本公開大體涉及風(fēng)力渦輪，并且更特別地，涉及用于風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段及其制造方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力被認為是目前可獲得的最清潔、對環(huán)境最友好的能源之一，而且風(fēng)力渦輪在這方面受到越多越多的關(guān)注。現(xiàn)代風(fēng)力渦輪典型地包括塔架、發(fā)電機、齒輪箱、機艙和轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子具有可旋轉(zhuǎn)轂，可旋轉(zhuǎn)轂具有一個或多個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片使用已知的翼型件件原理來捕捉風(fēng)的動能。轉(zhuǎn)子葉片以旋轉(zhuǎn)能的形式傳遞動能，以便使得軸轉(zhuǎn)動，軸將轉(zhuǎn)子葉片聯(lián)接到齒輪箱上，或者如果不使用齒輪箱的話，則直接聯(lián)接到發(fā)電機。然后發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換成電能，可將電能部署到電網(wǎng)。

轉(zhuǎn)子葉片大體包括吸力側(cè)殼和壓力側(cè)殼，典型地使用模制過程來形成它們，它們在沿著葉片的前緣和后緣的粘結(jié)線處粘結(jié)在一起。另外，壓力殼和吸力殼的重量較輕，并且具有未構(gòu)造成經(jīng)受住在運行期間對轉(zhuǎn)子葉片施加的撓矩和其它負載的結(jié)構(gòu)屬性(例如，硬度、抗翹曲性和強度)。因而，為了提高轉(zhuǎn)子葉片的硬度、抗翹曲性和強度，典型地使用接合殼半部的內(nèi)壓力側(cè)表面和吸力側(cè)表面的一個或多個結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如相對的翼梁帽，它們之間構(gòu)造有抗剪腹板)來加強本體殼。翼梁帽可由各種材料構(gòu)建而成，包括(但不限于)玻璃纖維層壓復(fù)合物和/或碳纖維層壓復(fù)合物。

但是，這樣的轉(zhuǎn)子葉片不是沒有問題。例如，大體通過沿著粘結(jié)線應(yīng)用適當?shù)恼辰Y(jié)漿或化合物來形成典型的轉(zhuǎn)子葉片的粘結(jié)線，在殼部件之間有最小設(shè)計粘結(jié)寬度。這些粘結(jié)線是葉片的關(guān)鍵設(shè)計約束，因為大量渦輪葉片領(lǐng)域的故障都出現(xiàn)在粘結(jié)線處。沿著正在運行的渦輪葉片的前緣和/或后緣的粘結(jié)線的分離可導(dǎo)致毀滅性的故障，而且可損傷風(fēng)力渦輪。

另外，用來制造轉(zhuǎn)子葉片和/或其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的方法可能難以控制、易于有缺陷，以及/或者由于對干纖維的處理和浸漬大型層壓結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)，所以這樣的方法是勞動高度密集型的。此外，由于轉(zhuǎn)子葉片大小繼續(xù)增大，傳統(tǒng)制造方法的復(fù)雜性繼續(xù)提高，因為典型地使用必須足夠大，以容納轉(zhuǎn)子葉片的整個長度的相對的模子半部來制造葉片半部。因而，連結(jié)大型葉片半部可為勞動高度密集型的，而且更易于有缺陷。

一種降低與預(yù)成形、運輸和架設(shè)具有大小增大的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性和成本的已知策略是將轉(zhuǎn)子葉片制造成葉片節(jié)段。然后可在例如單獨的葉片節(jié)段運輸?shù)浆F(xiàn)場之后組裝葉片節(jié)段，以形成轉(zhuǎn)子葉片。但是，用于將葉片節(jié)段連接在一起的已知接頭設(shè)計典型地具有各種各樣的缺點。例如，許多已知接頭設(shè)計無法使葉片節(jié)段充分對齊。因而，為了組裝轉(zhuǎn)子葉片，大量時間都浪費在對齊葉片節(jié)段上。另外，許多已知接頭設(shè)計包括各種復(fù)雜的互連構(gòu)件，從而增加組裝葉片節(jié)段所需的時間量。另外，分段式葉片典型地比使用傳統(tǒng)方法制造而成的葉片更重，因為有額外的接頭和/或相關(guān)部件。另外，仍然使用在前緣和后緣處粘結(jié)在一起的葉片半部來制造各個節(jié)段，如已經(jīng)提及的那樣，這是關(guān)鍵的設(shè)計約束。

因而，本領(lǐng)域正在不斷尋找可解決前面提到的問題的新穎且有改進的轉(zhuǎn)子葉片和有關(guān)方法。因此，本公開涉及具有預(yù)成型葉片根部區(qū)段的改進的模塊化風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片及其制造方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

將在以下描述中部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點，或者根據(jù)該描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點可為顯而易見的，或者可通過實踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點。

一方面，本公開涉及一種用于風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片包括預(yù)成型葉片根部區(qū)段、預(yù)成型葉片末梢區(qū)段，以及布置在葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段之間的多個葉片節(jié)段(例如前緣節(jié)段和后緣節(jié)段)。葉片根部區(qū)段具有根部端部分以及與根部端部分共同浸漬的一個或多個縱向翼梁帽。因而，一個或多個翼梁帽沿大體翼展方向延伸。另外，根部端部分包括第一端和第二端。第一端構(gòu)造成用于將轉(zhuǎn)子葉片安裝到風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子上，并且第二端限定轉(zhuǎn)子葉片的最大弦。

在一個實施例中，縱向翼梁帽構(gòu)造成抵靠著多個葉片節(jié)段的相對的表面，并且在它們之間限定距離。在某些實施例中，翼梁帽之間的距離可隨轉(zhuǎn)子葉片的翼展改變。在另一個實施例中，根部端部分可由熱固性聚合物、熱塑性聚合物等制造而成。在另一個實施例中，一個或多個翼梁帽可由包在樹脂材料中的單向纖維構(gòu)建而成。更特別地，可通過使用用拉擠成型或帶壓技術(shù)生產(chǎn)的預(yù)凝固層壓材料浸漬干織物來形成翼梁帽，并且/或者可用預(yù)浸漬材料形成翼梁帽。因而，在某些實施例中，翼梁帽可與葉片節(jié)段共同浸漬為預(yù)制構(gòu)件，或者翼梁帽可堆疊為單獨的板層。另外，在特定實施例中，翼梁帽可由一個或多個拉擠成型部件構(gòu)建而成，包括(但不限于)拉擠成型桿、拉擠成型板等。

在另一個實施例中，葉片根部區(qū)段的根部端部分進一步包括多個連接點。在特定實施例中，連接點可包括沿周向圍繞第一端隔開的多個T形螺栓連接件、多個根部插件或者它們的組合。因而，連接點構(gòu)造成接收多個葉片根部螺栓。因此，葉片根部螺栓構(gòu)造成將轉(zhuǎn)子葉片固定到風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子上。

在又一個實施例中，最大弦大體對應(yīng)于最大可允許貨運尺寸，即，對于鐵路或卡車運輸所允許的最大高度。

在額外的實施例中，轉(zhuǎn)子葉片的葉片末梢區(qū)段還可包括沿大體翼展方向延伸的一個或多個翼梁帽。因而，在這樣的實施例中，葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段可通過它們的相應(yīng)的翼梁帽連結(jié)在一起。

仍然在另外的實施例中，轉(zhuǎn)子葉片還可包括固定到葉片根部區(qū)段上的額外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。另外，在某些實施例中，可針對多個后緣節(jié)段構(gòu)造結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

另一方面，本公開涉及一種用于風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)成型葉片根部區(qū)段。葉片根部區(qū)段包括根部端部分以及與根部端部分共同浸漬的一個或多個縱向翼梁帽。因而，翼梁帽沿大體翼展方向延伸。另外，根部端部分包括第一端和第二端。第一端構(gòu)造成用于將轉(zhuǎn)子葉片安裝到風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子上，第二端限定轉(zhuǎn)子葉片的最大弦。應(yīng)當理解，葉片根部區(qū)段可進一步包括本文描述的任何額外的特征。

又一方面，本公開涉及一種用于制造模塊化轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的方法。該方法包括將至少一個復(fù)合材料外層置于葉片根部區(qū)段的殼模中，其中，外層形成葉片根部區(qū)段的外蓋。該方法還包括將至少一個復(fù)合材料內(nèi)層置于殼模中，其中，內(nèi)層形成葉片根部區(qū)段的內(nèi)表面。另一個步驟包括將一個或多個翼梁帽置于殼模中，位于外層和內(nèi)層之間。因而，該方法進一步包括通過樹脂材料將內(nèi)層和外層與一個或多個翼梁帽一起浸漬。

在一個實施例中，方法還可包括將核心材料置于殼模中，位于內(nèi)層和外層之間，并且在內(nèi)層和外層之間浸漬核心材料。在另一個實施例中，方法可包括通過拉擠成型過程使一個或多個翼梁帽預(yù)成型。在另一個實施例中，方法還可包括在浸漬之前，將一個或多個葉片根部插件插入葉片根部區(qū)段的殼模中。

仍然在額外的實施例中，樹脂材料可包括熱固性聚合物、熱塑性聚合物等。另外，方法可包括通過下者中的至少一個使葉片根部區(qū)段和/或一個或多個翼梁帽預(yù)成型：拉擠成型、真空浸漬、樹脂傳遞模塑(RTM)、輕樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助式樹脂傳遞模塑(VARTM)、帶壓過程、成形過程(例如熱成形)或類似的技術(shù)。

技術(shù)方案1. 一種用于風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，所述轉(zhuǎn)子葉片包括：

預(yù)成型葉片根部區(qū)段，其包括：

根部端部分，其包括第一端和第二端，所述第一端構(gòu)造成用于將所述轉(zhuǎn)子葉片安裝到所述風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子上，所述第二端限定所述轉(zhuǎn)子葉片的最大弦；以及

一個或多個縱向翼梁帽，其與所述根部端部分共同浸漬，并且沿大體翼展方向延伸；

預(yù)成型葉片末梢區(qū)段；以及，

布置在所述葉片根部區(qū)段和所述葉片末梢區(qū)段之間的多個葉片節(jié)段。

技術(shù)方案2. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述縱向翼梁帽構(gòu)造成抵靠著所述多個葉片節(jié)段的相對的表面且在它們之間限定距離。

技術(shù)方案3. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述葉片根部區(qū)段由熱固性聚合物或熱塑性聚合物中的至少一個制造而成。

技術(shù)方案4. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述一個或多個翼梁帽由包在樹脂材料中的單向纖維構(gòu)建而成。

技術(shù)方案5. 根據(jù)技術(shù)方案4所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述一個或多個翼梁帽包括一個或多個拉擠成型部件。

技術(shù)方案6. 根據(jù)技術(shù)方案5所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述一個或多個拉擠成型部件包括拉擠成型桿或拉擠成型板中的至少一個。

技術(shù)方案7. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述葉片根部區(qū)段的所述根部端部分進一步包括多個連接點，所述連接點包括沿周向圍繞所述第一端間隔開的多個根部插件或多個T形螺栓連接件中的至少一個，所述多個連接點構(gòu)造成接收多個葉片根部螺栓，以及其中，所述葉片根部螺栓構(gòu)造成將所述轉(zhuǎn)子葉片固定到所述風(fēng)力渦輪的所述轉(zhuǎn)子上。

技術(shù)方案8. 根據(jù)技術(shù)方案2所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述最大弦對應(yīng)于最大可允許貨運高度，其中，所述最大可允許貨運高達包括高達大約五(5)米的高度。

技術(shù)方案9. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片的所述葉片末梢區(qū)段進一步包括沿大體翼展方向延伸的一個或多個翼梁帽，以及其中，所述葉片根部區(qū)段和所述葉片末梢區(qū)段通過它們的相應(yīng)的翼梁帽連結(jié)在一起。

技術(shù)方案10. 根據(jù)技術(shù)方案1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述模塊化轉(zhuǎn)子葉片進一步包括固定到所述葉片根部區(qū)段上的額外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

技術(shù)方案11. 一種用于風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的預(yù)成型葉片根部區(qū)段，所述葉片根部區(qū)段包括：

根部端部分，其包括第一端和第二端，所述第一端構(gòu)造成用于將所述轉(zhuǎn)子葉片安裝到所述風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子上，所述第二端限定所述轉(zhuǎn)子葉片的最大弦；以及，

一個或多個縱向翼梁帽，其與所述根部端部分共同浸漬，并且沿大體翼展方向延伸。

技術(shù)方案12. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的葉片根部區(qū)段，其特征在于，所述根部端部分由熱固性聚合物或熱塑性聚合物中的至少一個制造而成。

技術(shù)方案13. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的葉片根部區(qū)段，其特征在于，所述一個或多個翼梁帽由包在樹脂材料中的單向纖維構(gòu)建而成。

技術(shù)方案14. 根據(jù)技術(shù)方案13所述的葉片根部區(qū)段，其特征在于，所述一個或多個翼梁帽包括一個或多個拉擠成型部件，其中，所述一個或多個拉擠成型部件包括拉擠成型桿或拉擠成型板中的至少一個。

技術(shù)方案15. 根據(jù)技術(shù)方案11所述的葉片根部區(qū)段，其特征在于，所述葉片根部區(qū)段的所述根部端部分進一步包括多個連接點，所述連接點包括沿周向圍繞所述第一端間隔開的多個根部插件或多個T形螺栓連接件中的至少一個，所述多個連接點構(gòu)造成接收多個葉片根部螺栓，以及其中，所述葉片根部螺栓構(gòu)造成將所述轉(zhuǎn)子葉片固定到所述風(fēng)力渦輪的所述轉(zhuǎn)子上。

技術(shù)方案16. 一種制造用于模塊化轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的方法，所述方法包括：

將至少一個復(fù)合材料外層置于所述葉片根部區(qū)段的殼模中，其中，所述外層形成所述葉片根部區(qū)段的外蓋；

將至少一個復(fù)合材料內(nèi)層置于所述殼模中，其中，所述內(nèi)層形成所述葉片根部區(qū)段的內(nèi)表面；

將一個或多個翼梁帽置于所述殼模中，位于所述外層和所述內(nèi)層之間；以及，

通過樹脂材料將所述內(nèi)層和所述外層與所述一個或多個翼梁帽一起浸漬。

技術(shù)方案17. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括將核心材料置于所述殼模中，位于所述內(nèi)層和所述外層之間，并且在所述內(nèi)層和所述外層之間浸漬所述核心材料。

技術(shù)方案18. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在浸漬之前，將一個或多個葉片根部插件插入所述葉片根部區(qū)段的所述殼模中。

技術(shù)方案19. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的方法，其特征在于，所述樹脂材料包括熱固性聚合物或熱塑性聚合物中的至少一個。

技術(shù)方案20. 根據(jù)技術(shù)方案16所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括通過下者中的至少一個使所述葉片根部區(qū)段或所述一個或多個翼梁帽預(yù)成型：拉擠成型、真空浸漬、樹脂傳遞模塑(RTM)、輕樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助式樹脂傳遞模塑(VARTM)、帶壓過程或成形過程。

技術(shù)方案21. 一種用于風(fēng)力渦輪(10)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，所述轉(zhuǎn)子葉片(16)包括：

預(yù)成型葉片根部區(qū)段(20)，其包括：

根部端部分(68)，其包括第一端(70)和第二端(72)，所述第一端(70)構(gòu)造成用于將所述轉(zhuǎn)子葉片(16)安裝到所述風(fēng)力渦輪(10)的轉(zhuǎn)子上，所述第二端限定所述轉(zhuǎn)子葉片的最大弦；以及

一個或多個縱向翼梁帽(48，50)，其與所述根部端部分(68)共同浸漬，并且沿大體翼展方向延伸；

預(yù)成型葉片末梢區(qū)段(22)；以及，

布置在所述葉片根部區(qū)段(20)和所述葉片末梢區(qū)段(22)之間的多個葉片節(jié)段。

技術(shù)方案22. 根據(jù)技術(shù)方案21所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述縱向翼梁帽(48，50)構(gòu)造成抵靠著所述多個葉片節(jié)段的相對的表面。

技術(shù)方案23. 根據(jù)技術(shù)方案21所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述葉片根部區(qū)段(20)由熱固性聚合物或熱塑性聚合物中的至少一個制造而成。

技術(shù)方案24. 根據(jù)技術(shù)方案21所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述一個或多個翼梁帽(48，50)由包在樹脂材料中的單向纖維構(gòu)建而成。

技術(shù)方案25. 根據(jù)技術(shù)方案24所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述一個或多個翼梁帽(48，50)包括一個或多個拉擠成型部件。

技術(shù)方案26. 根據(jù)技術(shù)方案25所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述一個或多個拉擠成型部件包括拉擠成型桿或拉擠成型板中的至少一個。

技術(shù)方案27. 根據(jù)技術(shù)方案21所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述葉片根部區(qū)段(20)的所述根部端部分(68)進一步包括多個連接點，所述連接點包括沿周向圍繞所述第一端(70)間隔開的多個根部插件(80)或多個T形螺栓連接件中的至少一個，所述多個連接點構(gòu)造成接收多個葉片根部螺栓，以及其中，所述葉片根部螺栓構(gòu)造成將所述轉(zhuǎn)子葉片(16)固定到所述風(fēng)力渦輪(10)的所述轉(zhuǎn)子上。

技術(shù)方案28. 根據(jù)技術(shù)方案22所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述最大弦對應(yīng)于最大可允許貨運高度，其中，所述最大可允許貨運高度包括高達大約五(5)米的高度。

技術(shù)方案29. 根據(jù)技術(shù)方案21所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子葉片(16)的所述葉片末梢區(qū)段(22)進一步包括沿大體翼展方向延伸的一個或多個翼梁帽(51，53)，以及其中，所述葉片根部區(qū)段(20)和所述葉片末梢區(qū)段(22)通過它們的相應(yīng)的翼梁帽(48，50，51，53)連結(jié)在一起。

技術(shù)方案30. 根據(jù)技術(shù)方案21所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)，其特征在于，所述模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)進一步包括固定到所述葉片根部區(qū)段(20)上的額外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件(52)。

技術(shù)方案31. 一種用于制造模塊化轉(zhuǎn)子葉片(16)的葉片根部區(qū)段(20)的方法(100)，所述方法(100)包括：

將至少一個復(fù)合材料外層置于所述葉片根部區(qū)段(20)的殼模中，其中所述外層形成所述葉片根部區(qū)段(20)的外蓋；

將至少一個復(fù)合材料內(nèi)層置于所述殼模中，其中，所述內(nèi)層形成所述葉片根部區(qū)段(20)的內(nèi)表面；

將一個或多個翼梁帽(48，50)置于所述殼模中，位于所述外層和所述內(nèi)層之間；以及，

通過樹脂材料將所述內(nèi)層和所述外層與所述一個或多個翼梁帽(48，50)一起浸漬。

技術(shù)方案32. 根據(jù)技術(shù)方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)進一步包括將核心材料置于所述殼模中，位于所述內(nèi)層和所述外層之間，并且在所述內(nèi)層和所述外層之間浸漬所述核心材料。

技術(shù)方案33. 根據(jù)技術(shù)方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)進一步包括在浸漬之前，將一個或多個葉片根部插件插入所述葉片根部區(qū)段(20)的所述殼模中。

技術(shù)方案34. 根據(jù)技術(shù)方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述樹脂材料包括熱固性聚合物或熱塑性聚合物中的至少一個。

技術(shù)方案35. 根據(jù)技術(shù)方案31所述的方法(100)，其特征在于，所述方法(100)進一步包括通過下者中的至少一個使所述葉片根部區(qū)段(20)或所述一個或多個翼梁帽(48，50)預(yù)成型：拉擠成型、真空浸漬、樹脂傳遞模塑(RTM)、輕樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助式樹脂傳遞模塑(VARTM)、帶壓過程或成形過程。

參照以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。附圖結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成其一部分，附圖示出本發(fā)明的實施例，并且與描述共同用來闡明本發(fā)明的原理。

附圖說明

在說明書中對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員闡述本發(fā)明的全面和能夠?qū)嵤┑墓_，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中：

圖1示出根據(jù)本公開的風(fēng)力渦輪的透視圖；

圖2示出根據(jù)本公開的風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的透視圖；

圖3示出根據(jù)本公開的風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的透視圖；

圖4示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的前緣節(jié)段的一個實施例的橫截面圖；

圖5示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的后緣節(jié)段的一個實施例的橫截面圖；

圖6示出根據(jù)本公開的圖2的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的沿著線6-6的橫截面圖；

圖7示出根據(jù)本公開的圖2的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的沿著線7-7的橫截面圖；

圖8示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實施例的橫截面圖，其特別地示出交迭的壓力側(cè)接縫和吸力側(cè)接縫；

圖9示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實施例的橫截面圖，其特別地示出無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段；

圖10示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實施例的橫截面圖，其特別地示出單接頭葉片節(jié)段；

圖11示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另一個實施例的橫截面圖，其特別地示出通過多個接頭連結(jié)在一起的多個葉片節(jié)段；

圖12示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的一個實施例的透視圖；

圖13示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的吸力側(cè)的一個實施例的透視圖；

圖14示出根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的壓力側(cè)的一個實施例的透視圖；以及

圖15示出用于制造根據(jù)本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部區(qū)段的方法的流程圖。

部件列表

10風(fēng)力渦輪

12塔架

14機艙

16轉(zhuǎn)子葉片

18轉(zhuǎn)子

20葉片根部區(qū)段

22葉片末梢區(qū)段

23翼展

24前緣節(jié)段

25弦

26后緣節(jié)段

27縱向軸線

28前壓力側(cè)表面

29最大弦

30前吸力側(cè)表面

31壓力側(cè)表面

32后壓力側(cè)表面

33吸力側(cè)表面

34后吸力側(cè)表面

35抗剪腹板

36壓力側(cè)接縫

37中心線

38吸力側(cè)接縫

39中心線

40前緣

41前壓力側(cè)節(jié)段

42后緣

43前吸力側(cè)節(jié)段

44壓力側(cè)節(jié)段

45無接頭連續(xù)翼型件表面

46吸力側(cè)節(jié)段

47后壓力側(cè)節(jié)段

48壓力側(cè)根部翼梁帽

49后吸力側(cè)節(jié)段

50吸力側(cè)根部翼梁帽

51壓力側(cè)末梢翼梁帽

52結(jié)構(gòu)構(gòu)件

53吸力側(cè)末梢翼梁帽

54接縫

55單接頭葉片節(jié)段

56粘合劑

57單接頭

58主固定組件

59多接頭葉片節(jié)段

60前緣固定組件

61接頭

62后緣固定組件

63接頭

64葉片根部板

65接頭

66根部支承結(jié)構(gòu)

67接頭

68根部端部分

70第一端

72第二端

76葉片根部區(qū)段的吸力側(cè)

78葉片根部區(qū)段的壓力側(cè)

80葉片根部插件

100方法

102方法步驟

104方法步驟

106方法步驟

108方法步驟。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的實施例，在圖中示出實施例的一個或多個示例。以闡明本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式提供各個示例。實際上，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的將是，可在本發(fā)明的中作出各種修改和變型，而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如，被示為或描述成一個實施例的一部分的特征可用于另一個實施例，以產(chǎn)生另外的實施例。因而，意于的是本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求和它們的等效物的范圍內(nèi)的這樣的修改和變型。

大體上，本公開涉及用于風(fēng)力渦輪的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其具有預(yù)成型葉片根部區(qū)段，預(yù)成型葉片根部區(qū)段包括一個或多個翼梁帽。更特別地，葉片根部區(qū)段具有根部端部分以及與根部端部分共同浸漬的一個或多個縱向翼梁帽。因而，一個或多個翼梁帽沿大體翼展方向延伸，并且對轉(zhuǎn)子葉片提供連續(xù)結(jié)構(gòu)支承。另外，根部端部分包括第一端和第二端。第一端構(gòu)造成用于將轉(zhuǎn)子葉片安裝到風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子上，而第二端則典型地限定轉(zhuǎn)子葉片的最大弦。模塊化轉(zhuǎn)子葉片還包括葉片末梢區(qū)段和布置在葉片根部區(qū)段和葉片末梢區(qū)段之間的多個葉片節(jié)段。

本公開提供許多現(xiàn)有技術(shù)中不存在的優(yōu)點。例如，本公開的葉片根部區(qū)段包含與根部端部分共同浸漬的主結(jié)構(gòu)翼梁帽。通過使主翼梁帽保持沿著翼展方向是連續(xù)的，可消除對多個嵌接接頭的需要。另外，通過共同浸漬主翼梁帽與根部端部分，本公開的葉片根部區(qū)段確保負載在運行期間恰當?shù)貜囊砹好眰鬟f到根部中的結(jié)構(gòu)化表層，最終傳遞到風(fēng)力渦輪的根部螺栓和轂。另外，本公開的模塊化轉(zhuǎn)子葉片具有在組裝葉片之前可各自單獨地預(yù)成型的多個葉片節(jié)段和/或構(gòu)件。因而，葉片節(jié)段可減少粘結(jié)線的數(shù)量，并且使粘結(jié)線轉(zhuǎn)移遠離前緣和/或后緣區(qū)域。另外，本文描述的葉片根部區(qū)段會減少制造葉片所需的干玻璃的含量，減少殼鋪疊時間，消除根部預(yù)制，并且減少浸漬時間。

現(xiàn)在參照附圖，圖1示出根據(jù)本公開的風(fēng)力渦輪10的一個實施例。如所顯示的那樣，風(fēng)力渦輪10包括塔架12，機艙14安裝在塔架12上。多個轉(zhuǎn)子葉片16安裝到轉(zhuǎn)子18上，轉(zhuǎn)子18又連接到主凸緣上，主凸緣使主轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動。風(fēng)力渦輪功率產(chǎn)生和控制構(gòu)件容納在機艙14內(nèi)。提供圖1的視圖僅僅是為了說明，以將本發(fā)明放在示例性使用領(lǐng)域中。應(yīng)當理解，本發(fā)明不限于任何特定類型的風(fēng)力渦輪構(gòu)造。另外，本發(fā)明不局限于用于風(fēng)力渦輪，而是可在具有轉(zhuǎn)子葉片的任何應(yīng)用中使用。

現(xiàn)在參照圖2和3，示出了根據(jù)本公開制造而成的模塊化轉(zhuǎn)子葉片16的各種視圖。如所顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16包括模塊化構(gòu)造，其具有：預(yù)成形葉片根部區(qū)段20，其構(gòu)造成安裝到或以別的方式固定到轉(zhuǎn)子18(圖1)上；設(shè)置成與葉片根部區(qū)段20相對的預(yù)成形葉片末梢區(qū)段22；以及一個或多個葉片節(jié)段，其大體沿著縱向軸線27沿大體翼展方向布置在葉片根部區(qū)段20和葉處末梢區(qū)段22之間。另外，如圖2中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16限定翼展23，翼展23等于葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間的總長度。另外，如圖2和6中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16限定弦25，弦25等于轉(zhuǎn)子葉片16的前緣40和轉(zhuǎn)子葉片16的后緣42之間的總長度。如大體理解的那樣，隨著轉(zhuǎn)子葉片16從葉片根部區(qū)段20延伸到葉片末梢區(qū)段22，弦25的長度可大體相對于翼展23改變。

另外，如示出的實施例中顯示的那樣，葉片節(jié)段可包括多個前緣節(jié)段24和多個后緣節(jié)段26，它們沿著縱向軸線27沿大體翼展方向大體布置在葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間。在額外的實施例中，應(yīng)當理解，葉片16的葉片節(jié)段部分可包括本文描述的節(jié)段的任何組合，并且不限于所描繪的實施例。因而，本文描述的葉片節(jié)段大體用作轉(zhuǎn)子葉片16的外殼/外蓋，并且可限定基本空氣動力學(xué)輪廓，諸如通過限定對稱或弧形翼型件形橫截面。

現(xiàn)在參照圖4，各個前緣節(jié)段24可具有前壓力側(cè)表面28和前吸力側(cè)表面30，它們由中心線37分開。類似地，如圖5中顯示的那樣，各個后緣節(jié)段26可具有后壓力側(cè)表面32和后吸力側(cè)表面34，它們由中心線39分開。因而，如圖6中顯示的那樣，前緣節(jié)段24和后緣節(jié)段26可在壓力側(cè)接縫36和吸力側(cè)接縫38處連結(jié)。因而，前緣節(jié)段24的前壓力側(cè)表面28和后緣節(jié)段26的后壓力側(cè)表面32大體限定轉(zhuǎn)子葉片16的壓力側(cè)表面。類似地，前緣節(jié)段24的前吸力側(cè)表面30和后緣節(jié)段26的后吸力側(cè)表面34大體限定轉(zhuǎn)子葉片16的吸力側(cè)表面。

在另外的實施例中，如圖8中顯示的那樣，前緣節(jié)段24和后緣節(jié)段26可構(gòu)造成在壓力側(cè)接縫36和/或吸力側(cè)接縫38處交迭。另外，如圖2中顯示的那樣，相鄰的前緣節(jié)段24以及相鄰的后緣節(jié)段26可構(gòu)造成在接縫54處交迭。更特別地，在某些實施例中，轉(zhuǎn)子葉片16的各種節(jié)段例如可通過構(gòu)造在交迭的前緣節(jié)段24和后緣節(jié)段26和/或交迭的相鄰的前緣節(jié)段24或后緣節(jié)段26之間的粘合劑56來進一步固定在一起。

另外，壓力側(cè)接縫26和/或吸力側(cè)接縫38可位于任何適當?shù)南蚁蛭恢锰?。例如，如圖6和8中顯示的那樣，接縫36、38可定位成與轉(zhuǎn)子葉片16的前緣40相隔大約40%至大約60%的弦。更特別地，在某些實施例中，接縫36、38可定位成與前緣40相隔大約50%的弦。仍然在另外的實施例中，接縫36、38可定位成與轉(zhuǎn)子葉片16的前緣40相隔不到40%的弦或大于60%的弦。另外，在一些實施例中，接縫36、38可大體如圖中顯示的那樣對齊。備選地，接縫36、38可有所偏移。

在額外的實施例中，如圖3和7中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括至少一個壓力側(cè)節(jié)段44和/或至少一個吸力側(cè)節(jié)段46。例如，如圖7中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16可包括壓力側(cè)節(jié)段44布置成在前緣40和后緣42處與吸力側(cè)節(jié)段46連結(jié)。這樣的節(jié)段可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。

迄今，本文描述的節(jié)段在兩個接頭位置處連結(jié)。但是，在另外的實施例中，可使用不到兩個或超過兩個接頭位置。例如，如圖9中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段45。更特別地，如所顯示的那樣，無接頭的連續(xù)葉片節(jié)段45不需要粘結(jié)多個節(jié)段。這樣的節(jié)段45可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。另外，如圖10中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括單接頭的葉片節(jié)段55。更特別地，如所顯示的那樣，葉片節(jié)段55可包括壓力側(cè)表面33、吸力側(cè)表面31和在后緣42處的單接頭57。因而，葉片節(jié)段55僅需要一個接頭而非多個接頭。這樣的節(jié)段55可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。此外，如圖11中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括多接頭的葉片節(jié)段59。更特別地，如所顯示的那樣，葉片節(jié)段59包括多個節(jié)段41、43、47、49，它們通過圍繞葉片節(jié)段59的橫截面間隔開的多個接頭61、63、65、67而連結(jié)在一起。更特別地，節(jié)段41、43、47、49可包括前壓力側(cè)節(jié)段43、前吸力側(cè)節(jié)段41、后壓力側(cè)節(jié)段49和后吸力側(cè)節(jié)段47。這樣的節(jié)段可與本文描述的額外節(jié)段組合起來使用，以及/或者與額外節(jié)段分開來使用。

現(xiàn)在參照圖2-3和6-7，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括一個或多個沿縱向延伸的翼梁帽，其構(gòu)造成提高轉(zhuǎn)子葉片16的硬度、翹曲阻力和/或強度。例如，葉片根部區(qū)段20可包括與其共同浸漬的一個或多個沿縱向延伸的翼梁帽48、50，并且構(gòu)造成接合轉(zhuǎn)子葉片16的相對的內(nèi)表面。類似地，葉片末梢區(qū)段22可包括一個或多個沿縱向延伸的翼梁帽51、53，其構(gòu)造成接合轉(zhuǎn)子葉片16的相對的內(nèi)表面。另外，如圖6和7中顯示的那樣，翼梁帽48、50之間的距離D₁可沿著轉(zhuǎn)子葉片16的翼展改變。因而，如所顯示的那樣，距離(例如D₁)在接近葉片根部的地方可比在接近葉片末梢的地方(例如D₂)更大。另外，葉片末梢區(qū)段20和/或葉片根部區(qū)段22還可包括一個或多個抗剪腹板35，其分別構(gòu)造在葉片根部區(qū)段20或葉片末梢區(qū)段22的一個或多個翼梁帽48、50、51、53之間。因而，抗剪腹板35構(gòu)造成提高葉片根部區(qū)段20和/或葉片末梢區(qū)段22的剛性，從而允許以較多的控制操縱區(qū)段20、22。

另外，葉片根部翼梁帽48、50可構(gòu)造成與葉片末梢翼梁帽51、53對齊，并且可從葉片根部區(qū)段20延伸到葉片末梢區(qū)段22或其一部分。因而，在某些實施例中，葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22可通過它們的相應(yīng)的翼梁帽48、50、51、53而連結(jié)在一起。因而，翼梁帽48、50、51、53可大體設(shè)計成在風(fēng)力渦輪10的運行期間控制沿大體翼展方向(平行于轉(zhuǎn)子葉片16的翼展23的方向)對轉(zhuǎn)子葉片16起作用的彎曲應(yīng)力和/或其它負載。另外，翼梁帽48、50、51、53可設(shè)計成經(jīng)受住在風(fēng)力渦輪10的運行期間發(fā)生的翼展方向的壓縮。

仍然在另外的實施例中，如圖2和3中顯示的那樣，轉(zhuǎn)子葉片16還可包括一個或多個額外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件52，其固定到葉片根部區(qū)段20上且沿大體翼展方向延伸。更特別地，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可在葉片根部區(qū)段20和葉片末梢區(qū)段22之間延伸任何適當?shù)木嚯x。因而，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52構(gòu)造成對轉(zhuǎn)子葉片16提供額外的結(jié)構(gòu)支承，以及對本文描述的各種葉片節(jié)段提供可選的安裝結(jié)構(gòu)。例如，在某些實施例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件52可固定到葉片根部區(qū)段20上，并且可延伸預(yù)定翼展方向距離，使得前緣節(jié)段24和/或后緣節(jié)段26可安裝到其上。

現(xiàn)在參照圖12-14，示出根據(jù)本公開的預(yù)成型葉片根部區(qū)段20的一個實施例的各種視圖。更特別地，圖12示出轉(zhuǎn)子葉片16的葉片根部區(qū)段20的一個實施例的透視圖，圖13示出葉片根部區(qū)段20的吸力側(cè)76的一個實施例的透視圖；并且圖14示出葉片根部區(qū)段20的壓力側(cè)78的一個實施例的透視圖。如所顯示的那樣，葉片根部區(qū)段20具有根部端部分68以及與根部端部分68共同浸漬的一個或多個連續(xù)的縱向翼梁帽48、50。因而，翼梁帽沿轉(zhuǎn)子葉片16的大體翼展方向延伸(圖2)。另外，根部端部分68大體包括第一端70和第二端72。更特別地，如示出的實施例中顯示的那樣，根部端部分68的第一端70大體限定基本圓形橫截面，其在根部端部分68接近第二端72時轉(zhuǎn)變成翼型件形橫截面。因而，第一端70的基本圓形橫截面可輕易地安裝到風(fēng)力渦輪10的轉(zhuǎn)子18上。另外，在某些實施例中，第二端72可大體限定轉(zhuǎn)子葉片16的最大弦29。在特定實施例中，最大弦29大體對應(yīng)于最大可允許貨運尺寸，即，對于軌道或卡車運輸允許的最大高度、寬度或深度。

在額外的實施例中，葉片根部區(qū)段20的根部端部分68可進一步包括沿周向圍繞根部端部分68的第一端70間隔開的一個或多個葉片根部插件80。因而，葉片根部插件80可構(gòu)造成接收多個葉片根部螺栓(未顯示)，以便通過葉片根部區(qū)段20將轉(zhuǎn)子葉片16固定到風(fēng)力渦輪10的轉(zhuǎn)子18上。

現(xiàn)在參照圖15，示出用于制造風(fēng)力渦輪10的模塊化轉(zhuǎn)子葉片16的葉片根部區(qū)段20的方法100的流程圖。如102處顯示的那樣，方法100包括將至少一個復(fù)合材料外層置于葉片根部區(qū)段20的殼模中。因而，外層構(gòu)造成形成完整的葉片根部區(qū)段20的外蓋。如104處顯示的那樣，方法100包括將至少一個復(fù)合材料內(nèi)層置于殼模中。因而，內(nèi)層構(gòu)造成形成完整的葉片根部區(qū)段20的內(nèi)表面。如本文所用，“復(fù)合材料”可包括任何適當?shù)膹?fù)合材料，諸如層壓復(fù)合材料(例如碳纖維加強式層壓復(fù)合物或玻璃纖維加強式層壓復(fù)合物)。在某些實施例中，方法100還可包括將核心材料置于殼模中，位于內(nèi)層和外層之間，以及在內(nèi)層和外層之間浸漬核心材料。更特別地，在特定實施例中，核心材料可包括設(shè)置在復(fù)合材料內(nèi)層和外層之間的任何適當?shù)牟牧?，包?但不限于)輕質(zhì)材料，諸如木頭(例如巴爾沙木)、泡沫(例如擠壓泡沫聚苯乙烯)，或者這樣的材料的組合。

如106處顯示的那樣，方法100可進一步包括將一個或多個翼梁帽48、50置于殼模中，位于外層和內(nèi)層之間。在特定實施例中，方法100可包括例如使用包在樹脂材料中的單向纖維使翼梁帽48、50預(yù)成型。更特別地，可通過使用用拉擠成型或帶壓技術(shù)生產(chǎn)的預(yù)凝固層壓材料浸漬干織物來形成翼梁帽48、50和/或用預(yù)浸漬材料形成翼梁帽48、50。因而，在某些實施例中，翼梁帽 48、50可與葉片節(jié)段共同浸漬為預(yù)制構(gòu)件，或者翼梁帽 48、50可堆疊為單獨的板層。另外，在特定實施例中，翼梁帽可由一個或多個拉擠成型部件構(gòu)建而成，包括(但不限于)拉擠成型桿、拉擠成型板等。因而，翼梁帽48，50構(gòu)造成代替由多個薄板層玻璃構(gòu)建而成的傳統(tǒng)翼梁帽。如本文所用，用語“拉擠成型部件”、“拉擠成型”等大體包含加強材料(例如纖維或織造繩或編織繩)，其浸漬有樹脂，并且被拉過固定模具，使得樹脂凝固或經(jīng)歷聚合反應(yīng)。因而，制造拉擠成型部件的過程典型的特征在于復(fù)合材料的連續(xù)過程，其產(chǎn)生具有恒定橫截面的復(fù)合部件。

因此，如108處顯示的那樣，方法100可包括通過樹脂材料將內(nèi)層和外層與一個或多個拉擠成型翼梁帽48、50(以及可選地浸漬核心材料)一起浸漬。因而，在某些實施例中，可在單次或單個模具中浸漬葉片根部區(qū)段20和一個或多個翼梁帽48、50，以便產(chǎn)生均勻的一體部件。更特別地，方法100可包括通過下者中的至少一個使葉片根部區(qū)段20預(yù)成型：真空浸漬、樹脂傳遞模塑(RTM)、輕樹脂傳遞模塑(RTM)、真空輔助式樹脂傳遞模塑(VARTM)、成形過程(例如熱成形)等。另外，在某些實施例中，浸漬過程中使用的樹脂或基質(zhì)材料可包括熱固性聚合物、熱塑性聚合物等。

更特別地，在特定實施例中，可使用聚脂樹脂和真空浸漬來制造本文描述的葉片根部區(qū)段20。在另外的實施例中，可使用基于異丁烯酸鹽的熱塑性樹脂和真空浸漬來形成葉片根部區(qū)段20。在特定實施例中，可使用真空浸漬，基于異丁烯酸鹽的熱塑性樹脂來構(gòu)建葉片根部區(qū)段20，但是可使用成形過程用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PETG)樹脂來構(gòu)建節(jié)段24、26。應(yīng)當理解，本文提供的示例僅僅是為了說明目的而不是意于限制。因而，在額外的實施例中，可使用本文描述的材料和/或過程的任何組合來制造葉片根部區(qū)段20。另外，應(yīng)當理解，本公開的葉片根部區(qū)段20不限于本文描述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片16，而是可用于由任何數(shù)量的節(jié)段和/或材料構(gòu)建而成的任何適當?shù)霓D(zhuǎn)子葉片。

在又一個實施例中，方法100還可包括在浸漬之前，將一個或多個葉片根部插件80插入葉片根部區(qū)段20的殼模中。在某些實施例中，葉片根部插件80可為拉擠成型構(gòu)件，例如類似于本文描述的翼梁帽。因而，在某些實施例中，拉擠成型葉片根部插件80(和/或拉擠成型翼梁帽48、50)構(gòu)造成減少轉(zhuǎn)子葉片16中的干玻璃的含量，代替根部構(gòu)建、預(yù)制，以及/或者對于許多傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子葉片來說普遍的圓柱螺母。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。