风轮机的多片式叶片 |
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| 申请号 | CN200810006171.X | 申请日 | 2008-02-21 | 公开(公告)号 | CN101255847B | 公开(公告)日 | 2012-06-06 |
| 申请人 | 歌美飒创新技术公司; | 发明人 | 桑斯·帕斯夸尔·埃内科; 阿罗塞纳·德拉鲁阿·隆; | ||||
| 摘要 | 一种 风 轮机 叶片 (1、3、5)，包括至少一个中心翼梁纵向部分(7、7’、7”)和至少两个壳体纵向部分(5、5’、5”、5、5’；9、9’、9”、9)。所述至少一个中心翼梁纵向部分由按盒状结构并肩布置的两个预制盖板(15、17)和两个预制 腹板 (19、21)构成。所述至少两个壳体纵向部分分别形成相应叶片部分的前缘和 后缘 ，该前缘和后缘靠近中心翼梁部分(7、7’、7”)布置并由一 单体 预制翼板(31、33)或两个预制翼板(11、23；13、25)构成。叶片的空 气动 力 学轮廓由所述盖板(15、17)和所述单体壳体翼板(31、33)或所述两个壳体翼板(11、23；13、25)限定。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种风轮机叶片(1、3、5)，包括至少一个中心翼梁纵向部分(7)和两个壳体纵向部 |
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| 说明书全文 | 风轮机的多片式叶片技术领域[0001] 本发明总体上涉及风轮机叶片，尤其是便于制造和运输的多片式叶片。 背景技术[0005] 为了解决由于超长叶片特别造成的运输问题，现有技术教示将叶片分成设置有连接装置的两段或更多的纵向部分，以便每个部分可以分别制造且所有的部分可以在风轮机地点组装。该现有技术的实例如下所述。 [0006] DE3109566公开了一种风轮机叶片，风轮机叶片分成至少两段纵向部分，该至少两段纵向部分通过膨胀螺栓保持一起。 [0008] EP1244873A1公开了一种风轮机叶片，该风轮机叶片分成多个纵向部分，这些纵向部分通过对接接头连接起来，该对接接头包括多个沿着连接处排列的夹子和用于固定所述夹子的罗栓，所述夹子的端部分别固定在被连接的部分上。 [0009] 与本发明为同一申请人的EP1584817A1和WO2006/103307公开了一种风轮机叶片，该叶片分成具有改进的连接装置的纵向部分。 [0010] 在将叶片分成纵向部分之外或者独立于将叶片分成纵向部分，现有技术还教示将叶片分成若干横截部分，下面是这种现有的例子。 [0011] EP1184566A1公开了一种风轮机叶片，该风轮机叶片通过组装一个、两个或更多纵向部分而形成，每一个所述纵向部分包括一个芯体和一个盖体，所述芯体由一个纵向碳素纤维管形成，一系列碳素纤维或玻璃纤维横肋安装在所述纵向碳纤维管上，所述盖体由连接到所述横肋上的玻璃纤维或碳素纤维形成。 [0012] WO01/46582A2公开了一种风轮机叶片，该风轮机叶片具有多个分段的元件，这些分段的元件附着到负载传递箱桁上并由弹性接头分隔开，所述弹性接头使得各段能够相对于彼此移动，以使各段所在的叶片区域的张应力最小化。 [0013] 当前风力工业采用大型转子叶片的趋势要求新的转子叶片设计适合于满足运输要求并且满足有关于叶片能达到100米的长度和最大弦长为8米的质量制造要求。 [0014] 本发明旨在满足上述要求。 发明内容[0015] 本发明的目的是提供一种能允许大型的风轮机叶片在风力农场的安装地点或靠近风力农场的工厂内组装的风轮机叶片结构。 [0016] 本发明的另一个目的是提供一种通过螺栓连接方式组装所有叶片翼板的风轮机叶片结构，从而获得一种比风轮机叶片的典型的粘接结构更可靠更轻便的结构。 [0017] 本发明的另一个目的是提供一种允许优化设计的风轮机叶片结构。 [0018] 本发明的另一个目的是提供一种易于制造，操作及运输的风轮机叶片。 [0019] 本发明上述及其它的目的通过提供一种包括至少一个中心翼梁纵向部分和至少两个纵向壳体部分的风轮机叶片来实现，其中： [0020] 每个中心翼梁部分由按盒状结构并肩(side by side)布置的两个预制盖板和两个预制腹板构成； [0021] 所述壳体部分靠近中心翼梁布置并形成相应叶片部分的前缘和后缘； [0022] 所述壳体由位于加压侧和吸入侧的一个单体预制翼板或两个预制翼板构成。 [0023] 叶片的空气动力学轮廓由所述盖板和所述壳体翼板限定。 附图说明[0025] 图1为本发明风轮机叶片的横截面示意图； [0026] 图2为示出壳体的第一实施例的本发明风轮机叶片的横截面图； [0027] 图3为示出壳体的第二实施例的本发明风轮机叶片的横截面图； [0028] 图4为示出中心翼梁和壳体纵向部分的第一实施例的本发明风轮机叶片的平面图； [0029] 图5为示出中心翼梁和壳体纵向部分的第二实施例的本发明风轮机叶片的平面图； [0030] 图6为示出中心翼梁和壳体纵向部分的第三实施例的本发明风轮机叶片的平面图； [0031] 图7为本发明风轮机叶片的三个翼板之间螺栓连接的横截面图。 具体实施方式[0032] 本发明提供一种多片式风轮机叶片结构，以优化质量和方便运输。本发明将整个叶片分成用于现场组装的若干部分，以达到下述目的。 [0033] 第一个目的是允许大型叶片运输到野外并现场组装。 [0034] 第二个目的是获取一种比风轮机典型的粘接结构更可靠更轻便的结构。 [0035] 第三个目的是对于叶片的不同部分允许选用不同的材料和/或生产工艺和/或结构形式。在任何结构中，对不同部分的要求区别很大：中心翼梁为主要负载通道，壳体部分是空气动力性能承担部分，但是在结构上并没有那么重要。在中心翼梁内部，盖板(cap)比腹板(web)承受更大的载荷。多片式叶片允许根据每一部件所涉及的叶片价格优化方面的要求采用不同材料和/或生产工艺和/或结构形式。 [0036] 第四个目的是改进叶片的生产工艺，尤其是质量控制、生产效率、后勤和厂房规模方面。 [0037] 对于单一部件叶片，质量保证主要由其尺寸大小条件限制。多片式叶片的质量保证和如果需要的潜在维修要容易得多，因此，非一致性的成本能够降低。另外，统计上的质量控制也得到改进并可能达到更好的生产工艺。 [0038] 生产单一部件叶片的加工准备时间(lead time)和节拍时间(tacktime)长。这些时间随着叶片的尺寸增加而增加。多片式叶片允许同时生产不同部分，叶片的最后制造阶段变为单纯的组装阶段。 [0039] 多片式叶片允许叶片制造商根据不同标准和必要时转承包这些部件的制造来组织生产安排。 [0040] 如图1所示，本发明的叶片具有机翼横截面，该横截面构造为三个单元部分：由一个或多个翼板形成的中心翼梁7、前缘壳体5和后缘壳体9。 [0041] 前缘壳体5由前缘加压侧翼板11和前缘吸入侧翼板13形成。 [0042] 中心翼梁7由前梁腹板19、翼梁加压侧盖板15、翼梁吸入侧盖板17和后梁腹板21形成。 [0043] 后缘壳体9由后缘加压侧翼板23和后缘吸入侧翼板25形成。 [0044] 在图2所示的本发明壳体的第一实施例中，前缘壳体5由一单体翼板31形成，后缘壳体9由两个翼板23和25形成。 [0045] 在图3所示的本发明壳体的第二实施例中，前缘壳体5由一单体翼板31形成，后缘壳体9由一单体翼板33形成。 [0046] 叶片可以包括一个附加的后缘尖端部分35(仅在图2中表示)，此部分用于改进末端的空气动力性能并避免叶片后缘处的连接。 [0047] 如图4、5、6中所示，叶片可以包括一个或若干个中心翼梁纵向部分7、7’、7”，一个或若干个前缘壳体纵向部分5、5’、5”、5 、5””，以及一个或若干个后缘壳体纵向部分9、9’、9”、9 、9””。叶片还包括一个尖端部分10，该尖端部分作为额外的部件制造并组装到中心翼梁和壳体上面。 [0048] 优选地，纵向壳体部分的数量等于或大于纵向中心翼梁部分的数量。 [0049] 在图4所示的实施例中，叶片1包括一个中心翼梁纵向部分7，一个前缘壳体纵向部分5，一个后缘壳体纵向部分9和尖端部分10。 [0050] 在图5所示的实施例中，叶片3包括一个中心翼梁纵向部分7，四个前缘壳体纵向部分5’、5”、5 、5””，三个后缘壳体纵向部分9’、9”、9 和尖端部分10。 [0051] 在图6所示的实施例中，叶片5包括两个中心翼梁纵向部分7’、7”，四个前缘壳体纵向部分5’、5”、5 、5””，三个后缘壳体纵向部分9’、9”、9 和尖端部分10。 [0052] 本多片式构造与现有技术中的多部件叶片之间的相关区别是翼板相邻设置，因此，盖板不仅具备结构性功能而且具有空气动力学功能，然而，现有技术中的叶片构造是基于空气动力学外壳与内部的负载支撑盖板和腹板。 [0053] 通过连接所有相邻的翼板组装叶片。 [0054] 机械方式、化学方式或者机械和化学的组合方式可以用于中心翼梁部分之间的纵向连接。尤其是EP1584817A1和WO2006/103307中公开的机械连接方式是上述连接的适当方式，所述两篇文献通过引用结合在本申请中。 [0055] 机械连接，例如螺栓连接，可以用于纵向壳体之间的纵向连接和翼板之间的横向连接。 [0056] 化学-机械连接，即机械方式例如螺栓和化学方式例如粘接方式相结合的连接，也可以用于纵向壳体之间的纵向连接和翼板之间的横向连接。 [0057] 在现有技术中，已知的分段式叶片所需要的连接仅仅涉及两个叶片元件，本发明的多片式结构可以涉及三个翼板之间的连接，即图7中所示的翼梁盖板17、翼梁腹板21和后缘翼板25之间的连接。 [0058] 在此例中，接头是三个翼板17、21、25之间的螺栓联接29，所述翼板17、21、25的边缘包括相互平行的平面延伸部41、45、43，以允许这种连接。如图7所示，盖板和后缘翼板17、25的平面延伸部41、43和后缘的平面延伸17，25遵循(follow)所述翼板的轮廓，翼梁腹板21的平面延伸部45构成该翼板的成角度的延伸部。 [0059] 在任何例子中，翼板间的连接应当保持所要求的叶片的空气动力学外表面，需要时，采用密封材料或整流罩覆盖相邻翼板的边缘。 [0060] 本发明的一个重要特征在于各类型的翼板甚至叶片不同纵向部分上的相同类型的翼板的材料、结构构造以及生产工艺可以不同，使得能够优化叶片的设计和/或生产。 [0061] 在这个方面，主要的选择方案如下： [0062] 结构构造：实心的层压板和夹层结构。 [0063] 材料：与各种用于夹层结构的芯料相结合的纤维增强塑料(尤其是碳素纤维增强塑料和玻璃纤维增强塑料)。 [0065] 对于上面提到的本发明的实施例，不同翼板的主要特征如下： [0066] 前缘翼板11、13、31，具有泡沫芯料的玻璃纤维增强塑料(GFRP)夹层结构。单体式前缘曲形翼板31在阴模里制造。 [0067] 叶片的翼梁盖板15、17具有两个中心翼梁纵向部分。除基部(未示出)之外，叶片5包括第一部分7’和第二部分7”，在第一部分7’内，翼梁盖板15、17由制作为具有轻木芯料的玻璃纤维预浸料的夹层结构的第一区间和制作为具有玻璃或碳素纤维拉挤成的芯料的玻璃纤维预浸料的夹层结构的第二区间构成，在第二部分7”内，翼梁盖板15、17由制作为具有玻璃或碳素纤维拉挤成的芯料的玻璃纤维预浸料的夹层结构的第一区间、制作为具有轻木芯料的碳素纤维预浸料的夹层结构的第二区间和制作为碳素纤维预浸料的实心层压板的第三区间构成。本领域技术人员可以轻易理解上述结构是考虑到所有相关标准，尤其是叶片强度和叶片钢度要求的设计程序的结果。 [0068] 翼梁腹板19、21，具有泡沫芯料的玻璃纤维增强塑料(GFRP)夹层结构。 [0069] 后缘翼板23、25、33，具有泡沫芯料的玻璃纤维增强塑料(GFRP)夹层结构。 |
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