專(zhuān)利名稱(chēng)：用于風(fēng)力渦輪機(jī)的加強(qiáng)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的加強(qiáng)葉片，尤其涉及一種風(fēng)力 渦輪機(jī)葉片，該葉片包括翼殼，該翼殼具有帶空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的部 分；以及至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板，該至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板連接在該
翼殼內(nèi)并基本沿著輪廓翼弦(profile chord)延伸，以提高葉片的強(qiáng)度并防 止或減小由葉片結(jié)構(gòu)的沿邊載荷和拍打方向載荷導(dǎo)致的葉片表面的變 形。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常由空氣動(dòng)力學(xué)翼殼和諸如橫梁或翼梁的內(nèi)梁 組成，該梁可以是單個(gè)橫梁，但經(jīng)常使用兩個(gè)梁，并且可以說(shuō)該梁與 翼殼一起形成箱形輪廓?？諝鈩?dòng)力學(xué)翼殼通常包括由纖維強(qiáng)化塑料、 玻璃纖維和/或其它材料制成的層合件。
空氣動(dòng)力學(xué)翼殼的其中放置內(nèi)梁的部分通常以某種方式加強(qiáng)，因 此常常相當(dāng)厚?？諝鈩?dòng)力學(xué)翼殼的其它部件或部分通常僅是薄表皮或 層合件，例如具有薄表皮和芯材的夾層結(jié)構(gòu)。通常通過(guò)膠合或粘結(jié)或 以其它方式將兩個(gè)翼殼部件彼此連接來(lái)提供葉片。
在運(yùn)行中，葉片受到拍打方向載荷、沿邊載荷和扭轉(zhuǎn)載荷。拍打 方向意指基本垂直于通過(guò)葉片最寬邊的橫截面的橫軸的方向。替代地，
可認(rèn)為拍打方向是這樣的方向(或相反方向)氣動(dòng)升力作用在輪廓上
所沿的方向。該沿邊方向垂直于拍打方向。盡管沿邊載荷通常小于拍 打方向載荷，但是沿邊載荷也能潛在地導(dǎo)致葉片的損壞，尤其是疲勞 損壞并最終導(dǎo)致葉片的破壞。當(dāng)葉片受到沿邊載荷時(shí)，翼殼的位于葉片后緣與內(nèi)梁之間的部分 變形為脫離所述表面的"中性"(或初始)面的平面，見(jiàn)圖1。此變形 引起葉片后緣中的剝離應(yīng)力，由此這能導(dǎo)致兩個(gè)翼殼部件彼此連接處 的后緣的膠合接頭中的疲勞破壞。然后，這可最終導(dǎo)致葉片破裂。此 外，由于不再保持葉片輪廓的設(shè)計(jì)形狀，所以也損及葉片的氣動(dòng)效率。
沿邊載荷能進(jìn)一步導(dǎo)致葉片的后緣變形為穩(wěn)定的后屈曲圖案，見(jiàn) 圖2。這是由葉片從前緣朝著后緣的彎曲導(dǎo)致的。然后，前緣中的葉片 材料受到張力，而后緣受到壓縮。由于后緣相對(duì)較薄，所以在它彎曲 脫離其中性面之前，它無(wú)法承受大的壓縮力。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，后緣上的 某些載荷傳遞到翼殼的離后緣更遠(yuǎn)的部分并通過(guò)該部分傳遞，直到建
立力的平衡。盡管此變形不會(huì)立即導(dǎo)致破壞，但是它降低了用于葉片 的通常破壞載荷的安全裕度并且還提高了后緣中的剝離和剪切應(yīng)力。
此外，沿邊載荷能引起葉片前緣部中的壓縮力，因此經(jīng)常在前緣 中設(shè)置夾層結(jié)構(gòu)以提高對(duì)屈曲的抵抗性，即防止該部分的表面從其平 面中凸出。
在受到拍打方向載荷的情況下，空氣動(dòng)力學(xué)翼殼的后緣與內(nèi)梁之 間的部分以上文對(duì)于沿邊載荷所述相似的方式變形為脫離所述表面的 "中性"位置面。此變形也引起葉片后緣中的剪切和剝離應(yīng)力。該部 分將變形成"最低能量等級(jí)"的狀態(tài)，即葉片中的盡可能多的應(yīng)力被 傳遞到葉片的其它部分的情形。當(dāng)部分翼殼以此方式變形時(shí)，通常將 它稱(chēng)為"無(wú)效面板"。應(yīng)力傳遞到葉片的其它部件意思是這些部件受到 更高的載荷。這將導(dǎo)致葉片的較大葉尖變位。此外，因?yàn)檩喞脑O(shè)計(jì) 形狀不再得以保持，所以葉片表面的變形損及葉片的氣動(dòng)效率。
在拍打方向載荷下，由于其縱向曲率，擠壓壓力(見(jiàn)圖3)出現(xiàn)
在葉片的箱形輪廓上。這種效應(yīng)經(jīng)常稱(chēng)為橢圓化(參考F.M. Jensen等 人白勺論文"Structural testing and numerical simulation of a 34 m compositewind turbine blade(34米復(fù)合風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)測(cè)試和數(shù)值模擬)", Elsevier出版，《Composite Stmct廳》2006年第76巻第52-61頁(yè))。擠
壓壓力加載使得內(nèi)梁處于壓縮狀態(tài)(見(jiàn)圖4)。拍打方向載荷還引起內(nèi) 梁中的面內(nèi)剪切力。在葉片的運(yùn)行期間，橫向剪切力出現(xiàn)在葉片中， 如葉片的橫截面上所示(見(jiàn)圖5)。因?yàn)槿~片具有非對(duì)稱(chēng)的幾何形狀和 材料分布，所以拍打方向載荷和沿邊載荷產(chǎn)生剪切力。橫向剪切力使 所述輪廓扭曲，如圖5所示。輪廓的扭曲降低了葉片對(duì)擠壓壓力的抵 抗性，并能導(dǎo)致葉片的突然破裂。
目前，因而需要一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，在該葉片中，翼殼的變形 得以防止或減到最小，并且其中在不增加總重量的情況下，葉片結(jié)構(gòu) 得以加強(qiáng)。為了承受葉片中的載荷，希望提供對(duì)具有至少一個(gè)內(nèi)梁的 葉片的改進(jìn)，從而引起對(duì)來(lái)自擠壓壓力和面內(nèi)剪切力的屈曲的提高的 抵抗性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)翼殼的變形具有提高的抵抗性 的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
本發(fā)明的又一 目的是提供一種具有提高的總體強(qiáng)度和總體剛度的 風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有降低的重量的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
本發(fā)明的還一目的是提供一種具有提高的翼殼部件之間的接頭可 靠性的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
本發(fā)明的另一目的是提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該葉片在葉片與 圓形根部之間的過(guò)度部中具有改進(jìn)的力傳遞。本發(fā)明的又一目的是提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，與現(xiàn)有解決方案 相比，它能夠以降低的生產(chǎn)成本制造。
本發(fā)明的另一目的是提供一種對(duì)擠壓壓力具有提高的抵抗性的風(fēng) 力渦輪機(jī)葉片。
又一目的是提供一種能夠在極度的氣動(dòng)載荷下工作的風(fēng)力渦輪機(jī) 葉片并優(yōu)化氣動(dòng)效率，例如葉片的能量輸出。
另一目的是提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中葉片施加在風(fēng)力渦輪 機(jī)構(gòu)造的其它結(jié)構(gòu)部件上的動(dòng)態(tài)慣性載荷得以降低。
本發(fā)明的又一目的是為現(xiàn)有技術(shù)提供一種替代方案。
具體地，提供如下一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可以看作本發(fā)明的目的， 通過(guò)提供例如在以下公開(kāi)內(nèi)容中作為示例描述的具有加強(qiáng)肋板的葉 片，該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片解決了現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，通過(guò)一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片實(shí)現(xiàn)了上述和 其它目的，該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括翼殼，該翼殼具有帶空氣動(dòng)力學(xué) 輪廓的部分；以及至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板，該至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板 連接在該翼殼內(nèi)，用于提高葉片的強(qiáng)度，并具有橫向于葉片的縱向延 伸長(zhǎng)度的橫截面，所述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板基本沿從葉片的后緣向 前緣的方向延伸。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，通過(guò)一種提高風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的強(qiáng)度的 方法實(shí)現(xiàn)了上述和其它目的，該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片具有翼殼，該翼殼具 有帶空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的部分，其中所述方法包括如下步驟將至少一 個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板定位和連接在翼殼內(nèi)，使其基本沿從葉片的后緣向前緣的方向延伸。
例如，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可具有至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板，該加強(qiáng)肋 板在葉片的后緣處連接到翼殼的內(nèi)表面，并在葉片的前緣處連接到翼 殼的內(nèi)表面，以防止或減小葉片表面的變形，特別是由葉片結(jié)構(gòu)的沿 邊載荷導(dǎo)致的變形。
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片還可具有至少一個(gè)內(nèi)梁以及至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋 板，該加強(qiáng)肋板連接到翼殼的內(nèi)表面并連接到該內(nèi)梁。
內(nèi)梁與面層的內(nèi)表面之間的連接部可置于部件上的任意合適的位 置處。優(yōu)選但不排它地，所述連接部可適于在一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)中、沿一 條或多條線或在任何類(lèi)型的空間構(gòu)造中。此外，所述連接可包括任意 合適類(lèi)型的機(jī)械接頭，例如焊接、膠合、熔接、熔合或其它簡(jiǎn)單的機(jī) 械連接。
葉片的輪廓翼弦是包含葉片的前緣和后緣并在前緣和后緣之間延 伸的虛表面。因而，根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)部加強(qiáng)肋板沿著或基本沿著葉片 的輪廓翼弦延伸。因而，至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板中的一個(gè)與至少一個(gè) 內(nèi)梁中的相應(yīng)一個(gè)之間的連接部?jī)?yōu)選以距翼殼的最短距離定位，該最 短距離大于翼殼的上部件與翼殼的下部件之間沿該連接部處的相應(yīng)梁
的橫向延伸長(zhǎng)度的總距離的0.16倍，更優(yōu)選大于0.33倍。例如，該連
接部可沿連接部處的相應(yīng)梁的橫向延伸長(zhǎng)度居中或近似居中地定位在 翼殼的上部件與翼殼的下部件之間。
該至少一個(gè)內(nèi)梁可包括箱形梁或箱形橫梁。箱形梁的側(cè)面的厚度 可沿其縱向和/或橫向方向改變，并且梁的橫截面的形狀和/或周長(zhǎng)也可 沿其縱向范圍改變。
優(yōu)選地，箱形梁或箱形橫梁是大致多邊形橫截面的。箱形梁或箱形橫梁的橫截面可具有任意多邊形形狀，例如大致矩形、三角形、圓 形、卵形、橢圓形等，但優(yōu)選為矩形或大致正方形。
葉片的翼殼可優(yōu)選但不僅僅包括復(fù)合或?qū)雍喜牧?。該材料可?yōu)選 但不僅僅包括玻璃纖維和/或碳纖維和/或其它通常具有高的強(qiáng)度/重量 比的耐用而柔性的材料，例如其它纖維強(qiáng)化塑性材料。這可進(jìn)一步至 少部分包括輕質(zhì)金屬或合金。翼殼通?？梢允菍雍霞驃A層結(jié)構(gòu)。翼 殼的厚度可沿其長(zhǎng)度和/或?qū)挾雀淖儭?br> 在本發(fā)明的一實(shí)施例中，設(shè)置至少一個(gè)梁，用于主要沿葉片的縱 向方向強(qiáng)化和/或加強(qiáng)葉片并且該至少一個(gè)梁也可稱(chēng)為腹板。在此申請(qǐng) 中，應(yīng)將梁或腹板認(rèn)為是任意類(lèi)型的能吸收載荷的細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)元件，例 如被成形為I形輪廓的橫梁或翼梁，其優(yōu)選由纖維強(qiáng)化塑料或其它合適 的材料制成。腹板可基本在葉片的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸。然而，特別是為 了便于搬運(yùn)或運(yùn)輸，還可優(yōu)選沿葉片的縱向方向?yàn)槿~片提供兩個(gè)或更 多分離的腹板。大體上，可應(yīng)用任意數(shù)量的腹板，然而，為簡(jiǎn)明起見(jiàn) 以及為保持葉片的總重量盡可能的低，腹板的數(shù)量為一個(gè)或兩個(gè)是優(yōu) 選的。優(yōu)選地，沿垂直于其縱向延伸長(zhǎng)度的方向，至少一個(gè)內(nèi)梁中的 每個(gè)梁或腹板均基本沿拍打方向從翼殼的下部件延伸到翼殼的上部件 并分別連接到翼殼的上部件和下部件。因而，在具有多個(gè)梁或腹板的 實(shí)施例中，翼殼將梁或腹板互連。
該至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板可連接到翼殼的內(nèi)表面并連接到至少一 個(gè)腹板。翼殼的內(nèi)表面上和腹板上的連接部基本上可定位在其上任何 位置處，但應(yīng)注意所選擇的定位要使加強(qiáng)肋板能在葉片中提供合理 而有用的加強(qiáng)效果。加強(qiáng)肋板連接在翼殼的內(nèi)表面和腹板上的連接接 頭之間防止或減小了上述的成問(wèn)題的變形。所述連接可包括任意合適 類(lèi)型的接頭，例如焊接、膠合、熔接、熔合或其它簡(jiǎn)單的諸如螺栓和 螺母連接的機(jī)械連接。加強(qiáng)肋板本身可包括連接件或者它可包括適于 與其它連接件接合或配合的附加連接件或連接部件。在實(shí)施例中，至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板在輪廓的后緣部和/或前緣部 中或附近連接到翼殼的內(nèi)表面。在附圖中表示并示出了所述后緣和前 緣部。
在具有至少一個(gè)內(nèi)梁的實(shí)施例中，加強(qiáng)肋板可設(shè)置在后緣與該至 少一個(gè)內(nèi)梁之間。如果設(shè)置一個(gè)以上的內(nèi)梁，則加強(qiáng)肋板可設(shè)置在后 緣與最靠近該后緣的內(nèi)梁或腹板之間。當(dāng)然或代替地，加強(qiáng)肋板也可 設(shè)置在前緣與該至少一個(gè)內(nèi)梁之間。如果設(shè)置一個(gè)以上的內(nèi)梁，則加 強(qiáng)肋板可設(shè)置在前緣與最靠近該前緣的內(nèi)梁或腹板之間。當(dāng)然，加強(qiáng) 肋板也可設(shè)置在后緣和前緣與一個(gè)或(各自最近的)多個(gè)內(nèi)梁之間。 所述一個(gè)或多個(gè)內(nèi)梁還可包括一個(gè)或多個(gè)通過(guò)粘結(jié)或?qū)雍线B接到加強(qiáng) 肋板的分開(kāi)或切斷的腹板。
在其它實(shí)施例中，后緣朝著前緣方向的一定范圍內(nèi)可制成實(shí)心的， 或出于生產(chǎn)的考慮，實(shí)施例可包括位于下翼殼部件與上翼殼部件之間 的腔以及距后緣一定距離地緊固在兩個(gè)部件之間的板。該腔可填充有 諸如泡沫的輕質(zhì)材料。因此，不能將加強(qiáng)肋板直接緊固到后緣，而是 緊固到翼殼的盡可能接近后緣的部分。通過(guò)將加強(qiáng)肋板連接到翼殼的 接近后緣的部分而不是直接連接到后緣，仍能獲得上述優(yōu)點(diǎn)。
在一實(shí)施例中，單個(gè)加強(qiáng)肋板可以既連接到后緣和前緣又連接到 內(nèi)梁。該內(nèi)梁可包括通過(guò)粘結(jié)或?qū)雍线B接到加強(qiáng)肋板的一個(gè)或多個(gè)分 開(kāi)或切斷的腹板。在實(shí)施例中，該至少一個(gè)內(nèi)梁或腹板是箱形輪廓。 然后，加強(qiáng)肋板可設(shè)置在葉片的后緣和/或前緣與箱形輪廓的最靠近各 自邊緣的側(cè)面之間。該箱形輪廓可由兩個(gè)梁或腹板與翼殼的部分一起 形成或者它可以是整體為單個(gè)的箱形輪廓。
在一實(shí)施例中，加強(qiáng)肋板可包括板形元件。該板形元件可以是實(shí) 心或空心或其任何適當(dāng)組合。板的厚度可沿著板的不同部分改變或者它可在其整個(gè)面積上是基本等厚的。然而，要求板元件能吸收肋板中 的面內(nèi)壓縮力，并且肋板的材料和尺寸必須具有此能力。該材料可優(yōu) 選但不僅僅是纖維強(qiáng)化塑性材料或另一材料，例如金屬、金屬合金、 木材、膠合板、單板、玻璃纖維、碳纖維和例如一種或多種復(fù)合材料 的其它合適材料。該強(qiáng)化塑性材料可由例如但不限于玻璃纖維、碳纖 維或芳綸纖維的材料制成，從而提供高強(qiáng)度和輕重量。
所述材料也可組合成任何結(jié)構(gòu)。因而，在另一實(shí)施例中，該至少 一個(gè)加強(qiáng)元件是層合件或夾層結(jié)構(gòu)，它具有由諸如纖維強(qiáng)化塑料制成 的相對(duì)硬/耐用的外表面以及由例如但不限于較軟和/或較輕材料的另 一材料制成的內(nèi)芯，該另一材料例如是泡沫材料。
另外，板元件包括一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)件，例如用于保持強(qiáng)度和剛度 同時(shí)將結(jié)構(gòu)的重量減到最小。該加強(qiáng)件可包括任意合適的形狀和材料， 例如由纖維強(qiáng)化塑性材料或諸如鋁的另一種輕質(zhì)材料制成的桿或棒或 桁架。
此外，在實(shí)施例中，板元件可包括一個(gè)或多個(gè)切口，以減輕板元 件的重量和/或提高其剛度。所述切口可以設(shè)置為任意合適的形式。
通過(guò)使用能承受壓縮力的加強(qiáng)肋板將后緣與最近的腹板連接或聯(lián) 接，由于導(dǎo)致變形的力的大部分都被加強(qiáng)肋板和腹板吸收并通過(guò)加強(qiáng) 肋板和腹板傳遞，所以減小了后緣與腹板之間的翼殼中的變形。這將 降低翼殼部件之間的接頭中的潛在損壞力，因?yàn)榱Τ甙搴透拱鍌鬟f。
由于減小了變形，所以翼殼更高程度地保持在其初始形狀或位置 中。結(jié)果是翼殼的"無(wú)效"面板承載葉片上的載荷的增加的部分，從 而降低了由葉片的其它部件吸收的載荷。這導(dǎo)致葉片沿拍打方向上的 剛度提高，從而減小了葉尖變位。與此同時(shí)，由于葉片輪廓將保持更接近其最初設(shè)計(jì)形狀，所以葉片的氣動(dòng)效率提高了。
因?yàn)閾p壞力通過(guò)肋板傳遞到腹板，所以該聯(lián)接還將提高后緣對(duì)由 于沿邊載荷導(dǎo)致的屈曲的抵抗性。
結(jié)果，后緣中的翼殼部件之間的接頭較少受到損壞性剝離力和剪 切力，并且由于不需要很強(qiáng)的葉片結(jié)構(gòu)，所以能減輕葉片的重量。較 輕的重量降低了風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的其它部件上的源自葉片運(yùn)行的動(dòng)態(tài) 慣性載荷。此外，提高了葉片的氣動(dòng)效率。
加強(qiáng)肋板對(duì)葉片的沿邊剛度具有顯著的理想效果。如上所述，加 強(qiáng)肋板防止了翼殼的變形，其本身對(duì)沿邊剛度具有積極的效果，但是 它也將承載一些沿邊載荷。這將減少葉片的其它部件的載荷，這意味 著沿邊剛度顯著提高。此提高的沿邊剛度提供更高的沿邊本征頻率。 具有較高的沿邊本征頻率是有利的，因?yàn)樗档土巳~片施加在風(fēng)力渦 輪機(jī)的其它結(jié)構(gòu)上的動(dòng)態(tài)慣性載荷，因?yàn)楸菊黝l率的提高降低了葉片 的諧振振幅。
肋板還降低了葉片輪廓的橫向剪切力扭曲，并且這提高了葉片吸 收擠壓壓力的能力。這再次有助于使葉片輪廓保持更接近其初始形狀， 因而潛在地提高了來(lái)自渦輪機(jī)的功率輸出。
通過(guò)使用能承受壓縮力的加強(qiáng)肋板將前緣與最近的腹板相連或相 聯(lián)，前緣上的載荷朝著肋板和腹板傳遞，從而降低了翼殼部件之間的 接頭中的潛在損壞力。加強(qiáng)肋板使前緣部中和附近的翼殼穩(wěn)定并提高 翼殼對(duì)前緣部中的屈曲的抵抗性。當(dāng)屈曲阻力提高時(shí)，能減小用于翼 殼的層合材料的厚度，或在設(shè)置夾層結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，能減小芯的厚 度。在實(shí)施例中，能完全省去夾層結(jié)構(gòu)在翼殼的前緣部中的使用，而 是可將單一類(lèi)型的材料用于前緣。結(jié)果，在不損及強(qiáng)度和剛度的情況
下能進(jìn)一步減輕葉片的重量，提供更簡(jiǎn)單的葉片結(jié)構(gòu)，并因此能以較低的總價(jià)格來(lái)生產(chǎn)葉片。
由于拍打方向載荷，在腹板中產(chǎn)生擠壓壓力和剪切力。因?yàn)楦拱?屈曲到腹板平面之外，所以這些力能導(dǎo)致腹板破裂。當(dāng)腹板由于擠壓 壓力而屈曲時(shí)，腹板的整個(gè)側(cè)面沿一個(gè)方向向外彎曲。由于腹板中的 剪切力導(dǎo)致的屈曲表現(xiàn)為在腹板的一部分中向外彎向一側(cè)而在腹板的 相鄰部分中向外彎向另一側(cè)的截然不同的波形圖案。當(dāng)加強(qiáng)肋板連接 到腹板(在使用兩個(gè)腹板的情形中，或者是朝著后緣的腹板，或者是 朝著前緣的腹板)時(shí)，它支承腹板的試圖屈曲的部分，并且這提高了 腹板對(duì)屈曲的抵抗性，因此在腹板內(nèi)的夾層結(jié)構(gòu)中需要較薄的芯。這 將允許降低葉片的重量和材料的成本。
在葉片的下部件中，它包括從寬闊的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓向圓柱形根 部的過(guò)渡部。該根部是安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)軸上的葉片部分。在此葉片 部分中，后緣中的加強(qiáng)肋板對(duì)于應(yīng)力從葉片翼殼向圓形的圓柱根部的 傳遞而言是非常有效的結(jié)構(gòu)。由此，在接近根部的葉片部分中，后緣 部中的應(yīng)力顯著降低，并且葉片后緣中的翼殼部件之間的連接的破壞 風(fēng)險(xiǎn)減到最小。
此外，后緣和前緣與腹板的連接或聯(lián)接將提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。 這將提高葉片的扭轉(zhuǎn)本征頻率，并且因?yàn)榕まD(zhuǎn)本征頻率的提高降低了 葉片的諧振振幅，所以又降低了葉片施加在風(fēng)力渦輪機(jī)的其它結(jié)構(gòu)上 的動(dòng)態(tài)慣性載荷。
在實(shí)施例中，在后緣和/或前緣與腹板之間的連接或聯(lián)接中所使用 的肋板可專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)為使得葉片的彎曲和扭轉(zhuǎn)相耦合。這用于在出現(xiàn)強(qiáng) 陣風(fēng)時(shí)吸收葉片的載荷。這引起葉片上的較低疲勞載荷并且還促進(jìn)風(fēng) 力渦輪機(jī)的較高能量輸出。


下面將參照附圖所示的示例性實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
圖1是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面的示意圖，示出了由于拍打方向 載荷引起的后緣與內(nèi)梁/腹板之間的葉片翼殼(或面板)的變形，
圖2是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性透視圖，示出了葉片的后緣中的 由沿邊載荷導(dǎo)致的屈曲圖案形式的變形，該沿邊載荷也在圖中示出，
圖3是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面的示意圖，示出了葉片上的來(lái)自 在運(yùn)行中作用于葉片上的彎曲力矩的擠壓壓力，
圖4是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面的一部分的示意圖，特別示出了 箱形輪廓形式的腹板并示出了由擠壓壓力導(dǎo)致的潛在變形(橢圓化) (如虛線所示的變形狀態(tài))，
圖5是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性透視圖，示出了由葉片輪廓上的 橫向剪切力的影響而導(dǎo)致的變形，
圖6是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖，
示出了具有兩個(gè)腹板和一個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片，該加強(qiáng)肋板從后緣部延 伸到最近的腹板并通過(guò)粘結(jié)而連接，
圖7是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖，
示出了具有兩個(gè)腹板和一個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片，該加強(qiáng)肋板從后緣附近 (近旁)的位置延伸到最近的腹板并通過(guò)層合而連接，
圖8是圖7所示的實(shí)施例的透視圖，
圖9是也在圖7和圖8中示出的實(shí)施例的根部處的示意性橫截面
圖，
圖IO是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖， 示出了具有兩個(gè)腹板和一個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片，該加強(qiáng)肋板從前緣延伸 到最近的腹板，
圖11是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖， 示出了具有兩個(gè)腹板和兩個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片， 一個(gè)加強(qiáng)肋板從后緣而
另一個(gè)加強(qiáng)肋板從前緣延伸到它們各自最近的腹板，
圖12是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖， 示出了具有一個(gè)腹板和兩個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片， 一個(gè)加強(qiáng)肋板從后緣而 另一個(gè)加強(qiáng)肋板從前緣延伸到該腹板的每一側(cè)，圖13是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖， 示出了具有兩個(gè)各分成兩部分的腹板和單個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片，該加強(qiáng)
肋板從葉片的后緣延伸到前緣，
圖14是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖， 示出了具有兩個(gè)腹板和兩個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片， 一個(gè)加強(qiáng)肋板從后緣而
另一個(gè)加強(qiáng)肋板從前緣延伸到所述腹板中的每一個(gè)，
圖15是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖， 示出了具有兩個(gè)腹板以及一個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片，該加強(qiáng)肋板在所述兩 個(gè)腹板之間延伸，
圖16是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面圖， 示出了沒(méi)有腹板但有一個(gè)加強(qiáng)肋板的葉片，該加強(qiáng)肋板從后緣延伸到 前緣，
圖17示出了常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在接近葉片中間的部分處的變
形，
圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在接近葉片中間的部
分處的變形，
圖19示出了常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在接近葉片根部的部分處的變
形，
圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在接近葉片根部的部 分處的變形。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將在下文中參照示出本發(fā)明示例性實(shí)施例的附圖更充分地描 述本發(fā)明。然而，本發(fā)明能夠以不同的形式體現(xiàn)，并且不應(yīng)認(rèn)為受限 于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例為使得此公開(kāi)內(nèi)容將是 徹底而完全的，并將向本領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。為 了清晰起見(jiàn)，這些附圖是示意性并且被簡(jiǎn)化，它們僅示出了對(duì)本發(fā)明 的理解來(lái)說(shuō)必要的細(xì)節(jié)，而其它細(xì)節(jié)均已省去。在所有附圖中，相同 的附圖標(biāo)記用于相同或相應(yīng)的部件。圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1的橫截面，(通過(guò)虛線)示出了在運(yùn) 行中由于源自葉片上的氣動(dòng)力和慣性力的拍打方向載荷引起的后緣4
與內(nèi)梁/腹板5之間的葉片翼殼(或面板)2的變形。該拍打方向由圖3 中的箭頭A示出。此實(shí)施例中示出的翼殼2包括兩個(gè)翼殼部件，在此 示例中指定為上部件6和下部件7。該上翼殼部件和下翼殼部件通過(guò)粘 結(jié)在優(yōu)選分別位于葉片的前緣3和后緣4中或附近的接頭8和9 (未示 出)中而連接。
圖2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1的透視圖，示出了該葉片的后緣4 中的由沿邊載荷導(dǎo)致的屈曲圖案形式的變形(為清晰起見(jiàn)而夸張地繪 制)，該沿邊載荷由箭頭F指示。
圖3示出了具有翼殼2的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1的主橫截面，該翼殼 2具有前緣3和后緣4。還示出了由兩個(gè)腹板5以及位于所述腹板之間 的翼殼2的部分10和11構(gòu)成的箱形輪廓。在運(yùn)行中作用在葉片上的 氣動(dòng)力和慣性力在葉片上引起彎曲力矩并產(chǎn)生由箭頭B所示的擠壓壓 力。該擠壓壓力也稱(chēng)為Brazier效應(yīng)(參考F.M. Jensen等人的論文 "Structural testing and numerical simulation of a 34 m composite wind turbine blade(34米復(fù)合風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)測(cè)試和數(shù)值模擬)"， Elsevier出版，《Composite Structures)) 2006年第76巻第52-61頁(yè))。拍 打方向由箭頭A示出。
圖4示出了葉片1的橫截面的示意性局部視圖。該葉片被示出為 處于虛線所示的被施加載荷或橢圓化的狀態(tài)下。該圖還示出了處于中 性或未施加載荷位置(實(shí)線)中的葉片的橫截面。該圖旨在支持對(duì)葉 片上的力如何導(dǎo)致其橫截面輪廓/形狀改變的理解。反復(fù)遭到橢圓化增 加了葉片結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的疲勞。
圖5被分成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1的兩個(gè)示意性透視圖。圖5a示出了 葉片輪廓上的橫向剪切力(箭頭C)，而圖5b大體上示出了由該橫向剪切力的影響而導(dǎo)致的變形后的葉片輪廓。葉片1圖示為被橫向力"順 時(shí)針扭曲"。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，這
里葉片20具有兩個(gè)腹板25。所述梁與翼殼22—起形成箱形輪廓。通 常將該箱形輪廓的頂部和底部稱(chēng)為蓋。所述蓋遵循翼殼22的空氣動(dòng)力 學(xué)曲線形狀并因此具有橫向曲率。所述蓋是加強(qiáng)型的。另外，該空氣 動(dòng)力學(xué)翼殼通常僅是薄表皮或?qū)雍霞?，例如具有薄表皮和芯材的夾層 結(jié)構(gòu)。
另外，葉片20具有從后緣24延伸到最近的腹板25b的加強(qiáng)肋板 15。在圖示的實(shí)施例中，葉片翼殼22具有上部件26和下部件27。所 述部件通過(guò)利用合適的粘結(jié)裝置粘結(jié)在分別位于前緣23和后緣24中 或附近的連接接頭28和29中而彼此連接。在圖示的實(shí)施例中，肋板 15通過(guò)結(jié)合件30連接到后緣部24和腹板25b，并且優(yōu)選地，肋板15 與腹板25b的連接部33基本居中地位于翼殼22的上部件26與下部件 27之間，用于最大限度地加強(qiáng)葉片20。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，其 中葉片20具有兩個(gè)腹板25和一個(gè)加強(qiáng)肋板15，該加強(qiáng)肋板15從葉片 翼殼22的內(nèi)表面上的后緣24附近的位置延伸到最近的腹板25b。在圖 示的實(shí)施例中，葉片翼殼22具有上部件26和下部件27。該上部件26 和下部件27通過(guò)利用合適的粘結(jié)裝置粘結(jié)在分別位于前緣23和后緣 24中或附近(近旁或鄰近)的連接接頭28和29中而彼此連接。在此 特定附圖中，肋板15通過(guò)層合裝置31在后緣部24附近連接到翼殼22 的下部件27并連接到腹板25b，并且優(yōu)選地，肋板15與腹板25b的連 接部33基本居中地位于翼殼22的上部件26與下部件27之間，用于 最大限度地加強(qiáng)葉片20。
當(dāng)然，在本申請(qǐng)中描述的任一實(shí)施例中，可以在加強(qiáng)肋板15與腹板25之間、加強(qiáng)肋板15與翼殼22的內(nèi)表面之間或腹板25與翼殼22 的內(nèi)表面之間應(yīng)用任意合適的連接裝置或方法，特別是但不僅僅是粘 結(jié)、層合和機(jī)械裝置。
圖8以透視圖示出了圖7的實(shí)施例。對(duì)于所有實(shí)施例，肋板可基 本沿著葉片20的整個(gè)縱向延伸長(zhǎng)度或基本沿著梁或腹板25的整個(gè)縱 向延伸長(zhǎng)度延伸，或者肋板可沿著葉片的縱向延伸長(zhǎng)度的一部分延伸。 另外，可沿著葉片的縱向方向?qū)⒗甙宸殖啥鄠€(gè)部分。肋板的加強(qiáng)效果 趨于朝著葉片20的根部增強(qiáng)而朝著葉片20的葉尖降低。
圖9示出了葉片20的根部處的圖7和圖8的葉片20的橫截面。 應(yīng)當(dāng)注意，肋板15與翼殼22的下部件27的后緣24處的連接點(diǎn)32位 于翼殼22的上部件26的連接接頭29下方，在從后緣24到肋板15與 腹板25b的連接部33距離最小的位置中，用于最大限度地加強(qiáng)葉片20。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的另一實(shí)施例的橫 截面，該葉片20包括兩個(gè)腹板25和一個(gè)加強(qiáng)肋板15，該加強(qiáng)肋板15 從前緣23延伸到最近的腹板25。由此，葉片翼殼22的形成前緣23的 部分29得到加強(qiáng)，使得它比現(xiàn)有風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的相應(yīng)部分明顯更 薄，從而降低了葉片20的重量。優(yōu)選地，肋板15與腹板25a的連接部 34基本居中地位于翼殼22的上部件26與下部件27之間，用于最大限 度地加強(qiáng)葉片20。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的又一實(shí)施例的橫 截面，該葉片20包括兩個(gè)腹板25和兩個(gè)加強(qiáng)肋板15a、 15b。第一加 強(qiáng)肋板15a設(shè)置在前緣23與最靠近該前緣23的腹板25a之間，而第二 加強(qiáng)肋板15b設(shè)置在后緣24與最靠近該后緣24的腹板25b之間。在 實(shí)施例中，加強(qiáng)肋板15b可在上和下翼殼22部件之間的連接接頭29 中連接到后緣部24。在這種實(shí)施例中，三個(gè)部件26、 27和15b粘結(jié)在 一起。在其它實(shí)施例中，加強(qiáng)肋板15b在后緣部24附近(近旁或鄰近)連接到翼殼22的上部件26或優(yōu)選連接到翼殼22的下部件27。優(yōu)選地， 肋板15a與腹板25a的連接部34基本居中地位于翼殼22的上部件26 與下部件27之間，用于最大限度地加強(qiáng)葉片20;并且優(yōu)選地，肋板 15b與腹板25b的連接部33基本居中地位于翼殼22的上部件26與下 部件27之間，用于最大限度地加強(qiáng)葉片20。
圖12示出了一實(shí)施例的橫截面，在該實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 20包括單個(gè)腹板25和兩個(gè)加強(qiáng)肋板15a、 15b。第一加強(qiáng)肋板15a從翼 殼22的內(nèi)表面上的前緣23附近的位置延伸到腹板25的第一側(cè)，而第 二加強(qiáng)肋板15b從翼殼22的內(nèi)表面上的后緣24中或附近的位置延伸 到腹板25的第二側(cè)。優(yōu)選地，肋板15a與腹板25的連接部34基本居 中地位于翼殼22的上部件26與下部件27之間，用于最大限度地加強(qiáng) 葉片20;并且優(yōu)選地，肋板15b與腹板25的連接部33基本居中地位 于翼殼22的上部件26與下部件27之間，用于最大限度地加強(qiáng)葉片20。
圖13示出了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一實(shí)施例的另一橫截面圖，該 葉片20包括兩個(gè)腹板25和單個(gè)加強(qiáng)肋板15，該肋板15從葉片20的 前緣部23中的連接接頭28附近的位置延伸到葉片20的后緣部24中 的連接接頭29附近的位置。腹板25被分成兩部分并在其兩側(cè)鄰接加 強(qiáng)肋板15。
圖14示出了一實(shí)施例的橫截面的又一示例，其中風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 20包括分成兩部分(25c和25d)的兩個(gè)腹板25并且還包括兩個(gè)加強(qiáng) 肋板15a和15b。第一加強(qiáng)肋板15a從翼殼22的內(nèi)表面上的前緣23附 近的位置延伸到腹板25c，而第二加強(qiáng)肋板15b從翼殼22的內(nèi)表面上 的后緣24中或附近的位置延伸到腹板25d。優(yōu)選地，肋板15a、 15b沿 著基本重合的平面延伸。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的加強(qiáng)型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的示意性橫截面 圖，該葉片20具有兩個(gè)腹板25a、 25b和一個(gè)加強(qiáng)肋板15，該加強(qiáng)肋板15在兩個(gè)腹板25a、 25b之間延伸。優(yōu)選地，肋板15a與腹板25的 連接部34基本居中地位于翼殼22的上部件26與下部件27之間，用 于最大限度地加強(qiáng)葉片20;并且優(yōu)選地，肋板15b與腹板25的連接部 33基本居中地位于翼殼22的上部件26與下部件27之間，用于最大限 度地加強(qiáng)葉片20。加強(qiáng)肋板15也可沿著將葉片20的后緣24和前緣 23互連的平面延伸。
施加到兩個(gè)腹板25之間的蓋的沿拍打方向的力朝著翼殼22的內(nèi) 部空間推動(dòng)所述蓋，并且還促使兩個(gè)連接部33、 34彼此遠(yuǎn)離。然而， 該加強(qiáng)肋板將兩個(gè)連接部33、 34保持在基本相互固定的位置中，并從 而防止連接部33、 34之間的距離增大或減小，從而加強(qiáng)葉片20抵抗 沿拍打方向的力的能力。因而，加強(qiáng)肋板15預(yù)期具有高剛度。
在一實(shí)施例中，其中拍打方向力將增大連接部33、 34之間的距離， 肋板15預(yù)期具有高抗拉強(qiáng)度，同時(shí)加強(qiáng)肋板15不需要能夠抵抗壓縮 力。優(yōu)選地，加強(qiáng)肋板15具有直的形狀，例如桿或拉伸金屬絲或平面 構(gòu)件的形狀。如果加強(qiáng)元件的形狀不是直的，則當(dāng)受到拉力時(shí)，加強(qiáng) 元件的形狀可能會(huì)變直，從而導(dǎo)致其端點(diǎn)移動(dòng)，顯然這是不希望的。
至少一個(gè)加強(qiáng)元件可包括棒或桿狀元件。該元件可以是實(shí)心或空 心的或其任何適當(dāng)組合。替代地，該至少一個(gè)加強(qiáng)元件可包括金屬絲、 繩、索、線或纖維。它們可單獨(dú)應(yīng)用或者可作為一起形成"更厚"元 件的許多單獨(dú)元件應(yīng)用。特別地，該元件可包括具有非常高的剛度和
強(qiáng)度的纖維，例如但不限于芳綸纖維。
另外，至少一個(gè)加強(qiáng)元件可包括板。該板元件可以是實(shí)心或空心 的或其任何適當(dāng)組合。板材料可包括任何金屬、金屬合金、木材、膠
合板、單板、玻璃纖維、碳纖維和其它合適的材料，例如一種或多種 復(fù)合材料。該元件還可設(shè)置為包括金屬絲、繩、索、線或纖維中的一 個(gè)或多個(gè)的網(wǎng)狀物或網(wǎng)。替代地，該板元件可包括紡織品或紡織材料。該紡織材料可由例如但不限于碳纖維或芳綸纖維的材料制成，從而提 供高強(qiáng)度和輕重量。如果合適，也可使用玻璃纖維。
所提及的材料也可組合成任何結(jié)構(gòu)。因而，在另一實(shí)施例中，該 至少一個(gè)加強(qiáng)元件是層合件或夾層結(jié)構(gòu)。
為了獲得對(duì)拍打方向力的高抵抗性，加強(qiáng)肋板15還具有抗壓縮力
的高強(qiáng)度。在此情形中，腹板25a、 25b和加強(qiáng)肋板15協(xié)作形成I形輪 廓，其中肋板15形成I形輪廓的主體。所形成的I形輪廓具有抵抗沿 葉片20的沿邊方向施加的彎曲力的高剛度。
使用試驗(yàn)性子結(jié)構(gòu)測(cè)試、針對(duì)與常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片相比增加的 強(qiáng)度分析了本發(fā)明的實(shí)施例，該試驗(yàn)性子結(jié)構(gòu)測(cè)試是在設(shè)計(jì)用于1.5 MW風(fēng)力渦輪機(jī)的34m風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的承載梁的一部分上進(jìn)行的。
該測(cè)試在丹麥技術(shù)大學(xué)Risci)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Rune F. Nielsen的學(xué) 生報(bào)告(專(zhuān)業(yè)課禾呈)"Experimental and numerical analysis of a wind turbine blade cross section — Under lateral load conditions(橫向載荷條件下的風(fēng) 力渦輪機(jī)橫截面的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析)"(2006年12月)中進(jìn)行了描述。
在此實(shí)施例中，本發(fā)明防止梁的腹板由于在運(yùn)行中由作用在葉片 上的氣動(dòng)力和慣性力引起的擠壓壓力而破裂。
結(jié)果表明，與常規(guī)箱形梁相比，該腹板能承受的最終擠壓壓力增 加50%以上。
圖16示出了本發(fā)明的又一實(shí)施例的橫截面，其中風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 20包括翼殼22，該翼殼22沒(méi)有腹板但具有加強(qiáng)肋板15，該加強(qiáng)肋板 15從翼殼22的內(nèi)表面上的后緣24附近的位置延伸到翼殼22的內(nèi)表面 上的前緣23附近的位置。加強(qiáng)肋板15具有抵抗沿葉片20的沿邊方向施加的彎曲力的高剛度。使用設(shè)計(jì)為用于1.5 MW風(fēng)力渦輪機(jī)的34 m 風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的數(shù)值模擬，針對(duì)與常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片相比增加的 強(qiáng)度分析了本發(fā)明的實(shí)施例。
該數(shù)值分析包括對(duì)含有超過(guò)150000個(gè)板殼和3D元件的模型的有 限元分析。在該分析中使用了高級(jí)軟件和算法來(lái)說(shuō)明非線性幾何變形 的影響。
已利用葉片的全尺寸測(cè)試對(duì)葉片的模型進(jìn)行了驗(yàn)證(F.M. Jensen 等人的"Structural testing and numerical simulation of a 34 m composite wind turbine blade(34米復(fù)合風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)測(cè)試和數(shù)值模擬)"， Elsevier出版，《Composite Stmctures》2006年第76巻第52-61頁(yè))。
在沿邊方向上利用與葉片的驗(yàn)證載荷相似的載荷對(duì)葉片進(jìn)行加載。沿 拍打方向和沿邊方向的組合載荷是應(yīng)該模擬為葉片的運(yùn)行載荷的載荷。
分析表明，在受到沿邊載荷以及受到拍打方向載荷和沿邊載荷的 組合載荷的情形中，當(dāng)葉片結(jié)合有本發(fā)明時(shí)，翼殼的后緣部的變形明 顯減小。圖17和圖18示出了葉片中間附近的部分的分析結(jié)果，而圖 19和圖20示出了葉片根部附近的部分的分析結(jié)果。
翼殼部的變形的減小降低了葉片后緣中的剝離應(yīng)力，因此提高了 后緣膠合接頭的可靠性。
此外，由于較高程度地保持了葉片輪廓的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高 了葉片的氣動(dòng)效率。
此外，分析表明輪廓的扭曲明顯減小，這提高了葉片對(duì)擠壓應(yīng)力 的抵抗性，從而提高了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的最終強(qiáng)度。盡管己結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但決不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明局限 于所提出的示例。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)限定。在權(quán)利要求 的上下文中，術(shù)語(yǔ)"包括"或"包含"不排除其它可能的元件或步驟。 而且，提到"一"或"一個(gè)"等引語(yǔ)也不應(yīng)認(rèn)為排除多個(gè)。在權(quán)利要 求中使用與附圖所示的元件有關(guān)的附圖標(biāo)記也不應(yīng)認(rèn)為限制本發(fā)明的 范圍。此外，不同權(quán)利要求中提及的單獨(dú)特征可以有利地組合，并且 在不同權(quán)利要求中提到這些特征不排除所述特征的組合是不可能和不 利的。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，包括翼殼，該翼殼具有帶空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的部分；以及至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板，所述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板連接在所述翼殼內(nèi)用于提高所述葉片的強(qiáng)度，并具有橫向于所述葉片的縱向延伸長(zhǎng)度的橫截面，所述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板基本上沿著從所述葉片的后緣向前緣的方向延伸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述至少一個(gè)內(nèi) 部加強(qiáng)肋板在所述葉片的后緣和前緣中的一個(gè)處連接到所述翼殼的內(nèi) 表面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述至少一個(gè)內(nèi) 部加強(qiáng)肋板在所述葉片的后緣處連接到所述翼殼的內(nèi)表面上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述翼殼具有圓 柱形根部，用于將所述葉片安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)軸上，并且其中所述至 少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板在所述后緣處沿著具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的所述翼 殼與所述根部之間的過(guò)渡部的至少一部分連接到所述翼殼的內(nèi)表面上。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，還包括 至少一個(gè)梁，并且其中所述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板連接到所述至少一 個(gè)內(nèi)梁。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述至少一個(gè)內(nèi) 部加強(qiáng)肋板中的一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板與所述至少一個(gè)內(nèi)梁中的相應(yīng)一個(gè) 內(nèi)梁之間的連接部以距所述翼殼的最短距離定位，該最短距離大于所 述翼殼的上部件與所述翼殼的下部件之間沿著包括所述連接部的相應(yīng)梁的橫向延伸長(zhǎng)度的總距離的0.16倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，包括第一梁和第二梁，并且其中所述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板中的一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板連 接到所述第一梁和所述第二梁。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板包括具有高抗拉強(qiáng)度而沒(méi)有抵抗壓縮力的能 力的紡織品或紡織材料。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所 述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板是板元件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述板元件的 至少一部分為層合結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其 中所述板元件包括一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9-11中的任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中 所述板元件設(shè)有一個(gè)或多個(gè)切口 。
13. —種提高風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的強(qiáng)度的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片具有翼殼，所述翼殼具有帶空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的部分，所述方法包括如下步驟將至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板定位和連接在所述翼殼內(nèi)，以使 其基本上沿著從所述葉片的后緣向前緣的方向延伸。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中定位和連接步驟包括在 所述葉片的后緣處將所述至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板連接到所述翼殼的內(nèi) 表面上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述翼殼還具有圓柱形根 部，用于將所述葉片安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)軸上，并且其中所述方法還包 括如下步驟在所述后緣處沿著所述翼殼的具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的所 述部分與所述根部之間的過(guò)渡部的至少一部分將所述至少一個(gè)內(nèi)部加 強(qiáng)肋板連接到所述翼殼的內(nèi)表面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的加強(qiáng)葉片，尤其涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該葉片包括翼殼，該翼殼具有帶空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的部分；以及至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)肋板，該至少一個(gè)加強(qiáng)肋板連接在該翼殼內(nèi)并基本沿著輪廓翼弦延伸，以提高葉片的強(qiáng)度并防止或減小由葉片結(jié)構(gòu)的沿邊載荷和拍打方向載荷導(dǎo)致的葉片表面的變形。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101611225SQ200880002415
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者芬德·莫霍爾特·詹森 申請(qǐng)人:丹麥技術(shù)大學(xué)