具有分层的多部件翼梁的风轮机叶片及相关系统和方法
【技术领域】
[0001]本技术总体上涉及具有分层的多部件翼梁的风轮机叶片以及相关的系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着化石燃料日益稀少并且提取和加工更昂贵，能源生产商和用户对其它形式的能量越来越感兴趣。最近已经出现复苏的一个这样的能量形式是风能。典型地通过将大量风轮机放置在往往会出现稳定、温和的风的地理区域中来收获风能。现代风轮机通常包括发电机，发电机连接到一个或多个风力驱动的涡轮机叶片，涡轮机叶片绕垂直轴线或水平轴线旋转。
[0003]—般来说，相比短的叶片，较大的(例如，较长)的风轮机叶片更有效地产生能量。因此，风轮机叶片行业期望使叶片尽可能长。然而，长的叶片产生一些挑战。例如，长的叶片沉重，因此具有显著惯性，这可以减少叶片产生能量的效率，特别是在低风条件下。另外，长的叶片难以制造，并且在许多情况下也难以运输。因此，仍然需要大的、有效的、重量轻的风轮机叶片以及用于运输并组装这种叶片的合适方法。
【发明内容】
[0004]根据本发明的第一方面，提供了一种风轮机叶片系统，该风轮机叶片系统包括:第一叶片区段，所述第一叶片区段具有第一翼梁元件，所述第一翼梁元件包括具有第一厚度和第一板条组合物的多个第一板条；以及第二叶片区段，所述第二叶片区段具有第二翼梁元件，所述第二翼梁元件包括多个第二板条，所述多个第二板条具有第二厚度和与所述第一板条组合物不同的第二板条组合物，所述第二叶片区段在一接头处被结合到所述第一叶片区段。
[0005]根据本发明的第二方面，提供了一种用于设计风轮机叶片系统的方法，该方法包括:选择第一叶片区段的第一翼梁元件使之包括具有第一厚度和第一板条组合物的第一板条；选择第二叶片区段的第二翼梁元件使之包括具有第二厚度和与所述第一板条组合物不同的第二板条组合物的第二板条；使所述第一板条与所述第二板条结合；以及选择所述第一厚度和所述第二厚度以及所述第一组合物和所述第二组合物，以使所述第一板条的厚度和弹性模量的总体乘积近似等于所述第二板条的厚度和弹性模量的总体乘积。
[0006]本发明的优选实施方式列于所附的权利要求书中。
【附图说明】
[0007]现在将参照附图通过示例的方式来描述本发明，其中:
[0008]图1是具有根据本技术的一个实施方式配置的叶片的风轮机系统的部分示意性等距视图。
[0009]图2是根据本技术的一个实施方式配置的风轮机叶片的部分示意性等距视图。
[0010]图3是图2所示的风轮机叶片的实施方式的图示，出于说明的目的移除了叶片的部分外蒙皮和/或使其半透明。
[0011]图4A和图4B是风轮机叶片的各部分的部分示意性等距视图，图示了根据本技术的实施方式的翼梁元件之间的翼梁接头。
[0012]图5是根据本技术的一个实施方式配置的翼梁接头的部分示意性等距视图。
[0013]图6A是根据图5所示的翼梁元件的板条布置的部分示意性侧视图。
[0014]图6B至图6G图示了根据本技术的实施方式的成对材料的重叠板条、层及相关剪切应力水平。
[0015]图7是图6A所示的板条中的一个的一部分的放大等距视图。
[0016]图8是图5所示的翼梁元件的所选层的部分示意性侧视图。
【具体实施方式】
[0017]本公开总体上涉及高效的风轮机叶片，其包括用接合的多部件翼梁连接的分段风轮机叶片，并且涉及相关的系统及制造、装配和使用方法。公知的并经常与风轮机叶片相关联的结构和/或工艺的若干细节的描述未示阐述在以下描述中，以避免不必要地模糊本公开的各种实施方式的描述。而且，尽管以下的公开阐述了几个代表性实施方式，但是若干其它实施方式可以具有与本部分中描述的不同的配置和/或不同的部件。特别是，其它实施方式可具有额外的要素和/或可缺少下面参考图1至图8描述的一个或多个要素。在图1至图8中，出于清楚和/或说明起见，许多要素并未按比例绘制。在一些情况下，由附图标记后跟一字母(例如，117a、117b、117c)表示的个体元件集体和/或总体由不带字母的附图标记(例如，117)表示。
[0018]图1是整个系统100的部分示意性等距视图，其包括风轮机103，风轮机103具有根据本公开的一个实施方式配置的叶片110。风轮机103包括塔架101 (其一部分示于图1中)、承载在塔架101顶部的壳体或机舱102以及定位在壳体102内的发电机104。发电机104被连接到具有轮毂105的轴或主轴，轮毂105突出于壳体102外。叶片110均包括:轮毂附接部112(例如，翼根区段)，在此将叶片110连接到轮毂105 ;和翼梢111，其从轮毂105沿径向或纵向向外定位。在图1所示的实施方式中，风轮机103包括连接到水平取向的轴的三个叶片。相应地，随着在12点钟、3点钟、6点钟和9点钟位置之间旋转，每个叶片110均承受周期性变化的负载，因为在每个位置处重力作用是不同的。在其它实施方式中，风轮机103可以包括连接到水平取向的轴的其它数量的叶片，或者风轮机103可以具有垂直或其它方位的轴。在任何这些实施方式中，叶片可以具有根据下面参考图2至图8进一步详细描述的布置配置的结构。
[0019]图2是上面参考图1描述的叶片110中的代表性叶片的部分示意性等距视图。叶片I1包括多个区段113，例如第一区段113a、第二区段113b和第三区段113c。各区段沿着翼展方向、纵向或轴向轴线从轮毂附接部112延伸到翼梢部分111。翼展方向轴线在图2中表示为在轮毂方向H和翼梢方向T上延伸。叶片110还沿着厚度轴线在压力方向P和抽吸方向S上延伸，并且进一步沿着弦向轴线在向前方向F和向后方向A上延伸。叶片110的外表面由蒙皮150形成，蒙皮150可以包括若干蒙皮区段。蒙皮区段可包括抽吸侧蒙皮151、压力侧蒙皮152、前缘蒙皮153、后缘蒙皮154和附接部蒙皮155。叶片110的内部结构、所述内部结构和蒙皮150之间的连接以及相邻区段113之间的连接在下面参考图3至图8进一步描述。
[0020]图3图示了叶片110的特定实施方式，出于说明的目的移除了部分蒙皮或使其半透明。在本实施方式中，叶片110包括位于每个区段113a、113b和113c处的多个肋160。肋160被连接到沿着叶片110长度延伸的多个翼梁，例如三个翼梁116 (示为第一翼梁116a、第二翼梁116b和第三翼梁116c)。因此，每个翼梁116均包括位于第一区段113a处的第一翼梁部118a、位于第二区段113b处的第二翼梁部118b以及位于第三区段113c处的第三翼梁部118c。每个区段113还包括相应的抗剪腹板117，图示为第一抗剪腹板117a、第二抗剪腹板117b和第三抗剪腹板117c。位于相邻区段113中的翼梁部118被连接在两个连接区域114a、114b处，以从一个区段113向下一区段传递负载。在【具体实施方式】中，抗剪腹板117在整个连接区域114上不是连续的。相反，位于每个连接区域114处的桁架(truss)结构140 (示为第一桁架结构140a和第二桁架结构140b)被连接在相邻区段113之间，以从一个区段113向下一区段传递剪切负载。在其它实施方式中，肋160可以省略，和/或叶片110可以具有不同数量或排列的翼梁116，和/或桁架结构140可以省略，和/或剪切腹板117可以在整个连接区域114上是连续的。用