风力涡轮机叶片的制作方法
【专利摘要】一种风力涡轮机叶片包括第一壳体部件，其包括沿风力涡轮机叶片的第一边缘的第一匹配表面。而且，风力涡轮机叶片包括第二壳体部件，其包括沿风力涡轮机叶片的第一边缘的第二匹配表面，其中第二匹配表面与第一匹配表面相对。而且，风力涡轮机叶片包括粘合材料，其设置在第一匹配表面和第二匹配表面之间并配置成将第一匹配表面粘合至第二匹配表面。此外，风力涡轮机叶片包括约束器，其定位在期望的粘合层处并联接至第一匹配表面和第二匹配表面中的一个，其中约束器配置成限制粘合材料流入风力涡轮机叶片的内腔。
【专利说明】
风力涡轮机叶片[0001]相关申请的交叉引用[0002]本非临时申请依据美国专利法第119(e)条要求享有2014年10月27日提交的题为 “SYSTEM AND METHOD FOR FORMING A WIND TURBINE BLADE(用于形成风力涡轮机叶片的 系统和方法)”的美国临时专利申请N0.62/068，784的优先权，通过引用将其全部内容并入 本文中。
技术领域
[0003]本说明书的实施例大体上涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及用于控制风力涡轮机叶片中粘合剂的系统和方法。【背景技术】
[0004]典型地，风力涡轮机用于将风能转变为电能。具体地，当风吹过风力涡轮机的涡轮叶片时，涡轮叶片上的翼型在涡轮叶片的两侧之间产生压力差。因此，提升力作用在涡轮叶片上以在主转子轴上生成转矩。而且，主转子轴联接至发电机以用于使用所生成的转矩发电。
[0005]涡轮叶片在将风能转变为机械能的过程中扮演重要角色，机械能继而用于产生电能。典型地，涡轮叶片包括在沿叶片尾缘和前缘的粘合层处粘合在一起的上壳体部件和下 (压力侧)壳体部件。粘合层一般通过沿上和下壳体部件的粘合层施加合适的粘合剂或化合物来形成。粘合剂可施加在上和下壳体部件之间的预定的粘合宽度内。但是，在将上壳体部件与下壳体部件粘合时，粘合剂容易溢出预定的粘合宽度并进入内部的叶片腔。该过量的粘合剂导致较大的粘合宽度并可招致额外的材料成本。【实用新型内容】
[0006]按照本说明书的各方面，呈现了一种风力涡轮机叶片。该风力涡轮机叶片包括第一壳体部件，其包括沿风力涡轮机叶片的第一边缘的第一匹配表面。而且，风力涡轮机叶片包括第二壳体部件，其包括沿风力涡轮机叶片的第一边缘的第二匹配表面，其中第二匹配表面与第一匹配表面相对。另外，风力涡轮机叶片包括粘合材料，其设置在第一匹配表面和第二匹配表面之间并配置成将第一匹配表面粘合至第二匹配表面。此外，风力涡轮机叶片包括约束器，其定位在期望的粘合层处并联接至第一匹配表面和第二匹配表面中的一个，其中约束器配置成限制粘合剂流入风力涡轮机叶片的内腔。
[0007]按照本说明书的另一方面，一种方法包括在风力涡轮机叶片的第一壳体部件和第二壳体部件之间设置约束器。另外，该方法包括在第一壳部件的第一匹配表面和第二壳部件的第二匹配表面之间设置粘合材料。而且，该方法包括将第二壳部件压在第一壳部件上， 以将第一匹配表面和第二匹配表面粘合。另外，该方法包括通过约束器限制粘合材料流入涡轮叶片的内腔内。
[0008]按照本说明书的另一个方面，呈现了一种风力涡轮机。风力涡轮机包括塔架和安装在塔架顶部的机舱。而且，风力涡轮机包括联接到机舱一端的转子轮毂。而且，风力涡轮机包括联接到转子轮毂的多个涡轮叶片，其中多个涡轮叶片中的每一个包括第一壳体部件，其包括沿风力涡轮机叶片的第一边缘的第一匹配表面。而且，风力涡轮机叶片包括第二壳体部件，其包括沿风力涡轮机叶片的第一边缘的第二匹配表面，其中第二匹配表面与第一匹配表面相对。而且，风力涡轮机叶片包括粘合材料，其设置在第一匹配表面和第二匹配表面之间并配置成将第一匹配表面粘合至第二匹配表面。此外，风力涡轮机叶片包括约束器，其定位在期望的粘合层处并联接至第一匹配表面和第二匹配表面中的一个，其中约束器配置成限制粘合剂流入风力涡轮机叶片的内腔。
【附图说明】
[0009]在参考附图阅读下面的详细描述后，本实用新型的这些和其他特征、方案、以及优点将被更好地理解，在附图中相同的符号表示相同的零件，其中:
[0010]图1是按照本说明书的各方面的风力涡轮机的图示；
[0011]图2是按照本说明书的各方面的风力涡轮机叶片的图示；
[0012]图3是按照本说明书的各方面的风力涡轮机叶片的横断面视图；
[0013]图4是风力涡轮机叶片的前缘的一部分的图示；
[0014]图5是按照本说明书的各方面的具有约束器的风力涡轮机叶片的前缘的一部分的图示；
[0015]图6-8示出了按照本说明书的各方面的将风力涡轮机叶片的上壳体部件粘合到下壳体部件的不同阶段处的尾缘的一部分；
[0016]图9-10示出了按照本说明书的各方面的带有在风力涡轮机叶片中采用的约束器的不同实施例的尾缘的一部分；
[0017]图11是按照本说明书的各方面的用于将风力涡轮机叶片上壳体部件粘合到下壳体部件的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]如将在后面详细描述的，呈现了用于将风力涡轮机叶片的上壳体部件粘合到下壳体部件的示例性的系统和方法的各种实施例。具体地，本文中呈现的系统和方法有助于限制粘合剂流入涡轮叶片的内腔。通过采用本说明书的方法和系统的各种实施例，可极小化或完全停止粘合剂流入风力涡轮机叶片的内腔。这继而改善了粘合宽度控制并减少不必要的材料浪费。
[0019]现在转向附图并参见图1，描绘了按照本说明书的各方面的风力涡轮机100。风力涡轮机100用来将风能转换为电能。如在图1所描绘的，风力涡轮机100包括塔架102和安装在塔架上的机舱104。此外，多个涡轮叶片106安装至转子轮毂108，转子轮毂108继而连接到转动主转子轴(未示出)的主法兰。风力涡轮机发电和控制构件被收纳在机舱104内。应注意，图1中所描绘的风力涡轮机是为了说明性的目的，并且它不限于任何具体类型的风力涡轮机配置。
[0020]参见图2，描绘了图1的风力涡轮机叶片106中的一个的图示200。而且，图3是图2的涡轮叶片200的横断面视图。应注意，用语“涡轮叶片”和“叶片”可以互换使用。涡轮叶片200在风能转换为机械能中扮演重要角色。机械能继而用于生成电能。具体地，涡轮叶片200 包括翼型的截面轮廓，该轮廓在空气流过涡轮叶片200时有助于在涡轮叶片200的两侧之间产生压力差。因此，从叶片200的压力侧表面指向叶片200的吸力侧表面的提升力作用在叶片200上。该提升力在联接到发电机(未示出)的主转子轴上生成转矩。另外，发电机利用主转子轴上生成的转矩发电。
[0021]如在图2和3中所描绘的，叶片200包括上壳体部件202和下壳体部件204。上壳体部件202可配置为叶片200的吸力侧表面，而下壳体部件204可配置为叶片200的压力侧表面。 应注意，用语“下壳体部件”和“第一壳体部件”可以互换使用。类似地，用语“上壳体部件”和 “第二壳体部件”可以互换使用。[〇〇22] 此外，叶片200还包括前缘206和尾缘208。另外，叶片200包括根部210和尖部212。 上壳体部件202和下壳体部件204典型地在沿前缘206的粘合层214和沿尾缘208的粘合层 216处结合在一起，以形成叶片200。将上壳体部件202和下壳体部件204联接或粘合的方面将参见图4来详细地描述。[〇〇23] 参见图4,描绘了按照本说明书的各方面的图2和3的涡轮叶片200的前缘206的一部分400。为了容易理解，图4参考图2和3的构件来描述。前缘206通过将涡轮叶片200的上壳体部件202与下壳体部件204粘合来形成。具体地，处于可流动粘性状态的粘合剂402可沿粘合层214的长度施加在上壳体部件202和下壳体部件204的匹配的叠层表面之间。应了解，本文中所使用的用语“粘合剂”在一般意义上是涵盖任何类型的一开始处于可流动状态并被用于粘合上和下壳体部件的粘合剂或粘合材料。任何合适类型的环氧树脂、化合物、或其他材料都可以用作粘合剂。而且，应注意术语“粘合剂”和“粘合材料”可以互换使用。[0〇24]此外，粘合剂402典型地基于预定的样式在前缘206处足量地施加。此外，沿相应的粘合层214的长度的构件之间的最小表面积被保证。例如，粘合剂402可施加在上壳体部件 202和下壳体部件204的相对的匹配的叠层表面之间，以在两个壳体的匹配之后获得期望的最终胶层宽度414和胶层厚度404。胶层宽度414和后端404的设计标准可以基于不同类型的叶片而变化。另外，一个或更多个设计因素可以影响/改变粘合宽度和/或厚度。[〇〇25]在常规的系统中，当上壳体部件202和下壳体部件204的匹配表面被压靠在彼此上时，过量的粘合剂406可从上和下壳体部件202,204的匹配表面挤压到叶片200内。这些过量粘合剂406可能流入叶片200的内腔。此外，过量粘合剂406可能固化为硬化物质。用语“内腔”是指涡轮叶片内的空的空间。在一个示例中，当上和下壳体部件202,204操作地彼此联接时，可形成内腔。[〇〇26]以类似的方式，粘合剂可沿粘合层216施加在叶片200的尾缘208(未示出)处。同样地，当上壳体部件202和下壳体部件204的匹配表面在尾缘208被压靠在彼此上时，过量的粘合剂可能从上和下壳体部件202,204的匹配表面流入叶片超过期望的粘合宽度，并可固化为硬化物质，由此导致更大的粘合宽度。此外，前缘206和尾缘208处的过量的粘合剂可能招致额外的材料成本。
[0027]按照本说明书的示例性的各方面，现有技术的问题可经由约束器的使用来解决。 更具体地，描绘了按照本说明书的各方面的用于控制粘合材料的流动的示例性系统500。图 5参考图2-3的构件来描述。如在图5中所描绘的，约束器502可定位在涡轮叶片200的上和下壳体部件202、204之间的叶片200的内腔中。在一个实施例中，约束器502可联接到涡轮叶片200的上壳体部件202或下壳体部件204。约束器502可用于在上壳体和下壳体部件202、204操作地彼此连接以形成胶层时，限制任何过量的粘合剂流入内腔。参考图6-8中所描绘的涡轮叶片的尾缘，更详细地描述了将约束器502定位在涡轮叶片200中以限制任何过量的粘合剂流入涡轮叶片内腔的方面。
[0028]参见图6-8，描绘了处于粘合涡轮叶片600的壳体部件的不同阶段的涡轮叶片600的一部分的等视图。涡轮叶片600的所描绘的部分可包括涡轮叶片600的尾缘或第一边缘602。应注意，用语“尾缘”和“第一边缘”可以互换使用。
[0029]如在图6中所描绘的，下壳体部件604包括沿涡轮叶片600的第一边缘602的第一匹配表面606。类似地，上壳体部件608包括沿涡轮叶片600的第一边缘602的第二匹配表面610。下壳体部件604的第一匹配表面606被水平地设置，而上壳体部件608的第二匹配表面610以预定角度倾斜并定位在距离下壳体部件604预定高度的位置。应注意，第一和第二匹配表面606、610可以设置在任意位置，而不限于图6中描绘的位置。参考标号620大致地表示涡轮叶片600的内腔。而且，参考标号622表示期望的粘合层。此外，期望的粘合宽度用参考标号613表不。
[0030]此外，按照本说明书的示例性的各方面，约束器612可定位在上和下壳体部件608、604之间。具体地，约束器612可联接到涡轮叶片600的下壳体部件604。应注意，在图6中描绘了具有约束器612的涡轮叶片600的一部分624的放大图。在一个实施例中，约束器612包括基底段614、弧形段616和收集器段618。应注意，约束器612可以具有各种其他的几何形状，而不限于图6中所示的几何形状。而且，应注意基底段614、弧形段616、和收集器段618可以具有任意期望的形状、大小、厚度、和/或长度。另外，约束器612的基底段614可联接到下壳体部件604的第一匹配表面606，而弧形段616可竖直地联接到基底段614，如在图6中所描绘的。在一个实施例中，约束器612的基底段614可联接到下壳体部件604的第一匹配表面606或者联接到上壳体部件608的第二匹配表面610。弧形段616可以是凸形段或凹形段(参见图9-10)。在一个示例中，约束器612的基底段614可通过使用粘合剂或任意其他的粘结材料来联接到下壳体部件604的第一匹配表面606。应注意，基底段614还可以通过使用其他紧固装置联接到第一匹配表面606。而且，如在图6中所描绘的，收集器段618也可以联接到面朝涡轮叶片600的内腔620的弧形段616的末端。在一个示例中，收集器段618可以是弧形段616的弯曲以形成面朝涡轮叶片600的内腔620的U形结构的延伸。应当注意在某些实施例中，基底段614、弧形段616、和收集器段618可以被整合或镶嵌为单个构件。另外，在一个实施例中，约束器612可定位在期望的粘合层622处，以使涡轮叶片600的内腔620与上和下壳体部件608，604的匹配表面606，610分开。约束器612还可以沿着期望的粘合层622以及以期望的粘合宽度613来定位。在一个示例中，期望的粘合层622可以代表涡轮叶片200的粘合层216(图 2)。
[0031]另外，在图7中描绘了粘合涡轮叶片的壳体部件的另一个步骤的图示700。粘合剂702可沿涡轮叶片600的第一边缘602的期望的粘合层622设置在第一匹配表面606上。粘合剂702可施加至第一匹配表面606的预定区域。在一个实施例中，粘合剂702可基于预定的样式沿涡轮叶片600的期望的粘合层622足量地施加。在一个实施例中，约束器612的弧形段616可用作将粘合剂702和涡轮叶片600的内腔620分离的壁。
[0032]在施加粘合剂702后，上壳体部件608的第二匹配表面610可被带到靠近粘合剂702的上表面，如在图8中形成粘合层的又另一个步骤的图示800中所描绘的。然后，对上壳体部件608施加压力以使上壳体部件608接触下壳体部件604并且以将上壳体部件608的第二匹配表面610与下壳体部件604的第一匹配表面606沿第一粘合层622粘合。
[0033]当在上壳体部件608上施加压力时，任意过量的粘合剂被压到约束器612上并可能朝涡轮叶片600的第一边缘602移动。具体地，约束器612可以配置成限制粘合剂702流入涡轮叶片600的内腔620。此外，当约束器612限制粘合剂的运动或流动时，粘合剂702的一部分804可以在涡轮叶片600的第一边缘602处被挤出涡轮叶片600,如在图8所描绘的。粘合剂的该部分804可以被称为粘合剂的第一部分。另外，粘合剂702的第一部分804可以从涡轮叶片600上移除。[〇〇34]在一个实施例中，当约束器612限制粘合剂702的运动或流动时，粘合剂702的一小部分802可能从约束器612的弧形段616的末端溢出，如在图8中所描绘的。这一小部分802可以被称为粘合剂702的第二部分。然而，附接到弧形段616的末端的约束器612的收集器段 618可配置成收集粘合剂702的第二部分802。结果，粘合剂702的第二部分802的运动或流动被限制到达叶片600的内腔620,由此防止粘合剂的部分802作为固化物质停留在叶片600的内腔620中。[〇〇35]因此，通过采用示例性的约束器612,过量的粘合剂被限制流入涡轮叶片600的内腔620。而且，过量粘合剂的第一部分804可以容易地从涡轮叶片600上移除。
[0036]参见图9,描绘了风力涡轮机叶片的尾缘的一部分的侧视图900。具体地，图9描绘了定位在风力涡轮机叶片900的上和下壳体部件906、908的第一和第二匹配表面之间的约束器的侧视图。具有凸形的约束器902用于限制粘合剂910流入风力涡轮机叶片900的内腔 912。具体地，约束器902的弧形段904具有凸形，并因此粘合剂910的凸形前沿表面在面朝涡轮叶片900的内腔912的一侧形成或限定。在一个实施例中，约束器902可包括柔性材料，该材料可压缩成一种或更多种形状。在图9的实施例中，具有柔性材料的弧形段904在上壳体部件906被压在下壳体部件908上时从其初始形状压缩以形成凸形。在一个实施例中，柔性材料可包括纤维增强塑料，诸如玻璃纤维加强塑料和碳纤维加强塑料。在另一个实施例中， 柔性材料可包括泡沫、商业塑料、和/或任何其他类似的塑料。
[0037]以类似的方式，图10描绘了按照本公开的另一个实施例的风力涡轮机叶片的尾缘的一部分的侧视图1000。具体地，图10描绘了定位在风力涡轮机叶片1000的上和下壳体部件1006、1008的第一和第二匹配表面之间的约束器1002的侧视图。具有内凹形状的约束器 1002用于限制粘合剂1010流入风力涡轮机叶片1000的内腔1012。具体地，约束器1002的弧形段1004具有凹形，并因此粘合剂1010的凹形前沿表面在面朝涡轮叶片1000的内腔1012的一侧形成或限定。在一个实施例中，约束器1002包括可压缩成期望的/确定的形状的柔性材料。具体地，具有柔性材料的弧形段1004可在上壳体部件1006被压在下壳体部件1008上时从其初始形状压缩以形成凹形。在另一个实施例中，约束器1002,并且特别是弧形段1004， 在上壳体部件1006被压在下壳体部件1008上时可变形为任何确定的形状。
[0038]现在参见图11，描绘了按照本说明书的各方面的示出用于结合涡轮叶片的匹配表面的方法的流程图1100。此外，该方法有助于限制粘合剂流入涡轮叶片的内腔。为了便于理解，参见图2-8的构件来描述该方法。该方法从步骤1102开始，其中约束器612设置在涡轮叶片的下壳体部件604和上壳体部件608之间。具体地，约束器612包括基底段614、弧形段616、和收集器段618。约束器612的基底段614可联接到下壳体部件604的第一匹配表面606，而弧形段616可竖直地联接到基底段614。另外，收集器段618可联接到面朝涡轮叶片600的弧形段616的的内腔620的顶端，如在图6所描绘的。
[0039]随后，在步骤1104，粘合剂702设置在下壳体部件604的第一匹配表面606和上壳体部件608的第二匹配表面610之间。具体地，粘合剂702可沿涡轮叶片600的第一边缘602施加在第一匹配表面606的确定面积上。在一个示例中，第一边缘602是涡轮叶片600的尾缘。
[0040]此外，在步骤1106，上壳体部件608被压在下壳体部件604上以将第一匹配表面606和第二匹配表面610粘合。更具体地，第二匹配表面610被带到第一匹配表面606附近。在一个示例中，第二匹配表面610可定位在施加在第一匹配表面606上的粘合剂702之上。而且，上壳体部件608可压在下壳体部件604上，使得第一匹配表面606粘合到第二匹配表面610。在一个实施例中，一个或更多个按压装置可用于将上壳体部件608压在下壳体部件604上。在一个示例中，液压模具可用于将上壳体部件608下降到下壳体部件604上。
[0041 ]随后，在步骤1108，当上壳体部件608被压在下壳体部件604上时，粘合剂702可被限制流入涡轮叶片600的内腔620。具体地，当上壳体部件608被压在下壳体部件604上时，粘合剂702可被压在约束器612上，并朝涡轮叶片600的第一边缘602移动。在一个实施例中，当上壳体部件608被压在下壳体部件604上时，粘合剂702的第一部分804在涡轮叶片600的第一边缘602处被挤出涡轮叶片600。粘合剂的该第一部分804可从涡轮叶片600移除。
[0042]另外，在步骤1110，粘合剂的第二部分802由约束器612的收集器段618收集。当上壳体部件608被压在下壳体部件604上时，粘合剂702的第二部分802从约束器612的弧形段616的末端朝着涡轮叶片的内腔620流出。然而，粘合剂702的该第二部分802可由联接到面朝涡轮叶片600的弧形段616的的内腔620的顶端的收集器段618收集。结果，粘合剂702的该第二部分802可被限制到达涡轮叶片600的内腔620。
[0043]示例性的系统和方法的各种实施例有助于限制粘合剂流入涡轮叶片的内腔。这继而阻止了对涡轮叶片的额外增重，改善了风力涡轮机的叶片效率和整体性能，节约了材料成本并保证了粘合宽度控制。而且，控制粘合剂的量也改善了制造工艺的可重复性。
[0044]尽管本文中只示出和描述了本实用新型的某些特征，但是本领域技术人员将想到多种修改和改变。因此，应理解后附权利要求书意图覆盖所有的这些落入本实用新型的实质精神内的修改和改变。
【主权项】
1.一种风力涡轮机叶片，包括: 第一壳体部件，其包括沿所述风力涡轮机叶片的第一边缘的第一匹配表面； 第二壳体部件，其包括沿所述风力涡轮机叶片的所述第一边缘的第二匹配表面，其中所述第二匹配表面与所述第一匹配表面相对； 粘合材料，其设置在所述第一匹配表面和所述第二匹配表面之间并配置成将所述第一匹配表面粘合至所述第二匹配表面；以及 约束器，其定位在期望的粘合层处并联接至所述第一匹配表面和所述第二匹配表面中的一个，其中所述约束器配置成限制所述粘合材料流入所述风力涡轮机叶片的内腔。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述约束器包括: 基底段，其在所述第一匹配表面的一端处联接至所述第一壳体部件； 弧形段，其从所述基底段竖直地延伸并面朝设置在所述第一匹配表面与所述第二匹配表面之间的所述粘合材料。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述约束器的所述弧形段配置成将所述粘合材料的第一部分挤出所述风力涡轮机叶片。4.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述弧形段配置成限定所述粘合材料的凹形前沿表面和凸形前沿表面中的一个。5.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述约束器还包括联接至面朝所述风力涡轮机叶片的所述内腔的所述弧形段的末端的收集器段。6.根据权利要求5所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述收集器段配置成收集从所述弧形段的所述末端流出的所述粘合材料的第二部分。7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述粘合材料设置在所述第一匹配表面与所述第二匹配表面之间的确定面积内。8.根据权利要求7所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述约束器配置成包含所述确定面积内的所述粘合材料。9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述约束器包括配置成限制所述粘合材料流入所述涡轮叶片的所述空腔内的柔性材料，并且其中所述柔性材料配置成在所述第二壳体部件被压在所述第一壳体部件上时变形成确定形状。10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述柔性材料包括纤维增强塑料。11.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述粘合材料配置成沿着所述风力涡轮机叶片的所述第一边缘在所述期望的粘合层处将所述第二壳体部件联接至所述第一壳体部件。12.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述风力涡轮机叶片的所述第一边缘包括所述风力涡轮机叶片的前缘和尾缘中的一个。
【文档编号】F03D1/06GK205654485SQ201521130997
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年10月27日 公开号201521130997.9, CN 201521130997, CN 205654485 U, CN 205654485U, CN-U-205654485, CN201521130997, CN201521130997.9, CN205654485 U, CN205654485U
【发明人】S·谢尔, T·默斯霍伊泽尔, M·S·阿蒂亚
【申请人】通用电气公司