具有后缘延伸部的风力涡轮机转子叶片以及连接方法.pdf

本发明涉及并公开一种风力涡轮机转子叶片组件，该风力涡轮机转子叶片组件包括转子叶片，该转子叶片具有压力侧、吸力侧、前缘、和后缘，该转子叶片在尖端与根部之间沿大体展向方向延伸。边缘延伸部沿后缘连接并且包括：第一条构件，第一条构件具有连接至压力侧的展向连接部段；以及第二条构件，第二条构件具有连接至吸力侧的展向连接部段。第一条构件和第二条构件中的每一个都具有外侧边缘和弦向突出超过后缘的延伸部段。该延伸部段沿第一条构件和第二条构件的展向长度在后缘的外侧彼此粘合连接，并且限定了边缘延伸部的粘合粘结的封闭边缘。还提供了一种用于形成风力涡轮机转子叶片上的边缘延伸部的方法。

权利要求书一种风力涡轮机转子叶片组件，所述风力涡轮机转子叶片组件包括：
转子叶片，所述转子叶片具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、前缘、和后缘，所述转子叶片在尖端与根部之间沿大体展向方向延伸；
边缘延伸部，所述边缘延伸部沿所述后缘连接，所述边缘延伸部包括：
第一条构件，所述第一条构件具有连接至所述压力侧壳体构件的展向连接部段；
第二条构件，所述第二条构件具有连接至所述吸力侧壳体构件的展向连接部段；
所述第一条构件和所述第二条构件中的每一个都具有外侧边缘和弦向突出超过所述后缘的延伸部段；并且
所述延伸部段沿所述第一条构件和所述第二条构件的展向长度在所述后缘的外侧彼此粘合连接，所述外侧边缘限定了所述边缘延伸部的粘合粘结的封闭边缘。
根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述第一条构件和所述第二条构件包括背粘带条。
根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述第一条构件和所述第二条构件沿所述延伸部段彼此直接粘合而无需介入结构部件。
根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片组件进一步包括加固条构件，所述加固条构件沿所述延伸部段布置在所述第一条构件与所述第二条构件之间。
根据权利要求4所述的叶片组件，其特征在于，所述加固条构件粘合连接至所述第一条构件和所述第二条构件并且与所述后缘分开。
根据权利要求4所述的叶片组件，其特征在于，所述加固条构件沿所述后缘连接至所述压力侧或所述吸力侧中的一个或两个。
根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于，所述加固条进一步包括沿其内侧边缘隔开的多个压力侧连接凸台和吸力侧连接凸台。
根据权利要求6所述的叶片组件，其特征在于，所述加固条包括纤维增强材料，其中所述材料中的纤维相对于所述边缘延伸部的外侧边缘以大体45°的角度定向。
根据权利要求1所述的叶片组件，其特征在于，所述叶片组件进一步包括被限定在所述延伸部段中的降噪结构构件。
一种用于形成风力涡轮机转子叶片上的边缘延伸部的方法，所述转子叶片具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、前缘、和后缘，所述转子叶片在尖端与根部之间沿大体展向方向延伸，所述方法包括以下步骤：
沿所述叶片的所述后缘将第一条构件连接至所述压力侧壳体构件，使得第一带构件的展向部段限定了弦向延伸超过所述后缘的延伸部段；
沿所述叶片的所述后缘将第二条构件连接至所述吸力侧壳体构件，使得第二带构件的展向部段限定了弦向延伸超过所述后缘的延伸部段；
将所述第一条构件和所述第二条构件的相应的延伸部段粘合连接在一起，使得所述延伸部段的外侧边缘限定了粘结封闭边缘。
根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一条构件和所述第二条构件以背粘带条的形式应用于所述压力侧壳体构件和所述吸力侧壳体构件。
根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法包括沿所述延伸部段将所述第一条构件和所述第二条构件直接彼此粘合而无需介入结构部件。
根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括将加固构件放置在所述第一条构件与所述第二条构件之间。
根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括对所述粘结封闭边缘进行修整，以沿所述边缘延伸部实现期望的外侧边缘轮廓。
根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述修整包括修剪所述延伸部段的一部分。
根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括沿所述延伸部段设置降噪结构构件。
根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述降噪结构构件在将所述条构件连接至所述转子叶片之前被限定在所述第一条构件和所述第二条构件中。
根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述第一条构件和所述第二条构件连接至所述转子叶片之后将所述降噪结构构件限定在所述延伸部段中。
根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括沿所述延伸部段的所述外侧边缘限定锯齿形外形。
根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括在风力涡轮机现场将所述第一条构件和所述第二条构件连接至所述转子叶片。

说明书具有后缘延伸部的风力涡轮机转子叶片以及连接方法
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风力涡轮机转子的后缘延伸部。
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。
风力涡轮机叶片大体设计成用于最佳风速，并且因此在处于其它风速时效率较低。先前对增大用于涡轮机叶片的风速的有效范围的尝试涉及这样的系统：所述系统能够通过尤其是沿叶片的后缘增加主动或被动的附属物、襟翼、或者连接至叶片的其它控制表面来修改或改变叶片的空气动力学外形。
此外，对现代风力涡轮机的持续担心是涡轮机操作期间所发出的噪声，对较大的风力涡轮机而言这种噪声是相当大的。噪声的一个分量是在叶片上方移动的边界层空气与叶片的后缘相互作用的结果。较大的后缘厚度所产生的噪声水平较大是公认的。将后缘件连接至现有叶片能够降低由叶片所发出的噪声是众所周知的。
无论其预期功能如何，现有的后缘延伸部大体预形成为具有用于特定叶片尺寸的具体的大小和轮廓。因此，这些延伸部的制造成本相对较高并且必须能够获得不同尺寸的延伸部的库存。一旦装置被连接，就不能进一步改变形状或轮廓。用于将这些装置连接至现有叶片的过程是繁琐和耗时的，并且增加了风力涡轮机产能的总体成本。
因此，改进的用于风力涡轮机叶片的后缘延伸部和相关的连接方法将是期望的。
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学到。
在一个实施例中，提供一种风力涡轮机转子叶片组件并且该风力涡轮机转子叶片组件包括转子叶片，该转子叶片具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、前缘、和后缘，该转子叶片在尖端部分与叶片根部之间沿大体展向方向延伸。边缘延伸部沿后缘连接并且包括：第一条构件，第一条构件具有连接至压力侧壳体构件的展向连接部段；以及第二条构件，第二条构件具有连接至吸力侧壳体构件的展向连接部段。第一条构件和第二条构件中的每一个都具有外侧边缘和弦向延伸超过后缘的延伸部段。该延伸部段沿第一条构件和第二条构件的展向长度在后缘的外侧彼此粘合连接，条构件的外侧边缘限定了后缘延伸部的粘合粘结的封闭边缘。
第一条构件和第二条构件可以是相同材料或者不同材料的组合。在特定实施例中，条构件是沿叶片的后缘柔韧并且一致的背粘带条。可以供给例如呈带卷形式的带条，其中从卷测量和切割条。根据例如叶片尺寸、材料的可加工性和硬度、应用于叶片表面的方便度等因素的任何组合，带条可以具有任何期望的厚度和宽度。
第一条构件和第二条构件可以沿延伸部段直接彼此粘合而无需介入结构部件。然而，在其它实施例中，可能期望沿延伸部段包括第一条构件与第二条构件之间的加固条构件。该加固条构件例如可以是能够使边缘延伸部具有期望的最终程度的硬度而不会不利地造成重量增加的复合材料和塑料材料。
对于包括加固条构件的实施例而言，该构件可以粘合连接至第一条构件和第二条构件并且与后缘分开。例如，加固条可以是在将条构件粘合联接在一起之前被放置在第一条构件和第二条构件的延伸部段之间的单个或双侧粘合条。在备选实施例中，加固条构件可以包括沿其内侧边缘隔开并且直接连接至叶片的压力侧壳体构件和吸力侧壳体构件的多个压力侧连接凸台和吸力侧连接凸台。
在某些实施例中，任何形式的降噪结构构件或特征都可以被限定在延伸部段中。例如，锯齿部可以沿延伸部段的外侧边缘被限定。
本发明还包括用于形成风力涡轮机转子叶片上的边缘延伸部的各种方法实施例，其中转子叶片具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、前缘、和后缘，转子叶片在尖端与根部之间沿大体展向方向延伸。该方法包括以下步骤：沿叶片的后缘将第一条构件连接至压力侧壳体构件，使得第一带构件的展向部段限定了弦向突出超过后缘的延伸部段；以及沿叶片的后缘将第二条构件连接至吸力侧壳体构件，使得第二带构件的展向部段限定了弦向突出超过后缘的延伸部段。第一条构件和第二条构件的相应的延伸部段（直接或间接地）粘合连接在一起，使得延伸部段的外侧边缘限定了粘结封闭边缘。
在特定实施例中，该方法包括应用呈背粘带条形式的条构件，例如通过从带卷切割具有合适尺寸的条，或者从平面带材片切割具有合适尺寸的条。
该方法可以包括沿延伸部段将第一条构件和第二条构件直接彼此粘合而无需介入结构部件。在其它实施例中，该方法可以包括对条构件进行加强，例如通过将加固构件放置在第一条构件与第二条构件之间。
某些方法实施例可以包括任何形式的修整步骤，以沿边缘延伸部实现期望的外侧边缘轮廓。例如，延伸部段的外侧部分可以被修剪掉，以限定期望的外形，这可以包括在边缘延伸部中限定降噪特征，例如锯齿形外形。
本发明还包括任何形式的具有一个或多个转子叶片的风力涡轮机构件，所述转子叶片构造成具有根据本文所展示的各个方面的边缘延伸部。
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。
附图说明
参照附图，说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中：
图1是根据本发明的各个方面的风力涡轮机的透视图，该风力涡轮机具有一个或多个可以结合边缘延伸部的转子叶片组件；
图2是具有后缘延伸部的转子叶片的横截面图；
图3是具有后缘延伸部条构件的风力涡轮机叶片的透视图；
图4是具有后缘延伸部的风力涡轮机叶片的部分透视图和横截面图；
图5是具有后缘延伸部的风力涡轮机叶片的备选实施例的部分透视图和横截面图；
图6是具有后缘延伸部的风力涡轮机叶片的另一个实施例的部分透视图和横截面图；以及
图7是具有后缘延伸部的风力涡轮机叶片的又一个实施例的部分透视图和横截面图。
附图标记列表：


具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或多个示例示于附图中。每个示例都以对本发明进行解释的方式给出，并不对本发明构成限制。实际上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，能够在不偏离本发明的范围或者精神的前提下对本发明进行多种改型和变型。例如，作为一个实施例的一部分示出或者进行描述的特征能够用于另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，期望的是，本发明覆盖落入所附权利要求及其等同形式的范围内的这些改型以及变型。
图1示出了传统构造的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔架12，塔架12上安装有机舱14。根据本发明的各个方面的多个具有后缘延伸部40的转子叶片组件16安装至转子毂18，转子毂18接着连接至主凸缘，主凸缘使主转子轴转动。风力涡轮机发电部件和控制部件容纳在机舱14内。图1的视图仅仅用于说明性目的，从而将本发明置于示例性的使用领域。应当理解，本发明并不限于任何特定类型的风力涡轮机构造。
参照图2和图3，转子叶片组件16的各个方面包括外部表面，所述外部表面限定了在前缘26与后缘28之间延伸的压力侧壳体构件22和吸力侧壳体构件24。叶片16从叶片尖端30延伸至叶片根部32。外部表面可以是具有大体空气动力学轮廓的空气动力学表面，如本领域内众所周知的。壳体构件22、24限定了叶片16的内部腔25，任何形式的内部支承构件27位于内部腔25中，例如翼梁缘条、抗剪腹板等。
在一些实施例中，转子叶片16可以包括自叶片尖端30至叶片根部32以端靠端顺序对齐的多个单独的叶片段。单独叶片段中的每一个都可以独特地构造，使得多个叶片段限定了具有经过设计的空气动力学外形、长度、以及其它期望特性的完整的转子叶片16。例如，叶片段中的每一个所具有的空气动力学外形都可以对应于相邻叶片段的空气动力学外形。因此，叶片段的空气动力学外形可以形成转子叶片16的连续空气动力学外形。备选地，转子叶片16可以形成为具有经过设计的空气动力学外形、长度、以及其它期望特性的单一的、统一的叶片。
转子叶片组件16分别限定了弦向方面36和展向方面38，如图3中所示。翼弦36可以沿转子叶片16的整个翼展38发生变化。因此，转子叶片16的当地弦长36可以沿翼展38被限定在转子叶片16上的任何点处。
参照图2和图3，根据本发明的各个方面的转子叶片组件16包括沿叶片的后缘28连接的边缘延伸部40。边缘延伸部40构造成连接至压力侧壳体构件22的第一条构件42，以及连接至吸力侧壳体构件24的第二条构件52。参照图4，第一条构件42具有连接部段46，连接部段46通过内侧边缘44限定边界。连接部段46沿条构件42的长度展向延伸并且通过合适的方法连接至压力侧壳体构件22的外部表面。例如，第一条构件42的连接部段46上可以应用粘合剂62（图5），以用于直接连接至压力侧壳体构件22。同样地，第二条构件52包括连接部段56，连接部段56通过内侧边缘54限定边界。连接部段56粘合至吸力侧壳体构件24的外部表面，特别如图4中所示。
相应的条构件42、52中的每一个都包括延伸部段50、60，延伸部段50、60沿弦向方向突出超过叶片16的后缘28。这些延伸部段50、60沿条构件42、52的展向长度在后缘28的外侧彼此粘合连接，使得相应的条构件42、52的外侧边缘48、58限定了后缘延伸部40的粘结封闭边缘64（图5）。
例如参照图4和图5，第一条构件42和第二条构件52可以构造成背粘带条，所述背粘带条具有预应用于带条的粘合层62。可移除的背层可以应用在粘合层62的上方并且在带条连接至壳体构件22、24之前被移除。带条例如可以以卷的形式（或者其它合适的用于运输和储存带的装置）供给，其中从带卷测量和切割第一条构件42和第二条构件52。在其它实施例中，可以从以层叠形式装运和储存的片材切割第一条构件42和第二条构件52。条构件42、52并不限于任何特定类型的材料，并且可以由对于叶片组件16的后缘28而言柔韧并且一致的材料中的任何一种材料或者组合构成。可以将用于带构件42、52的材料选择成具有期望的厚度、硬度、以及特性，以承受传统风力涡轮机的操作环境。
还应当理解，条构件42、52不必是背粘式的，并且粘合剂可以在连接过程中应用（例如，涂覆、喷涂等）在条构件42、52之间。
在图3和图4的实施例中，第一条构件42和第二条构件52沿延伸部段50、60直接彼此连接而无需介入结构部件。在该实施例中，条构件可以仅仅被挤压在一起并且通过相应的粘合层62彼此粘合。在该实施例中，将条构件42、52选择成具有以便向所获得的后缘延伸部40提供期望的硬度的材料特性和组合厚度，同时仍然允许应用单独的条的一致性和方便度。
参照图5，在某些实施例中，可能期望对第一条构件42和第二条构件52的延伸部段50、60进行结构加强。例如，任何形式的加固元件或条构件66都可以沿条构件42、52的展向方向布置在延伸部段50、60之间。该加固条构件66可以由能够向延伸部段50、60提供期望程度的硬度的任何合适的材料形成。例如，在期望的实施例中，条构件由具有大量交叉纤维（例如玻璃纤维垫材料）的纤维增强材料形成。参照图6和图7，单独的纤维可以相对于延伸部40的外侧边缘48以45°角度定向。该纤维构造产生了能够允许加固条构件66与叶片和条构件轮廓三维一致而不会使构件66在纵向方面中折叠或聚拢的“框架效应”。
在图5的实施例中，加固条构件66与叶片壳体构件22、24分开并且粘合至条构件42、52中的每一个上的粘合层62。
在图6的实施例中，加固条构件66还连接至吸力侧壳体构件22或压力侧壳体构件24中的任意一个或者两个。例如，多个间隔开的连接凸台68可以沿加固条构件66的展向长度交替被限定，其中凸台68交替与压力侧壳体构件22和吸力侧壳体构件24连接（吸力侧壳体构件24上的交替凸台示于图6中）。凸台68可以具有应用于其底面的粘合剂，以用于连接至壳体构件。
参照图2和图4，应当理解，第一条构件42和第二条构件52所具有的弦向宽度可以允许沿叶片的展向长度修剪和造型后缘延伸部40。例如，经过粘合的延伸部段50、60的任何部分76都可以沿修剪线74被修剪，使得无论如何放置相应的条构件42、52的内侧边缘44、54，最终的后缘延伸部40的外侧粘结封闭边缘64（图5）都能够与后缘28的形状一致。
参照图7，应当理解，后缘延伸部40可以结合另外的功能。例如，边缘延伸部40可以结合被限定在延伸部段50、60中的降噪结构构件70。在图7所示的特定实施例中，这些降噪构件70可以被限定成单独的锯齿部72。
如上所述，本发明还包括用于形成风力涡轮机转子叶片16上的边缘延伸部40的各种方法。该方法可以包括沿叶片的后缘28将第一条构件42连接至压力侧壳体构件22，使得第一带构件42的展向延伸部段50限定了在弦向方面中超过后缘28的延伸部段。同样地，第二条构件沿叶片的后缘28连接至吸力侧壳体构件24，使得第二带构件52的展向部段限定了弦向突出超过后缘28的延伸部段60。相应的延伸部段50、60彼此连接，使得相应的延伸部段的外侧边缘48、58限定了后缘延伸部40的粘结封闭边缘64。
该方法可以包括以背粘带条形式将第一条构件42和第二条构件52应用于压力侧壳体构件22和吸力侧壳体构件24，其中从带卷切割需要尺寸的条构件。备选地，该方法可以包括从平面片材（例如背粘材料）切割第一条构件42和第二条构件52。
一个方法实施例可以包括将第一条构件42和第二条构件52沿延伸部段50、60直接彼此粘合而无需介入结构部件。在该实施例中，该方法包括将用于第一条构件42和第二条构件52的材料选择成具有用于边缘延伸部40的最终厚度和硬度。
在备选实施例中，该方法可以包括通过将加固构件66插入在延伸部段50、60之间来至少沿延伸部段50、60对条构件42、52进行结构加强。
各种其它的方法实施例可以包括为后缘延伸部40设置另外的功能。例如，任何形式的降噪特征都可以在条构件连接至转子叶片16之前被限定在第一条构件42和第二条构件52中。这些降噪特征例如可以是沿相应的条构件的外侧边缘48、58被限定的锯齿形外形。备选地，锯齿形外形或者其它的降噪结构特征可以在条构件42、52已连接至转子叶片壳体构件22、24之后被限定在相应的条构件中。
为了便于将转子叶片16运输和装运至风力涡轮机现场，该方法可以包括在风力涡轮机现场将第一条构件42和第二条构件52连接至壳体构件22、24。
各种方法实施例可以进一步包括提供呈这样的尺寸的第一条构件42和第二条构件52（尤其是在弦向方面中）：该尺寸使得条构件42、52随后能够沿修剪线74被修剪，以便无论如何放置条构件42、52的内侧边缘44、54，都能够使外侧粘结边缘64所具有的轮廓与后缘28的轮廓相匹配。
如上所述，本发明还包括任何形式的风力涡轮机10（图1），该风力涡轮机10包括安装至转子毂18的多个转子叶片组件16，其中叶片16中的任何一个或组合都包括如上文所讨论的边缘延伸部40。
本书面描述使用示例对本发明进行了公开（其中包括最佳模式），并且还使本领域技术人员能够实施本发明（其中包括制造和使用任何装置或系统并且执行所包含的任何方法）。本发明的可专利范围通过权利要求进行限定，并且可以包括本领域技术人员能够想到的其它的示例。如果这种其它的示例包括与权利要求的字面语言没有区别的结构元件，或者如果这种其它的示例包括与权利要求的字面语言没有实质区别的等同结构元件，则期望这种其它的示例落入权利要求的范围中。