模块化风轮机转子叶片的制作方法

模块化风轮机转子叶片的制作方法
【专利摘要】描述了一种模块化风轮机叶片。所述叶片至少具有端对端连接的第一叶片模块与第二叶片模块。在各个模块之间限定出界面。所述叶片还包括至少一个纵向延伸的翼梁结构，当所述模块被连接起来时，所述至少一个翼梁结构形成所述第一叶片模块与所述第二叶片模块的外壳的一部分。所述翼梁结构或者每个翼梁结构基本是连续的，并且当所述模块被连接起来时，所述翼梁结构或者每个翼梁结构横过所述第一叶片模块与所述第二叶片模块之间的所述界面延伸。所述翼梁结构或者每个翼梁结构与所述第一叶片模块成整体，并且所述翼梁结构折叠或者卷绕以便于所述模块的运输。所述第二叶片模块包括限定在所述外壳中的通道，这些通道用于在所述模块被连接起来时接纳所述翼梁结构或者每个翼梁结构。以此方式，所述翼梁结构还形成所述第二模块的所述外壳的一部分。还描述了一种装配模块化叶片的方法以及一种安装具有模块化叶片的风轮机的方法。
【专利说明】模块化风轮机转子叶片
【背景技术】
[0001] 本发明总体涉及风轮机转子叶片，并且特别涉及一种风轮机用的模块化转子叶 片。
[0002] 现代化的风轮机设计并制造成从风中捕获越来越多的能量以产生电力。增加风轮 机的能量捕获的一种方式是增大转子叶片的扫掠面积，这意味着增大转子叶片的长度。
[0003] 总体来说，大型风轮机由运输至现场的部件在现场装配而成。风轮机的典型部件 包括多个转子叶片，还包括转子轮毂、机舱以及塔架。现场可能遥远并且难以接近，这使大 型部件(尤其是长转子叶片）的运输成问题。为了解决此问题，转子叶片可被分成两个以上、 易于运输的模块，这些模块在现场被连接在一起。
[0004] 在使用中，转子叶片经受极高的应力，这会由于位于模块化转子叶片的模块之间 的接头处的结构的不连续性而在接头处产生应力集中。这些应力集中可能损害模块化转子 叶片，例如出现裂纹，这需要修理并且可能降低模块化转子叶片的寿命。
[0005] 模块化转子叶片的单个模块通常栓接在一起或者利用粘合剂粘合在一起。结合转 子叶片模块的这些方法通常包括绕接头处提供另外的加强件以用于支撑并且减少应力集 中。例如，凸缘、板或者套筒可以设置在接头处或者绕接头设置。然而，这些接头方法倾向于 增加转子叶片的重量并且显著增加设计、制造以及装配转子叶片的复杂性。
[0006]在此背景下，本发明旨在提供一种改进的模块化风轮机转子叶片。

【发明内容】

[0007] 根据本发明的第一方面，提供一种模块化风轮机叶片，该模块化风轮机叶片包括： 第一叶片模块与第二叶片模块，该第一叶片模块与该第二叶片模块用于端对端连接而在各 个模块之间限定界面，每个模块均具有外壳；以及至少一个纵向延伸的翼梁结构，当模块被 连接起来时，所述至少一个纵向延伸的翼梁结构形成第一叶片模块与第二叶片模块的相应 外壳的一部分;其中，所述翼梁结构或者每个翼梁结构是连续的，并且当模块被连接起来 时，所述翼梁结构或者每个翼梁结构横过第一叶片模块与第二叶片模块之间的界面延伸。
[0008] 然而，现有技术的模块化叶片的加强构件普遍包括位于叶片模块之间的界面处的 接头，本发明中的主要加强构件有利地横过界面是连续的。因此，本发明中的所述翼梁结构 或者每个翼梁结构用以加强叶片模块之间的接头。有利的是，并且与现有技术的模块化叶 片相比，本发明的所述或每个翼梁结构优选不包含接头，因此，翼梁结构的结构完整性以及 因此叶片的结构完整性不因叶片的模块化结构而受损。在本发明的优选实施方式中，所述 或每个翼梁结构沿叶片的大部分长度延伸。
[0009] 与借助背景描述的现有技术的接头相比，借助连续的翼梁结构将模块结合在一起 产生更简单并且更稳健的接头。结合叶片的此方法也没有重量带来的损失，而现有技术的 结合方法一般需要附加的部件以创建并且加强接头。
[0010]所述或每个翼梁结构优选在叶片模块连接在一起之前与第一叶片模块整合。在本 发明的优选实施方式中，所述或每个翼梁结构与第一叶片模块的外壳一体模制。另选的是， 翼梁结构可以与外壳结合或者整合。
[0011] 本发明特别有利的特征在于，所述或每个翼梁结构可以在叶片模块连接在一起之 前折叠或者卷绕以便于运输。翼梁结构在与第二叶片模块整合之前有利地相当柔韧，这允 许翼梁结构便于折叠或者卷绕。折叠或者卷绕翼梁结构减小了叶片模块的尺寸，这允许模 块更易于运输。折叠或者卷绕翼梁结构还用以在运送过程中保护翼梁结构。
[0012] 为了装配模块化叶片，第一模块与第二模块端对端布置，并且所述或每个翼梁结 构展开或者退绕，然后结合至第二叶片模块。
[0013] 在本发明的优选实施方式中，第一叶片模块是内侧模块，该内侧模块具有适于连 接至风轮机轮毂的内侧端。第二叶片模块优选是外侧模块，该外侧模块从内侧模块径向向 外定位。第二叶片模块优选包括叶梢，或者适于连接至叶梢。在本发明的其他实施方式中， 模块化叶片可以包括不只两个模块。
[0014] 翼梁结构的厚度一般从叶片的根部朝叶梢减小。因此，在制造过程中有利地将翼 梁结构的内侧部分与内侧模块整合，这使翼梁结构的外侧部分自由。外侧部分相对薄并且 柔韧，从而能比内侧部分更易于卷绕或者折叠。
[0015] 沿与翼展方向（从根部到叶梢）以及翼弦方向（从前缘到后缘)垂直的方向测量厚 度。
[0016] 第二叶片模块的外壳优选具有一个或多个纵向延伸的通道或者槽，当叶片模块连 接在一起时，所述或每个翼梁结构分别被接纳于通道或者槽中。所述通道便利地用以定位 翼梁结构，这使装配过程便利，因为所述或每个翼梁结构能方便地展开或者退绕到相应的 通道中。所述通道还便于各个模块之间精确地相对对准。为了进一步便于对准，优选的是， 翼梁结构与通道之间紧密配合。
[0017] 所述或每个通道优选具有深度，使得当所述或每个翼梁结构被接纳在相应的通道 中时，所述或每个翼梁结构与第二叶片模块的外表面基本齐平。翼梁结构借助粘合剂或者 树脂灌注结合在通道中的适当位置。一旦结合，翼梁结构就形成第二模块的外壳的一体部 分。
[0018] 优选的是，叶片包括位于叶片的迎风侧上的一个或多个翼梁结构以及位于叶片的 背风侧上的一个或多个翼梁结构，所述或每个迎风翼梁结构基本与所述或每个背风翼梁结 构基本对置地定位。在特别优选的实施方式中，模块化叶片包括在叶片的迎风侧上沿翼弦 方向彼此间隔开的第一对所述翼梁结构以及在叶片的背风侧上沿翼弦方向间隔开的第二 对所述翼梁结构。一个或多个抗剪腹板优选定位在叶片内部并在对置的翼梁结构之间连 接。
[0019] 所述或每个翼梁结构可以包括一个或多个纤维加强材料板条。碳纤维特别优选作 为加强材料，因为这些碳纤维具有高的强度与重量比。优选的是，所述或每个翼梁结构包括 纤维加强材料板条的堆叠。优选在拉挤成型工艺中形成这些板条，在此工艺中，单向纤维通 过树脂浴、然后通过拉挤模具被拉拔。拉挤成型板条可以具有几毫米的厚度。堆叠中的板条 的数量优选沿所述或每个翼梁结构的长度变更，并且优选的是，板条的数量沿堆叠的长度 从叶片的中部朝叶片的根端以及叶片的梢端两者减少。以此方式，堆叠在靠近叶片的中部 处最厚，并且在靠近根部以及靠近叶梢处较薄。
[0020] 除了一体的翼梁结构外，各个叶片模块的外壳的其余部分可以由复合材料(例如 玻璃纤维加强塑料(GFRP))制成。
[0021] 根据本发明的第二方面，提供一种用于模块化风轮机叶片的叶片模块，该叶片模 块具有用于连接至另一叶片模块的界面端的界面端以及至少一个纵向延伸的翼梁结构，其 中，翼梁结构的固定部分与叶片模块的外壳成整体，并且翼梁结构的自由部分延伸超出叶 片模块的界面端以与所述另一叶片模块的外壳整合，其中，所述自由部分被折叠或者卷绕 以便于叶片模块的运输。
[0022] 优选的是，叶片模块是内侧模块，该内侧模块具有适于连接至风轮机的轮毂的内 侧端。叶片模块的内侧端优选具有大体圆形的轮廓，并且叶片模块的界面端优选具有翼型 轮廓。
[0023]所述或每个翼梁结构的固定部分优选与叶片模块的外壳一体模制。所述固定部分 优选大致一直延伸至模块的界面端。这防止翼梁结构从外壳剥离。为了便于运输，所述或每 个翼梁结构的自由部分在翼梁结构的固定部分的至少一部分上方回折。所述或每个翼梁结 构的自由部分可以由保持装置保持在折叠或者卷绕位置。
[0024] 所述或每个翼梁结构可以包括加强材料板条的堆叠。优选的是，所述或每个板条 是碳纤维加强塑料的拉挤成型板条。优选的是，这些板条在翼梁结构的固定部分中整合在 一起，并且在翼梁结构的自由部分中相互分离。使板条在自由部分中保持相互分离会维持 个体板条的柔韧性并且便于自由部分的折叠或者卷绕。
[0025] 模块优选包括位于模块的迎风侧上的一个或多个翼梁结构以及位于模块的背风 侧上的一个或多个翼梁结构。迎风侧上的翼梁结构与背风侧上的翼梁结构优选对置。优选 的是，一个或多个抗剪腹板定位在外壳内部并且连接在对置的翼梁结构之间。
[0026] 为了使模块在运输过程中占据的空间最小，所有的翼梁结构优选在叶片的同一侧 上折叠或者卷绕。
[0027] 根据本发明的第三方面，提供一种用于模块化风轮机叶片的叶片模块，该模块具 有用于连接至模块化风轮机叶片的另一模块的界面端的界面端，并且具有外壳，一个或多 个纵向延伸的通道限定在该外壳中，其中，所述或每个通道构造成当模块被连接起来时接 纳与所述另一模块关联的纵向延伸的翼梁结构的自由部分。
[0028] 在本发明的优选实施方式中，所述或每个通道限定在外壳的外表面中。借此便于 叶片的装配，因为通道易于进入，从而在相应的通道中定位翼梁结构的操作变得简单。如果 需要的话，在翼梁结构上覆膜也相当简单。
[0029] 所述或每个通道优选包括位于叶片模块的界面端处的开口。该开口允许翼梁结构 采用横过第一叶片模块与第二叶片模块之间的界面的平直路径。
[0030] 优选的是，一个或多个通道限定在叶片模块的迎风侧上，并且一个或多个通道限 定在叶片模块的背风侧上。各个通道优选相互对置地定位。叶片模块优选包括定位在外壳 内并在对置的通道之间连接的一个或多个抗剪腹板。当模块被连接起来时，抗剪腹板与所 述另一叶片模块中的相应的抗剪腹板端对端对准。
[0031] 优选的是，叶片模块是用于连接至内侧叶片模块的外侧模块。优选的是，叶片模块 是叶梢模块，并且包括呈叶梢的形式的外侧端或者适于连接至叶梢的外侧端。在本发明的 有不只两个叶片模块的实施方式中，外侧模块可以另选地连接在内侧模块与叶梢模块之 间。叶片模块的界面端优选具有与要连接至该叶片模块的另一叶片模块的界面端处的翼型 轮廓对应的翼型轮廓。
[0032] 关于本发明的第一方面描述的可选以及优选的特征同样适用于本发明的第二方 面与第三方面，反之亦然。仅仅为了避免重复，以上仅关于一个方面描述了这些特征中的一 部分。
[0033] 根据本发明的第四方面，提供了一种装配包括第二叶片模块以及如上所述的第一 叶片模块的模块化风轮机叶片的方法，所述方法包括将第一叶片模块与第二叶片模块布置 成第一叶片模块的界面端抵接第二叶片模块的界面端以形成界面，并且将所述或每个翼梁 结构的自由部分与第二叶片模块整合。
[0034]该方法还可以包括将所述或每个翼梁结构结合至第二叶片模块。
[0035] 该方法还可以包括在整合翼梁结构与第二叶片模块之前展开或者退绕所述或每 个翼梁结构的自由部分。
[0036] 在本发明的优选实施方式中，第二叶片模块如上文所述，并且所述方法包括将所 述或每个翼梁结构的自由部分定位在限定于第二叶片模块的外壳中的相应通道中。
[0037]如上文所述，翼梁结构优选包括板条的堆叠，并且翼梁结构的自由部分中的板条 优选不结合在一起以便有助于结构的折叠或者卷绕。因此，一旦翼梁结构展开或者退绕，装 配方法优选包括将位于自由部分中的相应板条结合在一起。例如，板条可以借助粘合剂或 者树脂灌注结合。一旦模块连接在一起，该方法还可以包括给所述或每个翼梁结构覆膜。如 果需要的话，那么可以涂饰叶片的外表面。
[0038] 根据本发明的第五方面，提供一种制作风轮机叶片的方法，该方法包括:提供如上 文所述的第一叶片模块;提供如上文所述的第二叶片模块;将第一叶片模块与第二叶片模 块运输至装配现场；以及根据上文所述的装配方法在装配现场装配第一叶片模块与第二叶 片丰吴块。
[0039] 该方法还可以包括在远离装配现场定位的制造工厂制造第一叶片模块以及/或者 第二叶片模块。
[0040] 该方法还可以包括在将第一叶片模块运输至装配现场之前折叠或者卷绕所述或 每个翼梁结构的自由部分。这显著减少了第一叶片模块在运送过程中占据的空间。第一叶 片模块与第二叶片模块可以例如在适当的车辆上或者在适当的集装箱内一起被运输至装 配现场。优选的是，模块的尺寸使得这些模块能配合在标准集装箱内。模块的长度有利地比 叶片在装配起来时的长度短。与当前借助传统机构的可行方式相比，这允许运输较长的叶 片。
[0041 ]根据本发明的第六方面，提供一种在安装现场安装风轮机的方法，该风轮机具有 至少一个模块化叶片，所述至少一个模块化叶片包括如上文所述的第一叶片模块以及如上 文所述的第二叶片模块，并且所述方法包括:将一个或者多个第一叶片模块以及一个或者 多个第二叶片模块运输至安装现场;根据上文所述的装配方法在安装现场装配所述一个或 每个模块化风轮机叶片;并且将所述或每个模块化风轮机叶片连接至风轮机的轮毂。
【附图说明】
[0042]为了可以更容易地理解本发明，现在仅以实施例方式并且参照下面的附图更详细 地描述本发明的实施方式，在附图中：
[0043] 图1是根据本发明的一个实施方式的风轮机的示意图；
[0044] 图2是根据本发明的一个实施方式的模块化转子叶片的示意图，在该模块化转子 叶片中，内侧模块与外侧模块借助与叶片壳成整体的纵向延伸的翼梁结构连接在一起；
[0045] 图3a是图2中所示的模块化转子叶片的内侧模块的示意图，在该内侧模块中，翼梁 结构与内侧模块成整体，并且这些翼梁结构被示出成从内侧模块的外端向外延伸；
[0046] 图3b是模块化转子叶片的内侧模块的示意图，在该内侧模块中，翼梁结构向后折 叠以便于运输；
[0047] 图4是图2中所示的模块化转子叶片的外侧模块的示意图，在该外侧模块中，在模 块的外表面上限定通道以用于接纳翼梁结构；
[0048] 图5示出了连接在一起的外侧模块与内侧模块;以及
[0049] 图6a至图6c是内侧模块的示意性侧视图，在内侧模块中，翼梁结构以多种示例性 构造收藏。
【具体实施方式】
[0050] 图1示出了包括三个根据本发明的实施方式的模块化转子叶片102的风轮机100。 风轮机100包括塔架104,机舱106支撑在该塔架上。转子108安装至机舱106的前侧。转子108 操作地连接至位于机舱106的内部的发电机。转子108包括轮毂110,模块化转子叶片102安 装在轮毂110上。模块化转子叶片102从轮毂110向外径向延伸并且绕轮毂110的圆周等间距 分隔。
[0051 ]图2更详细地示出了风轮机100的模块化转子叶片102。模块化转子叶片102包括内 侧叶片模块112与外侧叶片模块114。每个模块112、114均包括主要由玻璃纤维加强塑料材 料制成的大体中空的外壳115。
[0052]内侧模块112沿纵向或者翼展方向在根端116与界面端118之间延伸。根端116大体 是圆形的，并且适于连接至风轮机100的轮毂110。从根端116朝界面端118移动，内侧模块 112的轮廓在叶片102的肩部120处平滑过渡成翼型轮廓。叶片在该肩部处最宽，即，具有其 最大的弦。进一步朝界面端118移动，内侧模块112的厚度与弦两者稳定减小。界面端118本 身具有翼型轮廓。
[0053]外侧模块114在界面端122与梢端124之间纵向延伸。界面端122具有与内侧模块 112的界面端118的翼型轮廓对应的翼型轮廓。模块114的梢端124适于连接至叶片梢端126。 在本发明的其他实施例中，叶片梢端126可以与外模块114成整体，或者模块114的梢端124 可适于连接至更外侧叶片模块114。
[0054]内侧模块112与外侧模块114在其各自的界面端118、122处连接在一起以形成模块 化叶片10 2。模块112、114之间的界面或者接合处由图2中的实线12 7表示。
[0055]模块化叶片102还包括多个从内侧模块112的根端116到邻近外侧模块114的梢端 124的点纵向延伸的翼梁结构128、130,这些翼梁结构沿叶片102的大部分长度延伸。第一对 翼梁结构128清楚地示出在叶片102的背风侧129上。翼梁结构128沿翼弦方向间隔开并且基 本相互平行地沿叶片102延伸。相应的一对翼梁结构130呈现在叶片102的迎风侧131上，并 且图2中能看到这些结构的根端。迎风翼梁结构130基本与背风翼梁结构128对置。翼梁结构 128、130在本领域中被称为"翼梁帽"，并且用作叶片102的主要加强构件。
[0056] -对抗剪腹板132设置在叶片102的内部。抗剪腹板132在叶片102的内部纵向延伸 并且在对置的翼梁帽128、130之间连接。在模块的制造过程中，抗剪腹板132与内侧模块112 和外侧模块114整合，并且在模块112、114连接时，内侧模块112的抗剪腹板与外侧模块114 的抗剪腹板端对端地结合。
[0057]翼梁结构128、130均包括多个碳纤维加强聚合材料的拉挤成型的板条。拉挤成型 件在此实施例中均具有约5mm的厚度，并且上下叠置以形成堆叠。每个堆叠中拉挤成型件的 数量沿模块化转子叶片102的长度变更，并因此各个翼梁结构128、130的厚度沿叶片的长度 变更。通常，各个堆叠中拉挤成型件的数量（以及因此的翼梁结构128、130的厚度)在接近叶 片102的中部处最大，并且朝叶片102的梢端124与根端116两者减少。
[0058]在此实施例中，内侧模块112明显比外侧模块114长。然而，在其他实施例中，模块 112、114的相对长度可以变更。还要理解的是，在其他实施例中，叶片102可以具有不只两个 模块。如借助背景所描述的，模块化叶片的主要优势之一在于，该模块化叶片能更易于运输 至风轮机安装现场。这允许生产较长的叶片，因为部件能运输至现场然后在现场装配。在本 发明的特别有益的实施方式中，模块的尺寸可以是这样的：可以在标准尺寸的集装箱中运 输模块。
[0059]现在将参照附图的图3a与图3b提供模块112、114的组合与装配的更多细节。
[0060]参照图3a，此图示出了内侧模块112连接至外侧模块114以形成模块化转子叶片 102之前该内侧模块的外端。在内侧模块112的制造过程中，上文参照图2所述的四个纵向延 伸的翼梁结构128、130与内侧模块112成整体。翼梁结构128、130均包括固定部分134与自由 部分136。各个翼梁结构128、130的固定部分134与内侧模块112的外壳115a-体模制，并且 翼梁结构128、130的自由部分136延伸超出内侧模块112的界面端118。
[0061 ] 需2006/082479与102013/087078中描述了一体模制翼梁结构128、130与壳的方 法。本质上来说，将翼梁结构128、130与玻璃纤维织物层和壳的任何其他结构部件(例如泡 沫板)一起布置在适当的模具中。然后，用真空袋覆盖此铺叠，利用密封胶带使该真空袋抵 着模具表面密封。将若干真空栗连接至位于模具表面与真空袋之间的密封腔区域。然后使 树脂在真空条件下进入密封腔中，这使树脂注入各个部件之间。树脂也注入拉挤成型的板 条之间。一旦树脂完全注入整个铺叠，就将热施加至铺叠以固化（即，硬化)树脂。此过程在 本领域中被称为真空辅助树脂传递模塑(VARTM)。对于本领域中的技术人员而言，其他合适 的制造方法也会是显而易见的，例如由树脂预浸渍织物层的预浸技术。
[0062] 一旦树脂固化，翼梁结构128、130的固定部分134中的拉挤成型件就被一起整合在 堆叠中。然而，翼梁结构的自由部分136没有经受浸渍过程，因此翼梁结构128、130的自由部 分136中的拉挤成型件保持相互分离。如现在将参照图3b解释的，这特别地有益，因为拉挤 成型板条的自由部分136保持柔性并且能折叠或者卷起以便于运输。
[0063]现在参照图3b，该图示出了这样的内侧模块112，翼梁结构128、130的自由部分136 在内侧模块112上方平滑地向回折。背风翼梁结构12 8的自由部分13 6在叶片10 2的背风侧 129在背风翼梁结构128的固定部分134上方向回折。迎风翼梁结构130的自由部分136围绕 背风翼梁结构128的折叠的自由部分折叠并且折叠到该折叠的自由部分上方。因此，背风翼 梁结构128与迎风翼梁结构130两者在叶片102的背风侧129折叠。此构造是有益的，因为此 构造使内侧模块112在运送中占据的空间最小化。要理解的是，在其他实施方式中，翼梁结 构128、130可以相反地在叶片102的迎风侧131折叠。
[0064] 在运送中利用条带或者其他适当的紧固件束缚折叠的自由部分136。另选或者此 外，可以方便地应用适当的运输框架以用于在运输过程中使翼梁结构128、130的拉挤成型 的板条固定地装载。该运输框架可以是螺旋盘管（与蜗牛壳相似)的形式，板条馈入到该螺 旋盘管中。可以在拉挤成型的板条的端部上设置端盖(与錾顶相似)以在运输过程中保护端 部。
[0065] 图4示出了上文参照图2描述的模块化风轮机叶片102的外侧模块114。在模块114 的外表面中限定了多个凹陷的通道140、142。凹陷的通道140、142大致跨越外侧模块114的 全长，终止于距离模块114的梢端124不远的地方，并且布置成接纳翼梁结构128、130的自由 部分136。因此，第一对间隔开的通道140限定在模块114的背风侧129上，并且与背风通道 140对置的第二对凹陷的通道142限定在模块的迎风侧132上。如之前描述的，一对抗剪腹板 144布置在外侧模块114内。如图4中所示，每个抗剪腹板144连接在对置的通道140、142之 间。
[0066]内侧模块112与外侧模块114被运输至风轮机安装现场并且在现场装配以形成模 块化转子叶片102。为了装配叶片102，使内侧模块112与外侧模块114各自的界面端118、122 抵接地布置内侧模块112与外侧模块114。尽管附图中未示出，但是各个模块112、114的界面 端118、122包括结合用的短的重叠。将翼梁结构128、130的自由部分136固定至内侧模块112 的束缚条带被释放，并且翼梁结构128、130的自由部分136展开并定位在限定于外侧模块 114的外壳115b中的凹陷通道140、142中。粘合膜施加在翼梁结构128、130的自由部分136中 的各个拉挤成型件之间以将板条整合在一起。板条的堆叠借助粘合剂在各自的通道中粘合 就位。另选的是，可以使用树脂浸渍将板条浸渍在一起并且用于将板条结合至外侧模块114 的壳115b。粘合剂还施加至各个模块的界面以创建粘合。通道140、142的深度使得翼梁结构 128、130的自由部分136与外侧模块114的外表面基本齐平。然后，翼梁结构128、130可以覆 膜，并且可以涂饰叶片102,或者如果需要，叶片102可以经受其他精加工工艺。
[0067] 现在参照图5,该图示出了连接在一起以形成模块化转子叶片102的内侧模块112 与外侧模块114。如上文已经描述的，翼梁结构128、130与内侧叶片模块112的外壳115a-体 模制。一旦结合至外侧模块114,翼梁结构128、130也形成外侧叶片模块114的外壳115b结构 的一体部分。如在图5中能看到的，翼梁结构128、130沿叶片102的大部分长度持续延伸，包 括跨越各个内侧模块112与外侧模块114之间的界面。本发明特别优于现有技术的模块化叶 片结构之处在于，翼梁结构128、130不包括任何接头，因此其结构完整性得以维持而不受叶 片模块化结构的危害。因此，翼梁结构128、130提供沿叶片102的长度的连续的载荷路径，该 载荷路径能将负载从梢端124有效地一直传递至叶片102的根端116。与现有技术的模块化 叶片相比，翼梁结构128、130还用以将叶片模块112、114牢固地连接在一起，并且形成足够 坚硬的转子叶片而没有明显的质量增加。
[0068] 本发明的另一优势在于，外侧模块114中的凹陷通道140、142用以在连接模块时帮 助各个内侧模块112与外侧模块114之间的对准。为了进一步帮助对准，可在翼梁结构128、 130与通道140、142之间使用紧配合。
[0069]再参照图3b，为了进一步减小内侧模块112在运送中占据的空间，期望能够使翼梁 结构128、130的折叠的自由部分136的曲率半径最小化。然而，为了防止拉挤成型件受损，拉 挤成型件应折叠成使得拉挤成型件上的应变仍然处于其弹性变形范围内。因此，拉挤成型 件上的应变应维持在预定的最大应变极限emax以下。如本领域中的技术人员会理解的，可根 据与拉挤成型件的厚度t以及折叠的曲率半径有关的第一原理推导出应变。因此，可利用以 下的等式1计算最小的曲率半径y min，可在拉挤成型件上的应变维持在弹性变形范围内的 情况下得到此最小的曲率半径：
[0070]
[0071] 为了避免损害拉挤成型件，拉挤成型件的自由部分136中的弯曲的曲率半径大于 或者等于由等式1确定的最小的曲率半径。以实施例的方式，如果拉挤成型件的厚度是2.5 毫米并且拉挤成型件的最大的应变极限为3000微应变，那么弯曲的最小曲率半径是约420 毫米。
[0072]图3a示出了在内侧模块112的背风侧129上方向回折所有四个翼梁结构128、130， 而下文参照图6a至图6c描述运送中装载翼梁结构128、130的其他构造。
[0073]参照图6a，取代折叠翼梁结构，而是可以卷绕翼梁结构128、130的自由部分136以 便于运输。在图6a中，背风翼梁结构128在模块112的背风侧129上形成螺旋圈，并且迎风翼 梁结构130也大体在叶片102的背风侧129上形成螺旋圈，但是该螺旋圈位于背风螺旋圈的 外侧。因此，所有翼梁结构128、130都在叶片102的同一侧上卷绕。
[0074]参照图6b，在此实施例中，背风翼梁结构128在模块112的背风侧129上卷绕，并且 迎风翼梁结构130在叶片102的迎风侧131上卷绕。因此，翼梁结构128、130在叶片102的不同 侧上卷绕。
[0075]参照图6c，背风翼梁结构128在模块112的背风侧129上卷绕，并且迎风翼梁结构 130在模块112的背风侧129上折叠到卷绕起来的背风翼梁结构128上方。因此，所有的翼梁 结构128、130在叶片102的同一侧上折叠或者卷绕。
[0076] 对于本领域的技术人员而言，折叠以及/或者卷绕翼梁结构的其他构造会是显而 易见的。
[0077] 在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以对以上实施例做 出若干变更。
[0078] 尽管以上描述的翼梁结构128、130包括拉挤成型件，但是在本发明的其他实施方 式中可以利用诸如固化片材或者带压复合材料之类的其他适当的预固化部件。
[0079] 尽管在以上描述的实施方式中，叶片包括连接至外侧叶片模块114的梢端124的分 离的叶梢126，但是在本发明的其他实施例中，外侧叶片模块114可以包括一体的叶梢。
[0080] 内侧模块112可以与多个外侧模块兼容，这些外侧模块在诸如长度、翼型剖面以 及/或者扭曲度之类的参数方面有差异。可以生产包括相同的内侧模块但不同的外侧模块 的不同的模块化转子叶片。不同的外侧模块可以设计成优化在不同现场经历的不同条件下 操作的风轮机用的模块化转子叶片的能量捕获。可互换的模块能够用以改变叶片长度、改 变预弯曲的程度，并且包括叶片方面的不同选择(例如，除冰装置、翼尖小翼、针对不同风级 的不同几何形状）。
【主权项】
1. 一种模块化风轮机叶片，该模块化风轮机叶片包括： 第一叶片模块与第二叶片模块，所述第一叶片模块与所述第二叶片模块用于端对端连 接而在各个模块之间限定出界面，每个模块均具有外壳；以及 至少一个纵向延伸的翼梁结构，当这些模块被连接起来时，所述至少一个纵向延伸的 翼梁结构形成所述第一叶片模块与所述第二叶片模块的相应外壳的一部分； 其中，所述翼梁结构或者每个翼梁结构是连续的，并且当这些模块被连接起来时，所述 翼梁结构或者每个翼梁结构横过所述第一叶片模块与所述第二叶片模块之间的所述界面 延伸。2. 根据权利要求1所述的模块化风轮机叶片，其中，在所述叶片模块连接在一起之前， 所述翼梁结构或者每个翼梁结构是与所述第一叶片模块成整体的。3. 根据权利要求1或2所述的模块化风轮机叶片，其中，所述翼梁结构或者每个翼梁结 构与所述第一叶片模块的所述外壳一体模制。4. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，在所述叶片模块连接 在一起之前，所述翼梁结构或者每个翼梁结构被折叠或者卷绕。5. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述翼梁结构或者每 个翼梁结构结合至所述第二叶片模块。6. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述第一叶片模块是 内侧模块，该内侧模块具有适于连接至风轮机轮毂的内侧端。7. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述第二叶片模块是 外侧模块，该外侧模块从所述内侧模块径向向外定位。8. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述第二叶片模块包 括叶梢，或者适于连接至叶梢。9. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述第二叶片模块的 所述外壳包括一个或多个纵向延伸的通道，当所述叶片模块连接在一起时，所述翼梁结构 或者每个翼梁结构分别被接纳于所述通道中。10. 根据权利要求9所述的模块化风轮机叶片，其中，所述通道或者每个通道具有深度， 使得当所述翼梁结构或者每个翼梁结构被接纳在相应的通道中时，所述翼梁结构或者每个 翼梁结构与所述第二叶片模块的外表面基本齐平。11. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述叶片包括位于叶 片的迎风侧上的一个或多个所述翼梁结构以及位于所述叶片的背风侧上的一个或多个所 述翼梁结构，所述迎风翼梁结构或者每个迎风翼梁结构基本与所述背风翼梁结构或者每个 背风翼梁结构对置地定位。12. 根据权利要求11所述的模块化风轮机叶片，其中，所述模块化叶片包括在所述叶片 的迎风侧上沿翼弦方向彼此间隔开的第一对所述翼梁结构以及在所述叶片的背风侧上沿 翼弦方向间隔开的第二对所述翼梁结构。13. 根据权利要求11或12所述的模块化风轮机叶片，该模块化风轮机叶片还包括位于 所述叶片内并在对置的翼梁结构之间连接的一个或多个抗剪腹板。14. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述翼梁结构或者每 个翼梁结构的厚度沿所述叶片纵向变更。15. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述翼梁结构或者每 个翼梁结构包括一个或多个纤维加强材料板条。16. 根据权利要求15所述的模块化风轮机叶片，其中，所述翼梁结构或者每个翼梁结构 包括纤维加强材料板条的堆叠。17. 根据权利要求16所述的模块化风轮机叶片，其中，所述堆叠中的板条的数量沿所述 翼梁结构或者每个翼梁结构的长度变更。18. 根据权利要求16或17所述的模块化风轮机叶片，其中，所述堆叠中的板条的数量沿 所述堆叠的长度从所述叶片的根端朝所述叶片的梢端减少。19. 根据权利要求15至18中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述板条或者每个 板条是碳纤维加强塑料材料或者玻璃纤维加强塑料材料的拉挤成型板条。20. 根据前述权利要求中任一项所述的模块化风轮机叶片，其中，所述翼梁结构或者每 个翼梁结构沿所述风轮机叶片的大部分长度延伸。21. -种用于模块化风轮机叶片的叶片模块，所述叶片模块具有用于连接至另一叶片 模块的界面端的界面端以及至少一个纵向延伸的翼梁结构，其中，所述翼梁结构的固定部 分与所述叶片模块的外壳成整体，并且所述翼梁结构的自由部分延伸超出所述叶片模块的 所述界面端以与所述另一叶片模块的外壳整合，其中，所述自由部分被折叠或者卷绕。22. 根据权利要求21所述的叶片模块，其中，所述叶片模块是内侧模块，该内侧模块具 有适于连接至风轮机的轮毂的内侧端。23. 根据权利要求21或22所述的叶片模块，其中，所述翼梁结构或者每个翼梁结构的所 述固定部分与所述叶片模块的所述外壳一体模制。24. 根据权利要求21至23中任一项所述的叶片模块，其中，所述翼梁结构或者每个翼梁 结构的所述固定部分大致一直延伸至所述叶片模块的所述界面端。25. 根据权利要求21至24中任一项所述的叶片模块，其中，所述翼梁结构或者每个翼梁 结构的所述自由部分在所述翼梁结构的所述固定部分的至少一部分上方向回折。26. 根据权利要求21至25中任一项所述的叶片模块，其中，所述翼梁结构或者每个翼梁 结构的所述自由部分由保持机构保持在折叠或者卷绕位置中。27. 根据权利要求21至26中任一项所述的叶片模块，其中，所述翼梁结构或者每个翼梁 结构包括加强材料板条的堆叠，其中，所述板条在所述翼梁结构的所述固定部分中整合在 一起，并且在所述翼梁结构的所述自由部分中相互分离。28. 根据权利要求27所述的叶片模块，其中，所述板条或者每个板条是碳纤维加强塑料 或者玻璃纤维加强塑料的拉挤成型板条。29. 根据权利要求21至28中任一项所述的叶片模块，其中，所述叶片模块包括位于所述 叶片模块的迎风侧上的一个或多个所述翼梁结构以及位于所述叶片模块的背风侧上的一 个或多个所述翼梁结构，迎风侧上的所述翼梁结构与背风侧上的所述翼梁结构对置。30. 根据权利要求29所述的叶片模块，该叶片模块还包括定位在所述外壳内并在对置 的所述翼梁结构之间连接的一个或多个抗剪腹板。31. 根据权利要求29或30所述的叶片模块，其中，所有的翼梁结构在所述叶片的同一侧 上折叠或者卷绕。32. -种用于模块化风轮机叶片的叶片模块，所述叶片模块具有用于连接至所述模块 化风轮机叶片的另一模块的界面端的界面端，并且具有外壳，一个或多个纵向延伸的通道 限定在该外壳中，其中，所述通道或者每个通道构造成当这些叶片模块被连接起来时接纳 与所述另一模块关联的纵向延伸的翼梁结构的自由部分。33. 根据权利要求32所述的叶片模块，其中，所述通道或者每个通道限定在所述外壳的 外表面中。34. 根据权利要求32或33所述的叶片模块，其中，所述通道或者每个通道包括位于所述 叶片模块的所述界面端处的开口。35. 根据权利要求32至34中任一项所述的叶片模块，其中，一个或多个所述通道限定在 所述叶片模块的迎风侧上，并且一个或多个所述通道限定在所述叶片模块的背风侧上，各 个通道彼此对置地定位。36. 根据权利要求35所述的叶片模块，所述叶片模块还包括定位在所述外壳内并在对 置的通道之间连接的一个或多个抗剪腹板。37. 根据权利要求32至36中任一项所述的叶片模块，其中，所述叶片模块是用于连接至 内侧叶片模块的外侧模块。38. 根据权利要求32至37中任一项所述的叶片模块，其中，所述叶片模块包括呈叶梢的 形式或者适于连接至叶梢的外侧端。39. -种具有根据权利要求21至38中任一项所述的叶片模块的模块化风轮机叶片。40. -种模块化风轮机叶片，该模块化风轮机叶片包括： 权利要求21至31中任一项所述的第一叶片模块；以及 权利要求32至38中任一项所述的第二叶片模块， 其中，所述第一叶片模块与所述第二叶片模块端对端连接。41. 根据权利要求40所述的模块化风轮机叶片，其中，所述第一叶片模块与所述第二叶 片模块连接在一起，使得在各个模块之间限定出界面，并且所述第一叶片模块的所述翼梁 结构或者每个翼梁结构横过所述界面延伸。42. -种装配包括第二叶片模块以及权利要求21至31中任一项限定的第一叶片模块的 模块化风轮机叶片的方法，所述方法包括将所述第一叶片模块与所述第二叶片模块布置成 使得所述第一叶片模块的所述界面端抵接所述第二叶片模块的界面端以形成界面，并且将 所述翼梁结构或者每个翼梁结构的所述自由部分与所述第二叶片模块整合。43. 根据权利要求42所述的方法，该方法还包括将所述翼梁结构或者每个翼梁结构结 合至所述第二叶片模块。44. 根据权利要求42或43所述的方法，该方法还包括在整合所述翼梁结构与所述第二 叶片模块之前展开或者退绕所述翼梁结构或者每个翼梁结构的所述自由部分。45. 根据权利要求42至44中任一项所述的方法，其中，所述第二叶片模块如权利要求32 至38中任一项所限定的，并且所述方法包括将所述翼梁结构或者每个翼梁结构的所述自由 部分定位在限定于所述第二叶片模块的所述外壳中的相应通道中。46. 根据权利要求42至45中任一项所述的方法，在从属于权利要求27时，该方法还包括 在所述堆叠的所述自由部分中将各个板条结合在一起。47. 根据权利要求42至46中任一项所述的方法，该方法还包括在所述翼梁结构或者每 个翼梁结构与所述第二叶片模块整合之后给所述翼梁结构或者每个翼梁结构覆膜。48. 根据权利要求42至47中任一项所述的方法，该方法还包括在所述翼梁结构或者每 个翼梁结构与所述第二叶片模块整合之后涂饰所述叶片的外表面。49. 一种制作风轮机叶片的方法，该方法包括： a. 提供如权利要求21至31中任一项限定的第一叶片模块； b. 提供如权利要求32至38中任一项限定的第二叶片模块； c. 将所述第一叶片模块与所述第二叶片模块运输至装配现场；以及 d. 根据权利要求42至48所述的装配方法在装配现场装配所述第一叶片模块与所述第 二叶片模块。50. 根据权利要求49所述的方法，该方法还包括在远离所述装配现场定位的制造工厂 制造所述第一叶片模块以及/或者所述第二叶片模块。51. 根据权利要求49或50所述的方法，该方法还包括在将所述第一叶片模块运输至所 述装配现场之前折叠或者卷绕所述翼梁结构或者每个翼梁结构的所述自由部分。52. 根据权利要求49至51中任一项所述的方法，该方法包括将所述第一叶片模块与所 述第二叶片模块一起运输至所述装配现场。53. 根据权利要求49至52中任一项所述的方法，该方法包括在一个或多个集装箱中运 输所述第一叶片模块及所述第二叶片模块。54. 根据权利要求53所述的方法，该方法包括在同一集中箱中运输所述第一叶片模块 及所述第二叶片模块。55. 根据权利要求49至54中任一项所述的方法，其中，所述集装箱或者运输所述叶片的 其他装置的长度比装配起来时所述模块化叶片的长度短。56. -种在安装现场安装风轮机的方法，所述风轮机具有至少一个模块化叶片，所述至 少一个模块化叶片包括权利要求21至31中任一项所述的第一叶片模块以及权利要求32至 38中任一项所述的第二叶片模块，并且所述方法包括： 将一个或者多个第一叶片模块以及一个或者多个第二叶片模块运输至安装现场； 根据权利要求42至48中任一项所述的装配方法在安装现场装配所述模块化风轮机叶 片或者每个模块化风轮机叶片；以及 将所述模块化风轮机叶片或者每个模块化风轮机叶片连接至所述风轮机的轮毂。57. -种根据权利要求56所述的方法安装的风轮机。
【文档编号】F03D1/06GK105874194SQ201480072180
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2014年11月4日
【发明人】S·兰德尔
【申请人】维斯塔斯风力系统有限公司