专利名称：具有展向偏置接头的多段式风力涡轮机转子叶片及其组装方法
技术领域：
本发明总体涉及风力涡轮机转子叶片，并且更具体地涉及用于连接的接头以及组装所述风力涡轮机转子叶片中的叶片段的方法。
背景技术：
风能被认为是目前可获得的最清洁、最具环境友善性的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已不断获得关注。现代的风力涡轮机典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱、以及一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片对呈旋转能量形式的动能进行传递以使轴转动，该轴将转子叶片联接至齿轮箱，或者如果未使用齿轮箱，则将转子叶片直接联接至发电机。发电机接着将机械能转化为可以配置于公用电网的电能。转子叶片的尺寸、形状、和重量是有助于风力涡轮机的能量效率的因素。转子叶片尺寸的增加使得风力涡轮机的产能增加，而重量的减小也使得风力涡轮机的效率提高。此夕卜，随着转子叶片尺寸增加，需要特别关注转子叶片的结构完整性。目前，现有的和发展中的大型商业风力涡轮机能够产生从大约1.5兆瓦特至大约12.5兆瓦特的电力。这些较大的风力涡轮机可以具有直径大于90米的转子叶片组件。此外，转子叶片形状方面的发展促进了前掠形(forward swept-shaped)转子叶片的制造,该前掠形转子叶片具有自叶片的根部至尖端的大体弓形的轮廓，从而提供了改进的空气动力学特性。因此，在增加转子叶片尺寸、减小转子叶片重量、以及增加转子叶片强度、同时还改进转子叶片空气动力学特性方面的努力有助于风力涡轮机技术的持续发展以及采用风能作为备选能源。随着风力涡轮机尺寸增加,尤其是转子叶片尺寸的增加,相应的制造、运输、和组装风力涡轮机的成本也增加。必须将增加的风力涡轮机尺寸的经济利益与这些因素进行权衡。例如，预形成、运输、和安装所具有的转子叶片处于90米范围内的风力涡轮机的成本可以显著影响较大的风力涡轮机的经济优势。一种已知的用于降低预形成、运输、和安装所具有的转子叶片尺寸增加的风力涡轮机的成本的策略是以叶片段来制造转子叶片。在例如单独的叶片段被运输至安装位置后，可以对叶片段进行组装以形成转子叶片。然而，已知的接头设计和组装方法可能具有多种缺点。例如，许多接头设计需要将一个叶片段轴向插入到另一个叶片段中，这是耗时的并且需要多个对准夹具和止动件。因此，存在对用于分段式风力涡轮机转子叶片的改进的接头设计的需要，该接头设计使得能够通过复杂度较低的对准夹具和方法进行简单得多的组装。
发明内容
本发明的各个方面以及优点将会在下文的描述中进行部分阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而获知。
根据本发明各个方面，一种风力涡轮机叶片包括第一叶片段和第二叶片段，叶片段中的每一个都具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、和内部支承结构。第一叶片段和第二叶片段包括相应的端部，所述端部具有在弦向接头处可联接的互补的接头部段。接头部段中的每一个都具有接头外形，该接头外形自压力侧壳体构件至吸力侧壳体构件沿偏置展向方向延伸，使得接头部段沿展向方向位于彼此上方。在特定实施例中，偏置接头外形自压力侧壳体构件至吸力侧壳体构件是交错的并且包括至少一条联接线，该至少一条联接线沿展向方向与压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件大体平行。在其它实施例中，第一叶片段和第二叶片段包括前缘和后缘,并且接头外形包括至少一条联接线，该至少一条联接线从前缘向后缘弦向偏置。接头外形可以包括多个平行联接线和弦向偏置联接线。交错的接头外形可以在本发明的范围和精神内广泛变化。例如，在一个实施例中，内部支承结构包括沿压力侧壳体构件和吸力侧壳体构件的翼梁缘条，并且平行联接线包括翼梁缘条中的一个翼梁缘条的展向延伸超过其相应的压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件的暴露部段。吸力侧壳体构件或压力侧壳体构件中相对的壳体构件的部段沿接头部段展向延伸超过其相应的翼梁缘条。在另一个实施例中，内部支承结构包括跨越在翼梁缘条之间的抗剪腹板，平行联接线包括抗剪腹板的暴露的边缘部段，该暴露的边缘部段在压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件中的一个壳体构件处展向延伸超过相应的翼梁缘条。单独的平行联接线包括相对的翼梁缘条的部段，该部段在吸力侧壳体构件或压力侧壳体构件中相对的壳体构件处展向延伸超过抗剪腹板。在某些实施例中，接头外形可以包括抗剪腹板的自一个翼梁缘条展向延伸至相对的翼梁缘条的成角度的面。备选地，抗剪腹板的暴露的面可以限定沿接头部段展向延伸的平行联接线。在又一个实施例中，接头外形包括接头部段内的抗剪腹板的暴露的大体竖直的面。在又一个实施例中，第一叶片段和第二叶片段包括前缘和后缘,接头外形包括从前缘向后缘弦向偏置的至少一条联接线。这些联接线例如可以被限定在第一叶片段以及第二叶片段的压力侧壳体构件和吸力侧壳体构件的弦向边缘处。在其它实施例中，内部支承结构包括沿压力侧壳体构件和吸力侧壳体构件的翼梁缘条，弦向偏置联接线被限定在相应叶片段的压力侧壳体构件翼梁缘条和吸力侧壳体构件翼梁缘条的弦向边缘处。本发明还包括用于通过至少两个叶片段组装风力涡轮机叶片的各种方法实施例，其中叶片段中的每一个都具有压力侧、吸力侧、内部支承结构、以及具有接头部段的相应端部。接头部段具有接头外形，该接头外形从压力侧壳体构件向吸力侧壳体构件沿展向方向偏置。该方法包括以端靠端取向对准叶片段并且接着通过相对移动使接头部段移动成配合构造，所述相对移动包括使相邻的叶片段的相应接头部段重叠。重叠的接头部段随后移动成彼此接合并且在弦向接头处沿相应的接头外形联接，使得联接的接头外形沿展向方向位于彼此上方。可以通过各种方式使接头部段移动成配合构造。例如，叶片段中的一个叶片段可以保持固定，而使另一个叶片段沿轴向进入适当位置处并且接着降低到固定叶片段上，使得重叠的接头部段相接合。轴向移动可以与降低移动组合，或者两个移动可以在分立的步骤中完成。该方法可以包括沿一条或多条联接线联接相应的接头部段，所述联接线沿展向方向与压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件大体平行。叶片段中的内部支承结构可以包括沿压力侧壳体构件和吸力侧壳体构件的翼梁缘条，该方法进一步包括在平行联接线处联接接头部段，所述平行联接线包括翼梁缘条中的一个翼梁缘条的展向延伸超过其相应的壳体构件的暴露部段、以及吸力侧壳体构件或压力侧壳体构件中相对的壳体构件的展向延伸超过其相应的翼梁缘条的部段。在进一步的方法实施例中，内部支承结构包括跨越在翼梁缘条之间的抗剪腹板，并且该方法进一步包括在平行联接线处联接接头部段，所述平行联接线包括抗剪腹板的在压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件中的一个壳体构件处展向延伸超过相应的翼梁缘条的暴露部段、以及相对的翼梁缘条的在吸力侧壳体构件或压力侧壳体构件中相对的壳体构件处展向延伸超过抗剪腹板的部段。接头部段还可以沿抗剪腹板的自一个翼梁缘条展向延伸至相对的翼梁缘条的成角度的面联接。其它的实施例可以包括沿平行联接线或者沿接头部段内的抗剪腹板的暴露的大体竖直的面联接接头部段，该平行联接线包括抗剪腹板的在接头部段内展向延伸的暴露部段。其它的方法实施例可以包括沿相应的接头外形的至少一个部段联接接头部段，该至少一个部段也从叶片段的前缘向后缘弦向偏置。例如，沿压力侧壳体构件和吸力侧壳体构件的弦向偏置的边缘，或者沿翼梁缘条的弦向偏置的边缘。参照下文的描述以及所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将变得更好理解。结合在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图显示了本发明的实施例并且与描述一起用于对本发明的原理进行解释。
参照附图，在说明书中阐述了对于本领域普通技术人员而言包括本发明的最佳模式的本发明的完整和可能公开，在附图中:图1是示例性风力涡轮机的透视图；图2是根据本发明的一个实施例的风力涡轮机转子叶片的透视图；图3是示出了根据本发明的一个实施例的相邻叶片段之间的接头的各个方面的部分剖视图；图4是如图3中所示的未组装的接头的横截面图；图5是处于组装状态并且沿图2中所示的线截取的图4的接头的横截面图；图6是根据本发明的另一个实施例的接头的备选实施例的横截面图；图7是接头设计的又一个不同实施例的横截面图；以及图8是示出了根据本发明的另一个实施例的相邻叶片段之间的接头的各个方面的部分剖视图。附图标记列表:
权利要求
1.一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括: 第一叶片段和第二叶片段，所述叶片段中的每一个都具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、和内部支承结构； 所述第一叶片段和所述第二叶片段包括相应的相邻端部，所述相邻端部具有能够在弦向接头处联接的互补的接头部段；并且 所述接头部段中的每一个都包括展向偏置接头外形，所述展向偏置接头外形自所述压力侧壳体构件至所述吸力侧壳体构件沿展向方向延伸，使得所述相应的接头外形沿展向方向位于彼此上方。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述接头外形自所述压力侧壳体构件至所述吸力侧壳体构件是交错的，并且包括至少一条联接线，所述至少一条联接线沿展向方向与所述压力侧壳体构件或所述吸力侧壳体构件大体平行。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述第一叶片段和所述第二叶片段包括前缘和后缘，所述接头外形包括至少一条联接线，所述至少一条联接线从所述前缘向所述后缘弦向偏置。
4.根据权利要求3所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述接头外形包括多个所述平行联接线和所述弦向偏置联接线。
5.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述接头外形包括多个所述平行联接线，所述内部支承结构包括沿所述压力侧壳体构件和所述吸力侧壳体构件的翼梁缘条，所述平行联接线包括所述翼梁缘条中的一个翼梁缘条的展向延伸超过其相应的压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件的暴露部段、以及所述吸力侧壳体构件或压力侧壳体构件中相对的壳体构件的展向延伸超过其相应的所述翼梁缘条的部段。
6.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述接头外形包括多个所述平行联接线，所述内部支承结构包括跨越在所述翼梁缘条之间的抗剪腹板，所述平行联接线包括所述抗剪腹板的在所述压力侧或所述吸力侧中的一侧处展向延伸超过相应的所述翼梁缘条的暴露部段、以及相对的所述翼梁缘条的在所述吸力侧或所述压力侧中相对的一侧处展向延伸超过所述抗剪腹板的部段。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述内部支承结构包括在所述压力侧壳体构件与所述吸力侧壳体构件之间延伸的抗剪腹板，所述接头外形包括所述抗剪腹板的自一个所述翼梁缘条展向延伸至相对的所述翼梁缘条的成角度的面。
8.根据权利要求7所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述抗剪腹板的所述面进一步包括联接线，所述联接线沿展向方向与所述压力侧壳体构件或所述吸力侧壳体构件大体平行。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述内部支承结构包括在所述压力侧壳体构件与所述吸力侧壳体构件之间延伸的抗剪腹板，所述接头外形包括所述接头部段内的所述抗剪腹板的暴露的大体竖直的面。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述竖直的面包括倒角表面。
11.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述第一叶片段和所述第二叶片段包括前缘和后缘，所述接头外形包括至少一条联接线，所述至少一条联接线从所述前缘向所述后缘弦向偏置。
12.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述弦向偏置联接线被限定在所述第一叶片段以及所述第二叶片段的所述压力侧壳体构件和所述吸力侧壳体构件的弦向边缘处。
13.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述内部支承结构包括沿所述压力侧壳体构件和所述吸力侧壳体构件的翼梁缘条，所述弦向偏置联接线被限定在所述第一叶片段以及所述第二叶片段的所述压力侧壳体构件翼梁缘条和所述吸力侧壳体构件翼梁缘条的弦向边缘处。
14.根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述内部支承结构包括沿所述压力侧壳体构件和所述吸力侧壳体构件的翼梁缘条，所述弦向偏置联接线被限定在所述第一叶片段以及所述第二叶片段的所述压力侧壳体构件翼梁缘条和所述吸力侧壳体构件翼梁缘条的弦向边缘处并且沿着所述第一叶片段以及所述第二叶片段的所述压力侧壳体构件和所述吸力侧壳 体构件的弦向边缘。
全文摘要
本发明涉及及公开一种风力涡轮机叶片和组装方法，该风力涡轮机叶片包括第一叶片段和第二叶片段，叶片段中的每一个都具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、和内部支承结构。第一叶片段和第二叶片段具有相应的相邻端部，所述相邻端部具有能够在弦向接头处联接的互补的接头部段。接头部段中的每一个都包括接头外形，该接头外形从压力侧壳体构件向吸力侧壳体构件沿展向方向偏置，使得接头部段能够沿其相应的接头外形彼此联接并且沿展向方向位于彼此上方。还进一步公开了组装所述风力涡轮机叶片段的方法。
文档编号F03D1/06GK103104410SQ20121039025
公开日2013年5月15日 申请日期2012年10月15日 优先权日2011年10月13日
发明者S.A.基里亚基德斯, S.G.里德尔, A.M.沃卡 申请人:通用电气公司