CN113167211A - 具有过渡形状的用于分节段转子叶片的梁结构 - Google Patents

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CN113167211A CN201880100190.0A CN201880100190A CN113167211A CN 113167211 A CN113167211 A CN 113167211A CN 201880100190 A CN201880100190 A CN 201880100190A CN 113167211 A CN113167211 A CN 113167211A
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Abstract

一种用于转子叶片的翼梁组件，包括在第二端部与封闭的第一端部之间延伸的梁结构，该梁结构构造成用于联接在转子叶片的壳内。梁结构包括在展向方向上从第二端部延伸的接触部分、在展向方向上从第一端部朝向接触部分延伸的接头部分以及在接触部分和接头部分之间的过渡区域。接触部分包括一个或多个成形表面，该成形表面朝向转子叶片的压力侧或吸力侧的内表面中的至少一个取向，并且构造成遵循转子叶片的压力侧或吸力侧中的一个的外形。接头部分包括在与(多个)成形表面相同的方向上取向的一个或多个线性表面。过渡区域将(多个)成形表面过渡到(多个)线性表面。

Description

具有过渡形状的用于分节段转子叶片的梁结构
技术领域
本公开总体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及一种用于分节段转子叶片的梁结构，该梁结构具有沿着转子叶片的翼展的过渡横截面形状，以提高可制造性。
背景技术
风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且在这方面，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及具有带有一个或多个转子叶片的可旋转毂的转子。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片将动能以旋转能的形式传送，以便使将转子叶片联接到齿轮箱或在未使用齿轮箱的情况下将转子叶片直接地联接到发电机的轴转动。然后，发电机使机械能转换成可部署到公用电网的电能。
转子叶片大体上包括典型地使用模制过程来形成的吸力侧壳和压力侧壳，吸力侧壳和压力侧壳在沿着叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳是相对轻量的，并且具有并非构造成承受在操作期间施加于转子叶片上的弯曲力矩和其它载荷的结构性质(例如，刚度、抗屈曲性以及强度)。因此，为了提高转子叶片的刚度、抗屈曲性以及强度，典型地使用接合壳半部的内压力侧表面和内吸力侧表面的一个或多个结构构件(例如，相对的翼梁帽，在其之间构造有抗剪腹板)来增强主体壳。这样的结构构件典型地成形(contour)为壳半部的内压力侧表面和内吸力侧表面的形状，以便在结构构件和各个壳半部之间形成牢固的结合。翼梁帽和/或抗剪腹板可由包括但不限于玻璃纤维层压复合物和/或碳纤维层压复合物的多种材料构成。
多种转子叶片可被分成两个或更多个节段，并被组装以形成完整的转子叶片。分节段转子叶片的各个节段大体上包括吸力侧壳和压力侧壳以及一个或多个结构构件。这样的节段及其相应的构件典型地在节段之间的接头处组装。虽然将结构构件的形状成形为压力侧壳半部和吸力侧壳半部的形状可在结构构件和壳之间产生合乎期望的结合，但是这样的形状对于旨在将叶片节段联结在一起的结构构件的端部而言可能是不合乎期望的。更特别地，结构构件的弯曲轮廓可导致形成结构构件的端部的复合材料的分层。
因此，本公开针对一种用于风力涡轮的分节段转子叶片的梁结构，该梁结构具有沿着转子叶片的翼展的过渡横截面形状，以提高可制造性。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
在一个方面，本公开针对一种用于风力涡轮的转子叶片的翼梁组件。翼梁组件包括在第二端部与封闭的第一端部之间延伸的梁结构。梁结构构造成用于联接在转子叶片的壳内。梁结构包括在展向方向上从第二端部延伸的接触部分，并且包括朝向转子叶片的压力侧或吸力侧的内表面中的至少一个取向的一个或多个成形表面。此外，(多个)成形表面构造成遵循转子叶片的压力侧或吸力侧中的一个的外形。梁结构进一步包括在展向方向上从第一端部朝向接触部分延伸的接头部分。接头部分包括在与(多个)成形表面相同的方向上取向的一个或多个线性表面。梁结构包括在接触部分和接头部分之间的过渡区域，该过渡区域将(多个)成形表面过渡到(多个)线性表面。
在一个实施例中，接触部分可沿着梁结构的长度的50%或更少延伸。在一个这样的实施例中，过渡区域可延伸梁结构的长度的约30%至约40%。
在另一实施例中，(多个)成形表面可包括第一曲率半径，并且过渡区域可包括大于第一曲率半径的第二曲率半径。在额外的实施例中，过渡区域可包括布置在接触部分和接头部分之间的多个曲率半径。此外，多个曲率半径中的各个曲率半径可在接触部分和接头部分之间增加。
在一个实施例中，(多个)成形表面可与梁结构一体地形成，或者单独附接到梁结构。在另一实施例中，梁结构的接触部分可进一步包括多个成形表面。多个成形表面可包括朝向转子叶片的吸力侧的内表面取向的第一成形表面和朝向转子叶片的压力侧的内表面取向的第二成形表面。在一个这样的实施例中，梁结构的接头部分可进一步包括多个线性表面。另外，多个线性表面可包括朝向转子叶片的吸力侧的内表面取向的第一线性表面和朝向转子叶片的压力侧的内表面取向的第二线性表面。在一个这样的实施例中，过渡区域可将第一成形表面和第二成形表面过渡成第一线性表面和第二线性表面。
在另一这样的实施例中，第一成形表面和第二成形表面可分别形成吸力侧翼梁帽和压力侧翼梁帽的部分。此外，梁结构可进一步包括在吸力侧翼梁帽和压力侧翼梁帽之间延伸的一个或多个抗剪腹板。在额外的实施例中，梁结构可进一步包括一个或多个内块、内层板、外层板或它们的组合。照此，(多个)内块、(多个)内层板或(多个)外层板中的至少一个可被预成型或预制并与梁结构一起铺叠。
在又一个方面，本公开针对一种用于风力涡轮的转子叶片。转子叶片包括在相反方向上从弦向接头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各个包括压力侧壳部件、吸力侧壳部件和翼梁组件。第一叶片节段的翼梁组件包括在第二端部与弦向接头处的封闭的第一端部之间延伸的梁结构。另外，梁结构构造成用于联接在转子叶片的壳内。梁结构包括在展向方向上从第二端部延伸的接触部分。接触部分包括朝向压力侧壳部件或吸力侧壳部件的内表面中的至少一个取向的一个或多个成形表面。此外，(多个)成形表面构造成遵循压力侧壳部件或吸力侧壳部件中的一个的外形。梁结构进一步包括在展向方向上从第一端部朝向接触部分延伸的接头部分。接头部分包括在与(多个)成形表面相同的方向上取向的一个或多个线性表面。梁结构进一步包括在接触部分和接头部分之间的过渡区域，该过渡区域将(多个)成形表面过渡到(多个)线性表面。应当理解，转子叶片可进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任何特征。
在又一个方面，本公开针对一种形成用于转子叶片的翼梁组件的梁结构的方法。这样的转子叶片包括压力侧壳部件和吸力侧壳部件。该方法包括形成梁结构的接触部分，该接触部分在展向方向上从第二端部延伸。接触部分形成为包括朝向压力侧壳部件或吸力侧壳部件的内表面中的至少一个取向的一个或多个成形表面。此外，(多个)成形表面构造成遵循压力侧壳部件或吸力侧壳部件中的一个的外形。该方法另外包括形成梁结构的接头部分，该接头部分在展向方向上从梁结构的封闭的第一端部朝向接触部分延伸。另外，接头部分形成为包括在与(多个)成形表面相同的方向上取向的一个或多个线性表面。该方法进一步包括在接触部分和接头部分之间形成过渡区域，该过渡区域将(多个)成形表面过渡到(多个)线性表面。该方法的一个步骤包括从接头部分的(多个)线性表面围绕接头部分的第一端部包裹复合层板中的一个或多个，以形成梁结构的封闭端部。该方法进一步包括处理梁结构。应当理解，转子叶片可进一步包括如本文中所描述的额外的特征中的任何特征。
在该方法的一个实施例中，形成接触部分和/或过渡区域可包括将接触部分和/或过渡区域铺叠在硬工具中。在这样的实施例中，硬工具可限定(多个)成形表面、过渡区域或两者。在另一实施例中，形成接触部分和/或过渡区域可包括围绕内部工具心轴铺叠接触部分和/或过渡区域。在这样的实施例中，工具心轴可构造成限定(多个)成形表面、过渡区域或两者。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并且构成本说明书的部分的附图图示本发明的实施例，并且与描述一起用来解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：
图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2图示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图示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图示根据本公开的第二叶片节段的位于弦向接头处的区段的一个实施例的透视图；
图5图示根据本公开的具有与第二叶片节段联结的第一叶片节段的风力涡轮的转子叶片的一个实施例的组件；
图6图示根据本公开的第一叶片节段的梁结构的一个实施例的透视图，特别地图示接触部分、接头部分和过渡区域；
图7图示根据本公开的梁结构的一个实施例的第一端部的侧视图，特别地图示接触部分和接头部分相应的成形表面和线性表面；
图8图示根据本公开的梁结构的第一端部的一个实施例，特别地图示梁结构的封闭的第一端部沿着翼展的横截面；以及
图9图示根据本公开的形成用于转子叶片的翼梁组件的梁结构的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。各个示例通过解释本发明而非限制本发明的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生再一个另外的实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
现在参考附图，图1图示根据本发明的风力涡轮10的一个实施例的透视图。在所图示的实施例中，风力涡轮10是水平轴线风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖直轴线风力涡轮。另外，如所示出的，风力涡轮10可包括：塔架12，其从支承表面14延伸；机舱16，其安装于塔架12上；发电机18，其定位于机舱16内；齿轮箱20，其联接到发电机18；以及转子22，其利用转子轴24旋转地联接到齿轮箱20。此外，如所示出的，转子22包括可旋转毂26和至少一个转子叶片28，转子叶片28联接到可旋转毂26并且从可旋转毂26向外延伸。如所示出的，转子叶片28包括叶片末梢17和叶片根部19。
现在参考图2，图示图1的转子叶片28中的一个的平面视图。如所示出的，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，如所示出的，第一叶片节段30和第二叶片节段32可各自从弦向接头34沿相反方向延伸。另外，如所示出的，叶片节段30、32中的各个可包括压力侧壳部件31、吸力侧壳部件33和内部翼梁组件36。第一叶片节段30和第二叶片节段32可通过第一叶片节段30的内部翼梁组件36的至少内部梁结构40连接，内部梁结构40延伸到两个叶片节段30、32中，以便于叶片节段30、32的联结。箭头38示出在所图示的示例中的分节段转子叶片28包括两个叶片节段30、32，并且这些叶片节段30、32通过将内部梁结构40***到第二叶片节段32中而联结。例如，第一叶片节段30的梁结构40可***到第二叶片节段32的翼梁组件36中。另外，如所示出的，第二叶片节段32的翼梁组件36可纵长地延伸，以用于与转子叶片28的叶片根部区段35和第一叶片节段30的梁结构40(其在图5中更详细地示出)连接。
尽管被描绘为末梢叶片节段的部分，但是应当认识到，内部梁结构40可被包括为根部叶片节段的部分，并且可连接到末梢叶片节段的内部翼梁组件36，以便于叶片节段30、32的联结。在再一些另外的实施例中，转子叶片28可包括三个或更多个叶片节段。在这样的实施例中，中间叶片节段的内部翼梁组件36可包括梁结构40。例如，梁结构40可从中间节段的端部中的一个或两个延伸，以便于将中间叶片节段联结到分节段转子叶片28的根部节段和/或末梢节段。
现在参考图3，图示根据本公开的第一叶片节段30的区段的透视图。如所示出的，第一叶片节段30可包括梁结构40，其形成第一叶片节段30的翼梁组件36的部分，并且纵长地延伸以用于在结构上与第二叶片节段32连接。此外，如所示出的，梁结构40可形成第一叶片节段30的部分，该部分具有从内部区段42(例如，如下文关于图6和图7更详细地解释的接触部分82和过渡区域94)突出的延伸部(例如，如下文关于图6至图8更详细地描述的接头部分84)，从而形成延伸的翼梁区段。在某些实施例中，梁结构40可包括与吸力侧翼梁帽48和压力侧翼梁帽46连接的一个或多个抗剪腹板44。
此外，如所示出的，第一叶片节段30可包括朝向梁结构40的第一端部54的一个或多个第一螺栓接头。在一个实施例中，螺栓接头可包括与衬套处于紧密干涉配合的销。更具体地，如所示出的，(多个)螺栓接头可包括位于梁结构40上的一个螺栓管52。因此，如所示出的，螺栓管52可在展向方向上取向。此外，第一叶片节段30还可包括接近弦向接头34而位于梁结构40上的螺栓接头狭槽50。此外，如所示出的，螺栓接头狭槽50可在弦向方向上取向。在一个示例中，可存在在螺栓接头狭槽50内布置成与螺栓管或销处于紧密干涉配合的衬套。此外，第一叶片节段30可包括位于弦向接头34处的多个第二螺栓接头管56、58。因此，如所示出的，第二螺栓接头管56、58可包括前缘螺栓接头管56和后缘螺栓接头管58。此外，第二螺栓接头管56、58中的各个可在展向方向上取向。另外，如所示出的，第二螺栓接头管56、58中的各个分别可包括构造成使压缩载荷分布于弦向接头34处的多个凸缘55、57。
将注意到，位于梁结构40的第一端部54处的螺栓管52可与位于弦向接头34处的多个第二螺栓接头管56、58以最佳距离D展向地分离。该最佳距离D可使得弦向接头34能够承受由于作用于弦向接头34上的剪切载荷而引起的相当大的弯曲力矩。在另一实施例中，连接第一叶片节段30和第二叶片节段32的螺栓接头中的各个可包括干涉配合钢衬套式接头。
现在参考图4，图示根据本公开的第二叶片节段32的位于弦向接头34处的区段的透视图。如所示出的，第二叶片节段32包括接纳区段60，接纳区段60在第二叶片节段32内纵长地延伸，以用于接纳第一叶片节段30的梁结构40。接纳区段60可包括翼梁组件36，翼梁组件36包括压力侧翼梁帽46和吸力侧翼梁帽48以及在它们之间延伸的一个或多个抗剪腹板44。接纳区段60可纵长地延伸，以用于与第一叶片节段30的梁结构40连接。例如，梁结构40可***接纳区段60内。如所示出的，第二叶片节段32可进一步包括用于接纳第一叶片节段30的螺栓管56、58(在图3中示出)并且形成紧密干涉配合件的螺栓接头狭槽62、64。在一个示例中，多个螺栓接头狭槽62、64中的各个分别可包括构造成使压缩载荷分布于弦向接头34处的多个凸缘61、63。
现在参考图5，图示根据本公开的具有与第二叶片节段32联结的第一叶片节段30的转子叶片28的组件70。如所示出的，组件70图示位于具有与第二叶片节段32联结的第一叶片节段30的转子叶片28的外壳部件底下的多个支承结构。此外，如所示出的，接纳区段60可包括纵长地延伸且支承梁结构40的吸力侧翼梁帽48和压力侧翼梁帽46。接纳区段60还包括在展向方向上与梁结构40的螺栓管52(参见例如图3)连接的矩形紧固元件72。此外，第一叶片节段30和第二叶片节段32还可分别包括位于弦向接头34处的弦向部件74、76。此外，如所示出的，弦向部件74、76可包括前缘螺栓开口78和后缘螺栓开口80，前缘螺栓开口78和后缘螺栓开口80允许第一叶片节段30与第二叶片节段32之间的螺栓接头连接。例如，如所示出的，弦向部件74、76通过与位于前缘螺栓开口78和后缘螺栓开口80中的衬套处于紧密干涉配合的螺栓管56和58而连接。在另一实施例中，翼梁帽46、48、矩形紧固元件72和弦向部件74、76中的各个可由诸如玻璃增强纤维或碳增强纤维的复合材料构成。在该示例中，组件70还可包括嵌入多个螺栓管或销56、58与附接到弦向部件74、76的衬套连接件之间的多个闪电接收器缆线73。
在其它实施例中，应当认识到，第一叶片节段30可为根部叶片节段，而第二叶片节段32可为末梢叶片节段。照此，梁结构40可从根部叶片节段的远侧端部延伸出，并由末梢叶片节段的接纳区段60接纳。在再一些另外的实施例中，第一叶片节段30可为定位在根部叶片节段和末梢叶片节段之间的中间叶片节段。此外，这样的中间叶片节段可包括梁结构40，该梁结构从一个或两个端部延伸以被接纳(例如，***)在根部叶片节段和/或末梢叶片节段的接纳区段60内。
现在参考图6和图7，根据本公开的方面图示第一叶片节段30的翼梁组件36的多个视图。特别地，图6图示包括接触部分82和接头部分84的梁结构40的透视图。图7图示梁结构40的第一端部54的侧视图，特别地图示接触部分82和接头部分84相应的一个或多个成形表面86和一个或多个线性表面88。应当认识到，图6和图7的梁结构40可大体上构造成与图2、图3和图5的梁结构40相同或类似，并且可大体上在图1和图2的转子叶片28中利用。然而，在其它实施例中，设想梁结构40的另外的构造，诸如不同的横截面形状和/或额外的或更少的翼梁帽和/或抗剪腹板。例如，在一个实施例中，两个翼梁帽和抗剪腹板可呈I型梁构造。
如所图示的，梁结构40可从第二端部90延伸到第一端部54。例如，当第一叶片节段30是末梢节段时，梁结构40可在展向方向上从定位在叶片末梢17处或近似定位在叶片末梢17处的第二端部90延伸到在弦向接头34(参见例如图2和图5)处的第一端部54。梁结构40的接触部分82可在展向方向上从第二端部90延伸，并包括朝向转子叶片28的压力侧壳部件31或吸力侧壳部件33(如图3中所示出的)的内表面中的至少一个取向的一个或多个成形表面86。(多个)成形表面86可为压力侧翼梁帽46和/或吸力侧翼梁帽48中的一个的外表面92。例如，如图6中所示出的，一个成形表面86可朝向吸力侧壳部件33取向。然而，如图7中所示出的，压力侧翼梁帽46的外表面92可限定朝向压力侧壳部件31(如图3中所示出的)取向的成形表面86。此外，翼梁帽46、48可在第二端部90处使用任何合适的粘合材料或弹性体密封件联结在一起。如在图7中特别地示出的，应当认识到，接触部分82可包括朝向压力侧壳部件31取向的一个成形表面86和朝向吸力侧壳部件33取向的一个成形表面86。在另一实施例中，接触部分82可包括朝向压力侧壳部件31的内表面取向的一个成形表面86。
还应当认识到，(多个)成形表面86可与梁结构40一体地形成。例如，(多个)成形表面86可与压力侧翼梁帽46和/或吸力侧翼梁帽48一体地形成。然而，在其它实施例中，(多个)接触表面86可单独地附接到梁结构40。例如，限定(多个)成形表面86的一个或多个整流装置可在接触部分82处固定到梁结构40。更特别地，在某些实施例中，可使用粘合材料将(多个)整流装置结合到梁结构40。
(多个)成形表面86构造成遵循转子叶片28的压力侧或吸力侧中的一个的外形。更特别地，朝向压力侧壳部件31取向的成形表面86可大体上遵循压力侧壳部件31的空气动力学轮廓。类似地，朝向吸力侧壳部件33取向的成形表面86可大体上遵循压力侧壳部件31的空气动力学轮廓。照此，(多个)成形表面86可提供配对表面，以用于使压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33联接到接触部分82内的外表面92。例如，接触部分82可在转子叶片28的叶片末梢17处的第二端部90和接头部分84之间联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。更特别地，压力侧壳部件31或吸力侧壳部件33中的一个或两个可使用任何合适的粘合材料结合到(多个)成形表面86，该粘合材料包括但不限于聚合物(诸如热固性或热塑性的)。此外，由于成形为与(多个)相应的壳部件31、33匹配的(多个)配对面，(多个)成形表面86可改善压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33与接触部分82之间的结合。照此，(多个)成形表面86可增加第一转子叶片节段30的强度和/或降低梁结构40和(多个)侧壳部件31、33之间分层的可能性或严重性。应当认识到，接触部分82的全部或基本上全部可联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。
如图6和图7中进一步图示的，梁结构40可包括在展向方向上从第一端部54朝向接触部分82延伸的接头部分84。在某些实施例中，接头部分84可从第一端部54沿着展向方向延伸到接触部分82和/或过渡区域94，如下文更详细地描述的。接头部分84可从第一叶片节段30延伸出接头长度D，如图3中所示出的。例如，接头部分84可限定从第一叶片节段30的开放端部(例如与第一叶片节段30的叶片末梢17相反)延伸的箱形梁。此外，这样的箱形梁可由第二叶片节段32的接纳区段60接纳，如在图5中大体上示出的。
接头部分84可包括一个或多个线性表面88，线性表面88中的各个在与(多个)成形表面86中的一个相同的方向上取向。例如，(多个)线性表面88可朝向压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33中的至少一个取向。接头部分84的(多个)线性表面88可提供用于将第一叶片节段30与第二叶片节段32联结的更合乎期望的架构。例如，如下文关于图8更详细地解释的，接头部分84的(多个)线性表面88可减小接头部分84内的内应力。在某些实施例中，接头部分84可不直接联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。照此，梁结构40的接头部分84可通过梁结构40的其它部分(诸如接触部分82)间接地联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。
仍然参考图6和图7的示例性实施例，梁结构40可包括在接触部分82和接头部分84之间的过渡区域94，该过渡区域94将(多个)成形表面86过渡到(多个)线性表面88。过渡区域94的至少部分可联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。例如，过渡区域94的全部可联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33的内表面。在其它实施例中，过渡区域94的部分可联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33，而过渡区域94的另一部分不直接联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。例如，过渡区域94的最靠近接触部分82和/或第二端部90的部分可联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。在这样的实施例中，过渡区域94的最靠近接头部分84和/或第一端部54的部分可不直接联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。照此，应当认识到，过渡区域94的联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33的部分可更接近地类似于接触部分82的(多个)成形表面86。相反地，过渡区域94的更接近地类似于接头部分84的(多个)线性表面88的部分可不直接联接到压力侧壳部件31和/或吸力侧壳部件33。
在一个实施例中，如所示出的，(多个)成形表面86可包括第一曲率半径96。例如，在一个实施例中，接触部分82可由梁结构40的在第二端部90处的节段限定，该节段包括在外表面92上的第一曲率半径96。此外，如所图示的，过渡区域94可包括大于第一曲率半径96的第二曲率半径98。在额外的实施例中，过渡区域94可包括布置在接触部分82和接头部分84之间的多个曲率半径。另外，多个曲率半径中的各个曲率半径可在接触部分82和接头部分84之间增加。此外，由过渡区域94限定的曲率半径可将接触部分82的(多个)成形表面86平滑地转换成接头部分84的(多个)线性表面88。更特别地，在所描绘的实施例中，过渡区域94可包括第三曲率半径100，其大于第二曲率半径98并沿着翼展布置在第二曲率半径98和接头部分84之间。照此，应当认识到，外表面92可在第二曲率半径98处更接近地类似于接触部分82，并且在第三曲率半径100处更接近地类似于接头部分84。另外，在某些实施例中，接触部分82可在展向方向上沿着梁结构40的长度的50%或更少延伸。此外，过渡区域94可在展向方向上延伸梁结构40的长度的约30%至约40%。
尽管在过渡区域94内图示两个不同的曲率半径，但是应当认识到，过渡区域94可包括更多个曲率半径，诸如三个或更多个曲率半径。此外，在某些实施例中，过渡区域94可限定包括无限或接近无限数量的曲率半径的平滑过渡。此外，在其它实施例中，过渡区域94可限定两个或更多个不同的曲率半径，这些曲率半径限定过渡区域94的不同区段。
现在特别地参考图7，梁结构40的接触部分82可进一步包括多个成形表面86。例如，多个成形表面86可包括朝向转子叶片28的吸力侧壳部件33的内表面取向的第一成形表面102和朝向转子叶片28的压力侧壳部件31的内表面取向的第二成形表面104。在一个这样的实施例中，梁结构40的接头部分84可进一步包括多个线性表面88。另外，多个线性表面88可包括朝向转子叶片28的吸力侧壳部件33的内表面取向的第一线性表面106和朝向转子叶片28的压力侧壳部件31的内表面取向的第二线性表面108。在一个这样的实施例中，过渡区域94可将第一成形表面102和第二成形表面104过渡成第一线性表面106和第二线性表面108。例如，过渡区域94可将第一成形表面102过渡成第一线性表面106，并且将第二成形表面104过渡成第二线性表面108。
在一个示例性实施例中，第一成形表面102和第二成形表面104可分别形成吸力侧翼梁帽48和压力侧翼梁帽46的部分。例如，第一成形表面102和第二成形表面104可由吸力侧翼梁帽48和压力侧翼梁帽46的外表面92限定。如图6中所图示的，在某些实施例中，梁结构40可进一步包括定位在压力侧翼梁帽46和吸力侧翼梁帽48之间的填充材料110。填充材料110可大体上沿着梁结构40的全长从第一端部54延伸到第二端部90。然而，在其它实施例中，填充材料110可仅填充梁结构40的部分，诸如接头部分84和/或过渡区域94。填充材料110可包括至少一种泡沫材料、木质材料、软木材料或它们的组合。
应当认识到，线性表面106、108与接头部分84的(多个)抗剪腹板44一起可限定从第一叶片节段30的开放端部(例如，第一叶片节段30的在弦向接头34处的端部)延伸的正交或近似正交的箱形梁。例如，接头部分84和/或从第一叶片节段30的开放端部延伸的箱形梁可大体上限定箱形或矩形横截面形状。箱形梁的正交形状可提供用于***到第二叶片节段32的接纳区段60中的更合乎期望的配对架构。此外，应当认识到，接头部分84和/或箱形梁的正交或近似正交的形状可减小梁结构40的第一端部54内的内应力。
在另外的实施例中，梁结构40可包括在第一端部54和第二端部90两者上的接头部分84。例如，中间叶片节段可包括从中间叶片节段的两个端部延伸的梁结构40。在这样的实施例中，接触部分可定位在梁结构40的中间处或近似定位在梁结构40的中间处。照此，梁结构40可包括在梁结构40的各个端部54、90处的接头部分84和接触部分82之间的一个或多个过渡区域94。在其它实施例中，这样的梁结构40的一个端部可包括接纳区段60，而相反端部可包括接头部分84。照此，接纳区段60可包括接触部分82。
现在参考图8，根据本主题的方面图示梁结构40的第一端部54的一个实施例。特别地，图8图示梁结构40的封闭的第一端部54的横截面。应当认识到，尽管图8图示有特定的层构造，但是设想第一端部54的其它构造，其可包括额外的或更少的层或构件。
如所示出的，接头部分84可包括一个或多个拉挤碳复合层板或板112。例如，压力侧翼梁帽46和/或吸力侧翼梁帽48可包括大体上从过渡区域94和/或接触部分82延伸的(多个)拉挤碳复合层板112。(多个)拉挤碳复合层板112可向翼梁组件36和/或梁结构40提供刚性。这样的拉挤碳复合层板112可大体上具有比包括其它纤维或非拉挤层板的复合物更高的强度。然而，(多个)拉挤碳复合层板112的刚性也可使得难以使(多个)拉挤碳复合层板112的形状适形于第一端部54的正交形状，同时还限定过渡区域94和/或接触部分82的弯曲轮廓。照此，第一端部54可包括额外的材料，诸如其它复合材料，其可更容易地限定梁结构40的第一端部54的期望正交形状和/或箱形梁形状，同时提供在弦向接头34处将第一叶片节段30联结到第二叶片节段32所必要的强度。
例如，如所示出的，(多个)拉挤碳复合层板112可在第一端部54处更换为其它复合材料。接头部分84可包括定位在第一端部54处的一个或多个块114，以至少部分地有助于第一端部54的箱形梁形状。接头部分84可进一步包括布置在(多个)块114与压力侧翼梁帽46和/或吸力侧翼梁帽48的外表面92之间的一个或多个内层板116。在其它实施例中，一个或多个额外的内层板116可布置在(多个)块114内侧。此外，在某些实施例中，内层板116可包括一个或多个包裹物或夹子，诸如c形夹子。此外，如所描绘的，梁结构40可包括一个或多个外层板118。例如，外层板118可限定翼梁帽46、48的外表面92、(多个)线性表面88、106、108和/或第一端部54。(多个)块114、(多个)内层板116和/或(多个)外层板118可由双轴复合层板和/或单向复合层板形成，这些复合层板包括玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、金属纤维或它们的组合。另外，如所示出的，空腔120可形成在第一端部54处(例如，钻入或镗入第一端部54)，以便将螺栓管52联接到第一端部54(参见例如图3)。此外，在某些实施例中，(多个)块114、(多个)内层板116和/或(多个)外层板118可被预成型、预制和/或与梁结构40一起铺叠。
仍然参考图8的示例性实施例，梁结构40的封闭端部(例如，第一端部54)可通过围绕第一端部54包裹一个或多个复合层板来形成。在一个实施例中，用于形成压力侧翼梁帽46和/或吸力侧翼梁帽48的(多个)线性表面88、106、108的(多个)复合层板可围绕梁结构40的第一端部54包裹以形成封闭端部。例如，(多个)内层板116可在第一端部54处围绕(多个)块114包裹。此外，外层板118可在第一端部54处围绕(多个)内层板116和/或(多个)块114包裹以封闭第一端部54。然而，应当认识到，压力侧翼梁帽46、吸力侧翼梁帽48和/或第一端部54可各自包括单独的外层板118。还应当认识到，围绕第一端部54包裹的层板116、118中的一个或多个可围绕第一端部54从第一线性表面106延伸到第二线性表面108，或反之亦然。
应当认识到，在没有(多个)线性表面88、106、108的接头部分84(例如，非正交梁结构40)中，从梁结构40的压力侧或梁结构40的吸力侧围绕第一端部54包裹的层板116、118可在(多个)复合层板116、118内产生诸如褶皱和/或悬垂问题的缺陷。此外，当梁结构40受到载荷时，这样的缺陷可在梁结构40内产生应力增加的局部区域。例如，风力涡轮10的完整的转子叶片28可经历使转子叶片28旋转的空气动力学载荷。此外，这样的空气动力学载荷可在梁结构40内存在的任何缺陷处产生局部应力区域，并最终导致结构失效，诸如分层。然而，具有(多个)线性表面88、106、108的接头部分84(诸如正交接头部分84)可有助于防止包裹在梁结构40的压力侧和吸力侧之间的(多个)复合层板116、118内的褶皱。因此，将接触部分82的(多个)成形表面86、102、104过渡到接头部分84的(多个)线性表面88、106、108可减少梁结构40内的结构缺陷的数量或严重性。
在另外的实施例中，(多个)块114和/或(多个)层板112、116、118可包括热固性树脂或热塑性树脂。如本文中所描述的热塑性材料可大体上包含在性质上可逆的塑性材料或聚合物。例如，热塑性材料典型地在被加热到某个温度时变得柔韧或可模制，并且在冷却时返回到刚性更大的状态。此外，热塑性材料可包括无定形热塑性材料和/或半结晶热塑性材料。例如，一些无定形热塑性材料可大体上包括但不限于苯乙烯、乙烯树脂、纤维素塑料、聚酯、丙烯酸树脂、聚砜和/或酰亚胺。更具体地，示例性无定形热塑性材料可包括聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙二醇化聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)、聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、无定形聚酰胺、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯、聚氨酯或任何其它合适的无定形热塑性材料。另外，示例性半结晶热塑性材料可大体上包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物、甲基丙烯酸乙酯、聚酯、聚碳酸酯和/或乙缩醛。更具体地，示例性半结晶热塑性材料可包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚醚酮或任何其它合适的半结晶热塑性材料。
此外，如本文中所描述的热固性材料可大体上包含在性质上不可逆的塑性材料或聚合物。例如，热固性材料一旦固化，就不可容易地再模制或返回到液体状态。照此，在初始成型之后，热固性材料大体上耐热、耐腐蚀和/或耐蠕变。示例性热固性材料可大体上包括但不限于一些聚酯、一些聚氨酯、酯、环氧树脂或任何其它合适的热固性材料。
另外，如上文简要描述的，(多个)块114和/或(多个)层板112、116、118可利用一种或多种纤维材料增强。在这样的实施例中，(多种)纤维材料可包括玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、金属纤维或它们的组合。另外，纤维的方向或取向可包括准各向同性方向、多轴方向、单向方向、双轴方向、三轴方向或任何其它另一合适的方向和/或它们的组合。
现在参考图9，根据本公开描绘形成用于转子叶片的翼梁组件的梁结构的方法的流程图200。大体上，在本文中将参考图2至图8中所示出的翼梁组件36和梁结构40来描述方法200。然而，应当认识到，所公开的方法200可利用具有任何其它合适构造的翼梁组件36来实施。另外，尽管图9出于说明和讨论的目的而描绘以特定顺序执行的步骤，但本文中所讨论的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文中所提供的公开的本领域技术人员将认识到，在不偏离本公开的范围的情况下，本文中所公开的方法的多种步骤可以以多种方式省略、重新布置、组合和/或调适。
如在(202)处示出的，方法200可包括形成梁结构40的接触部分82，该接触部分82在展向方向上从第二端部90延伸。接触部分82可形成为包括朝向压力侧壳部件31或吸力侧壳部件33的内表面中的至少一个取向的一个或多个成形表面86。此外，(多个)成形表面86可构造成遵循压力侧壳部件31或吸力侧壳部件33中的一个的外形。方法200可另外包括在(204)处形成梁结构40的接头部分84，该接头部分84在展向方向上从梁结构40的封闭的第一端部54朝向接触部分82延伸。另外，接头部分84可形成为包括在与(多个)成形表面86相同的方向上取向的一个或多个线性表面88。如在(206)处描绘的，方法200可进一步包括在接触部分82和接头部分84之间形成过渡区域94，该过渡区域94将(多个)成形表面86过渡到(多个)线性表面88。方法200的一个步骤(208)可包括从接头部分84的(多个)线性表面88围绕接头部分84的第一端部54包裹一个或多个复合层板116、118，以形成梁结构40的封闭端部。
在方法200的一个实施例中，形成接触部分82和/或过渡区域94可包括将接触部分82和/或过渡区域94铺叠在硬工具中。例如，硬工具可充当模具来限定压力侧翼梁帽46和/或吸力侧翼梁帽48的外表面92。在这样的实施例中，硬工具可限定(多个)成形表面86、过渡区域94或两者。照此，(多个)翼梁帽46、48可从(多个)外表面92向内形成。还应当认识到，接头部分84也可铺叠在硬工具内。此外，硬工具可充当用于整个梁结构40的压力侧和/或吸力侧的模具。在某些实施例中，硬工具可为高压釜。
在另一实施例中，形成接触部分82和/或过渡区域94可包括围绕内部工具心轴铺叠接触部分82和/或过渡区域94。例如，工具心轴可充当模具，以从内表面到外表面92铺叠压力侧翼梁帽46和/或吸力侧翼梁帽48的一层或多层。照此，工具心轴可构造成限定(多个)成形表面86、过渡区域94或两者。更特别地，(多个)翼梁帽46、48的各个连续层可铺叠成具有由前一层和/或工具心轴提供的形状。照此，(多个)翼梁帽46、48的(多个)外表面92可包括由工具心轴限定的(多个)成形表面86和/或过渡区域94。还应当认识到，接头部分84可围绕工具心轴铺叠。此外，工具心轴可充当用于整个梁结构40的压力侧和/或吸力侧的模具。
如在(210)处示出的，方法200可进一步包括处理梁结构40。在一个实施例中，处理梁结构40可包括处理复合层板112、116、118中的一个或多个。例如，处理梁结构40可包括压实复合层板112、116、118。在方法200的另一实施例中，处理复合层板112、116、118可包括用高压釜处理复合层板112、116、118。在方法200的再一个另外的实施例中，处理复合层板112、116、118可包括压实复合层板112、116、118和用高压釜处理复合层板112、116、118两者。例如，复合层板112、116、118可被压实，并且然后在高压釜中处理。压实可在大气下执行，即在室内温度和压力下执行。高压釜循环可通过复合成分的完全干燥和/或固化而赋予最终层板和/或铺叠组件刚度，并且通过层板和/或子组件的充分固结而产生梁结构40的最终尺寸。
技术人员将认识到来自不同实施例的多种特征的可互换性。类似地，所描述的多种方法步骤和特征以及针对各个这样的方法和特征的其它已知的等同体可由本领域普通技术人员混合和匹配，以根据本公开的原理而构建额外的***和技术。当然，将理解，不一定上文所描述的所有这样的目标或优点都可根据任何特定实施例而实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文中所描述的***和技术可以以如下的方式体现或实施：该方式实现或优化如本文中所教导的一个优点或成组的优点，而不一定实现如可在本文中教导或建议的其它目标或优点。
虽然在本文中仅已图示且描述本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，将理解，所附权利要求书旨在涵盖如落入本发明的真实精神内的所有这样的修改和改变。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并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***，以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果这样的其它示例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于风力涡轮的转子叶片的翼梁组件，所述翼梁组件包括：
梁结构，其在第二端部与封闭的第一端部之间延伸，所述梁结构构造成用于联接在所述转子叶片的壳内，所述梁结构包括：
接触部分，其在展向方向上从所述第二端部延伸，并且包括至少一个成形表面，所述至少一个成形表面朝向所述转子叶片的压力侧或吸力侧的内表面中的至少一个取向，所述成形表面构造成遵循所述转子叶片的所述压力侧或所述吸力侧中的一个的外形；
接头部分，其在所述展向方向上从所述第一端部朝向所述接触部分延伸，所述接头部分包括至少一个线性表面，所述至少一个线性表面在与所述成形表面相同的方向上取向；以及
过渡区域，其在所述接触部分和所述接头部分之间，所述过渡区域将所述成形表面过渡到所述线性表面。
2.根据权利要求1所述的翼梁组件，其特征在于，所述接触部分沿着所述梁结构的长度的50%或更少延伸。
3.根据权利要求2所述的翼梁组件，其特征在于，所述过渡区域延伸所述梁结构的所述长度的约30%至约40%。
4.根据权利要求1所述的翼梁组件，其特征在于，所述成形表面包括第一曲率半径，并且所述过渡区域包括大于所述第一曲率半径的第二曲率半径。
5.根据权利要求1所述的翼梁组件，其特征在于，所述过渡区域包括布置在所述接触部分和所述接头部分之间的多个曲率半径，并且其中，所述多个曲率半径中的各个曲率半径在所述接触部分和所述接头部分之间增加。
6.根据权利要求1所述的翼梁组件，其特征在于，所述梁结构的所述接触部分进一步包括多个成形表面，所述多个成形表面包括朝向所述转子叶片的所述吸力侧的所述内表面取向的第一成形表面和朝向所述转子叶片的所述压力侧的所述内表面取向的第二成形表面。
7.根据权利要求6所述的翼梁组件，其特征在于，所述梁结构的所述接头部分进一步包括多个线性表面，所述多个线性表面包括朝向所述转子叶片的所述吸力侧的所述内表面取向的第一线性表面和朝向所述转子叶片的所述压力侧的所述内表面取向的第二线性表面。
8.根据权利要求7所述的翼梁组件，其特征在于，所述过渡区域将所述第一成形表面和所述第二成形表面过渡成所述第一线性表面和所述第二线性表面。
9.根据权利要求7所述的翼梁组件，其特征在于，所述第一成形表面和所述第二成形表面分别形成吸力侧翼梁帽和压力侧翼梁帽的部分，所述梁结构进一步包括在所述吸力侧翼梁帽和所述压力侧翼梁帽之间延伸的至少一个抗剪腹板。
10.根据权利要求1所述的翼梁组件，其特征在于，所述至少一个成形表面与所述梁结构一体地形成，或者单独附接到所述梁结构。
11.根据权利要求1所述的翼梁组件，其特征在于，所述梁结构进一步包括：
一个或多个内块、内层板、外层板或它们的组合，并且其中，至少一个内块、内层板或外层板被预成型或预制并与所述梁结构一起铺叠。
12.一种用于风力涡轮的转子叶片，包括：
第一叶片节段和第二叶片节段，其在相反方向上从弦向接头延伸，所述第一叶片节段和所述第二叶片节段中的各个包括压力侧壳部件、吸力侧壳部件和翼梁组件，其中，所述第一叶片节段的所述翼梁组件包括在第二端部与所述弦向接头处的封闭的第一端部之间延伸的梁结构，所述梁结构构造成用于联接在所述转子叶片的壳内，所述梁结构包括：
接触部分，其在展向方向上从所述第二端部延伸，并且包括至少一个成形表面，所述至少一个成形表面朝向所述压力侧壳部件或所述吸力侧壳部件的内表面中的至少一个取向，所述成形表面构造成遵循所述压力侧壳部件或所述吸力侧壳部件中的一个的外形；
接头部分，其在所述展向方向上从所述第一端部朝向所述接触部分延伸，所述接头部分包括至少一个线性表面，所述至少一个线性表面在与所述成形表面相同的方向上取向；以及
过渡区域，其在所述接触部分和所述接头部分之间，所述过渡区域将所述成形表面过渡到所述线性表面。
13.根据权利要求12所述的转子叶片，其特征在于，所述成形表面包括第一曲率半径，并且所述过渡区域包括大于所述第一曲率半径的第二曲率半径。
14.根据权利要求12所述的转子叶片，其特征在于，所述过渡区域包括布置在所述接触部分和所述接头部分之间的多个曲率半径，并且其中，所述多个曲率半径中的各个曲率半径在所述接触部分和所述接头部分之间增加。
15.根据权利要求12所述的转子叶片，其特征在于，所述梁结构的所述接触部分进一步包括多个成形表面，所述多个成形表面包括朝向所述吸力侧壳部件的所述内表面取向的第一成形表面和朝向所述压力侧壳部件的所述内表面取向的第二成形表面，并且其中，所述梁结构的所述接头部分进一步包括多个线性表面，所述多个线性表面包括朝向所述转子叶片的所述吸力侧的所述内表面取向的第一线性表面和朝向所述转子叶片的所述压力侧的所述内表面取向的第二线性表面。
16.根据权利要求15所述的转子叶片，其特征在于，所述过渡区域将所述第一成形表面和所述第二成形表面过渡成所述第一线性表面和所述第二线性表面。
17.根据权利要求15所述的转子叶片，其特征在于，所述第一成形表面和所述第二成形表面分别形成吸力侧翼梁帽和压力侧翼梁帽的部分，所述梁结构进一步包括在所述吸力侧翼梁帽和所述压力侧翼梁帽之间延伸的至少一个抗剪腹板。
18.一种形成用于转子叶片的翼梁组件的梁结构的方法，所述转子叶片包括压力侧壳部件和吸力侧壳部件，所述方法包括：
形成所述梁结构的接触部分，所述接触部分在展向方向上从所述梁结构的第二端部延伸，其中，所述接触部分形成为包括朝向所述压力侧壳部件或所述吸力侧壳部件的内表面中的至少一个取向的至少一个成形表面，所述至少一个成形表面构造成遵循所述压力侧壳部件或所述吸力侧壳部件中的一个的外形；
形成所述梁结构的接头部分，所述接头部分在所述展向方向上从所述梁结构的封闭的第一端部朝向所述接触部分延伸，其中，所述接头部分形成为包括在与所述成形表面相同的方向上取向的至少一个线性表面；
在所述接触部分和所述接头部分之间形成过渡区域，所述过渡区域将所述成形表面过渡到所述线性表面；
围绕所述接头部分的所述第一端部从所述接头部分的所述至少一个线性表面包裹一个或多个复合层板，以形成所述梁结构的所述封闭端部；以及
处理所述梁结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，形成所述接触部分或所述过渡区域中的至少一个包括将所述接触部分或所述过渡区域中的至少一个铺叠在硬工具中，其中，所述硬工具限定所述至少一个成形表面、所述过渡区域或两者。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，形成所述接触部分或所述过渡区域中的至少一个包括将所述接触部分或所述过渡区域中的至少一个围绕内部工具心轴铺叠，其中，所述工具心轴构造成限定所述至少一个成形表面、所述过渡区域或两者。
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