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用于分段式涡轮转子叶片的连接接头和相关方法

阅读:340发布:2021-04-11

专利汇可以提供用于分段式涡轮转子叶片的连接接头和相关方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种 风 力 涡轮 机 叶片 包括被配置为在接合界面处联接在一起的第一叶片分段和第二叶片分段。叶片还包括用于将第一叶片分段和第二叶片分段联接在一起的连接接头。连接接头包括在第一叶片界面和第二叶片界面处集成在第一叶片分段和第二叶片分段中的多个连接元件。连接接头还包括用于进行连接的插销和 紧 固件 。还公开了制造 风力 涡轮机 叶片分段的方法和由这些分段制造的风力涡轮机叶片。,下面是用于分段式涡轮转子叶片的连接接头和相关方法专利的具体信息内容。

1.一种涡轮转子叶片(20),该风力涡轮机转子叶片(20)包括:
第一叶片分段(22),所述第一叶片分段(22)具有上半壳和下半壳,所述第一叶片分段(22)限定所述叶片的吸入侧(34a)、压力侧(36a)、前缘(30a)和后缘(32a),所述第一叶片分段还包括在所述第一叶片分段的一端处的第一叶片界面(38);
第二叶片分段(24),所述第二叶片分段(24)具有上半壳和下半壳,所述第二叶片分段(24)限定所述叶片的吸入侧(34b)、压力侧(36b)、前缘(30b)和后缘(32b),所述第二叶片分段还包括在所述第二叶片分段的一端处的第二叶片界面(42),其中,所述第一叶片分段和所述第二叶片分段被配置为在所述第一叶片界面和所述第二叶片界面处联接在一起;以及连接接头(60),所述连接接头(60)用于将所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)联接在一起,所述连接接头包括在所述第一叶片界面(38)和所述第二叶片界面(42)处集成在所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中的多个连接元件(62),每个连接元件包括孔眼(90),所述孔眼(90)至少部分地限定从所述第一叶片分段或所述第二叶片分段中的一者的外部延伸到内部的孔。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片,所述风力涡轮机转子叶片还包括与所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)中的每者的所述上半壳关联的第一翼梁盖板(50)和与所述下半壳关联的第二翼梁盖板(52),其中,所述多个连接元件(62)集成在所述叶片分段的所述第一翼梁盖板和所述第二翼梁盖板中。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述第一翼梁盖板(50)和所述第二翼梁盖板(52)集成在所述上半壳和所述下半壳中,使得所述翼梁盖板形成所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)的外表面的一部分。
4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述第一翼梁盖板(50)和所述第二翼梁盖板(52)的宽度在纵向方向上分别朝向所述第一叶片分段(22)的所述第一叶片界面(38)和所述第二叶片分段(24)的所述第二叶片界面(42)增大。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,所述风力涡轮机转子叶片还包括与所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)中的每者的所述上半壳关联的第一后缘桁条(54)和与所述下半壳关联的第二后缘桁条(56),其中,所述多个连接元件(62)集成在所述叶片分段的所述第一后缘桁条和所述第二后缘桁条中。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述第一后缘桁条(54)和所述第二后缘桁条(56)集成在所述上半壳和所述下半壳中,使得所述后缘桁条形成所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)的外表面的一部分。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述翼梁盖板(50、
52)和/或所述后缘桁条(54、56)由纤维拉挤成型条形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述多个连接元件(62)中的每个包括折叠的纤维粗纱,其中,所述多个连接元件的所述孔眼(90)至少部分地由所述纤维粗纱的折叠部限定。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述纤维粗纱包括堆叠的纤维材料层。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机转子叶片,其中,基本上所有所述堆叠的纤维材料层都包括单向纤维层。
11.根据权利要求8至10所述的风力涡轮机转子叶片,其中,纤维包括玻璃纤维、纤维或其组合。
12.根据权利要求8至11所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述多个连接元件(62)的所述孔眼(90)的至少一部分由所述纤维粗纱的纵向侧壁形成,使得在所述孔眼的沿着由所述纤维粗纱形成的所述一部分的边界处基本上没有纤维末梢。
13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述多个连接元件(62)中的每个完全由复合材料制造。
14.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述多个连接元件(62)中的每个是楔形的。
15.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)成型而成,并且所述多个连接元件(62)在所述叶片分段成型期间被集成在所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中。
16.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,所述风力涡轮机转子叶片还包括多个插销(172),所述插销(172)被配置为插入穿过所述多个连接元件(62)的相应孔眼(90),所述孔眼(90)形成穿过所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)的所述孔,其中,当所述插销被接纳在所述孔眼中时,所述插销的被暴露部分被配置为远离所述第一叶片分段和所述第二叶片分段的外表面和内表面中的至少一者延伸。
17.根据权利要求16中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述插销(172)能滑动地能插入所述多个连接元件(62)的相应孔眼(90)中,并且优选地而不是以其他方式固定地固定到所述第一叶片分段和所述第二叶片分段。
18.根据权利要求16或17所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述插销(172)包括一个或更多个凹槽(190)。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述插销包括一对相对的凸台以提供T形插销,其中,每个凸台包括被配置为接纳固件的穿通孔。
20.根据权利要求16至18中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,所述风力涡轮机转子叶片还包括多个保持头(174),其中,每个保持头包括用于接纳紧固件(226)的穿通孔(212),并且其中,每个保持头被配置为抵接多个插销(172)。
21.根据权利要求16或17所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述插销包括U形支架,所述U形支架具有基部和从所述基部延伸的一对支腿,并且优选地还包括一对,其中,所述U形支架的每个支腿优选地包括凸起枢轴并且每个垫块包括凹陷,并且其中,所述垫块被配置为与所述支腿接合,使得所述凸起枢轴与所述凹陷接合。
22.根据前述权利要求中任一项中任一项所述的风力涡轮机转子叶片,所述风力涡轮机转子叶片还包括用于将所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)在接合界面处固定在一起的多个紧固件(226)。
23.根据权利要求22所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述紧固件被配置为在所述插销穿过所述多个连接元件的相应孔眼而被接纳时与所述插销的被暴露部分接合。
24.根据权利要求22或23所述的风力涡轮机转子叶片,其中,所述多个紧固件包括多个U形螺栓或双头螺栓。
25.一种制造风力涡轮机转子叶片分段(22、24)的方法,该方法包括以下步骤:
提供具有第一半模具(120)和第二半模具(122)的成型设备,每个半模具包括成型表面(124);
提供多个连接元件(62),每个连接元件具有孔眼(90);
将纤维的第一组件(138)放置在所述成型设备的所述第一半模具和所述第二半模具中;
将所述多个连接元件(62)插入所述成型设备的所述第一半模具和所述第二半模具中;
将纤维的第二组件(144)放置在所述成型设备的所述第一半模具和所述第二半模具中,其中,所述多个连接元件大体设置在所述纤维的第一组件和所述纤维的第二组件之间;
树脂注入所述纤维的第一组件和所述纤维的第二组件中;
固化所述纤维和所述树脂以形成所述叶片分段的上半壳和下半壳,其中,所述多个连接元件(62)布置在所述成型设备的所述第一半模具和所述第二半模具中,使得所述连接元件中的所述孔眼(90)限定穿过所述叶片分段的所述上半壳和所述下半壳的孔;并且将所述上半壳和所述下半壳联接在一起以形成叶片分段,该叶片分段限定所述叶片分段的吸力侧、压力侧、前缘和后缘,所述叶片分段还包括包含所述多个连接元件的叶片界面(38)。
26.根据权利要求25所述的方法,其中,放置所述纤维的第一组件(138)和所述纤维的第二组件(144)包括放置形成所述叶片分段(22、24)的翼梁盖板(50、52)的纤维的第一组件和第二组件,并且其中,所述多个连接元件(62)被插在形成所述翼梁盖板的所述纤维的组件之间。
27.根据权利要求25或26所述的方法,其中,放置所述纤维的第一组件和所述纤维的第二组件包括放置形成所述叶片分段(22、24)的后缘桁条(54、56)的纤维的第一组件和第二组件,并且其中,所述多个连接元件(62)被插在形成所述后缘桁条的所述纤维的组件之间。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法,所述方法还包括以下步骤:
在所述成型设备的所述第一半模具(120)和所述第二半模具(122)中设置多个锚固件(126),所述锚固件联接到所述成型表面并且从所述成型表面延伸;并且将所述连接元件(62)中的每个支撑在相应锚固件上,使得所述锚固件延伸穿过所述连接元件中的所述孔眼(90)。
29.一种制造风力涡轮机叶片的方法,该方法包括以下步骤:
根据权利要求25至28中任一项所述的方法形成第一叶片分段(22)和第二叶片分段(24);
将多个插销(172)插入穿过所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中的所述连接元件(62)的所述孔眼(90);并且
使用紧固件(226)以将所述插销的被暴露部分跨所述第一叶片分段和所述第二叶片分段相交的接合界面(26)彼此联接。
30.一种风力涡轮机(10),该风力涡轮机(10)包括:
塔架(12);
机舱(14),该机舱(14)设置在所述塔架的顶部;
转子(16),该转子(16)联接到所述机舱并且包括至少一个转子叶片(20),所述至少一个转子叶片(20)包括通过连接接头(60)联接在一起的第一叶片分段(22)和第二叶片分段(24),其中,所述连接接头包括:
多个连接元件(62),所述多个连接元件(62)集成在所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)中,每个连接元件包括孔眼(90),该孔眼(90)限定穿过所述叶片分段的孔;
多个插销(172),所述多个插销(172)穿过所述多个连接元件(62)的形成所述叶片分段中的所述孔的相应孔眼(90)而被接纳,其中,所述插销包括远离所述叶片分段的外表面和内表面中的至少一者延伸的被暴露部分;以及
多个紧固件(226),每个紧固件跨所述第一叶片分段(22)和所述第二叶片分段(24)相交的接合界面接合所述插销(172)的所述被暴露部分,以将所述第一叶片分段和所述第二叶片分段固定在一起。

说明书全文

用于分段式涡轮转子叶片的连接接头和相关方法

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及风力涡轮机,并且更具体地,涉及用于将分段式风力涡轮机转子叶片的相邻分段连接的改进连接接头以及形成具有用于将转子叶片的分段连接在一起的改进连接接头的分段式风力涡轮机转子叶片的方法。

背景技术

[0002] 风力涡轮机用于使用可再生资源产生电能,而不用燃烧化石燃料。通常,风力涡轮机将来自风的动能转换成电能。平轴风力涡轮机包括:塔架机舱,其位于塔架的顶点处;以及转子,其具有中心轮毂和多个叶片,叶片联接到轮毂并且从轮毂向外延伸。转子被支撑在从机舱延伸的轴上,该轴要么直接要么间接地与被容纳在机舱内的发电机操作性地联接。因此,当风迫使叶片旋转时,发电机产生电能。
[0003] 传统的风力涡轮机叶片包括围绕内部结构支撑件设置的外壳。外壳通常包括上半壳和下半壳,上半壳和下半壳的对应边缘配合在一起,以限定空气动力学横截面轮廓。外壳可被适当地成形,以便提供风力涡轮机叶片的空气动力学外貌。在传统的过程中,上半壳和下半壳被设置为一件式结构,该一件式结构可例如在成型过程中形成。可包括一个或更多个翼梁的内部结构支撑件通常设置在上半壳和下半壳之间的空腔中,并且在所述叶片的纵向方向上延伸。翼梁为叶片提供强度和刚度,使得叶片能承受在风力涡轮机运行期间施加的负荷。翼梁通常包括与上壳和下壳关联的翼梁盖板和在与上壳和下壳关联的翼梁盖板之间跨越的一个或更多个翼梁腹板。举例来说,翼梁可包括盒形管状元件,该盒形管状元件具有与上壳和下壳接合的翼梁盖板以及在翼梁盖板间延伸的两个翼梁腹板。另选地,翼梁盖板可被集成在上壳和下壳的组成物中,使得翼梁盖板形成叶片的外表面的一部分。然后,一个或更多个翼梁腹板在集成的翼梁盖板之间延伸,以为叶片提供结构支撑。
[0004] 近年来,风能已成为一种更具吸引力的替代能源,并且风力涡轮机、风力发电场等的数量在陆地和海上都已显著增加。另外,风力涡轮机的尺寸也显著增加,现代风力涡轮机叶片的长度在50米至80米之间延伸,并且预计将来有进一步增加。风力涡轮机叶片中增加的长度为风力涡轮机设计者和制造商引入了多种令人关注的设计考虑因素。例如,包括物理空间以及叶片制造设备(例如,模具、起重机和其他操纵设备)的生产设施必须适应增大的叶片尺寸。另外,随着叶片长度不断增加,这种大叶片的物流和运输变得越来越困难。最后,大型风力涡轮机叶片的生产、操纵和运输与大量挑战和高成本关联,该大量挑战和高成本可对可制造的风力涡轮机叶片的长度带来实际限制。
[0005] 解决这些问题的一种方法是提供具有两个或更多个分段的风力涡轮机叶片,这些分段随后联接在一起,以形成完整的风力涡轮机叶片。在这种方法中,每个叶片分段都可包括外壳和内翼梁。然后,将叶片分段聚集在接合界面处并且将叶片分段固定在一起以形成完整的叶片。然而,接合界面必须被设计成具有必要的强度,以便能够将跨接头的负荷和力矩从一个叶片分段安全地传递到下一个。一种设计提供源自叶片分段界面中的一者或二者的一个或更多个翼梁延伸部分,所述叶片分段界面能插入另一叶片分段界面处的相应翼梁接收器中。然后,可将这些元件结合或以其他方式联接在一起,以形成叶片分段之间的连接接头。另一种设计包括在接合界面处的用于在叶片分段之间提供确定联接的多个连接器。然而,为了承受例如沿着叶片的中跨作用的负荷,连接器可以是多个且相当大的,使得在接合界面处的叶片材料(负荷必须通过所述叶片材料传递到连接器)的量大幅降低,并且提高了使叶片的结构完整性有损的可能性。
[0006] 虽然用于分段式叶片设计的当前连接接头足以实现其预计目的,但是制造商不断努力提供用于联接风力涡轮机叶片分段的连接接头,连接接头以成本有效方式适应跨接合界面的增大的负荷,而没有牺牲接头区域中的叶片的结构完整性。

发明内容

[0007] 出于这些目的和其他目的,一种风力涡轮机转子叶片包括:第一叶片分段,其具有上半壳和下半壳,所述第一叶片分段限定所述叶片的吸入侧、压力侧、前缘和后缘,所述第一叶片分段还包括在所述第一叶片分段的一端处的第一叶片界面;第二叶片分段,其具有上半壳和下半壳,所述第二叶片分段限定所述叶片的吸入侧、压力侧、前缘和后缘,所述第二叶片分段还包括在所述第二叶片分段的一端处的第二叶片界面,其中,所述第一叶片分段和所述第二叶片分段被配置为在所述第一叶片界面和所述第二叶片界面处联接在一起。所述叶片还包括连接接头,所述连接接头用于将所述第一叶片分段和所述第二叶片分段联接在一起。所述连接接头包括在所述第一叶片界面和所述第二叶片界面处集成在所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中的多个连接元件。每个连接元件包括孔眼,所述孔眼至少部分地限定从所述第一叶片分段或所述第二叶片分段中的一者的外部延伸到内部的孔。
[0008] 在一个实施方式中,所述风力涡轮机转子叶片还包括与所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中的每者的所述上半壳关联的第一翼梁盖板和与所述下半壳关联的第二翼梁盖板,其中,所述多个连接元件集成在所述第一叶片分段和所述第二叶片分段的所述第一翼梁盖板和所述第二翼梁盖板中。所述翼梁盖板可以集成在所述上半壳和所述下半壳中,使得所述翼梁盖板形成所述第一叶片分段和所述第二叶片分段的外表面的一部分。此外,所述第一翼梁盖板和所述第二翼梁盖板的宽度在纵向方向上分别朝向所述第一叶片分段的所述第一叶片界面和所述第二叶片分段的所述第二叶片界面增大。所述翼梁盖板的宽度是在弦长方向上,也就是说,在前缘和后缘之间的方向上。
[0009] 另外地或另选地,所述风力涡轮机叶片可以还包括与所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中的每者的所述上半壳关联的第一后缘桁条和与所述下半壳关联的第二后缘桁条,其中,所述多个连接元件集成在所述第一叶片分段和所述第二叶片分段的所述第一后缘桁条和所述第二后缘桁条中。所述后缘桁条可集成在所述上半壳和所述下半壳中,使得所述后缘桁条形成所述第一叶片分段和所述第二叶片分段的外表面的一部分。所述翼梁盖板和/或所述后缘桁条可由纤维拉挤成型条形成。
[0010] 在示例性实施方式中,所述多个连接元件中的每个包括折叠的纤维粗纱,其中,所述多个连接元件的所述孔眼至少部分地由所述纤维粗纱的折叠部限定。更具体地,所述折叠的纤维粗纱限定穿通孔,并且插入件可设置在所述穿通孔中,使得所述穿通孔的一部分和所述插入件的一部分形成所述连接元件的所述孔眼的边界。在一个实施方式中,所述纤维粗纱可由堆叠的纤维材料层提供。纤维材料层的叠堆可主要包括单向纤维。纤维可包括玻璃纤维、纤维或其组合。在一方面,所述多个连接元件的所述孔眼的至少一部分由所述纤维粗纱的纵向侧壁形成,使得在所述孔眼的沿着由所述纤维粗纱形成的所述一部分的边界处基本上没有纤维末梢。
[0011] 所述连接元件可完全由非金属材料制造。例如,连接元件可完全由复合材料制造。另外,连接元件可在至少一个方向上是楔形的。更具体地,连接元件可在诸如高度方向和宽度方向这样的两个方向上逐渐变窄。连接元件的头端可由纤维粗纱的弧形布置(例如,半圆形布置)形成。在一个实施方式中,第一叶片分段和第二叶片分段可以是成型制品,并且多个连接元件可在叶片分段成型期间集成在叶片分段中。
[0012] 连接接头还可包括多个插销,所述多个插销被配置为通过所述多个连接元件的相应孔眼接纳,所述孔眼形成穿过第一叶片分段和第二叶片分段的孔。当插销被接纳在孔眼中时,插销的被暴露部分被配置为远离第一叶片分段和第二叶片分段的外表面和内表面中的至少一者延伸。在一个实施方式中,当插销被接纳在孔眼中时,插销的被暴露部分被配置为远离所述叶片分段的外表面和内表面延伸。然而,在另一个实施方式中,插销可被配置为仅远离叶片分段的外表面延伸。插销可包括一个或更多个凹槽。在一个实施方式中,插销可包括在相反方向延伸的两个凸台以提供T形插销。每个凸台包括用于接纳固件的穿通孔。在一个实施方式中,可提供多个保持头,其中,每个保持头包括用于接纳紧固件的穿通孔,并且被配置为抵接多个插销。插销能滑动地能插入多个连接元件的相应孔眼中,并且而不是以其他方式固定地固定到转子叶片的根端。此外,在一个实施方式中,插销可包括U形支架和一对,该U形支架具有基部和从基部延伸的一对支腿。U形支架的每个支腿包括凸起枢轴,并且每个垫块包括凹陷,其中,所述垫块被配置为与支腿接合,使得凸起枢轴与凹陷接合并且能相对于支腿枢转。
[0013] 连接接头还包括用于将第一叶片分段和第二叶片分段固定在一起的多个紧固件。紧固件被配置为在插销穿过多个连接元件的相应孔眼而被接纳时与插销的被暴露部分接合。例如,紧固件可包括U形螺栓或双头螺栓。连接接头被配置为使得紧固件在叶片分段的一侧或另一侧跨接合界面延伸。因此,没有一个紧固件在接合界面处穿入叶片分段的端面中。紧固件在叶片的翼展方向上(即在叶片的叶根和尖端之间的方向上)定向。紧固件可设置在叶片分段的内部和/或外部处。换句话说,紧固件位于叶片分段的壳体外部。
[0014] 一种制造风力涡轮机转子叶片分段的方法包括以下步骤:提供具有第一半模具和第二半模具的成型设备,每个半模具包括成型表面;提供多个连接元件,每个连接元件具有孔眼;将纤维的第一组件放置在所述成型设备的所述第一半模具和所述第二半模具中;将所述多个连接元件插入所述成型设备的所述第一半模具和所述第二半模具中,其中,所述多个连接元件大体设置在所述纤维的第一组件和所述纤维的第二组件之间;将树脂注入所述纤维的第一组件和所述纤维的第二组件中;固化所述纤维和所述树脂以形成所述叶片分段的上半壳和下半壳,其中,所述多个连接元件布置在所述成型设备的所述第一半模具和所述第二半模具中,使得所述连接元件中的所述孔眼限定穿过所述叶片分段的上半壳和下半壳的孔;并且将所述上半壳和所述下半壳联接在一起以形成叶片分段,该叶片分段限定所述叶片分段的吸力侧、压力侧、前缘和后缘,所述叶片分段还包括包含多个连接元件的叶片界面。在一个实施方式中,放置所述纤维的第一组件和所述纤维的第二组件包括放置形成所述叶片分段的翼梁盖板的纤维的第一组件和第二组件,其中,所述多个连接元件被插在形成所述翼梁盖板的所述纤维的组件之间。另外地或另选地,放置所述纤维的第一组件和所述纤维的第二组件包括放置形成所述叶片分段的后缘桁条的纤维的第一组件和第二组件,其中,所述多个连接元件被插在形成所述后缘桁条的所述纤维的组件之间。该方法还可包括在成型设备的第一半模具和第二半模具中设置多个锚固件,其中,锚固件联接到成型表面并且从成型表面延伸;并且将连接元件中的每个支撑在相应锚固件上,使得锚固件延伸穿过连接元件中的穿通孔。此外,该方法还可包括从成型设备取出锚固件,并且将叶片分段从成型设备中脱模。
[0015] 在另一个实施方式中,一种制造风力涡轮机叶片的方法包括以下步骤:如上所述地形成第一叶片分段和第二叶片分段;将多个插销插入穿过所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中的所述连接元件的所述孔眼;并且使用紧固件以将所述插销的被暴露部分跨所述第一叶片分段和所述第二叶片分段相交的接合界面彼此联接。
[0016] 在又一个实施方式中,一种风力涡轮机包括:塔架;机舱,其设置在所述塔架的顶部;以及转子,其联接到所述机舱并且包括至少一个转子叶片,所述至少一个转子叶片包括通过连接接头联接在一起的第一叶片分段和第二叶片分段。所述连接接头包括:多个连接元件,其集成在所述第一叶片分段和所述第二叶片分段中,每个连接元件包括孔眼,该孔眼限定穿过所述叶片分段的孔;多个插销,其穿过所述多个连接元件的形成所述叶片分段中的孔的相应孔眼而被接纳,其中,所述插销包括远离所述叶片分段的外表面和内表面中的至少一者延伸的被暴露部分;以及多个紧固件,每个紧固件跨所述第一叶片分段和所述第二叶片分段相交的接合界面接合所述插销的被暴露部分,以将所述第一叶片分段和所述第二叶片分段固定在一起。附图说明
[0017] 包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图例示了本发明的一个或更多个实施方式,并且与上面给出的对本发明的总体描述和下面给出的详细描述一起用于说明本发明。
[0018] 图1是其中可以使用本发明的实施方式的风力涡轮机的立体图;
[0019] 图2是按照本发明的实施方式的分段式风力涡轮机叶片的立体图;
[0020] 图3是按照本发明的实施方式的分段式风力涡轮机叶片的部分立体图;
[0021] 图3A是图3中示出的叶片的剖视图;
[0022] 图3B是图3中示出的叶片的另一剖视图;
[0023] 图4根据本发明的一个实施方式的连接元件的立体图;
[0024] 图5是图4中示出的连接元件的俯视图;
[0025] 图6是图4中示出的连接元件的侧视图;
[0026] 图7A至图7D示意性例示了用于制造图4至图6中示出的连接元件的方法;
[0027] 图8示意性例示了用于制造叶片分段的成型设备;
[0028] 图9A至图9C示意性例示了用于制造叶片分段的成型方法;
[0029] 图10是按照本发明的一个实施方式的连接接头的外部视图;
[0030] 图10A是部分拆卸的图10中示出的连接接头;
[0031] 图11是按照本发明的一个实施方式的连接接头的外部视图;
[0032] 图12是按照本发明的一个实施方式的连接接头的外部视图;
[0033] 图13是按照本发明的一个实施方式的连接接头的内部视图;
[0034] 图14是图12和图13中示出的连接接头的剖视图;
[0035] 图15例示了图14中示出的连接接头的插销;
[0036] 图16是按照本发明的另一个实施方式的连接接头的外部视图;
[0037] 图17是图16中示出的连接接头的剖视图;
[0038] 图18例示了图16中示出的连接接头的插销;以及
[0039] 图19例示了图16中示出的连接接头的紧固件。

具体实施方式

[0040] 参照图1,风力涡轮机10包括:塔架12;机舱14,其设置在塔架12的顶点处;以及转子16,其操作性地联接到容纳在机舱14内的发电机(未示出)。除了发电机之外,机舱14还容纳将风能转换成电能所必需的各种各样的部件以及操作、控制和优化风力涡轮机10的性能所需的各种部件。塔架12支撑风力涡轮机10的机舱14、转子16和容纳在机舱14内的其他部件所带来的负荷,并且还进行操作以根据不同情况将机舱14和转子16抬高至超过地平面或海平面的高度,在此高度通常会出现低湍流的较快移动空气流。
[0041] 被表示为水平轴风力涡轮机的风力涡轮机10的转子16用作机电系统原动机。超过最小水平的风将使转子16启动并且致使在与风力方向基本垂直的平面上旋转。风力涡轮机10的转子16包括中心轮毂18和至少一个转子叶片20,转子叶片20在围绕中心轮毂18周向分布的位置处从中心轮毂18向外伸出。在代表性实施方式中,转子16包括三个叶片20,但是数量可不同。叶片20被配置为与经过的气流相互作用,以产生致使中心轮毂18围绕中心纵轴自旋的升力。
[0042] 风力涡轮机10可以被包括在属于风力发电场或风电场的类似风力涡轮机的集合当中,该风力发电场或风电场用作通过输电线路与诸如三相交流(AC)电网这样的电网连接的发电设备。电网通常包括发电站的网络、输送电路和通过输电线路的网络联接的变电站,输电线路将电力传输到终端用户和其他电力设施的其他顾客形式的负荷。在正常情况下,如本领域的普通技术人员所知的,电力被从发电机供应到电网。
[0043] 图2和图3例示了分段式风力涡轮机叶片20。风力涡轮机叶片20包括第一叶片分段22和第二叶分段24,第一叶片分段22和第二叶分段24在接合界面26处彼此连接,以形成组装好的叶片20。在示例性实施方式中,接合界面26可大约位于风力涡轮机叶片20的中跨处;
然而,沿着叶片20的跨度的接合界面的其他位置也是可能的。第一叶片分段22包括根端28、前缘30a、后缘32a、吸力侧34a和压力侧36a。第一叶片分段22终止于与根端28相对的第一叶片界面38。类似地,并且使用类似的参考标号,第二叶片分段24包括尖端40、前缘30b、后缘
32b、吸力侧34b和压力侧36b。第二叶片分段24开始于与尖端40相对的第二叶片界面42。可将第一叶片分段38和第二叶片分段42聚集在一起,以形成接合界面26。虽然图2示出并描述为具有接合在一个接合界面26处的两个叶片分段22、24,但是应该认识到,可通过具有多个接合界面的不止两个叶片分段形成分段式风力涡轮机叶片20,这些叶片分段按以下更充分描述的方式连接在一起,以形成组装好的叶片20。因此,本发明不应该限于图2中示出的特定实施方式。
[0044] 分段形成风力涡轮机叶片确实提供了某些优点。例如,由于叶片分段较小,因此生产设施和操纵设备不必太大。在这方面,现有的设施和设备很可能足以用多个分段制造大型风力涡轮机叶片。因此,特殊设施和设备不一定被开发用于或专用于提供长度增加的叶片。此外,分段式叶片的运输方面更能被操纵且成本更低。更具体地,因为叶片分段具有能被操纵的尺寸(与整体的叶片相比),所以可以使用当前的设备和技术(例如,半挂卡车等)来完成叶片分段的运输。因此,运输风力涡轮机叶片的新思路、规范等不一定被开发用于适应长度增大的叶片。此外,与整个叶片形成对照,分段式叶片允许通过更换受损的叶片分段进行维护和维修。虽然叶片的分段性质提供了特定益处并且解决了许多问题,但是对于使得分段方法对于长度增大的叶片可行来说,关于连接接头强度的问题仍然是担心。本发明的其他方面旨在提供具有增加强度的连接接头以及使分段式叶片设计可行。
[0045] 图3A例示了穿过第一叶片分段22的按照本发明的一个实施方式的叶片20的剖视图(其中,出于简明目的,已去除了腹板)。如该图中例示的,第一叶片分段22包括分别与限定吸力侧34的上半壳和限定叶片20的压力侧36的下半壳关联的翼梁盖板50a、52a。另外,叶片20可包括后缘桁条54a、54b形式的与后缘32相邻的附加支撑元件,后缘桁条54a、54b也与限定叶片20的吸力侧34a和压力侧36a的半壳关联。图3B示出了穿过第二叶片分段24的相似剖视图,第二叶片分段24包括与限定叶片20的吸力侧和压力侧的上半壳和下半壳关联的翼梁盖板50b、52b和后缘桁条54b、56b。在一个实施方式中,翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56可被安装到叶片中,以便形成叶片分段22、24的外壳的一部分。在这方面,出于加固或加强目的,翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56可由预先固化的实心拉挤成型条形成。这些拉挤成型件通常是由嵌入固化树脂基质中的直碳丝形成的长扁条。拉挤成型件可沿着叶片的翼展扩展的大部分延伸。在这种情况下,拉挤成型件可在第一叶片分段22和第二叶片分段24的大量长度内延伸。如下讨论的,扁平拉挤成型条通常在成型叶片分段期间被放置成纵向叠堆。虽然本实施方式例示了翼梁盖板和后缘桁条被安装到叶片分段的外壳中,但是本发明不限于这种布置。例如,应该认识到,本发明的各方面可用在其中翼梁盖板和有可能后缘桁条没有形成叶片分段的外壳的一部分但是与外壳的内表面接合的替代实施中。在此实施方式中,翼梁盖板可由拉挤成型件形成,或者由通过本领域公知的其他过程制造的纤维和树脂材料形成。因此,本发明不限于图3中示出的实施方式。
[0046] 如图3中例示的,在接合界面26处的叶片20的第一叶片分段22和第二叶片分段24之间的连接接头60包括被集成在叶片分段22、24的相应叶片界面38、42中的多个连接元件62。更具体地,连接元件62可在其相应叶片界面38、42处集成在翼梁盖板50、52和优选地还有后缘桁条54、56中。如该图中例示的,连接元件62可沿着翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56(例如,在叶片的弦长方向上)的宽度分布并且基本上嵌入形成翼梁盖板50、52和后缘桁条
54、56的材料内。一个或更多个连接元件62(例如,两个连接元件)也可跨越翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的厚度(例如,在叶片的拍打方向上)并且基本上嵌入形成这些元件的材料中。下面,将更全面地描述用于将连接元件62集成在翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的材料内的方法。沿着翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的宽度的连接元件62的数量取决于叶片20的尺寸(还有潜在的其他因素),但是对于长度为50m-80m的叶片,可在任何地方有20至
80个连接元件。然而,应该认识到,根据具体应用,可使用更多或更少的连接元件。如下面将更全面解释的,允许连接元件被紧密堆集,而对连接接头60的结构完整性没有负面影响。翼梁盖板50、52和/或后缘桁条54、56的厚度尺寸可朝向相应叶片分段之间的接头逐渐变窄。
以这种方式,相应的连接元件62可覆在翼梁盖板50、52或后缘桁条54、56的锥形端部部分上。另外,翼梁盖板50、52和/或后缘桁条54、56的宽度尺寸可朝向相应叶片分段之间的接头向外逐渐变窄。以这种方式,相应的连接元件62可覆在翼梁盖板50、52或后缘桁条54、56的变宽端部部分上。
[0047] 如图4至图6中例示的,连接元件62可由包含纤维(诸如玻璃纤维或碳纤维)和合适树脂材料(诸如环树脂)的复合材料形成。这与通常由诸如这样的金属形成的一些传统连接元件形成对照。在优选的实施方式中,连接元件可主要由非金属材料形成(如果没有由非金属材料完全形成的话)。举例来说,连接元件62可完全由复合材料形成。另选地,连接元件中的大部分(例如,大于50%且优选地大于80%)可由复合材料形成。完全或主要由复合材料形成连接元件62不仅使叶片20的接合界面26处的重量减轻,而且还降低了与连接元件关联的成本,因为复合连接元件62可由相对廉价的材料以成本有益的方式形成,如下面将更详细说明的。此外,由复合材料形成连接元件62还可允许连接元件62以使连接接头60的强度增加的方式集成在叶片的材料中,特别是翼梁盖板和后缘桁条(通常也由复合材料形成)。
[0048] 在示例性实施方式中,连接元件62可被配置为细长楔形构件64,其具有头端66、尖端68、顶表面70、底表面72、第一侧表面74、第二侧表面76、头端表面78和尖端表面80。顶表面70和底表面72可以是大体平面的,或者包括大体平面部分,并且沿着连接元件62的至少一部分长度在朝向连接元件62的尖端68的方向上朝向彼此会聚。举例来说而非限制,顶表面70和底表面72可在连接元件62的整个长度上朝向彼此会聚。另选地,顶表面70和底表面72可在距离头端66的距离短(例如,连接元件62的总长度的约5%-10%)内大体彼此平行,然后沿着连接元件62的其余长度朝向彼此会聚。在示例性实施方式中,顶表面70和底表面
72的锥A1可在约2度和30度之间,优选地在约4度和25度之间,更优选地在约5度和约15度之间。对于锥角A1,其他值也会是可能的。连接元件62的楔形构造有助于将连接元件62集成在翼梁盖板50、52或后缘桁条54、56的材料中,并且增加了连接元件与连接元件被集成在其中的材料之间的结合强度。
[0049] 除了上述之外,并且如图中例示的,连接元件62的第一侧表面74和第二侧表面76还可在朝向连接元件的尖端68的方向上逐渐变窄。举例来说而非限制,第一侧表面74和第二侧表面76可在连接元件62的整个长度上朝向彼此会聚。另选地,第一侧表面74和第二侧表面76可在距离头端66的距离短(例如,连接元件62的总长度的约5%-10%)内大体彼此平行,然后沿着连接元件62的其余长度朝向彼此会聚。在示例性实施方式中,第一侧表面74和第二侧表面76的锥角A2可在约2度和约10度之间。对于锥角A2,其他值也会是可能的。连接元件62的侧面74、76逐渐变窄,这使在连接元件62与叶片的相邻连接元件62之间区域中的材料之间的接触面积增大。同样,这增加了连接元件与周围材料之间的结合强度。
[0050] 如图中进一步例示的,头端表面66可具有弯曲或弓形构造并且平滑地过渡到第一侧表面74和第二侧表面76。举例来说而非限制,头端表面66可以是大体圆形的,其曲率半径R1在约1cm和约6cm之间,优选地在约1.5cm和4cm之间。此外,连接元件62包括与连接元件62的头端66相邻的并且从顶表面70延伸到底表面72的穿通孔82。出于下面更全面描述的原因,穿通孔82具有弧形(例如,半圆形)的第一端84和大体v形的第二端86。插入件88可被设置在穿通孔82中,以便基本上填充穿通孔82的与v形的第二端86相邻的部分。插入件88被配置为仅填充穿通孔82的一部分,由此限定与从顶表面70延伸到底表面72的穿通孔82的第一端84相邻的通道或孔眼90。在一个实施方式中,插入件88可以是大体三角形形状的并且由复合材料形成。插入件88的复合材料可与连接元件62的其余部分的复合材料相同或不同。举例来说,插入件88可由玻璃纤维或碳纤维和诸如合适的环氧树脂这样的树脂材料形成。
然而,也可使用其他材料来形成插入件88。在实施方式中,插入件可由诸如轻木或被浸渍以获得额外刚度的轻木这样的木材形成。在其他方面,插入件88可由树脂材料或其他塑料材料制造。优选地,插入件88的材料可具有与连接元件62的复合材料的热膨胀系数相近的热膨胀系数。这些材料应与主体64的复合材料相容,以便在它们之间提供强结合。可选择插入件88的顶表面,使得眼孔90具有所期望的形状。例如,顶表面可以是平坦的或可以是弯曲的。大体上,可以说孔或孔眼90在叶片20或叶片壳体的厚度方向上延伸通过叶片分段22、
24。
[0051] 在所公开的实施方式中,连接元件62中的孔眼90可部分地由插入件88并且部分地由形成连接元件62的构件64限定界限。在该示例中,通过连接元件62的穿通孔82和孔眼90不是通过钻孔或机械加工操作形成的,该操作往往会切割或以其他方式断开主体64的纤维,由此在钻出或机械加工出的孔的边界处形成纤维端。与该过程相比,可在没有后钻孔或铣削操作且没有切割或断开形成连接元件62的纤维的情况下形成连接元件62的穿通孔82。认为,提供并非通过钻孔或铣削过程得到的穿通孔82和孔眼90使得穿通孔82或孔眼90的边界不是通过纤维材料的被切割的端部形成,这将使连接接头60在孔眼90的区域中的强度增大。这是特别重要的,因为外部叶片分段上的力跨接合界面26传递到内部叶片分段并最终通过叶片的根端28传递到轮毂18。如以下说明的,这可以是通过折叠有限长度的纤维粗纱以在连接元件中形成穿通孔来实现的。
[0052] 图7A至图7D示意性例示了用于形成如上所述的具有孔眼90的连接元件62的示例性过程。在这方面,可提供具有U形或D形横截面轮廓的细长心轴96。此轮廓提供了一对对向的、大体平面的侧表面98、100和弧形或弯曲的顶表面102。可选择顶表面102的形状,以便与穿通孔82的第一端84的形状对应。因此,在一个实施方式中,顶表面102可以是半圆形,其曲率半径在约0.4cm和约2cm之间,优选地在约0.4cm和约2cm之间;优选地,在约0.5cm和1.5cm之间。该范围应该在头端表面78的曲率半径的10%至不到50%之间。心轴96的底面104可敞露或被表面封闭。心轴96可由本领域的普通技术人员已知的金属或其他合适材料形成。
[0053] 最终联接到穿通孔82以形成孔眼90的插入件88可被临时固定于心轴96的底面104以便从底面104垂下,插入件88可被设置为具有所期望横截面构造(例如,三角形)的细长构件。此时,多个有限长度的纤维粗纱可基本上折叠在心轴96的顶表面102上,使得纤维粗纱从心轴96的侧表面98、100向下悬垂。纤维粗纱的中心区域与心轴96的顶表面102相邻,然后使纤维粗纱的端部在尖端108处聚集在一起。因此,纤维粗纱大体适形于心轴96的顶表面102、侧表面98和100的形状并且适形于从心轴96的底面104悬垂的插入件88的侧表面。使纤维粗纱的端部聚集在一起提供了逐渐变窄构造,该构造在连接元件62中的第一侧表面74和第二侧表面76中提供了逐渐变窄化。纤维粗纱可通过叠堆多个纤维片材或层106来提供。纤维层106可以是干纤维片材或树脂浸渍的层片材(例如,预浸渍的),要么是未固化、部分固化的要么是其组合。纤维层106还可以是单向纤维层、双轴纤维层或在大范围有序构型中单向纤维层和双轴纤维层的组合(例如,三个单向层和一个双轴层的重复图案)。可选择叠堆在心轴96上的纤维层106的数量,以便在连接元件62中提供所期望的宽度。另外,可选择纤维层106的长度,以便在连接元件62中提供所期望的长度。可选择纤维层106的宽度,以便装配在心轴96的长度上。如以下说明的,最终,用该过程形成的复合制品将经受进一步处理,以便提供多个连接元件62。
[0054] 一旦完成了在心轴96上的纤维层106的铺叠过程,制品110就可通过本领域的普通技术人员已知的合适固化过程而完全固化或至少部分固化。在固化过程之后,可从心轴96取下制品110,使得制品110包括形成在一起的纤维层106、树脂和插入件88。从此开始,制品110可经受后处理技术,以用制品110形成多个连接元件62。在这方面,制品110可经受切割操作(例如,来自线切割器112),以便形成分立的连接元件62。如可理解的,在制品110上进行切割操作形成了连接元件62的顶表面70和底表面72。切割操作被配置为在连接元件62的厚度方向上形成逐渐变窄的构造。
[0055] 上述过程导致每个连接元件62具有上述形状和几何形状。对于在不切割形成复合构件的纤维的情况下在连接元件中产生穿通孔而言,该过程是特别有益的。特别地,连接元件62的头端66可由连续纤维束的纵向侧表面形成。在穿通孔82的边界处基本上没有纤维端部。具有穿通孔的连接元件可被认为是折叠的纤维粗纱,它通过折叠纤维而产生穿过该元件的孔眼。出于此原因,连接元件62可被称为粗纱孔眼。在任何情况下,认为,纤维在粗纱孔眼中的布置(所述纤维形成穿通孔作为纤维布置的一部分)使连接接头的强度显著增加。连接元件62的尺寸可根据应用的需要而变化。在示例性实施方式中,连接元件的长度可在约15cm和约1.5m之间;优选地在约25cm和约1m之间;其宽度(在头端处)在约6cm和约20cm之间;并且其高度(在头端处)在约4cm和约15cm之间。这些范围仅仅是示例性的,本发明不限于这些值。
[0056] 在现在通过例如上述过程形成的独立连接元件62的情况下,现在将更详细地描述将连接元件62集成在形成转子叶片20的叶片分段22、24中。在这方面,图8至图9c示意性例示了将连接元件62集成在叶片分段22、24中的示例性方法。在一个实施方式中,可通过使用具有第一半模具120和第二半模具122的成型设备118进行成型过程来形成叶片分段22、24,第一半模具120和第二半模具122用于形成分别限定叶片20的吸入侧34和压力侧36的上半壳和下半壳。每个半模具120、122包括内轮廓表面124,内轮廓表面124限定叶片分段22、24的上半壳和下半壳的外表面。多个栓钉或锚固件126可能拆卸地固定到成型设备118的半模具120、122中的每个的内表面124并与模具的第一端相邻。该第一端将对应于叶片分段22、24的叶片界面38、42,因为它将包括连接元件。锚固件126的数量和位置可对应于连接接头
60的设计中所期望的连接元件62的数量和位置。锚固件126可由合适的热塑性聚合物(例如,具有所期望的热膨胀特性)形成,该热塑性聚合物有助于在固化之后从成型设备118中拆卸叶片分段22、24。举例来说而非限制,锚固件126可由聚四氟乙烯(PTFE)形成。然而,其他材料也可是能接受的。
[0057] 成型方法可包括在半模具120、122的内表面124上放置诸如液体释放涂层、蜡或固体屏障(例如, 胶带)这样的脱模剂128。然后,可在脱模剂128上施用脱模材料(例如,膜)的可选层(未示出)。另外,剥离层130的第一可选层可被施用在脱模材料层(如果存在的话)上,或者直接施用在脱模剂128上。接下来,纤维织物的多个层132可彼此叠放(堆叠)以限定层的组件134,直到按照设计达到所期望的预定厚度。纤维织物可包括玻璃纤维、碳纤维或本领域的普通技术人员已知的其他材料或材料组合。纤维织物可被浸渍树脂(例如,预浸渍)或者是干燥的。第一组件134的层132可被放置在第一模具120和第二模具122的与翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56没有对应的部分中。
[0058] 在第一模具120和第二模具122的与翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56对应的部分中,拉挤成型碳纤维条136可彼此叠放(例如,堆叠),以按照设计限定具有所期望预定厚度的拉挤成型条的第一组件138。层136可被放置在半模具120、122中,以便在条的第一组件138的拉挤成型材料中限定锥形140。
[0059] 在拉挤成型件的第一组件138已被放置在半模具120、122中之后,第一连接元件62a可位于半模具中。在这方面,锚固件126可具有与连接元件62中的孔眼90的形状对应的形状,使得连接元件62a可悬于或支撑在锚固件126上。连接元件62a的底表面72的锥形大体对应于挤压成型条的第一组件138的锥形140。在将连接元件62a定位在半模具120、122中之后,挤压成型条的附加层142可彼此叠放以限定挤压成型条的第二组件144,直到按照设计达到所期望的预定厚度。第二组件144的层142可被放置在半模具120、122中,以便在材料中限定锥形146。该材料中的锥形146大体可对应于连接元件62a的顶表面70中的锥形。
[0060] 随后,挤压成型条148可被放置在半模具120、122中,以限定挤压成型条的第三组件150。第二连接元件62b可被插入半模具120、122中并由锚固件126支撑,使得连接元件62b的底表面72与拉挤成型条的第三组件150接合。最后,拉挤成型条152被放置在连接元件62b的顶表面70上,以限定拉挤成型条的第四组件154。第三组件150和第四组件154也可包括与连接元件62b中的锥形对应的合适锥形。此外,沿着半模具120、122的与翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56对应的部分,叶片界面38、42可包括在连接元件62的头端66上方的复合边缘支撑件158。在这方面,相邻连接元件62的头端66之间的空间(在模具表面的弦长方向上并且由头端的弧形形状产生的)可被干燥或树脂浸渍的纤维材料填充。举例来说,如果连接元件62彼此紧挨着,则可在该空间中定位楔形纤维插入件(未示出),使得在连接元件62的头端
66的区域中的纤维材料中基本上没有间隙。可在头端66上方添加附加的纤维层,诸如由纤维带或绷带提供的纤维层。纤维带的最外层将得到叶片分段22、24的在其相应叶片界面38、
42处的端面。因此,连接元件62基本上嵌入在拉挤成型的第一组件138、第二组件144、第三组件150和第四组件154、纤维插入件与纤维带层之间,并且被集成在叶片分段22、24的在其相应叶片界面38、42处的复合材料内。如上所述,虽然两个连接元件62a、62b在拍打方向上跨越翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的厚度,但是在替代实施方式中可使用更多或更少的连接元件。
[0061] 一旦得到该组件,就可在所形成的组件上方施用由例如尼龙或浸渍有脱模剂的一些其他紧密织造织物制造的第二可选剥离层158。一旦第二可选剥离层158就位,就可在其上方施用剥离膜层160。在该实施方式中,接着,可在第二可选剥离层158上方施用通气孔或通气管材料层162,第二可选剥离层108被配置为吸收过量树脂并且在形成复合层合物期间让气体逸出。继续参照图9A和图9B,真空袋164可被放置在以上提到的层上并经由诸如带封胶带这样的固定元件166和致动的真空源168抵靠半模具120、122固定就位。真空源168的致动有效地将袋164拉向半模具120、122的内表面,从而为叶片分段22、24的吸入侧34和压力侧36赋予形状。真空源168也有效用于从纤维层和树脂的组件中除去空气以及过量的树脂。当纤维层没有被用树脂预浸渍而是干纤维层时,树脂分配系统(未示出)可与真空袋164下方的层连通并且用于将树脂分配到纤维层。这些步骤通常是本领域中公知的,将不进一步详细描述。
[0062] 在随后的步骤中,允许诸如通过加热过程使所得到的组件在半模具120、122内固化或至少部分固化。一旦被固化或至少部分被固化,半模具120、122就可相对于彼此定位(诸如,一个半模具放置在另一个半模具的顶部上),以配置具有翼型的叶片分段22、24。在这方面,限定吸力侧34和压力侧36的上半壳和下半壳可被设置成沿着相应边缘相交,这些边缘形成叶片分段22、24的前缘30和后缘32,并且被结合在一起以形成叶片分段22、24。可从成型设备118中拆卸锚固件126,使得可从成型设备118中拆卸叶片分段22、24。如上所述,叶片分段22、24此时包括穿过上壳和中心壳的外表面的开口或孔,所述开口或孔由连接元件62的在其相应的叶片界面38、42处的孔眼90提供。这些孔不是由钻孔或机械加工过程形成的,而是在形成叶片分段本身时形成的,更具体地在形成集成在叶片分段22、24中并与其相应叶片界面38、42相邻的连接元件62时形成的。
[0063] 在叶片分段22、24的叶片界面38、42的改进设计如上所述的情况下,现在将描述涉及使用连接元件62联接叶片分段22、24以形成组装好的叶片20的各种实施方式。在这方面并且进一步参照图10至图11,除了连接元件62之外,连接接头60还包括被配置为与连接元件62的相应孔眼90接合的多个滑动构件或插销172、多个保持此块或头174以及多个紧固件176,紧固件176用于跨接合界面26将与第一叶片分段22关联的插销172联接到与第二叶片分段24关联的插销172。插销172具有与延伸穿过连接元件62的孔眼90的形状大体匹配的横截面形状。在该实施方式中,插销172包括细长主体178,细长主体128具有大体平面的顶表面180和底表面182、大体平面的第一侧表面和第二侧表面186、大体弧形的第一端面188、第二端面190。插销172的大小适于装配在连接元件62的孔眼90内。第一端面188可弯曲,以大体对应于孔眼90的第一端84的曲率,由此以高效方式分配力。第二端面190可包括沿着端面
190并且横截面大体呈弧形的凹槽192。在示例性实施方式中,插销172可由诸如钢这样的金属形成。然而,其他合适的材料也可以是可能的并且在本发明的范围内。
[0064] 保持头174包括多个块段194和联接到块段194的分配板196。块段包括主体198,主体198具有大体平面的顶表面200和底表面202、大体平面的第一侧表面204和第二侧表面206、大体平面的第一端面208和第二端面210。块段194中的每个包括在第一端面208和第二端面210之间延伸的穿通孔212。分配板196包括具有第一端面216和第二端面218的大体矩形的主体214。第一端面216包括多个弧形脊220,并且第二端面218包括被配置为联接到块段194的第一端面208的多个大体平面的平台222。分配板196包括穿通孔224,穿通孔224被配置为对准块段194中的穿通孔212。分配板196和块段194可被形成为整体件。另选地,这些可被单独形成并随后被联接在一起。保持头174可具有与翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的宽度大体对应的宽度(即,在弦长方向上)。例如,保持头174可具有被配置为在任何地方容纳2至12个块段的宽度。然而,其他值也是可能的。在示例性实施方式中,保持头174可由诸如钢这样的金属形成。然而,其他合适的材料也可以是可能的。
[0065] 在示例性实施方式中,随着靠近叶片分段22、24的叶片界面38、42,翼梁盖板50、52的宽度还有后缘桁条54、56的宽度可能会变化。在这方面,翼梁盖板50、52(和有可能后缘桁条54、56)的宽度可在朝向叶片界面38、42的方向上增加。附加宽度提供了空间,以设置用于形成连接接头60的数量增加的连接元件62。此外,如上说明的,翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的厚度在朝向叶片界面38、42的方向上减小,以容纳楔形的连接元件62。
[0066] 为了有助于第一叶片分段与第二叶片分段之间的联接,可穿过翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56处的连接元件62的相应孔眼90插入插销172。插销172可延伸超过孔眼90的厚度或高度,使得插销172的一部分在形成翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的材料上方、下方或上方和下方延伸。例如,这对应于插销172延伸超过叶片分段22、24的外表面和内表面。在插销172相对于连接元件62的孔眼90如此定位的情况下,保持头174可设置在叶片分段上,使得分配板196的第一端面216抵接多个插销172的第二端面190。因此,保持头174由多个插销172支撑。更具体地,分配板196的第一端面216中的脊220被配置为被接纳在插销172的第二端面190中的凹槽192中,并且保持头174中的穿通孔212、224居中位于两个相邻的插销172之间。诸如具有螺纹端的双头螺栓226这样的紧固件可被插入穿过穿通孔212、224,以便跨接合界面26延伸,并且接合另一叶片分段上的保持头174中的穿通孔212、224。可经由螺母228将保持头夹在一起,由此将两个叶片分段22、24联接在一起。
[0067] 在示例性实施方式中,保持头174、双头螺栓226和螺母228可用于翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56二者,用在叶片分段22、24的外侧以及接合界面26的两侧、叶片分段22、24的内侧以及接合界面26的两侧。在替代实施方式中,后缘桁条54、56的在叶片分段22、24内侧的区域无法允许有供工人将螺母228固定到双头螺栓226的足够空间。在这种情形下,连接接头60可仅包括在叶片分段22、24外侧的保持头174、双头螺栓226和螺母228。因此,叶片分段22、24可仅在后缘桁条50、52的外侧联接。外部和/或内部联接件的其他布置可以是可能的并且在本发明的范围内。一旦叶片分段22、24以上述方式接合在一起,就可向连接接头60的外侧施用整流罩230(参见图2),以便使由于存在连接接头60而导致的空气动力干扰最小化。在这方面,整流罩230可包括选择性可移动且可定的罩232,以便触及连接接头60处的翼梁和后缘桁条。
[0068] 上述布置的一方面是,在叶片分段22、24之间传递力所通过的并且跨接合界面26延伸的结构元件(例如,在上述实施方式中,双头螺栓)没有延伸穿过或进入形成翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的材料中。在以上布置中,那些结构元件在形成翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的材料的上方和/或下方(例如,外部和/或内部)。不必在构成叶片界面38、42处的翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56的材料中钻出或以其他方式形成轴向孔。这导致从叶片界面38、42去除的材料不太多,由此提供更牢固的连接接头60。此外,在叶片分段22、24之间传递的力通过插销172和连接元件62的孔眼90之间的接触区域发生。如上所述,形成连接元件62的头端66的纤维在该区域中没有被切割或以其他方式断开,因此该设计构成了极牢固的连接界面。因此,认为,如上所述的连接接头60为固定尺寸的叶片界面38、42提供了更牢固的接头,因此能够适应叶片20上的跨连接接头60的增大负荷。
[0069] 在图12至图15中示出的另一示例性实施方式中,连接接头60a还包括多个U形支架240、一对垫块242、保持头244和多个紧固件310。U形支架240包括:基部248,其被配置为跨接合界面26延伸;以及一对支腿250,其在基部248的端部从基部248延伸并且被配置为延伸穿过第一叶片分段22和第二叶片分段24中的每个上对准的连接元件62的孔眼90。每个支腿
250包括细长主体252,细长主体252具有大体平面的第一侧表面254和第二侧表面256以及大体平面的第一端面258和第二端面260。支腿250的尺寸适于装配在连接元件62的孔眼90内。出于下面说明的目的,支腿250的第二端面260包括与支架240的基部相邻的凸起枢轴
262。在示例性实施方式中,U形支架240可由诸如钢这样的金属形成。然而,其他合适的材料也可以是可能的并且在本发明的范围内。
[0070] 每个垫块242包括主体264,主体264具有大体平面的顶表面266和底表面268、大体平面的第一侧表面270和第二侧表面272、大体弧形的第一端面274、第二端面276。垫块242的尺寸可适于也装配在连接元件62的孔眼90内,使得垫块242和支架240的支腿250的组合占据连接元件62的孔眼90。第一端面274可弯曲,以大体对应于孔眼90的第一弧形端84的曲率,由此以高效方式分配力。第二端面272可以是大体平面的并且被配置为接合支腿250的第一端面的平面部分。此外,第二端面272包括凹陷278,凹陷278被配置为接纳支腿250的第一端面中的凸起枢轴262。在示例性实施方式中,垫块242可由诸如钢这样的金属形成。然而,其他合适的材料也可以是可能的并且在本发明的范围内。
[0071] 保持头244可类似于上述那些保持头,并且包括多个块段280和联接到块段280的分配板282。块段包括主体,该主体具有大体平面的顶表面和底表面、大体平面的第一侧表面和第二侧表面、大体平面的第一端面和第二端面。每个块段280包括在第一端面和第二端面之间延伸的穿通孔。分配板282包括具有大体平面的第一端面和第二端面的大体矩形的主体。第二端面包括被配置为联接到块段280的第一端面的多个大体平面的平台。分配板282包括穿通孔,穿通孔被配置为对准块段280中的穿通孔。保持头244可具有被配置为在任何地方容纳2至12个块段的宽度。然而,其他值也是可能的。在示例性实施方式中,保持头
244可由诸如钢这样的金属形成。然而,其他合适的材料也可以是可能的。
[0072] 为了有助于第一叶片分段与第二叶片分段之间联接,垫块242可设置在U形支架240上,使得凸起枢轴262被接纳在垫块242的凹陷278中。因此,垫块242能够进行枢转运动以适应略微的不对准,但仍然在使用期间提供良好的力分布。在任何情况下,该组件然后可被跨接合界面26插入到翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56处的连接元件62的对准的孔眼90中,直到支架240的基部248接合叶片分段22、24的表面(例如,优选地,外表面)。垫块242具有一定长度,以便基本上装配在叶片界面38、42处叠堆的连接元件62的高度内。以这种方式,垫块242没有延伸超过叠堆的连接元件62的孔眼90(例如,基本上没有被暴露的部分)。
相比之下,支腿250的长度使得支腿250的被暴露部分延伸超过叶片分段22、24的表面(例如,优选地,内表面)。在支架240和垫块242相对于连接元件62的孔眼90如此定位的情况下,保持头162可被定位成,使得分配板282的第一端面抵接支架240的多个支腿250的第二端面
296。因此,保持头244由多个支架240支撑,并且保持头244中的穿通孔居中地位于相邻支架
240的支腿250之间。诸如具有螺纹端312的双头螺栓310这样的紧固件可被插入穿过穿通孔,以便跨接合界面26延伸,并且接合另一叶片分段上的保持头244中的穿通孔。可经由螺母314将保持头夹在一起,由此将两个叶片分段22、24联接在一起。
[0073] 在示例性实施方式中,U形支架240的基部可处于叶片分段22、24的外侧,而保持头244、双头螺栓310和螺母314可被用在叶片分段22、24的内侧。然而,还可能的是使U形支架
240的基部处于叶片分段22、24的内侧,而保持头244、双头螺栓310和螺母314处于叶片分段
22、24的外侧。另外,在一个实施方式中,上面示出的配置可仅被用在接合界面26处的翼梁盖板50、52上,而另一种布置被用于后缘桁条54、56。这可能是由于例如后缘桁条54、56的区域中缺乏足够空间导致的。一旦叶片分段22、24以上述方式接合在一起,就可向连接接头60的外侧施用整流罩230,以便使由于存在连接接头60a而导致的空气动力干扰最小化。在这方面,整流罩230可包括选择性可移动且可锁定的罩232,以便触及连接接头60处的翼梁盖板50、52和后缘桁条54、56。
[0074] 图16至图19中例示了按照本发明的各方面的连接接头60b的另一个示例性实施方式。与先前实施方式类似,连接接头60b还包括:多个T形滑动构件或插销320,其被配置为与连接元件62的孔眼90接合;以及多个紧固件176,其用于将与第一叶片分段22关联的插销320联接到与第二叶片分段24关联的插销320。插销320具有与连接元件62的孔眼90的形状大体匹配的横截面形状。在该实施方式中,插销320包括细长主体322,细长主体128具有大体平面的顶表面324和底表面326、大体平面的第一侧表面328和第二侧表面330、大体弧形的第一端面332、第二端面334。插销320的大小适于装配在连接元件62的孔眼90内。第一端面332可弯曲,以大体对应于孔眼90的第一端84的曲率。第二端面334可以是大体平面的并且对应于插入件88的大体平面表面。然而,另选地,第二端面274也可以是大体弧形的,具有例如基本上与第一端面332的曲率半径相等的曲率半径。第一侧表面328和第二侧表面330包括大体矩形的凸台336、338,凸台276、278从第一侧表面268和第二侧表面270延伸并且与顶表面324相邻(例如,以便与其齐平或成平面),使得插销320是大体T形的。凸台336、338中的每个包括在凸台的第一端面和第二端面之间延伸的穿通孔340。另外,第二端面334还可包括与底表面326相邻的凹槽342,凹槽342在大体横向于插销320的纵向方向的方向上跨端面334延伸。凹槽342的横截面通常可以是大体弧形的。在示例性实施方式中,插销320可由诸如钢这样的金属形成。然而,其他合适的材料也可以是可能的。
[0075] 为了有助于第一叶片分段22和第二叶片分段24之间联接,插销320可要么从外部到内部地要么从内部到外部地插入第一叶片分段22中的连接元件62的孔眼90。凸台336、338延伸到孔眼90的外侧,使得插销320的该部分(例如,T的横向部分)不可穿过孔眼90,因此接合第一叶片分段22的外表面或内表面。在示例性实施方式中,在叶片分段的弦长方向上相邻的插销320在插销320的定向方面交替。因此,插销320的凸台336、338可接合叶片分段22的外表面,而相邻的插销320的凸台接合叶片分段22的内表面,反之亦然。在第一叶片分段22上针对翼梁盖板50、52和/或后缘桁条54、56沿着弦长方向重复该交替图案。
[0076] 以类似方式,插销320可要么从外部到内部地要么从内部到外部地插入穿过第二叶片分段24中的连接元件62的孔眼90。凸台336、338延伸到孔眼90的外侧,使得插销320的该部分(例如,T的横向部分)不可穿过孔眼90,因此接合第二叶片分段24的外表面或内表面。在示例性实施方式中,在叶片分段的弦长方向上相邻的插销320在插销320的定向方面交替。因此,插销320的凸台336、338可接合叶片分段24的外表面,而相邻的插销320的凸台接合叶片分段24的内表面,反之亦然。该交替图案在第二叶片分段24上沿着弦长方向重复。然而,第一叶片分段22中的交替图案与第二叶片分段24中的交替图案彼此相反,使得跨接合界面26的轴向对准的插销320具有相反的定向。
[0077] 在该实施方式中,紧固件176包括U形螺栓344以将第一叶片分段22和第二叶片分段24固定在一起,U形螺栓344具有中心部分346和相对的支腿248,支腿348具有螺纹端350。在这方面,并且关于一对轴向对准的插销320并且在外侧,U形螺栓344的螺纹端350可插入穿过插销320之一的凸台336、338中的孔338,并且U形螺栓344的中心部分346可安置在跨接合界面26轴向对准的另一个插销320中的凹槽342内。合适的螺母352可与U形螺栓344的螺纹端350螺纹接合,以将叶片分段22、24固定在一起。可在连接接头24b的内侧使用相同的过程。然而,要注意的是,内侧的U形螺栓344的定向与连接接头24b外侧的U形螺栓的定向相反。换句话说,如果插销在连接接头60的第一侧包括U形螺栓的螺纹支腿348和螺母352,则所述插销在连接接头的另一侧包括U形螺栓的中心部分346。因此,对于对准的一对插销
320,存在对称性,从而更均匀地平衡力。认为,连接接头24b不仅在叶片分段22、24之间提供了更牢固的接头,而且由该实施方式提供的交替布置还提供了跨接合界面的力的更均匀分布。
[0078] 可在连接接头处或在其附近的叶片表面中设置舱口。该舱口或开口将允许维修技术人员从叶片腔的内部触及叶片外侧的紧固件。因此,技术人员不必身处叶片外部来维修或检查叶片接头。这可避免从轮毂进行起重机起吊或下降。维修舱口可以是从叶片内部能打开和能闭合的。当舱口被闭合时,它可形成叶片空气动力学表面的一部分。还可利用舱口从叶片外部触及叶片的内部中。
[0079] 虽然已通过对各种优选实施方式的描述例示了本发明,并且虽然已详细地描述了这些实施方式,但是申请人并不旨在将所附权利要求书的范围约束或以任何方式限制于此细节。本领域的技术人员将容易想到另外的优点和修改。例如,虽然已凭借双头螺栓描述了本发明,但是本发明在使用诸如头螺栓等这样的其他类型的螺栓或细长连接件的应用中是有益的。因此,本发明的各种特征可根据用户的需要和偏好单独地或以任何组合方式使用。
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