近年来，风力涡轮机作为环境安全且相对便宜的替代能源而受到 更多关注。伴随这这种日益增长的关注，已经做出了相当大的努力来 发展可靠且有效的风力涡轮机。
通常，风力涡轮机包括具有多个风力涡轮机叶片的转子。风力涡 轮机叶片是构造成响应于风力而提供旋转力的长翼型件。转子安装在 外壳或舱室上，该外壳或舱室定位在桁架或管状塔架的顶部。公用设 施级风力涡轮机(即，设计为向公用电网提供电能的风力涡轮机)可以 具有大型转子(例如，30米或更长)。另外，风力涡轮机通常安装在至 少60米高的塔架上。
风力涡轮机叶片可能非常大，并且可能需要分成两件或更多件构 件来进行制造。分段构件提供了运输的便利性，但需要通过结合而将 这些分段联接在一起，以便制造出完整的涡轮机叶片。这些构件可通 过粘合剂或互锁结构而联接在一起，但传统的联接技术不能在风力涡 轮机运转期间在各段之间提供足够的结合强度或足够的耐用性。另 外，已知的互锁系统和/或结合系统需要沉重的和/或昂贵的构件，这 些构件导致装配后的风力涡轮机叶片的重量不符合要求。
此外，由于构件的大型尺寸和对强的结合的需求，所以需要粘合 剂的良好分布。目前还没有系统方法能够提供足够均匀的粘合剂分 布，以将风力涡轮机叶片分段联接起来。
所需要的是一种用于制造大型分段的风力涡轮机叶片的改进的 方法和系统，其包括耐用且强劲的、不具有已知系统的缺陷的粘结接 头。

本发明的第一方面包括一种用于装配大型风力涡轮机叶片的方 法和系统，其包括提供多个风力涡轮机叶片分段。在多个风力涡轮机 叶片分段的至少一个叶片分段的表面上设置有粘合剂分布装置。该粘 合剂分布装置包括粘结栅格，该粘结栅格具有多个粘合剂分布开口。 将风力涡轮机叶片分段导引在一起，为粘结栅格提供足够的粘合剂， 以基本充满风力涡轮机分段之间的区域。然后使粘合剂固化，以形成 粘结的接头，粘结栅格合并到粘结的接头中。
本发明的另一方面包括用于装配大型风力涡轮机叶片的粘合剂 分布装置。该装置包括粘结栅格，该粘结栅格具有用于接收粘合剂的 孔口和框架，粘结栅格构造成以便将粘合剂传递至多个粘合剂分布开 口。这些分布开口构造成以便将粘合剂分布到风力涡轮机叶片分段的 一个或多个表面上。
本发明的又一方面包括分段的风力涡轮机叶片。这种分段的风力 涡轮机叶片包括第一风力涡轮机叶片分段和第二风力涡轮机叶片分 段。第一风力涡轮机叶片分段联接到第二风力涡轮机叶片分段上。粘 结栅格设置在第一风力涡轮机叶片分段和第二风力涡轮机叶片分段 的相邻的表面之间。粘结栅格包括具有设置在其中的多个隔室的框 架，这些隔室基本上充满固化的粘合剂。在相邻的表面上，粘合剂的 分布基本上是均匀的。
一个实施例的一个优势在于，粘结栅格提供了受控制的粘合剂温 度和分布，并且提供质量控制，以使空腔的填充有效。
另一优势在于，粘结栅格提供了控制联接构件之间的空间的措 施，从而提供了分段之间强固且均匀的接合。
又一优势在于，粘合剂基本均匀地分布在粘结栅格上，从而容许 形成强固、均匀的接头。
又一优势在于，分段的风力涡轮机叶片可在极大地降低成本且易 于现场装配的条件下进行运输。
又一优势在于，本发明的方法和系统使得能够在各种环境中实现 粘结。
通过以下结合附图对优选实施例进行的更详细的描述，本发明的 其它方面和优势将显而易见，附图以示例的方式示意了本发明的原 理。

图1显示了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机的侧视图。
图2显示了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机叶片的顶部透 视图。
图3显示了沿图2的方向3-3获得的风力涡轮机叶片的截面视图。
图4显示了根据本发明的一个实施例的、构造成以便联接在一起 的风力涡轮机叶片分段的顶部透视图。
图5显示了根据本发明的一个实施例的、被导引在一起的两个风 力涡轮机叶片分段的截面图。
图6显示了根据本发明的一个实施例的粘结栅格的顶视图。
图7是沿着图6方向7-7获得的截面图。
图8是沿着图6方向8-8获得的截面图。
图9显示了根据本发明的一个实施例的、利用粘结栅格而导引在 一起的两个风力涡轮机叶片分段的截面图。
图10显示了根据本发明的一个实施例的、具有设置在其上的粘 结栅格的风力涡轮机分段的顶视图。
图11显示了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机叶片分段的 顶部透视图，其构造成以便利用设置在一个风力涡轮机叶片分段的表 面上的粘结栅格而联接在一起。
图12显示了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机叶片分段的 顶部透视图，其构造成以便利用设置在两个风力涡轮机叶片分段的表 面上的粘结栅格而联接在一起。
贯穿全部附图，在可能的任何地方，相同的标号将用来表示相同 或相似的部件。
部件列表
图1：
100   风力涡轮机
102   舱室
104   塔架
106   转子
108   转子叶片
110   旋转的轮毂
图2：
201   前缘
203   后缘
205   翼型件部分
207   梢部
209   根部
211   粘结的接头
213   第一分段
215   第二分段
图3：
301   第一壳体部分
302   第二壳体部分
303   抗剪腹板
图4：
401   突起物
403   配合腔
405   第一配合边缘
407   第二配合边缘
图6：
601   粘结栅格
603   框架
605   导管
607   隔室
609   开口
611   排放口
613   孔口
615   加热元件
图7：
701   密封件

图1显示了一种风力涡轮机100，其具有容纳有发电机(图1中未 示出)的舱室102。舱室102是安装在塔架104顶部上的外壳，图1中 只显示了其一部分。塔架104的高度是根据本领域中已知的因素和条 件而选择的，并且可延伸至高达60米或更高的高度。风力涡轮机100 可安装在可获得具有合乎需要的风力条件的区域的任何地形上。该地 形可以是各种地形，并且可包括但不局限于山岭地区或近海位置。风 力涡轮机100还包括转子106，该转子106包括附连到旋转的轮毂110 上的一个或多个转子叶片108。虽然图1中所示的风力涡轮机100包 括三个转子叶片108，但是本发明并不要求对转子叶片108的数量作 特别的限制。
图2显示了根据本发明的一个实施例的涡轮机叶片108，其具有 前缘201和后缘203。涡轮机叶片108包括从梢部207延伸至根部209 的翼型部分205，该根部209可连接到风力涡轮机的轮毂110上。叶 片包括粘结接头211，该粘结接头211将叶片108的第一分段213与 叶片108的第二分段分隔开。第一分段213和第二分段215都是叶片 108的分段，其装配在一起，以提供完整叶片108。通过分段，意味 着将风力涡轮机叶片108分隔成多个构件，当装配在一起时，这些构 件形成完整叶片108。虽然图2显示了具有两个分段的叶片108，但 是本发明并不局限于两个分段。例如，可将叶片108分隔成许多分段， 包括三个或更多个分段。
图3显示了沿着图2的风力涡轮机叶片108的方向3-3获得的截 面图。图3是沿着图2的3-3线获得的风力涡轮机叶片的截面图。风 力涡轮机叶片108包括第一壳体部分301和第二壳体部分302，其各 以粘接的方式或以其它方式而结合到桁梁盖304上。在其它实施例中， 第一壳体部分301和第二壳体部分302可以是一体的构件。桁梁盖304 可以以粘接的方式或以其它方式而结合到抗剪腹板303上。另外，桁 梁盖304和第二壳体部分302以粘接的方式或以其它方式结合在一 起。抗剪腹板303、桁梁盖304和第一及第二壳体部分301，302可利 用粘合剂或其它合适的联接结构而连接在一起。外皮或覆层305可施 加到叶片108的外表面上，以提供额外的结构支撑，并有助于空气动 力学性能。另外，在叶片108中可存在本领域中已知的、用于风力涡 轮机叶片108设计的其它结构，例如加强件、紧固件或其它硬件或结 构。可提供其它抗剪腹板303和桁梁盖304布置，包括不同的支撑件 几何形状。例如，可将抗剪腹板303和桁梁盖304设置成盒状几何形 状、“I形”几何形状、“T形”几何形状或在第一壳体部分301和第 二壳体部分302之间提供内部支撑的任何其它合适的几何形状。此外， 可如授予Bakhuis等人的美国专利公布US 2007/0140858中的模块化 互锁叶片构造中所示和所述的那样来布置抗剪腹板303，上述专利公 布通过引用而完整地结合在本文中。
图4显示了根据本发明的一个实施例的、构造成联接在一起的风 力涡轮机叶片分段的顶部透视图。如图4中所示，第一分段213包括 从翼型件部分205中延伸的突起物401。突起物401是自翼型件部分 205的延展部分，其具有构造成以便与第二分段215的配合腔403相 配合的几何形状。当配合在一起时，第一分段213的第一配合边缘405 与第二分段的第二配合边缘407相接触或相接近。突起物401和配合 腔403并不局限于所示的布局或几何形状，并且可包括例如花键、锁、 槽或其它特征，以有助于对准或内连接。另外，突起物401的长度和 配合腔403的深度并无限制，并且可包括容许第一分段213和第二分 段215通过粘结接头而联接在一起的任何设置。突起物401和配合腔 403可以是与抗剪腹板303分离的结构，或者可以集成于抗剪腹板303 中。突起物401和配合腔403的结构可以是用于风力涡轮机叶片108 的任何合适的结构，并且可包括复合材料或增强材料，例如玻璃或碳 纤维增强复合材料、聚氯乙烯(PVC)或轻质木芯，其带有环氧树脂或 乙烯基酯树脂，并具有例如螺栓和对准销等硬件。突起物401和配合 腔403优选包括渐缩的几何形状(参看例如图5)，其中该渐缩的几何形 状包括带角度的几何形状。例如，突起物401优选包括随着突起物401 自翼型件部分205延伸而减小的截面面积。相应地，配合腔403包括 从内部至第二配合边缘407而增加的截面面积。
图5显示了根据本发明的一个实施例的、被导引在一起两个风力 涡轮机叶片分段213，215的截面图。如图所示，突起物401和配合腔 403具有容许配合的相应的几何形状。虽然图5显示了渐缩的表面， 但是相配合的几何形状并不受此限制，并且可包括容许配合，并容许 将第一分段213联接到第二分段215上的任何几何形状。此外，图5 中所示的渐缩表面仅仅是示意性的，而非局限于所示的渐缩。为了将 第一分段213联接到第二分段215上，可使用粘结栅格601(见图6)。
图6显示了根据本发明的一个实施例的粘结栅格601的顶视图。 如图所示，粘结栅格601包括大致矩形的框架603，该框架603围绕 设置成栅格形状的多个导管605。导管605设置成以便形成多个隔室 607。隔室607限定了可将粘合剂分布在其中的空间。隔室607的尺 寸和几何形状并不局限于所示的尺寸和几何形状，并可基于所使用的 粘合剂类型、待联接的分段的尺寸或影响粘合剂分布均匀性的其它因 素而进行选择。导管605包括沿着隔室607的边缘而设置的开口609。 开口609构造成容许将粘合剂注入到由隔室607所限定的空间内。因 为隔室607是敞开的，所以允许粘合剂接触到与框架603和/或导管 605相接触的任何表面。例如，当将第一分段213和第二分段215拼 合到一起(参见例如图9)时，第一分段213和第二分段215的表面与提 供到隔室607的粘合剂相接触。
除了开口609之外，隔室607还设有排放口611，该排放口611 容许气体或空气逃逸，并容许用粘合剂基本完全充满隔室607。另外， 在本发明的某些实施例中，可监测排放口611，以确定是否存在粘合 剂，并且确定隔室是否基本被充满。另外，排放口611可设为真空或 设有低压，以有助于粘合剂的分布。可在沿着框架603的任何合适的 位置处设有孔口613，以容许将粘合剂注入到粘结栅格601中。孔口 613可以是能够接收粘合剂的任何结构，并且可包括延展部分或突起 物，当第一分段213和第二分段拼合在一起(参见例如图9)时，该延展 部分或突起物容许注入粘合剂。适用于粘结栅格的粘合剂包括本领域 中已知的、用于连接复合材料的任何粘合剂成分。合适的粘合剂成分 包括但不局限于环氧树脂、聚脂、甲基丙烯酸盐/酯、乙烯基酯或其它 粘合剂树脂。粘结栅格601还包括沿着导管605而设置的可选的加热 元件615。
图7显示了框架603的、沿着图6的方向7-7获得的截面图。如 图7中可见，框架603优选包括沿着边缘而设置的密封件701，以容 许将粘合剂封闭在隔室607中。密封件可以是泡沫、橡胶、聚合物或 适用于提供对粘合剂的密封的其它可压缩或可变形材料，同时可与第 一分段213和/或第二分段215的表面相符。框架603通过沿着粘结栅 格601的长度保持框架厚度，而合乎需要地在第一分段213和第二分 段215之间跨越粘结接头211提供了一致的间距。框架603可由聚氯 乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和/或氯化聚氯乙烯(CPVC) 制成。
图8显示了沿着图6的方向8-8获得的截面图。如图8中所示， 导管605包括设置在其边缘上的开口609。该导管可以是管道、软管 或能够运送粘合剂的其它合适的结构。导管605优选是一种重量轻的、 便宜的半刚性材料，其在并入到装配好的风力涡轮机叶片108中时能 够保持强度。例如，导管605可以是丁基合成橡胶、腈、氯丁橡胶和 /或聚氯乙烯管道材料。开口609并不局限于仅仅是开口，而是可以以 任何合适的方式来构造，以分布粘合剂。例如，开口609可构造成喷 嘴几何形状，以容许高效地分布树脂。另外，导管605可包括沿着该 导管605的一个或多个边缘而设置的可选的加热元件615。在低温周 围环境中可利用加热元件615，以便在注入过程中保持粘合剂黏性或 防止凝固。另外，可利用加热元件615，以有助于或促进粘合剂的固 化。加热元件615可以是任何合适的加热元件。在一个实施例中，加 热元件615是连接到外部电源上的电阻加热器。本发明并不局限于电 阻导线/加热器，并可包括流体加热、化学加热或对粘合剂提供温度控 制的任何其它加热方式。备选方案包括通过对导管增加断续式间隔结 构而将框架603与导管605组合起来。在这个实施例中，导管605是 足够柔韧的，以提供密封功能，而间隔件确保最小的间隙。
图9显示了根据本发明的一个实施例的、利用粘结栅格601而导 引在一起两个风力涡轮机叶片分段213，215的截面图。粘结栅格601 介于第一分段213和第二分段215之间。第一分段213和第二分段215 设置成彼此紧邻，其中，粘结栅格601构造成与第一分段213和第二 分段215均相接触。在将分段拼在一起之前，优选将粘结栅格601设 置在第一分段213或第二分段215的其中一个分段的表面上(参见例如 图10)。图10显示了根据本发明的一个实施例的、具有设置在其上的 粘结栅格601的风力涡轮机分段的顶视图。当配合在一起时，第一分 段213的第一配合边缘405与第二分段的第二配合边缘407相接触， 或紧邻第二分段的第二配合边缘407，从而在风力涡轮机叶片108的 外表面上形成基本连续的表面(参见例如图2)。
在一个实施例中，通过接触和/或压缩粘结栅格601框架603的密 封件701而使第一分段213和第二分段215均与粘结栅格保持密封接 触。通过孔口613将粘合剂提供给粘结栅格601(参见例如图6)。粘合 剂被分布到隔室607中。提供粘合剂直至隔室607基本充满。一旦充 分分布了粘合剂，就可使粘合剂固化。本文中使用的“固化”、“固 化的”、“正在固化”和其语法变体意味着允许粘合剂变干，和/或进 行充分地交联，以提供粘接结合。固化可在环境温度或高温下进行。 另外，固化可在有或没有催化剂的情况下进行。粘结栅格601优选合 并到粘结接头中，并且在固化之后仍保持在原位。
图11和图12显示了在将第一分段213联接到第二分段215上之 前粘结栅格601的备选布置。图11显示了根据本发明的一个实施例 的风力涡轮机叶片分段213，215的顶部透视图，该分段213，215构造 成以便利用设置在一个风力涡轮机叶片分段213的表面上的粘结栅格 601而联接在一起。图12显示了根据本发明的一个实施例的风力涡轮 机叶片分段213，215的透视图，分段213，215构造成以便利用设置在 两个个风力涡轮机叶片分段的表面上的粘结栅格601而联接在一起。 本发明并不局限于图11和图12中所示的布置，而是可以包括将粘结 栅格设置在第一分段213和/或第二分段215中的一个分段或两个分段 的一个、两个、三个或更多个表面上。此外，在将第一分段213联接 到第二分段上之前，粘结栅格可最初粘接到第一分段213和/或第二分 段215的表面上。
虽然已经参照一个优选实施例描述了本发明，但是本领域中的技 术人员将理解的是，可进行各种变化，并用等效物替代其元件，而不 脱离本发明的范围。另外，还可进行许多改型，使特殊的情形或材料 适应本发明的教导，而不脱离本发明的本质范围。因此，本发明并不 意图局限于作为预期用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施 例，而是本发明将包括落在所附的权利要求范围内的所有实施例。