风力叶片末梢接头 |
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| 申请号 | CN201510588914.9 | 申请日 | 2015-06-19 | 公开(公告)号 | CN105298739B | 公开(公告)日 | 2019-08-02 |
| 申请人 | 通用电气公司; | 发明人 | T·梅尔措伊泽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 风 力 叶片 末梢接头。具体而言， 风力 涡轮 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。第一叶片节段包括纵长地延伸的杆结构，该杆结构在接收区段处与第二叶片节段结构地连接，其中，该杆结构形成内部 支撑 部件的一部分且包括与吸力侧翼梁盖板和压力侧翼梁盖板连接的抗剪 腹板 。本技术还包括位于杆结构的第一端处以用于与第二叶片节段的接收端连接的多个第一 螺栓 接头，和位于弦向接头处的多个第二螺栓接头，其中，位于杆结构的第一端处的多个第一螺栓接头与位于弦向接头处的多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种风力涡轮叶片，包括： |
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| 说明书全文 | 风力叶片末梢接头技术领域背景技术[0002] 目前可得到的大部分环境友好的能源来自被认为是最清洁能源之一的风能。风力涡轮通过经由转子有效地利用风中的能量来生成电，从而将机械能转换为可配置到公共电网的电能，转子具有转动齿轮箱和发电机的一组转子叶片。现代风力涡轮转子叶片的构造大体上包括蒙皮或壳体构件、翼展方向延伸的翼梁盖板(spar cap)，和一个或更多个抗剪腹板。 [0003] 近年来，用于风功率生成的风力涡轮在尺寸上已增大，以实现功率生成效率的改善，且增加功率生成量。伴随着用于风功率生成的风力涡轮的尺寸增大，风力涡轮转子叶片也已在尺寸上增大，例如，40米的最小叶片长度。当风力涡轮转子叶片的尺寸如上所述地增大，出现各种困难，例如一体制造的困难和伴随着保障路和卡车的困难的运输方面的困难等。 [0004] 因此期望一种在纵向方向上隔开以允许简单操作和运输的风力叶片，以及用于装配此种风力叶片的方法。发明内容 [0005] 根据本技术的实例，风力涡轮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。叶片节段中的各个具有压力侧壳体部件、吸力侧壳体部件，和内部支撑结构。第一叶片节段包括纵长地延伸的杆结构，该杆结构在接收区段处与第二叶片节段结构地连接，其中，杆结构形成内部支撑结构的一部分且包括与吸力侧翼梁盖板和压力侧翼梁盖板连接的抗剪腹板。本技术还包括位于杆结构的第一端处以用于与第二叶片节段的接收端连接的多个第一螺栓接头，和位于弦向接头处的多个第二螺栓接头，其中，位于杆结构的第一端处的多个第一螺栓接头与位于弦向接头处的多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 [0006] 根据本技术的实例，装配风力涡轮叶片的方法包括从弦向接头沿相反方向布置第一叶片节段和第二叶片节段，叶片节段中的各个具有压力侧壳体部件、吸力侧壳体部件，和内部支撑结构。该方法还包括将从第一叶片节段纵长地延伸的杆结构插入第二叶片节段的接收区段中。而且，该方法包括使用多个第一螺栓接头将杆结构的自由端与第二叶片节段的接收端附接。此外，该方法包括使用位于弦向接头处的多个第二螺栓接头连接两个叶片节段，其中，位于杆结构的第一端的多个第一螺栓接头与位于弦向接头处的多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 [0007] 根据本技术的另一实施例，风力涡轮包括多个风力叶片。多个风力叶片中的各个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，叶片节段中的各个具有压力侧壳体部件、吸力侧壳体部件和内部支撑部件。第一叶片节段包括纵长地延伸的杆结构，该杆结构在接收部分处与第二叶片节段结构地连接。杆结构形成内部支撑部件的一部分且包括与吸力侧翼梁盖板和压力侧翼梁盖板连接的抗剪腹板。风力叶片还包括位于杆结构的第一端处以用于与第二叶片节段的接收端连接的多个第一螺栓接头，和位于弦向接头处的多个第二螺栓接头，其中，位于杆结构的第一端处的多个第一螺栓接头与位于弦向接头处的多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 [0008] 技术方案1：一种风力涡轮叶片，包括： [0009] 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，叶片节段中的各个具有压力侧壳体部件、吸力侧壳体部件，和内部支撑结构； [0010] 所述第一叶片节段包括纵长地延伸的杆结构，所述杆结构与所述第二叶片节段在接收区段处结构地连接，其中，所述杆结构形成所述内部支撑结构的一部分且包括与吸力侧翼梁盖板和压力侧翼梁盖板连接的抗剪腹板； [0011] 位于所述杆结构的第一端处，以用于与所述第二叶片节段的接收端连接的一个或更多个第一螺栓接头；和 [0012] 位于所述弦向接头处的多个第二螺栓接头，其中，位于所述杆结构的第一端处的所述多个第一螺栓接头与位于所述弦向接头处的所述多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 [0014] 技术方案3：根据技术方案2所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述前缘螺栓接头和所述后缘螺栓接头中的各个沿翼展方向定向且包括一个或更多个凸缘，所述一个或更多个凸缘构造成传递所述弦向接头处的压缩负载。 [0015] 技术方案4：根据技术方案1所述的风力涡轮叶片，其特征在于，位于所述杆结构的第一端处的一个第一螺栓接头沿翼展方向定向。 [0017] 技术方案6：根据技术方案5所述的风力涡轮叶片，其特征在于，通过所述传感器元件测量的所述多种参数包括叶片负载或应力。 [0018] 技术方案7：根据技术方案1所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述多个第二螺栓接头中的在所述梁结构上位于所述弦向接头附近的一个沿翼弦方向定向。 [0019] 技术方案8：根据技术方案1所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述第二叶片节段的接收区段包括纵长地延伸的多个翼梁结构，以用于使用所述多个第一螺栓接头中的沿翼弦方向的一个与所述第一叶片节段的杆结构连接。 [0020] 技术方案9：根据技术方案1所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述第二叶片节段的接收区段包括矩形紧固元件，所述矩形紧固元件使用所述多个第一螺栓接头中的沿翼展方向的一个与第一叶片区段的杆结构连接。 [0022] 技术方案11：根据技术方案10所述的风力涡轮叶片，其特征在于，还包括多个闪电接收器电缆，所述多个闪电接收器电缆嵌入在多个第二螺栓管或销与附接到所述多个弦向部件的多个衬套连接件之间。 [0023] 技术方案12：一种装配风力涡轮叶片的方法，所述方法包括： [0024] 从弦向接头沿相反方向布置第一叶片节段和第二叶片节段，叶片节段中的各个具有压力侧壳体部件、吸力侧壳体部件，和内部支撑结构； [0025] 将从所述第一叶片节段纵长地延伸的杆结构插入所述第二叶片节段的接收区段中； [0026] 使用一个或更多个第一螺栓接头，将所述杆结构的自由端与所述第二叶片节段的接收端附接；和 [0027] 使用位于所述弦向接头处的多个第二螺栓接头连接两个叶片节段，其中，位于所述杆结构的第一端处的所述多个第一螺栓接头与位于所述弦向接头处的所述多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 [0028] 技术方案13：根据技术方案12所述的方法，其特征在于，还包括使用沿翼展方向定位的一个第一螺栓接头将所述杆结构的自由端与所述第二叶片节段的接收端附接。 [0029] 技术方案14：根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述多个第二螺栓接头包括沿翼展方向定向的前缘螺栓接头和后缘螺栓接头。 [0030] 技术方案15：根据技术方案12所述的方法，其特征在于，所述多个第二螺栓接头包括接近所述弦向接头的沿翼弦方向位于所述梁结构上的螺栓接头。 [0031] 技术方案16：一种风力涡轮，其包括： [0032] 多个风力叶片，其中，所述多个风力叶片中的各个包括： [0033] 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，叶片节段中的各个具有压力侧壳体部件、吸力侧壳体部件，和内部支撑结构； [0034] 所述第一叶片节段包括纵长地延伸的杆结构，所述杆结构在接收区段处与所述第二叶片节段结构地连接，其中，所述杆结构形成所述内部支撑结构的一部分且包括与吸力侧翼梁盖板和压力侧翼梁盖板连接的抗剪腹板； [0035] 位于所述杆结构的第一端处，以用于与所述第二叶片节段的接收端连接的一个或更多个第一螺栓接头；和 [0036] 位于所述弦向接头处的多个第二螺栓接头，其中，位于所述杆结构的第一端处的所述多个第一螺栓接头与位于所述弦向接头处的所述多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 [0037] 技术方案17：根据技术方案16所述的风力涡轮，其特征在于，所述多个第二螺栓接头包括前缘螺栓接头和后缘螺栓接头，所述前缘螺栓接头和后缘螺栓接头关于所述第一叶片节段的杆结构对称地布置且构造成用于耐受扭力矩。 [0038] 技术方案18：根据技术方案16所述的风力涡轮，其特征在于，位于所述杆结构的第一端处的一个第一螺栓接头沿翼展方向定向。 [0039] 技术方案19：根据技术方案16所述的风力涡轮，其特征在于，还包括所述弦向接头处的多个弦向部件，所述多个弦向部件由纤维增强塑料制成以用于支撑所述杆结构。 [0041] 当参考附图阅读下面的详细描述时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，遍及附图，相似的标记表示相似的部件，其中： [0042] 图1是根据本技术的实例的示例性风力涡轮的侧视图。 [0043] 图2是根据本技术的实例的具有第一叶片节段和第二叶片节段的转子叶片的平面图。 [0044] 图3是根据本技术的实例的第一叶片节段的区段的透视图。 [0045] 图4是根据本技术的实例的在弦向接头处的第二叶片节段的区段的透视图。 [0046] 图5显示了根据本技术的实例的使第一叶片节段与第二叶片节段连结的风力叶片的组件。 [0047] 图6显示了根据本技术的实例的转子叶片组件的多个支撑结构的分解透视图。 [0048] 图7显示了根据本技术的实例的装配风力涡轮叶片的方法的流程图。 具体实施方式[0049] 当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”意图指具有存在一个或更多个该元件。术语“包含”、“包括”和“具有”意图是包括的，且意味着可能存在与列出的元件不同的额外元件。而且，用语“风力叶片”和“转子叶片”在本发明中可互换地使用。操作参数的任何实例不排除公开实施例的其他参数。 [0050] 图1是根据本发明的实施例的示例性风力涡轮10的侧视图。在该实施例中，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。在本实施例中，风力涡轮10包括从支撑表面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的机舱16、定位在机舱16内的发电机18、联接到发电机18的齿轮箱20，和利用转子轴24旋转地联接到齿轮箱20的转子22。转子22包括可旋转毂26和联接到可旋转毂26且从可旋转毂26向外延伸的至少一个转子叶片28。如图所示，转子叶片28包括叶片末梢17到叶片根部19。 [0051] 图2是根据本技术的实例的具有第一叶片节段30和第二叶片节段32的转子叶片28的平面图。第一叶片节段30和第二叶片节段32从弦向接头34沿相反方向延伸。叶片节段30、32中的各个包括压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件。第一叶片节段30和第二叶片节段32由至少一个内部支撑结构36连接，该内部支撑结构36延伸到两个叶片节段30、32中，以有助于叶片节段30、32的连结。箭头38显示了在示例性实施例中，分段的转子叶片28包括两个叶片节段30、32，且这些叶片节段30、32通过将内部支撑结构36插入第二叶片节段32中而连结。 [0052] 图3是根据本技术的实例的第一叶片节段30的区段的透视图。第一叶片节段30包括杆结构40，该杆结构40形成内部支撑结构36的一部分，且纵长地延伸以与第二叶片节段32结构地连接。杆结构40形成第一叶片节段30的具有从翼梁区段42突出的延伸部分的一部分，从而形成延伸的翼梁区段。杆结构40包括与吸力侧翼梁盖板46和压力侧翼梁盖板48连接的抗剪腹板44。 [0053] 而且，第一叶片节段30包括朝向杆结构40第一端54的一个或更多个第一螺栓接头。在非限制性实例中，螺栓接头包括与衬套紧密过盈配合的销。如图所示，该一个或更多个螺栓接头包括位于杆结构40上的一个螺栓管52。如图所示，螺栓管52沿翼展方向定向。第一叶片节段30还包括接近弦向接头34地位于杆结构上的一个螺栓接头槽50。螺栓接头槽50沿翼弦方向定向。在一个实例中，在螺栓接头槽50内可具有衬套，该衬套布置为与螺栓管或销(在图6中显示为销53)紧密过盈配合。而且，第一叶片节段30包括位于弦向接头34处的多个第二螺栓接头管56、58。该多个第二螺栓接头管56、58包括前缘螺栓接头管56和后缘螺栓接头管58。前缘螺栓接头管56和后缘螺栓接头管58中的各个沿翼展方向定向。在一个实施例中，多个第二螺栓接头管56、58中的各个分别包括多个凸缘55、57，该多个凸缘55、57构造成传递弦向接头34处的压缩负载。 [0054] 应注意的是，位于杆结构40的第一端处的螺栓管52与位于弦向接头34处的多个第二螺栓接头管56、58沿翼展方向隔开最佳距离D。该最佳距离D可使得弦向接头34能够耐受由作用在弦向接头34上的剪切负载引起的显著弯曲力矩。在一个非限制性实施例中，连接第一和第二叶片节段30、32的螺栓接头中的各个可包括过盈配合钢衬套接头。 [0055] 图4是根据本技术的实例的弦向接头34处的第二叶片节段32的区段的透视图。第二叶片节段32显示了接收区段60，该接收区段60在第二叶片节段32内纵长地延伸，以用于接收第一叶片节段30的杆结构40。接收区段60包括多个翼梁结构66，该多个翼梁结构66纵长地延伸以用于与第一叶片节段30的杆结构40连接。如图所示，第二叶片节段32还包括螺栓接头槽62、64，螺栓接头槽62、64用于接收第一叶片节段30的螺栓管56、58(如图3所示)且形成紧密过盈配合。在一个实施例中，多个螺栓接头槽62、64中的各个分别包括多个凸缘61、63，该多个凸缘61、63构造成传递弦向接头34处的压缩负载。 [0056] 图5显示了根据本技术的实例的使第一叶片节段30与第二叶片节段32连结的风力叶片28的组件70。在该实例中，组件70例示了在使第一叶片节段30与第二叶片节段32连结的转子叶片28的外壳体部件下方的多个支撑结构。如图所示，接收区段60包括纵长地延伸的多个翼梁结构66，且支撑杆结构40。接收区段60还包括矩形紧固元件72，该矩形紧固元件72在翼展方向上与杆结构40的螺栓管52连接。而且，第一和第二叶片节段30、32二者包括弦向接头34处的弦向部件74、76。弦向部件74、76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允许在第一和第二叶片节段30、32之间的螺栓接头连接。 如图所示，弦向部件74、76通过螺栓管56和68而连接，螺栓管56和68与位于前缘螺栓开口78和后缘螺栓开口80中的衬套紧密过盈配合。在非限制性实施例中，翼梁结构66、矩形紧固元件72、和弦向部件74、86中的各个由玻璃增强纤维制成。在该实施例中，组件70也包括多个闪电接收器电缆(lightening receptor cable)73，该多个闪电接收器电缆73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。 [0057] 图6显示了朝向转子叶片28接收区段60的组件70的多个支撑结构的分解透视图。如图所示，一对翼梁结构66构造为接收杆结构40且包括螺栓接头槽82、84，螺栓接头槽82、 84与杆结构40的螺栓接头槽50对齐，螺栓管或销53穿过该螺栓接头槽50插入且保持紧密过盈配合，使得通过在装配期间，翼梁结构66和杆结构40连接在一起。图6也显示了矩形紧固元件72，该矩形紧固元件72包括螺栓接头槽86，螺栓接头槽86构造为用于接收杆结构40的螺栓管52，从而形成紧密过盈配合螺栓接头。而且，该对翼梁结构60使用合适的粘附材料或者弹性密封件在一端88处连接在一起。在一个实施例中，传感器元件51配置在销或者螺栓管52中。传感器元件可帮助接收和发送信号给风力涡轮10(如图1所示)的控制单元(未显示)，该信号可使得能够感知包括叶片负载或应力的多种参数。这可有助于风力涡轮10(如图1所示)的有效操作。 [0058] 图7是根据本技术的实例的装配风力涡轮叶片的方法流程图100。在步骤102处，方法包括从弦向接头沿相反方向布置第一叶片节段和第二叶片节段，叶片节段中的各个具有压力侧壳体部件、吸力侧壳体部件，和内部支撑结构。在步骤104处，方法还包括将从第一叶片节段纵长地延伸的杆结构插入第二叶片节段的接收区段中。而且在步骤106处，方法包括使用多个第一螺栓接头，将杆结构的自由端与第二叶片节段的接收端连接。方法还包括使用多个第一螺栓接头中的沿翼展方向定向的一个第一接头和多个第一螺栓接头中的沿翼弦方向的一个第二接头，将杆结构的自由端与第二叶片节段的接收端连接。而且，在步骤108处，方法包括使用位于弦向接头处的多个第二螺栓接头连接两个叶片节段。该多个第二螺栓接头沿翼展方向定向且包括前缘螺栓接头和后缘螺栓接头。位于杆结构第一端处的多个第一螺栓接头与位于弦向接头处的多个第二螺栓接头沿翼展方向隔开。 [0059] 有利地，本技术保证连接负载的有效减小，从而导致风力叶片的多个支撑结构之间的简化的瞬时流动。而且，本技术保证低成本、可靠且可升级的连接。由于可定制的叶片几何结构和分段叶片部件，降低了运输成本。而且，风力叶片的简单操作和装配导致风力叶片维护期间涡轮停机时间的减少。 [0060] 而且，本领域技术人员将认识到来自各种实施例的各种特征的可互换性。类似地，描述的各种方法步骤和特征，以及用于各此种方法和特征的其他已知等同物，可由本领域技术人员混合和匹配，以构造根据该公开的原理的额外的系统和技术。当然，应理解的是，根据任何特定实施例，此种目标或优点不一定可全部实现。因此，例如，本领域技术人员将认识到，在此描述的系统和技术可以以如下方式具体化或执行，该方式实现或优化如在本文中教导的一个优点或优点组合，而不一定实现可在本文中教导或建议的其他目的或优点。 [0061] 尽管在本文中已例示和描述了本发明的仅某些特征，但本领域技术人员将想到其他修正和变化。因此，应理解的是，所附权利要求期望覆盖落入本发明的真实精神内的所有此种修正和变化。 |
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