專利名稱：具有電阻加熱結(jié)合件的模塊化風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此處描述的主題一般地涉及具有特定葉片結(jié)構(gòu)的流體反應(yīng)面，且 更具體地，涉及具有電阻加熱結(jié)合件(resistance heated bond)的模塊化 風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)是一種將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械。如果產(chǎn)生的 機(jī)械能直接為機(jī)械所利用，例如用來抽水或碾磨小麥，那么該風(fēng)力渦 輪機(jī)可稱為風(fēng)車。相似地，如果該機(jī)械能被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能，那么 該渦輪機(jī)可稱為風(fēng)力發(fā)電機(jī)或風(fēng)力發(fā)電裝置。
風(fēng)力渦輪機(jī)使用一個或更多"葉片"或"轉(zhuǎn)子葉片"形式的翼型 件(airfoil)來產(chǎn)生升力，并從流動空氣中獲取動量然后將該動量傳遞給 轉(zhuǎn)子。各葉片典型地固定在其"根部"端，然后徑向"向外"地"延 伸"至自由的"末梢"端。葉片的前部或"前緣"連接葉片上首先接 觸空氣的最前端的點(diǎn)。葉片的后部或"后緣"是已經(jīng)被前緣所分離的氣流在經(jīng)過葉片的吸力面及壓力面之后重新會合的地方。"翼弦線" 在典型氣流的方向上橫跨葉片連接葉片的前緣與后緣。翼弦線的長度 簡稱為"弦長"。
風(fēng)力渦輪機(jī)典型地根據(jù)葉片所圍繞旋轉(zhuǎn)的垂直軸線或水平軸線 來分類。在圖1中示意性地圖解了一種所謂的"水平軸線風(fēng)力發(fā)電機(jī)"，
并且其能從位于美國佐治亞州亞特蘭大市的GE Energy公司處得到。 用于風(fēng)力渦輪機(jī)2的此特別構(gòu)造包括支撐帶有轉(zhuǎn)子8的動力傳動系統(tǒng) 6的塔架4，該動力傳動系統(tǒng)6由被稱為"短艙"的保護(hù)性外殼覆蓋。 葉片10布置在轉(zhuǎn)子8的一端，位于短艙之外，用來驅(qū)動連接到發(fā)電 機(jī)14上的齒輪箱12，發(fā)電機(jī)14連同控制系統(tǒng)16 —起位于動力傳動 系統(tǒng)6的另一端。
隨著風(fēng)力渦輪機(jī)葉片尺寸的增大，運(yùn)送葉片至渦輪機(jī)場地處的費(fèi) 用也相應(yīng)增高。對此問題的常規(guī)方法包括在多風(fēng)的安裝場地附近建造 工廠以最大程度地減少地面運(yùn)送，將葉片分段以縮短裝運(yùn)部件的長 度，以及運(yùn)送未組裝的葉片零件用于在安裝場地處組裝。例如2005 年12月19日提交的序列號為11/311, 053的美國專利申請(代理人檔 案號180916及182704)公開了圖2中所示的"模塊化構(gòu)造的轉(zhuǎn)子葉片 及構(gòu)造方法"。結(jié)合線18和20代表了在該處結(jié)合多個轉(zhuǎn)子葉片段的 縫或區(qū)域。轉(zhuǎn)子葉片10可包括任何數(shù)量的結(jié)合線以及相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉 片段，并且結(jié)合線可布置于任何方向，平行、垂直或以其它方式與前 緣和后緣相關(guān)。如圖3所示，各段可包括用粘合劑23結(jié)合的至少一 個凸緣25。
然而，連接這些及其他風(fēng)力渦輪機(jī)葉片部件的常規(guī)方法通常都相 當(dāng)復(fù)雜并耗費(fèi)時(shí)間。例如，它們經(jīng)常需要特殊的設(shè)備如爐、熱帳篷及 加熱趙，以在處理構(gòu)造現(xiàn)場處寬范圍的環(huán)境條件時(shí)將粘性材料維持在 合適的溫度
發(fā)明內(nèi)容
此類常規(guī)方法中的這些以及其他方面在此通過以不同實(shí)施例提
供一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片來解決，該葉片包括第一結(jié)構(gòu)部件；第
二結(jié)構(gòu)部件；及用于連接第一與第二結(jié)構(gòu)部件的至少一個傳導(dǎo)性結(jié)合 件。


現(xiàn)在將參考以下圖形("圖.")對本技術(shù)發(fā)明的不同方面進(jìn)行描述， 這些圖未必按比例繪制，但貫穿若干視圖的每個視圖使用相同的參考 標(biāo)號來表示相應(yīng)的零件。
圖l是常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)的示意性側(cè)視圖。
圖2是模塊化構(gòu)造的轉(zhuǎn)子葉片的側(cè)面透一見圖。
圖3是用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的常規(guī)結(jié)合部的放大橫截面示意圖。
圖4是用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)合部的示意性橫截面圖。
圖5是用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)合部的示意性橫截面圖。
圖6是用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)合部的示意性橫截面圖。
零件列表
2.風(fēng)力渦輪機(jī)
4.塔架
6.動力傳動系統(tǒng) 8.轉(zhuǎn)子 10.葉片 12,齒輪箱 14.發(fā)電機(jī) 16.控制系統(tǒng) 18.結(jié)合線 20.結(jié)合線 23.粘合劑
625.凸緣 30.結(jié)合部 32.第一結(jié)構(gòu)部件 34.第二結(jié)構(gòu)部件 36.傳導(dǎo)性結(jié)合件 38.金屬材料 40.金屬粉末 42.線
44.熱塑性材料條
具體實(shí)施例方式
圖4是圖1所示的用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的結(jié)合部30的放大示 意性橫截面圖。例如，圖中所示的葉片10可以構(gòu)造成具有該結(jié)合部 30和/或被修改以包括任何以下討論的不同特征。雖然圖4中描繪了 搭接，但也可使用任何其他類型的結(jié)合，其包括但不限于餅片結(jié)合 (biscuit)、嚙接、蝶形結(jié)合、榫釘結(jié)合、頂蓋結(jié)合(coping)、頂蓋棒條 結(jié)合(cope and stick)、榫槽結(jié)合、卡箍結(jié)合(housing)、燕尾結(jié)合、指型 結(jié)合、梳箱結(jié)合(boxcombing)、搭接、交叉搭接、開半搭接、燕尾搭 接、端部搭接、開半結(jié)合、中部搭接、斜接、鑲榫結(jié)合、套孔結(jié)合 (pocket-hole)、槽榫結(jié)合、切口結(jié)合、舌片槽溝結(jié)合、框架嵌板結(jié)合、 圍欄側(cè)板結(jié)合(rail and style)、拼接、開半搭接4并接、嵌合拼接及斜;皮 搭接拼接。
在圖4中，第一結(jié)構(gòu)部件32通過用于連接第一和第二結(jié)構(gòu)部件 的至少一個傳導(dǎo)性結(jié)合件36連接到第二結(jié)構(gòu)部件34上。該傳導(dǎo)性結(jié) 合件36構(gòu)造成在結(jié)合介質(zhì)和/或粘合劑上分配能量。例如，傳導(dǎo)性結(jié) 合件可包括傳導(dǎo)性材料和粘性材料，如選自包括熱塑性材料和熱固性 樹脂的組的材料。
傳導(dǎo)性材料可包括非金屬和/或金屬材料，并且/或者粘合劑可包
7括傳導(dǎo)性(非金屬)聚合物。例如，非金屬傳導(dǎo)性材料可包括碳纖維、 非金屬熱塑性細(xì)絲/纖維、碳納米管和/或陶瓷粉和陶乾晶須。金屬材
料可為粉末金屬40和/或嵌于熱固性樹脂或熱塑性材料中的一根或多 根(金屬和/或非金屬的)線42。如圖4所示， 一些或全部的線42可編 織、縫合和/或以其它方式織在一起，并且一些或全部的線可從傳導(dǎo)性 結(jié)合件36伸出。例如，縫線可由傳導(dǎo)或絕緣纖維制成。傳導(dǎo)性材料 也可呈箔、板、網(wǎng)、布、薄片、條、帶、條帶、股和/或細(xì)絲的形狀， 包括但不限于可從Union Carbide Corporation公司得到的Grafoi媳牌 材料和其他材料。
如圖5所示的對接結(jié)合，金屬絲42除了可嵌于傳導(dǎo)性結(jié)合件36 中的熱塑性材料和熱固性樹脂中之外，也可鋪設(shè)于該熱固性樹脂和/ 或熱塑性材料之上和/或之下。圖6顯示了另一個實(shí)施例，此實(shí)施例中 第一結(jié)構(gòu)部件32包括帶有缺口的熱塑性表皮，且第二結(jié)構(gòu)部件34包 括用于支撐該表皮的熱固性底層結(jié)構(gòu)。傳導(dǎo)性結(jié)合件36包括緊固于 該熱固性底層結(jié)構(gòu)34上用于填補(bǔ)此缺口的熱塑性材料條44。
一旦就位，可以用電磁能源加熱傳導(dǎo)性結(jié)合件36，該能源將能量 聚集于結(jié)合部30。例如，線42可以連接到諸如48伏特電池或發(fā)電機(jī) 的電流源上，該電流源致使電流流過傳導(dǎo)性結(jié)合件36并加熱周圍的 熱塑性和/或熱固性材料。然而，也能〗吏用包括感應(yīng)熱源和/或紅外線 熱源的其它能源。
以上所述的技術(shù)通過將熱能聚集于葉片10的傳導(dǎo)性結(jié)合件36處 而方便了風(fēng)力渦輪機(jī)的就地組裝，其中需要正確地設(shè)置和/或固化結(jié)合 件中的材料。聚集此熱能有助于最小化和/或避免對傳統(tǒng)加熱設(shè)備如 爐、熱帳篷及加熱慈的需要，這些設(shè)備可能必須加熱整個葉片結(jié)構(gòu)。 于此描述的技術(shù)也有助于避免熱量耗散到葉片10中的包圍結(jié)構(gòu)中， 否則將需要更大的能量源以將結(jié)合件36維持在合適的溫度。
以上所描述的不同實(shí)施例為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片提供增強(qiáng)了的抗彎 性。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是以上描述的實(shí)施例，特別是任何"優(yōu)選的"實(shí)施例僅僅是在這里闡述的不同實(shí)施方式的范例，用來提供對此技術(shù)不同方 面的清晰理解。在不實(shí)質(zhì)性地脫離僅由所附權(quán)利要求的正確解釋所限 定的保護(hù)范圍的情況下，可對這些實(shí)施例中的多個實(shí)施例進(jìn)行變更。
權(quán)利要求
1. 一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)(2)的葉片(10)，包括第一結(jié)構(gòu)部件(32)；第二結(jié)構(gòu)部件(34)；和用于連接所述第一結(jié)構(gòu)部件(32)與所述第二結(jié)構(gòu)部件(34)的至少一個傳導(dǎo)性結(jié)合件(36)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其特征在于，所述至少一個傳 導(dǎo)性結(jié)合件(36)包括傳導(dǎo)性材料(38, 40, 42)以及選自包括熱塑性材料 和熱固性樹脂的組的粘性材料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片，其特征在于，所述傳導(dǎo)性材料 嵌于所述熱固性樹脂之中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的葉片，其特征在于，所述傳導(dǎo)性 材料鋪設(shè)于所述熱固性樹脂之上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2、 3或4所述的葉片，其特征在于，所述傳導(dǎo) 性材料包括至少 一根線(42)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的葉片，其特征在于，所述至少一根線 (42)包括織在一起的多根金屬線(42)。
7. 才艮據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5或6所述的葉片，其特征在于， 所述第一結(jié)構(gòu)部件(32)包括熱塑性表皮，且所述第二結(jié)構(gòu)部件(34)包括 用于支撐該表皮的熱固性底層結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6或7所述的葉片，其特征在 于，所述至少一個結(jié)合件(36)還包括緊固于所述熱固性底層結(jié)構(gòu)(34) 上的熱塑性材料條(44)。
9. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)(2),包括塔架(4),其用于支撐帶有轉(zhuǎn)子(8)的動力傳動系統(tǒng)(6); 齒輪箱(12)，其連接至所述轉(zhuǎn)子(8)，用于驅(qū)動發(fā)電機(jī)(14); 至少一個葉片(IO)，其連接至所述轉(zhuǎn)子(8),用于驅(qū)動所述齒輪箱其中，所述葉片(10)包括 第一結(jié)構(gòu)部件(32); 第二結(jié)構(gòu)部件(34);用于連接所述第一結(jié)構(gòu)部件與所述第二結(jié)構(gòu)部件的至少一 個傳導(dǎo)性結(jié)合件(36)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)，其特征在于，所述至少 一個傳導(dǎo)性結(jié)合件(36)包括選自包括金屬粉末(40)和線(42)的組的傳 導(dǎo)性材料，和選自包括熱塑性材料和熱固性樹脂的組的粘性材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有電阻加熱結(jié)合件的模塊化風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，具體而言，一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)(2)的葉片(10)包括第一結(jié)構(gòu)部件(32)；第二結(jié)構(gòu)部件(34)；以及用于連接第一結(jié)構(gòu)部件(32)與第二結(jié)構(gòu)部件(34)的至少一個傳導(dǎo)性結(jié)合件(36)。
文檔編號F03D1/06GK101457737SQ20081018716
公開日2009年6月17日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者H·D·德賴弗, J·T·利文斯頓, W·W·林 申請人:通用電氣公司