风力涡轮机转子叶片、其节段和互连构件制造技术

本披露内容涉及一种风力涡轮机转子叶片的节段，该节段包括：三个或更多个翼构件，这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸，其中，至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面；其中，每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端；其中，该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱，其中，该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端，使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连，并且其中，该第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端，使得该第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连。本披露还涉及一种风力涡轮机转子叶片并且涉及一种互连构件。

Wind turbine rotor blades, their segments and interconnecting components

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机转子叶片、其节段和互连构件
本专利技术涉及一种风力涡轮机转子叶片的节段。本专利技术还涉及一种风力涡轮机转子叶片。本专利技术还涉及一种互连构件。
技术介绍
全世界对可再生能源技术的兴趣日益增大。例如，气候变化问题正将能源生产推向可再生能源技术。因此，风力发电是重要的能源，并且每年通过风力发电产生的电量正在迅速增长。风力发电是将风能转化为更有用的形式，比如电。在这方面，使用风力涡轮机，风力涡轮机是将来自风的动能转换成电力的装置。风力涡轮机包括具有中央毂的转子，一个或多个叶片附接到该中央毂。转子被布置成随着叶片由于刮风而经受经过风力涡轮机的大量空气而旋转。转子的旋转因此产生机械能，机械能可以在风力涡轮机中被转换成电力。有两种主要类型的风力涡轮机：水平轴风力涡轮机(HAWT)，其中叶片绕水平轴线旋转；以及竖直轴风力涡轮机(VAWT)，其中叶片绕竖直轴线旋转。用于大规模电力生产的最常见类型的风力涡轮机是HAWT，并且下面的讨论内容主要针对HAWT。叶片形成有翼型形状的截面。这意味着叶片形成为使得叶片的旋转方向上的前侧的表面使经过该表面的空气比经过后侧的表面的空气要采取更长的路径。因此，在前侧表面上经过的空气将会比在后侧表面上经过的空气走得更快。因此，形成压力差，从而在叶片上产生升力。此升力引起围绕转子轴线的转矩，这引起转子旋转。运动叶片与空气之间的相对流速(包括速度和方向)被称为表观流速。当空气经过翼型形状的叶片的表面时，空气会对其施加取决于表观流速和翼型形状的力。升力是该力的垂直于即将到来的表观流动方向的分量。升力与作为该力的平行于表观流动方向的分量的阻力形成对比。与升力相反，阻力往往阻碍叶片的运动，并且通过数学分析可以显示出，为了优化涡轮机的电力效率，叶片应被设计成使得升力与阻力之间的比率最大化。风力涡轮机的电力生产能力主要受叶片长度的影响。风力涡轮机产生的电力与叶片扫过的面积成比例，该面积通常与叶片长度的平方成比例。因此，增加叶片长度使得能够增大风力涡轮机的电力产量。然而，还需要在考虑叶片在风力涡轮机的操作期间受到的载荷的情况下来设计叶片。空气动力载荷是通过风和叶片在空气中的旋转产生表观流动而形成的。空气动力载荷在叶片上产生弯曲力矩，弯曲力矩在最靠近毂的地方最大。虽然空气动力载荷可能由于风湍流而变化，但是施加在叶片上的空气动力载荷通常与叶片长度的平方成比例。由于叶片的质量，叶片也受到重力载荷的作用，并且在叶片旋转一整圈时，叶片将经历疲劳循环。重力载荷通常与叶片长度的立方成比例。因此，尽管空气动力载荷对于小尺寸叶片来说占主导地位，但随着叶片长度增加，重力载荷将变得占主导地位。因此，由于为了增加风力涡轮机的发电能力而增加叶片长度，所以叶片设计需要密切注意施加在叶片上的重力载荷。否则，由于叶片的质量大，存在疲劳失效的风险。另外，长叶片会导致与叶片变形、裂纹和扭曲有关的问题。因此，随着叶片长度增加，叶片的设计变得困难。叶片的质量和相关联的重力载荷以及空气动力载荷可能迫使叶片形状的设计在强度与空气动力学之间进行折衷。特别是在靠近毂的地方，叶片可能需要具有对于提供强度而不是翼型特性而言最优化的设计，这意味着叶片的空气动力学性能将不是最佳的。进一步地，当要安装风力涡轮机时，需要将风力涡轮机零件运输到风力涡轮机的场地。风力涡轮机由非常大的零件组成，比如长叶片，这使得零件到场地的运输成为艰巨的任务。例如，风力涡轮机零件可能比通常允许的车辆长度长得多，这意味着陆路需要使用特种车辆来运输这些零件。进一步地，风力涡轮机零件的质量也可能设置特殊要求，以便允许将零件运输到场地。而且，由于零件的质量和长度，零件在场地的安装是麻烦的。而且，叶片的成本当然随着叶片的质量而增加。由于叶片的质量与叶片长度的立方成比例，所以制造叶片的成本随着叶片长度比随着风力涡轮机的发电能力增加得更快。最后，较大的叶片质量可能导致风力涡轮机的塔架和基础的问题，因为叶片的质量在风力涡轮机的这些零件上施加较大载荷。而且，叶片质量的增加通过增大的旋转惯性而导致转子毂上的载荷增加。从上面可以清楚地看出，风力涡轮机的叶片的任何修改使得叶片的质量减小，将显著改善叶片的设计中面临的问题。在US7,517,198中，披露了一种轻质风力涡轮机叶片。该涡轮叶片包括轻质复合支撑桁架结构。支撑桁架结构被蒙皮组件覆盖，蒙皮组件形成叶片的基本翼型形状。一系列侧向间隔开的肋形成叶片的脊部，并限定总体翼型形状。然而，叶片需要很薄，以便将空气动力载荷保持较小。这意味着很难获得高强度的结构。因此，最靠近毂的肋具有圆形形状，为结构提供强度，而不是良好的空气动力学性能。在EP1887219中，披露了一种特殊的叶片结构。该叶片结构利用了这样的事实，即通过设计叶片的型材节段从而增加该节段的表面和该节段到中性线的距离，可以增加叶片的惯性矩。进一步地，结构中的节段的材料支撑的应力与惯性矩成反比，由此增加惯性矩会减小材料的应力。因此，通过将叶片分成子叶片并分离子叶片，可以增加惯性矩而不会增加材料的重量。然而，为了获得更大的惯性矩，子叶片需要牢固结合。因此，连杆沿着子叶片的长度间隔开。尽管这种结构允许结构中的节段的材料支撑的应力减小，但叶片的重量原则上不会减小。因此，仍然需要减轻叶片的重量。而且，子叶片受到弯曲力矩的作用，这意味着需要考虑给子叶片提供强度而不是提供空气动力学性能来设计最靠近毂的子叶片。US1,820,529披露了一种螺旋桨叶片，其设有在顶点汇合的多个翼型。每个翼型向外朝向支撑端倾斜，在支撑端，翼型被刚性地固定到共用叶片轴线上。多个架被定位成被夹在多个翼型之间，基本平行于叶片轴线。而且，斜连系结构被刚性地固定，以沿其长度相对于给定叶片的其它翼型交叉支撑一个翼型。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种风力涡轮机转子叶片的设计，使得实现稳定的轻质叶片。至少部分地通过独立权利要求中限定的专利技术来实现本专利技术的这些和其他目的。在所附权利要求中阐述了优选实施例。根据本专利技术的一方面，提供了风力涡轮机转子叶片的节段，该节段包括三个或更多个翼构件，这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸，其中，至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面，其中，每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端，其中，该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱以及从第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的外端的至少一个对角框架构件，所述对角框架构件被预张紧，从而在该第一翼构件的内端到另一个翼构件的外端之间提供拉力，其中，该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端，使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连，并且其中，该第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端，使得第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力涡轮机转子叶片的节段，该节段包括/n三个或更多个翼构件，这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸，/n其中，至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面，/n其中，每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端，/n其中，该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱以及从第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的外端的至少一个对角框架构件，所述对角框架构件被预张紧，从而在该第一翼构件的内端到另一个翼构件的外端之间提供拉力，/n其中，该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端，使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连，并且/n其中，第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端，使得该第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170608 EP 17174914.61.一种风力涡轮机转子叶片的节段，该节段包括
三个或更多个翼构件，这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸，
其中，至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面，
其中，每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端，
其中，该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱以及从第一翼构件的内端延伸到另一个翼构件的外端的至少一个对角框架构件，所述对角框架构件被预张紧，从而在该第一翼构件的内端到另一个翼构件的外端之间提供拉力，
其中，该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端，使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连，并且
其中，第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端，使得该第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连。


2.根据权利要求1所述的节段，其中，这些支柱被构造成抵抗沿着相应支柱的纵向方向的纵向压缩。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的节段，其中，该第一多个支柱中的这些支柱中的每个支柱和/或该第二多个支柱中的这些支柱中的每个支柱是分离的细长构件，这些细长构件在任一端部机械地连接到相应翼构件的相应端部。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的节段，其中，该第一多个支柱和/或第二多个支柱中的这些支柱一体形成为单个多边形构件。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的节段，
其中，该第一多个支柱中的这些支柱的数量至少等于、优选地等于翼构件的数量，和/或
其中，该第二多个支柱中的这些支柱的数量至少等于、优选地等于翼构件的数量。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的节段，
其中，该第一多个支柱中的这些支柱形成闭合多边形、优选地非自相交的闭合多边形，其中，这些翼构件的相应内端被定位在该多边形的角，和/或
其中，该第二多个支柱中的这些支柱形成闭合多边形、优选地非自相交的闭合多边形，其中，这些翼构件的相应外端被定位在该多边形的角。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的节段，其中，该节段进一步在该相应翼构件的至少一个端部处包括互连构件，通过该互连构件，该相应翼构件被构造成与第二节段的对应的翼构件互连，其中，每个互连构件优选地设有用于至少两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·伯蒂尔森，
申请(专利权)人：赢富尔股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE