[发明专利]分段式风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明主要涉及风力涡轮机转子叶片，并且更具体地涉及一种分段式风力涡轮机转子叶片。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最为友好的能源之一，故在此方面，风力涡轮机获得了日益增加的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用公知的翼片原理来获取风中的动能。转子叶片传递旋转能形式的动能，以便使轴转动，该轴将转子叶片联接到齿轮箱上，或如果未使用齿轮箱，则该轴直接联接到发电机上。发电机然后将机械能转换成可调度到公用电网的电能。

现代转子叶片的构造大致包括表皮(skin)或壳体构件、翼梁缘条(spar cap)，以及一个或多个抗剪腹板。通常由纤维复合材料层和轻质的芯材料所制成的表皮形成转子叶片的外部空气动力翼片形状。翼梁缘条通过结合一个或多个结构元件来提供增大的转子叶片强度，该结构元件在转子叶片的两内侧上沿转子叶片的长度延展。抗剪腹板为结构梁类构件，其基本上在顶翼梁缘条与底翼梁缘条之间垂直地延展，且延伸越过外表皮之间的转子叶片内部部分。翼梁缘条通常由玻璃纤维增强复合材料构成，但一些较大的叶片可包括由碳纤维增强复合材料构成的翼梁缘条。

转子叶片的尺寸、形状和重量是与风力涡轮机能量效率相关的因素。转子叶片尺寸的增大会增加风力涡轮机的能量生成，而重量减小还会提升风力涡轮机的效率。此外，当转子叶片尺寸增长时，需要给予转子叶片结构完整性额外关注。目前，大型商用风力涡轮机能够产生大约1.5兆瓦至5.0兆瓦的功率。这些较大的风力涡轮机可具有直径大于90米的转子叶片组件。此外，转子叶片形状的进展促使制造出从叶片的基部至末梢具有大致弓形外形的前掠形转子叶片，从而提供改善的空气动力特性。因此，增大转子叶片尺寸、减轻转子叶片重量以及提高转子叶片强度的努力，同时还改善转子叶片空气动力特性，有助于风力涡轮机技术的持续发展和采用风能作为替代能源。

随着风力涡轮机的尺寸增大，尤其是转子叶片的尺寸，风力涡轮机相应的制造成本、运输成本和组装成本也会增加。增大风力涡轮机尺寸的经济利益必须权衡克服这些因素。例如，预先形成、运输和架设具有范围在90米内的转子叶片的风力涡轮机的成本会极大地冲击较大的风力涡轮机的经济优点。

因此，需要一种特别适于较大的风力涡轮机的风力涡轮机转子叶片设计，并且该设计最大限度地降低了风力涡轮机的相关运输和组装成本，而不会损害风力涡轮机的结构刚度和能量效率。

发明内容

本发明提供了一种解决上述考虑的改进的风力涡轮机转子叶片设计。本发明的附加方面和优点将会在以下描述中部分地阐述，或可根据描述而变得明显，或可通过实施本发明而认识到。

根据本发明的方面，一种用于风力涡轮机的转子叶片包括多个单独叶片区段。各叶片区段均包括从叶片区段的第一端沿纵向延伸至第二端的内部通道，该通道具有键连接的截面轮廓。刚性翼梁部件沿纵向延伸穿过叶片区段的内部通道，使得多个叶片区段在翼梁部件上端对端地对准和连接，以便限定从连接到转子毂上的根部至叶片末梢的完整转子叶片。翼梁部件还限定对立地面对的翼梁缘条，该翼梁缘条抵靠接合内部通道内的叶片区段的内表面。翼梁部件具有的截面轮廓对应于内部通道的键连接截面轮廓。因此，翼梁部件的截面轮廓和叶片区段的内部通道相互键连接。

应当认识到的是，本发明还包含用于形成在风力涡轮机上使用的完整转子叶片的转子叶片套件。该套件可包括多个单独叶片区段，其中，各叶片区段均具有内部通道，该内部通道具有从叶片区段的第一端沿纵向延伸至第二端的键连接截面轮廓。套件包括具有对立地面对的翼梁缘条的刚性翼梁部件，该翼梁部件具有的截面轮廓对应于越过叶片区段的内部通道的键连接截面轮廓。为了组装转子叶片，叶片区段以有序的顺序滑动到翼梁部件上，其中，翼梁缘条抵靠接合内部通道内的叶片区段上壳体构件和下壳体构件的内表面，以限定从连接到转子毂上的根部至转子叶片末梢的完整转子叶片。

还应当认识到的是，本发明包含如本文所述的单独叶片区段，由此，多个叶片区段可安装到翼梁部件上用以限定完整的转子叶片。

附图说明

在结合附图进行的如下详细说明中更为具体地描述了根据优选实施例和示例性实施例的本发明及其另外的方面和优点，在附图中：

图1为常规风力涡轮机的简图；

图2为根据本发明的方面的分段式风力涡轮机叶片的视图；

图3为分段式风力涡轮机叶片的实施例的局部构件视图；

图4A和图4B为具有键连接内部通道和对应构造的翼梁部件的叶片区段实施例的截面视图；