部分由填充材料构成的叶片坯体，定形叶片坯体以形成转子叶片的廓线，以及围绕已定形的叶片坯体的***定位外罩层。
另一方面，本发明公开一种风力机的转子叶片。所述转子叶片通常包括支撑组件，所述支撑组件至少部分在转子叶片的叶根和叶尖之间延伸。所述转子叶片还包括外罩层，所述外罩层构成转子叶片的外表面。此外，填充材料可填充在支撑组件和外罩层之间，并可构成转子叶片的廓线。所述转子叶片进一步包括，至少部分在所述转子叶片的叶根和叶尖之间延伸的多个支撑组件。所述转子叶片经配置以用作原型转子叶片。
其中，所述填充材料包括低密度材料。所述填充材料经配置以占据所述转子叶片的内部容积的85％以上。
参考以下具体说明和所附权利要求书可以更深入地了解本发明的这些以及其他特征、方面和优点。
并入本说明书内、并构成本说明书的一部分的附图，说明了本发明的各个实施例，且与具体说明一起用于解释本发明的原理。
附图说明
本说明书参考附图，针对所属领域一般技术人员，完整且可实现地详细公开了本发明，包括其最佳模式，其中：
图1所示为传统风力机的透视图；
图2所示为传统转子叶片的透视图；
图3所示为根据本发明各方面的一种制造转子叶片的方法一项实施例的流程图；
图4所示为根据本发明各方面所制造的转子叶片的一项实施例的翼展向截面图；
图5所示为图4所示的转子叶片的翼弦向截面图；
图6所示为适用于制造图4所示的转子叶片的叶片坯体的截面图；
图7所示为根据本发明各方面的图6所示的叶片坯体定形后的截面图；
图8所示为根据本发明各方面所制造的转子叶片的另一项实施例的翼展向截面图；
图9所示为图8所示的转子叶片的翼弦向截面图；
图10所示为适用于制造图8所示的转子叶片的叶片坯体的截面图；以及，
图11所示为根据本发明各方面的图10所示的叶片坯体定形后的截面图。
元件符号列表：
参考标号 部件 参考标号 部件
10 风力机 12 塔筒
14 机舱 16 转子叶片
18 转子轮毂 20 叶根
22 叶尖 24 压力侧
26 吸入侧 28 前缘
30 后缘 32 翼展
34 翼弦 100 方法
102 步骤 104 步骤
106 步骤 200 转子叶片
202 外罩层 204 外表面
206 内表面 208 填充材料
210 支撑组件 212 叶根
214 叶尖 216 叶根套管
218 压力侧 220 吸入侧
222 前缘 224 后缘
225 翼展 226 翼弦
228 高度 230 宽度
232 坯体 234 叶片坯体长度
236 叶片坯体宽度 238 填充材料段
240 根端 242 叶根套管高度
244 孔 246 叶根套管宽度
300 转子叶片 302 外罩层
304 (外罩层的)外表面 306 (外罩层的)内表面
308 填充材料 310 支撑组件
312 叶根 314 叶尖
318 压力侧 320 吸入侧
322 前缘 324 后缘
325 翼展 326 翼弦
328 高度 330 宽度
332 叶片坯体 334 叶片坯体长度
336 叶片坯体宽度 350 端板
352 高度 354 螺纹杆
356 轮毂侧 358 叶片侧
360 端板中的开口 362 裸露端
364 填充材料段
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各实施例，附图中将显示本发明实施例的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明而非限定本发明。事实上，在不脱离本发明的范围或精神的前提下，所属领域的一般技术人员可轻易对本发明作各种修改和变化。例如，作为一项实施例的一部分进行说明或描述的特征可用于其他实施例中，从而得到另一项实施例。因此，本发明应涵盖所附权利要求书和其等效物的范围内的此类修改和变化。
大体上，本发明提出制造风力机转子叶片的改进方法，以及根据所述改进方法制造的转子叶片。具体而言，所公开的转子叶片可通过提供由填充材料构成的叶片坯体进行制造。所述叶片坯体通常可经机加工或定形以形成转子叶片的气动外形或廓线。随后，外罩层可涂在已定形的叶片坯体的***，以形成转子叶片的外表面，并为填充材料提供保护涂层。
此外，通常在使用所公开的方法制造转子叶片时，无需使用专用工具和模具，且无需进行将薄板层手工放置于此类模具中这一复杂工艺。因此，可显著减少生产转子叶片所需的制造成本和时间，从而提高新的转子叶片设计的研发效率以及向市场供应转子叶片的速度。
参阅附图，图1所示为采用传统结构的风力机10的透视图。风力机10包括塔筒12，所述塔筒12上安装有机舱14。多片转子叶片16安装在转子轮毂18上，而转子轮毂18连接到转动主转子轴的主法兰上。风力机发电和控制部件安装在机舱14中。应了解的是，图1中的风力机10仅作说明目的，以示例性地说明本发明。因此，本发明所属领域的一般技术人员应理解，本发明不限于任何特定类型的风力机配置。
现在参阅图2，附图所示为采用传统结构的转子叶片16的透视图。如图所示，转子叶片16包括叶根20和叶尖22，所述叶根20经配置以将转子叶片16安装至风力机轮毂18(如图1所示)的安装法兰(未图示)上，所述叶尖22置于叶根20的相对位置。转子叶片16还可包括压力侧24和吸入侧26，所述压力侧24和吸入侧26在前缘28和后缘30之间延伸。此外，转子叶片16可包括翼展32和翼弦34，所述翼展32构成叶根20和叶尖22之间的总长度，所述翼弦34构成前缘28和后缘30之间的总长度。众所周知，由于转子叶片16从叶根20延伸到叶尖22，因此翼弦34的长度可根据翼展32而有所不同。
此外，转子叶片16可构成任何合适的气动廓线。因此，在若干实施例中，转子叶片16可设有翼形截面。例如，转子叶片16可配置成对称翼形或弧面翼形。此外，还可对转子叶片16进行气动弹性裁剪。对转子叶片16进行气动弹性裁剪可能需要使叶片16朝大体上的翼弦方向和/或朝大体上的翼展方向弯曲。翼弦方向通常与平行于翼弦34的方向一致，其中所述翼弦34设在转子叶片16的前缘28和后缘30之间。此外，翼展方向通常与平行于转子叶片16的翼展32的方向一致。对转子叶片16进行气动弹性裁剪可能需要进一步扭曲叶片16，例如朝大体上的翼弦或翼展方向扭曲叶片16。
如上所述，本发明大体上提出制造风力机转子叶片的方法以及根据所述方法生产的转子叶片。此外，用于制造转子叶片的方法100的一项实施例一般将参照图3进行描述，并将参照图4至图11进行详细说明。另外，根据所示方法100生产的转子叶片200的一项实施例一般将参照图4至图7进行描述。此外，根据所示方法100生产的转子叶片300的另一项实施例一般将参照图8至图11进行描述。
参阅图3，在一项实施例中，所公开的方法100通常包括提供至少部分由填充材料102构成的叶片坯体，定形叶片坯体以形成转子叶片104的廓线，以及围绕已定形的叶片坯体106的***定位外罩层。如上所述，此方法100通常可减少制造转子叶片所需的生产成本和时间。因此，新的转子叶片设计可更高效地进行生产，从而促进产品研发，并提高向市场供应转子叶片的速度。应了解的是，尽管图3所示的多种方法项102、104、106以特定顺序进行图示，但实际上通常可按照与本专利申请文件中的公开内容一致的任何次序和/或顺序执行所述方法项。
现在参阅图4和图5，附图所示为根据本发明各方面制造的转子叶片200的一项实施例。具体而言，图4所示为转子叶片200的翼展向截面图。图5所示为转子叶片200的翼弦向截面图。
如图所示，转子叶片200一般包括具有外表面204和内表面206的外罩层202，所述外表面204构成转子叶片200的外表面，所述内表面206大体上描绘出大量已定形的的填充材料208的***轮廓，其中所述填充材料208置于转子叶片200的内部。已定形的的填充材料208一般可配置成具有与转子叶片200的气动外形或廓线一致的形状或廓线，例如可通过定形由填充材料208构成的叶片坯体232(如图6所示)来实现。因此，应了解的是，外罩层202一般可经配置以贴合已定形的的填充材料208的廓线，以使外罩层202的外表面204大体上构成转子叶片200的气动廓线。转子叶片200还可包括多个支撑组件210，所述支撑组件210在转子叶片200内朝大体上的翼展方向延伸，例如从大体上邻近叶根212的位置延伸至大体上邻近叶尖214的位置。另外，转子叶片200可包括置于叶根212上的叶根套管216，所述叶根套管216大体上在已定形的填充材料208和外罩层202之间延伸。
此外，与上述转子叶片16类似，所公开的转子叶片200可包括在前缘222和后缘224之间延伸的压力侧218和吸入侧220。此外，转子叶片200可包括翼展225和翼弦226，所述翼展225构成叶根212和叶尖214之间的总长度，所述翼弦226构成前缘222和后缘224之间的总长度。另外，如上所述，转子叶片200一般可构成气动廓线。例如，在若干实施例中，填充材料208和外罩层202可经配置以使转子叶片200设有翼形截面，例如对称翼形或弧面翼形。转子叶片200还可配置成具有其他气动特征。例如，在一项实施例中，可通过朝大体上的翼弦方向和/或朝大体上的翼展方向弯曲和/或扭曲转子叶片200进行气动弹性裁剪。
如上所述，所公开的转子叶片200的填充材料208一般可置于转子叶片200的整个内部。具体而言，填充材料208可经配置以在每个支撑组件210之间和/或支撑组件210与外罩层202之间扩展，从而填充或填满转子叶片200内部容积的至少一部分。本专利申请文件中关于图4至图7所用术语“内部容积”是指由外罩层202的内表面206所构成的转子叶片200的容积，所述容积不包括由支撑组件210和叶根套管216所占据的部分。在若干实施例中，填充材料208可经配置以占据转子叶片200的大部分内部容积。例如，填充材料可经配置以占据转子叶片200内部容积的50％以上，例如内部容积的75％以上、85％以上或95％以上。
应了解的是，填充材料208一般可包括任何合适的材料，其中所述材料可经机加工或定形以形成转子叶片200的气动廓线。例如，在本发明的若干实施例中，填充材料208可包括相对较轻的低密度材料。因此，在特定实施例中，填充材料208可包括低密度的泡沫或型芯材料。合适的低密度泡沫材料可包括但不限于聚苯乙烯泡沫(例如膨胀性聚苯乙烯泡沫)、聚氨脂泡沫、其他泡沫橡胶/树脂基泡沫以及其他各种开孔和闭孔泡沫。或者，填充材料208可包括其他合适的低密度材料，例如轻木、软木等。
仍参阅图4和图5，支撑组件210一般可配置成所公开的转子叶片200的结构部件。例如，在转子叶片200的制造过程中，支撑组件210可经配置以支撑填充材料208。此外，在风力机10的运行过程中，支撑组件210可经配置以向转子叶片200提供刚度和/或强度(例如翼展方向或拍打方向上的刚度和/或强度)。因此，应了解的是，支撑组件210一般可具有使支撑组件210具有本专利申请文件中所述作用的任何合适的形状、尺寸、截面和/或配置。
具体而言，在若干实施例中，支撑组件210可经配置以在转子叶片200内沿着转子叶片200的翼展225的至少一部分纵向延伸。例如，在所示实施例中，支撑组件210可经配置以在转子叶片200内从大体上邻近叶根212的位置延伸至大体上邻近叶尖214的位置。此外，如图所示，支撑组件210可配置成具有矩形截面形状的实心(即非空心)结构部件。但应了解的是，在各替代实施例中，支撑组件210一般可配置成具有任何合适的截面形状的实心部件和/或空心部件，例如圆形、椭圆形、三角形或正方形。在进一步实施例中，支撑组件210可配置成“I”形梁，或可采用现有技术中已知的任何合适的其他支撑梁配置。例如，在本发明的特定实施例中，支撑组件210可采用与传统转子叶片所使用的主梁帽/抗剪腹板类似的配置。
此外，在转子叶片200内，支撑组件210一般可设有任何合适的高度228和弦向宽度230。例如，在所示实施例中，通过在外罩层202的内表面206之间延伸，每个支撑组件210均设有大体在转子叶片200的压力侧218和吸入侧220之间延伸的高度228。另外，在另一项实施例中，支撑组件210可在转子叶片200内朝垂直于图5所示的方向(即朝翼弦方向)进行定向。在该项实施例中，支撑组件210的弦向宽度230可经配置以在转子叶片200的前缘222和后缘224之间延伸。
此外，支撑组件210一般可由任何合适的材料构成。但在本发明的若干实施例中，支撑组件210可由相对较硬或较耐用的材料构成，以便向转子叶片200提供刚度和/或强度。例如，支撑组件210可由任何合适的薄板复合材料(例如纤维增强薄板)、聚合物(例如高强度塑料)、金属(例如铝)、木头或者其他任何合适的材料或组合材料构成。此外，应了解的是，尽管所述已公开的转子叶片200包括四个支撑组件210，但转子叶片200一般可包括任何数量的支撑组件210，例如3个或少于3个的支撑组件210，或者5个或多于5个的支撑组件210。
现在参阅图6，附图所示为叶片坯体232的一项实施例的截面图，所述叶片坯体232用于制造图4和图5所示的转子叶片200。通常，叶片坯体232可包括大量或大块的填充材料208，所述填充材料208经配置以经机加工或定形从而形成转子叶片200的气动廓线。因此，应了解的是，在若干实施例中，通常叶片坯体232所设有的任何合适的形状需满足以下条件，即相应尺寸大于或等于转子叶片200的翼展225、最大翼弦226和最大高度(即压力侧218和吸入侧220之间的最大高度)，这样就可清除构成叶片坯体232的部分填充材料208，从而构成转子叶片200的廓线。例如，在一项实施例中，叶片坯体232的长度234一般可大于或等于转子叶片200的翼展225。类似地，坯体232的宽度236一般可大于或等于转子叶片200的最大翼弦226，坯体232的高度(页面内的尺寸)一般可大于或等于转子叶片200的最大高度(未图示)。
如图6所示，在一项实施例中，叶片坯体232可配置成分层结构，转子叶片200的多个支撑组件210会置于多个填充材料段238之间，其中所述多个填充材料段238包括单块或单片的填充材料208。通常，可通过现有技术中已知的任何合适的方式和/或方法组装或形成叶片坯体232的分层结构。因此，在若干实施例中，填充材料段238和支撑组件210可包括单独的预制部件，所述单独的预制部件被紧固或组装在一起从而形成叶片坯体232。例如，填充材料段238和支撑组件210可通过任何合适的方式彼此粘接、粘附、结合、紧固或连接。或者，支撑组件210可直接形成于填充材料段238上或直接形成于其内。例如，在一项实施例中，可通过将多个薄板复合材料层直接布置或组装在填充材料段238上来形成支撑组件210。支撑组件210形成于填充材料段238上后，另一个填充材料段238就可组装到支撑组件210的顶部，此过程将重复进行以形成整个的叶片坯体232。
应了解的是，每个填充材料段232的宽度以及支撑组件210之间的间距一般可根据多种因素因叶片坯体232的不同而有所不同，其中所述多种因素包括但不限于转子叶片200内所需的支撑组件210的尺寸(例如弦向宽度230)和数量。此外，应了解的是，在一项实施例中，叶片坯体232内的支撑组件210彼此之间的间距相等。或者，每个支撑组件210之间的间距可有所不同。例如，每个填充材料段238可设有不同宽度，这样，支撑组件210彼此之间的间距会在叶片坯体232内并因此也在转子叶片200内有所不同。
还应了解的是，在各替代实施例中，叶片坯体232无需配置成具有多个单独填充材料段238的分层结构。例如，在一项实施例中，叶片坯体232可包括单个连续的填充材料208。在该项实施例中，叶片坯体232可经配置以将支撑组件210***或正确置于叶片坯体232中。
现在参阅图7，附图所示为图6所示的叶片坯体232定形成转子叶片200的气动廓线后的一项实施例的翼展向截面图。具体而言，如上所述，可清除构成叶片坯体232的部分填充材料208，以形成转子叶片200的廓线。例如，在若干实施例中，叶片坯体232可经机加工或定形以形成转子叶片200的压力侧218、吸入侧220、前缘222和后缘224的气动轮廓和廓线。
通常，叶片坯体232可通过现有技术中已知的任何合适的方式/方法定形成所需的廓线。例如，在一项实施例中，叶片坯体232可使用任何合适的机加工工艺和/或任何合适的机加工设备进行加工，例如计算机数字控制(CNC)或任何其他精密机加工设备。或者，叶片坯体232可使用其他合适的工具和/或设备进行定形，例如各种不同的手工工具和电动手工工具。例如，叶片坯体232可使用切削工具(例如刀、锯等)、磨削设备/砂磨设备(例如电磨机、电动砂磨机、磨砂纸等)和/或现有技术中已知的任何其他合适的工具/设备进行定形。
还应了解的是，在本发明的一项替代实施例中，可在组装成叶片坯体232之前预机加工或预构成一个或多个填充材料段238以形成转子叶片200的廓线。例如，在所示实施例中，每个填充材料段238可经预加工以构成转子叶片200的气动廓线的一部分，这样，(例如通过组装填充材料段238和支撑组件210)形成叶片坯体232后，无需使用其他机加工和/或定形工艺即可形成完整的气动外形或廓线。
仍参阅图7，如上所述，所公开的转子叶片200还可包括置于转子叶片200的叶根212上的叶根套管216。具体而言，叶根套管216可置于已定形的叶片坯体232的外罩层202和根端240之间。所述叶根套管216一般可作为连接机制以将转子叶片200连接至风力机10的轮毂18(如图1所示)。因此，应了解的是，叶根套管216一般可设计成具有使叶根套管216连接至风力机轮毂18的任何合适的尺寸、形状和/或配置。例如，在一项实施例中，叶根套管216可设为实质上的圆柱形或圆形，其直径或高度242一般与轮毂18的安装法兰(未图示)的直径或高度一致。此外，叶根套管216可包括多个环状间隔的孔244，所述孔244构成的螺栓孔模式与设于轮毂18中的螺栓孔模式大体上一致。在另一项实施例中，多个螺纹杆(未图示)可置于环状间隔的孔244内，从而连接转子叶片200与风力机轮毂18。当然，应了解的是，叶根套管216可通过现有技术中已知的其他任何合适的方式经配置以与轮毂18连接。
此外，叶根套管216一般可由任何合适的材料构成。但在若干实施例中，叶根套管216可由相对较硬和/或耐用的材料构成。例如，叶根套管可由任何合适的薄板复合材料(例如纤维增强薄板)、聚合物(例如高强度塑料)、金属(例如铝)、木头或者其他任何合适的材料或组合材料构成，其中所述材料可承受通常情况下风力机10运行过程中轮毂18和转子叶片200的连接点上产生的负载。此外，在一项实施例中，叶根套管216可包括预制部件，所述预制部件经配置以组装到已定形的叶片坯体232的根端240上。或者，叶根套管216可直接形成于已定形的叶片坯体232的根端240上。例如，在本发明的特定实施例中，可通过将多个薄板复合材料层直接布置或组装在根端240上以形成叶根套管216。
应了解的是，叶片坯体232的根端240一般可经机加工或定形以与叶根套管216相适。例如，在一项实施例中，与叶根套管216的宽度246所对应的填充材料208的多余部分可从根端240上的叶片坯体232中清除，以使叶根套管216随后可定位、组装或形成于根端240上。此外，在特定实施例中，随着叶根套管216从叶根212进行延伸，叶根套管216的宽度246一般会逐渐变窄。因此，如图7所示，叶片坯体232的根端240一般可经机加工或定形以包括相应的逐渐变窄的廓线，从而与叶根套管216逐渐变窄的宽度246相适。
还应了解的是，在本发明的若干实施例中，转子叶片200的整个气动廓线无需进行初始机加工或塑造以形成叶片坯体232。例如，在一项实施例中，只有叶片坯体232的根端240会进行初始机加工或塑造。在该项实施例中，可先将叶根套管216定位、组装或形成于根端240上，然后再在叶片坯体232中形成转子叶片的剩余部分。
再次参阅图4和图5，如上所述，转子叶片200还可包括构成转子叶片200的外表面的外罩层202。通常，外罩层202可经配置以贴合已定形的叶片坯体232和叶根套管216的***，并围绕其进行安置，这样转子叶片200就可构成平滑的气动廓线。此外，作为已定形的叶片坯体232的外涂层，外罩层202可向填充材料208提供支撑和保护(例如冲击保护)。
应了解的是，外罩层202一般可包括任何合适的材料，并可使用任何合适的方法和/或工艺而形成。例如，在一项实施例中，外罩层202可包括薄板复合材料(例如纤维增强薄板)，所述薄板复合材料使用手工敷层工艺或其他任何合适的薄板形成方法围绕已定形的叶片坯体232和叶根套管216的***而形成。在另一项实施例中，外罩层202可包括喷涂表面涂层，例如聚氨酯弹性喷涂复合物。在进一步实施例中，外罩层202可包括使用热缩包装工艺和/或热缩套管工艺而形成的热塑性基涂层。
还应了解的是，在若干实施例中，外罩层202可每次围绕已定形的叶片坯体232的一侧进行定位。例如，在本发明的特定实施例中，只有转子叶片200的压力侧218或吸入侧220的廓线可进行初始机加工或定形以形成叶片坯体232。在该项实施例中，外罩层202会先布置在已形成的压力侧218或吸入侧220上，然后再对转子叶片廓线的剩余部分进行机加工或定形。
现在参阅图8和图9，附图所示为根据本发明的各方面制造的转子叶片300的另一项实施例。具体而言，图8所示为转子叶片300的翼展向截面图。图9所示为转子叶片300的翼弦向截面图。
通常，与上文关于图4和图5所述的转子叶片200类似，所示转子叶片300可包括具有外表面304和内表面306的外罩层302(例如薄板复合材料)，所述外表面304构成转子叶片300的外表面，所述内表面306大体上贴合大量已定形的填充材料308的廓线，其中所述填充材料308置于转子叶片300的内部。填充材料308(例如低密度泡沫材料)一般可构成与转子叶片300的气动廓线一致的廓线，并可经配置以占据转子叶片300的内部容积的至少一部分。本专利申请文件中关于图8至图11所用术语“内部容积”是指由外罩层302的内表面306所构成的转子叶片300的容积，所述容积不包括由支撑组件310和端板350所占据的部分。例如，在一项实施例中，填充材料308可经配置以占据转子叶片300的内部容积的50％以上，例如占据内部容积的75％以上、85％以上或95％以上。转子叶片300还可包括在前缘322和后缘324之间延伸的压力侧318和吸入侧320。此外，转子叶片300可包括翼展325和翼弦326，所述翼展325构成叶根312和叶尖314之间的总长度，所述翼弦326构成前缘322和后缘324之间的总长度。此外，如上所述，转子叶片300的填充材料308和外罩层302可经配置以构成翼形截面。另外，转子叶片300可(例如通过进行气动弹性裁减)包括其他气动特征。
但是，与上述转子叶片200的叶根套管216相反，所示转子叶片300一般可包括置于转子叶片300的叶根312上的端板350。通常，端板350可作为连接机制以连接转子叶片300和风力机10的轮毂18(如图1所示)。因此，应此了解的是，端板350一般可设计成具有使其连接至风力机轮毂18的任何合适的尺寸、形状和/或配置。例如，在一项实施例中，端板350可设为实质上的圆柱形或圆形，其直径或高度352一般与轮毂18的安装法兰(未图示)的直径或高度一致。此外，端板350可包括多个螺纹杆354，所述多个螺纹杆354围绕端板350的轮毂侧356呈环状安置，以连接转子叶片300与轮毂18。在其他各实施例中，端板350可包括多个环状间隔排列的孔(未图示)，所述孔构成的螺栓孔模式与设于轮毂18的螺栓孔模式大体上一致。或者，应了解的是，端板350可通过现有技术已知的其他任何合适的方式经配置以连接至轮毂18。
所公开的转子叶片300的端板350一般可由任何合适的材料构成。但在若干实施例中，端板350可由相对较硬和/或耐用的材料构成。例如，端板350可由任何合适的薄板复合材料(例如纤维增强薄板)、聚合物(例如高强度塑料)、金属(例如铝)、木头或者其他任何合适的材料或组合材料构成，其中所述材料可承受通常情况下风力机10运行过程中轮毂18和转子叶片300的连接点上产生的负载。
仍参阅图8和图9，转子叶片300还可包括朝大体上的翼展方向从端板350向外延伸的支撑组件310。例如，支撑组件310可连接至端板350，这样支撑组件310会朝叶尖314的方向从端板350的叶片侧358向外延伸。应了解的是，支撑组件310一般可通过任何合适的方式经配置以连接至端板350。例如，在所示实施例中，端板350可设有用于将支撑组件310***和/或紧固至其中的开口360。在该项实施例中，应了解的是，支撑组件310可使用任何合适的连接机制，如螺钉、螺栓、固定夹、固定支架、粘合剂、胶带等，和/或使用任何合适的连接方法，如焊接、压装、粘接等，紧固在开口360内。在另一项实施例中，例如可通过使用上述任何连接机制和/或方法，使支撑组件310经配置以连接至端板350的叶片侧358，并可从所述叶片侧358向外延伸。
通常，支撑组件310可采用与关于图4和图5所述的支撑组件210类似的配置。这样，支撑组件310可配置成所公开的转子叶片300的结构部件，例如在转子叶片300的制造过程中经配置以支撑填充材料308，和/或在风力机10的运行过程中经配置以向转子叶片300提供刚度和/或强度。因此，应了解的是，支撑组件310一般可具有使支撑组件310具有本专利申请文件中所述作用的任何合适的形状、尺寸、截面和/或配置。
例如，支撑组件310一般可经配置以在转子叶片300内沿着转子叶片300的翼展325的至少一部分纵向延伸。因此，在所示实施例中，支撑组件310可经配置以在转子叶片300内从大体上邻近叶根312的位置纵向延伸至大体上邻近叶尖314的位置。此外，如图所示，支撑组件310可配置成杆状或梁状结构组件。例如，在所示实施例中，支撑组件310可配置成具有圆形或管形截面形状的空心杆或空心梁。但应了解的是，在各替代实施例中，支撑组件310可配置成具有任何合适的截面形状的实心和/或空心部件，例如椭圆形、三角形、矩形或正方形。在进一步实施例中，支撑组件310可配置成“I”形梁，或可采用现有技术中已知的任何合适的其他支撑梁配置。例如，在本发明的特定实施例中，支撑组件310可采用与传统转子叶片所使用的主梁帽/抗剪腹板类似的配置。
此外，支撑组件310一般可设有任何合适的高度328和弦向宽度330。例如，尤其是如图9所示，支撑组件310的高度328和宽度330分别仅部分设在转子叶片300的压力侧318和吸入侧320之间以及前缘322和后缘324之间。但在替代实施例中，支撑组件310的高度328可实质上设在转子叶片300的压力侧318和吸入侧320之间，例如设在外罩层302的内表面306之间。类似地，在另一项实施例中，支撑组件310可具有实质上在转子叶片300的前缘322和后缘324之间延伸的弦向宽度330。
应了解的是，尽管所示转子叶片300只包括单个支撑组件310，但通常转子叶片300可包括从端板350向外延伸的任何数量的支撑组件310，例如两个、三个或更多支撑组件310。
现在参阅图10，附图所示为根据本发明各方面的图8和图9所示的支撑组件310的一项实施例的截面图，其中所述支撑组件310上安置有叶片坯体332。通常，叶片坯体332可采用与上文关于图6所述的叶片坯体232类似的配置。因此，叶片坯体332一般可包括大量填充材料308，所述填充材料308经配置以进行机加工或定形，从而形成转子叶片300的气动廓线。因此，通常叶片坯体332所设有的任何合适的形状需满足以下条件，即相应尺寸大于或等于转子叶片300的翼展325、最大翼弦326和最大高度(未图示)，这样就可清除构成叶片坯体332的部分填充材料308，从而构成转子叶片的廓线。例如，叶片坯体332的长度334一般可大于或等于转子叶片300的翼展325。类似地，叶片坯体332的宽度336一般可大于或等于转子叶片300的最大翼弦326，叶片坯体332的高度(未图示)一般可大于或等于转子叶片300的最大高度。此外，如将在下文描述的那样，在一项实施例中，支撑组件310的初始长度可大于叶片坯体332的长度334。因此，如图所示，当叶片坯体332置于支撑组件310上时，支撑组件310的裸露末端362一般可从叶片坯体332向外延伸。
与上文关于图6所述的分层结构不同，图10所示的叶片坯体332一般经配置以围绕支撑组件310置于其上。例如，叶片坯体332可设有大体上与支撑组件310的截面形状一致的开口(未图示)，从而将叶片坯体332置于支撑组件310上。此外，叶片坯体332可经配置以与支撑组件310和/或端板350连接。例如，在一项实施例中，叶片坯体332可使用任何合适的粘合剂与支撑组件310的***以及端板350的叶片侧358粘接。此外，应了解的是，在若干实施例中，叶片坯体332可包括一个整块的填充材料308。或者，如图10所示，叶片坯体332可包括沿着支撑组件310的长度进行安置的多个填充材料段364。在该项实施例中，除了与支撑组件310和/或端板350连接外，填充材料段364还可经配置以在彼此之间相互连接。例如，填充材料段364可通过任何合适的方式彼此粘接、粘附、结合、紧固或连接。
现在参阅图11，附图所示为图10所示的叶片坯体332定形成转子叶片300的气动廓线后的一项实施例的翼展向截面图。具体而言，在叶片坯体332围绕支撑组件310置于其上后，可清除构成叶片坯体332的部分填充材料308，以构成转子叶片300的廓线。例如，与上述实施例类似，叶片坯体332可进行机加工或定形，以形成转子叶片300的压力侧318、吸入侧320、前缘322和后缘324的气动轮廓和廓线。因此，在一项实施例中，叶片坯体332可通过任何合适的机加工工艺和任何合适的加工设备进行定形。或者，叶片坯体332可使用现有技术中已知的任何合适的其他工具和/或设备进行定形。
如上所述，在本发明的一项实施例中，支撑组件310的初始长度大于叶片坯体332的长度334。在该项实施例中，应了解的是，该延伸长度可辅助机加工或定形叶片坯体332。例如，当叶片坯体332使用CNC机器或其他合适的机加工设备进行机加工时，在机器内，叶片坯体332的一端由端板350支撑，另一端由支撑组件310的裸露末端362(如图10所示)支撑。因此，要完成转子叶片300的气动廓线的形成，在机加工或定形过程中或者在机加工或定形后，支撑组件310的裸露末端362可被清除。因此，如图7所示，支撑组件310的末端362一般可通过，例如机加工或修整，进行清除，以形成转子叶片300的叶尖314。
应了解的是，在本发明的一项替代实施例中，可在组装至叶片坯体332之前预加工或预构成一个或多个填充材料段364以形成转子叶片300的廓线。例如，在所示实施例中，每个填充材料段364可进行预加工以构成转子叶片300的气动廓线的一部分，这样，(例如通过将填充材料段组装至支撑组件310上)形成叶片坯体332后，即可形成完整的气动廓线。
本发明所属领域的一般技术人员应易于理解，可在本发明的范围内使用本专利申请文件中所述的转子叶片部件的各种不同组合。例如，代替或除了多个支撑组件210，图8至图11所述的支撑组件310也可用于图4至图7所述的转子叶片200，反之亦然。类似地，端板350和叶根套管216可交换或组合使用，以使所公开的转子叶片200、300可连接至风力机的轮毂18。
还应了解的是，在若干实施例中，所公开的方法特别有利于快速有效地制造原型转子叶片，以测试新的机翼设计等。尤其是，所公开的方法无需使用专门定制的模具即可制造转子叶片。因此，无需耗费制作和/或获得此类专用模具的时间，就可立即制造并测试新的机翼形状和/或其他叶片配置/特征(例如经气动弹性裁剪的叶片、小翼等)。然而，所公开的方法还可用于生产转子叶片以供所属领域使用。例如，根据所公开的方法制造的转子叶片可用作风力机的主要和/或辅助转子叶片。
本专利申请文件使用了各种实例来公开本发明，包括最佳模式，同时也让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或***、并实施所涵盖的任何方法。本发明的保护范围由权利要求书界定，并可包括所属领域的一般技术人员想出的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质差别，则此类实例也属于权利要求书的范围。

Claims (15)

1.一种制造风力机(10)的转子叶片(200)的方法，所述方法包括：
提供叶片坯体(232)，所述叶片坯体(232)至少部分由填充材料(208)构成；
定形所述叶片坯体(232)以构成所述转子叶片(200)的廓线；以及
围绕所述已定形的叶片坯体(232)的***定位外罩层(202)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述填充材料(208)包括低密度材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述低密度材料包括泡沫材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括组装多个填充材料段(238)和多个支撑组件(210)以构成所述叶片坯体(232)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个支撑组件(210)由薄板复合材料构成。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述多个支撑组件(210)均设有实质上在所述转子叶片(200)的压力侧(24)和吸入侧(26)之间延伸的高度(228)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，围绕支撑组件(210)定位所述叶片坯体(232)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括，将所述支撑组件(210)与所述转子叶片(200)的端板(350)连接，且所述端板(350)经配置以与所述风力机(10)的轮毂(18)连接。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括，直接在所述叶片坯体(232)的根端(240)上构成叶根套管(216)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述叶根套管(216)由薄板复合材料构成。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括，叶根套管(216)经配置以与所述风力机(10)的轮毂(18)连接。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，定形所述叶片坯体(232)以构成所述转子叶片(200)的所述廓线包括清除所述填充材料(208)的部分以构成所述转子叶片(200)的气动廓线。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述填充材料(208)的所述部分会使用机加工工艺进行清除。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外罩层(202)的外表面(204)构成所述转子叶片(200)的外表面。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外罩层(202)包括薄板复合材料。
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