專利名稱：具有成角度的梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的加強(qiáng)葉片，具體地涉及一種葉片，該葉片具有一個(gè) 或多個(gè)梁的新布置以便防止由于操作載荷引起的葉片的橫向剪切變形。
背景技術(shù)：
一般而言，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片具有空氣動(dòng)力學(xué)殼體和梁，例如橫梁或翼梁。梁可以為 單一橫梁，但通常使用兩個(gè)梁。兩個(gè)梁與在這兩個(gè)梁之間延伸的殼體的部件一起形成所謂 的箱形輪廓。箱形輪廓的底部和頂部常稱為蓋。一些類型的葉片設(shè)計(jì)有箱形輪廓形式的翼 梁，它被分開制造且結(jié)合在預(yù)制造的表面殼體之間?？諝鈩?dòng)力學(xué)殼體一般由纖維加強(qiáng)塑料、 玻璃纖維和/或其它材料的層壓材料制成。典型地，空氣動(dòng)力學(xué)殼體由兩個(gè)殼體部分制成， 所述兩個(gè)殼體部分組裝而形成殼體。在正常操作條件下，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片受到與拍打方向成角度的載荷。通常是將葉 片上的該載荷分解為其在拍打方向和沿邊方向的分量。拍打方向?yàn)榛旧洗怪庇诖┻^葉片 的橫截面的橫軸的方向。因而，拍打方向可被認(rèn)為是空氣動(dòng)力學(xué)升力作用于葉片所沿的方 向或相反/逆向方向。沿邊載荷發(fā)生在與拍打方向垂直的方向上。葉片還受到主要地為空 氣動(dòng)力學(xué)和慣性載荷的扭轉(zhuǎn)載荷。這些載荷能使葉片經(jīng)受到在葉片的扭轉(zhuǎn)特征頻率下的諧 運(yùn)動(dòng)或諧振動(dòng)。載荷和方向的表示在圖1中給出。在葉片操作過程中，拍打方向載荷和沿邊方向載荷在葉片中產(chǎn)生橫向剪切力。該 橫向剪切力在圖加示出的葉片的典型橫截面上示出。由拍打方向載荷和沿邊方向載荷引 起橫向剪切力是由于葉片的典型的不對(duì)稱幾何形狀和材料分布造成的。而且，拍打方向載 荷和沿邊方向載荷不穿過葉片的剪切中心作用的事實(shí)有助于橫向剪切力的產(chǎn)生。在箱形輪廓中，橫向剪切力在箱形輪廓的角部中引起高的面內(nèi)彎曲力矩?？赏ㄟ^ 增加角部的箱形輪廓材料的厚度來抵消所述彎曲力矩，但是增加的厚度對(duì)葉片的重量有不 利影響，而對(duì)強(qiáng)度卻沒有證實(shí)的貢獻(xiàn)。在梁分開制造且結(jié)合到殼體部分的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中，制造流程的限制導(dǎo)致在梁 的連接到殼體部分的部分中小的材料厚度，因而葉片的該部件具有低彎曲剛度。盡管箱形輪廓的側(cè)面、頂部和底部可能是相對(duì)較厚的，但是箱形輪廓的角部的低 彎曲剛度與相同區(qū)域內(nèi)的高彎曲力矩組合意味著箱形輪廓容易由于橫向剪切力而變形。由橫向剪切力引起的橫向剪切變形的結(jié)果的示例在圖2b中示出。該變形因此改 變?nèi)~片的形狀并且這對(duì)葉片的最終強(qiáng)度具有不利影響。如果橫向剪切變形超過依賴于葉片 的材料分布和幾何形狀的一定限度，則葉片對(duì)擠壓壓力的抵抗性降低且葉片能出現(xiàn)突然斷 裂。擠壓壓力由拍打方向載荷引起且由于其縱向彎曲而出現(xiàn)在葉片的箱形輪廓中。該效應(yīng) 通常也稱為橢圓化，參考圖3。為了進(jìn)一步說明擠壓壓力的影響，參考由Elsevier出版在 Composite Structures 76 (2006) 52-61 ψ ^F. Μ. Jensen ^AWife ；"Structural testing and numerical simulation of a 34m composite wind turbine blade (34 米復(fù)合風(fēng)力潤 輪機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)測試和數(shù)值模擬)”。
在梁和殼體之間的連接部處梁的變形能導(dǎo)致梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失 效和/或梁和殼體之間的連接部處的疲勞失效。最終，葉片表面的變形影響葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率，因?yàn)檩喞脑O(shè)計(jì)形狀不再得 到維持。因此，需要一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，在該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中，葉片輪廓的結(jié)構(gòu)布局被 設(shè)計(jì)成抵抗橫向剪切變形，且其中在不增加總體重量的情況下葉片結(jié)構(gòu)普遍被加強(qiáng)。進(jìn)一 步期望的是提供具有提高的扭轉(zhuǎn)剛度的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供設(shè)計(jì)成抵抗由葉片上的拍打方向載荷和沿邊方向載荷 引起的橫向剪切力所產(chǎn)生的橫向剪切變形的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明的目的也是提供用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的加強(qiáng)葉片輪廓。本發(fā)明的另一目的是提供對(duì)葉片輪廓的變形具有改進(jìn)的抵抗能力的風(fēng)力渦輪機(jī) 葉片。本發(fā)明的又一目的是提供具有提高的總體強(qiáng)度和剛度的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明的另一目的是提供對(duì)疲勞失效具有提高的抵抗能力的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明的又一目的是提供這樣一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片能以與現(xiàn) 有解決方案相比減小的制造成本生產(chǎn)。此外，本發(fā)明的目的是提供能夠在極端的空氣動(dòng)力學(xué)載荷下工作的風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片并且優(yōu)化葉片的空氣動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性，例如空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。另一目的是提供構(gòu)造加強(qiáng)空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的方法。本發(fā)明的目的也是提供具有在殼體和梁之間的接頭的改進(jìn)的可靠性的風(fēng)力渦輪 機(jī)葉片。本發(fā)明的又一目的是提供對(duì)擠壓壓力具有增加的抵抗能力的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。又一目的是提供能夠在極端的空氣動(dòng)力學(xué)載荷下工作的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片并且優(yōu) 化葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率，例如能量輸出。另一目的是提供這樣一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中葉片施加到風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的其 它結(jié)構(gòu)部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷被減小。本發(fā)明的又一目的是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提供可選方案。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，上述和其它目的由這樣一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片實(shí)現(xiàn)，該風(fēng) 力渦輪機(jī)葉片包括具有帶有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的部分的殼體以及用于提高葉片的強(qiáng)度并在 葉片的縱向方向延伸的至少兩個(gè)梁，且其中所述至少兩個(gè)梁中的每一個(gè)連接到殼體的上部 和下部并與所述至少兩個(gè)梁中的另一梁形成一角度。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，上述和其它目的由提高具有殼體的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的強(qiáng) 度的方法實(shí)現(xiàn)，所述殼體帶有具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的部分，該方法包括以下步驟在殼體內(nèi) 定位并連接至少兩個(gè)梁以使其在葉片的縱向方向延伸，以及將所述至少兩個(gè)梁中的每一個(gè) 連接到殼體的上部和下部使得所述至少兩個(gè)梁中的一個(gè)與所述至少兩個(gè)梁中的另一梁形 成角度。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可在例如Darrieus式風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng)力星(wind star)渦輪機(jī)等的豎直軸線風(fēng)力渦輪機(jī)中使用，或在例如通常為三葉片、有時(shí)為兩葉片或甚至一葉片(并 且經(jīng)平衡的)等的常見的現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機(jī)等的水平軸線風(fēng)力渦輪機(jī)中使用。根據(jù)本發(fā)明的葉片還可用于航空工業(yè)，例如作為直升機(jī)翼、飛機(jī)機(jī)翼等。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片不僅可適用于風(fēng)而且還可適用于各種水流，包括自由流(河流、 溪流)、潮汐流、洋流、波運(yùn)動(dòng)、海洋波表面流等。葉片的殼體可優(yōu)選地但不排它地包括復(fù)合或?qū)訅翰牧?。該材料可單?dú)地或以任意 組合包括玻璃纖維、碳纖維或其它通常具有高強(qiáng)度/重量比的耐用且柔性的材料，如可進(jìn) 一步至少部分地包括輕量金屬或合金的其它纖維加強(qiáng)塑料材料。殼體可一般為層壓或夾層 結(jié)構(gòu)。殼體的厚度可沿其長度和寬度變化。殼體的上部具有平坦表面，且在葉片的正常操作過程中，殼體的上部為葉片的抽 吸側(cè)。殼體的下部具有更彎曲的表面，且在葉片的正常操作過程中，殼體的下部為葉片的壓 力側(cè)。因此，殼體的上部也表示為殼體的抽吸側(cè)，而且殼體的下部也表示為殼體的壓力側(cè)。在具有兩個(gè)或多個(gè)梁的常規(guī)的葉片中，梁基本上彼此平行且基本上垂直于葉片的 輪廓弦延伸。葉片的輪廓弦為包括葉片的前緣和尾緣并在其間延伸的虛表面。因而，沿邊 方向?yàn)榕c輪廓弦平行的方向，而拍打方向?yàn)榕c輪廓弦垂直的方向。根據(jù)本發(fā)明的葉片可包括兩個(gè)或多個(gè)梁。根據(jù)本發(fā)明的梁中的每一個(gè)具有與葉片 的縱向延伸平行的縱向延伸和橫向延伸，即梁在殼體的下部和上部之間的延伸，其與葉片 的另一梁形成斜角。因而，與常規(guī)的葉片的梁相比，根據(jù)本發(fā)明的葉片的至少一個(gè)梁關(guān)于梁 的縱向軸線傾斜以與葉片的輪廓弦形成不同于90°的角度。例如，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，沒 有梁具有垂直于葉片的輪廓弦的橫向延伸。在另一實(shí)施例中，梁中的一些但并非全部具有 垂直于葉片的輪廓弦的橫向延伸。兩個(gè)或多個(gè)梁沿葉片的縱向延伸加強(qiáng)葉片。梁也可稱為腹板。梁或腹板可通過能 夠支撐載荷的任何類型的加長結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成，例如橫梁或翼梁，如成形為I輪廓，其優(yōu)選地 由纖維加強(qiáng)塑料或其它合適的材料制成。當(dāng)葉片被加載時(shí)，梁可能經(jīng)受拉伸力和壓縮力。為了防止當(dāng)受到壓縮力時(shí)梁屈曲， 梁能利用在梁的頂部的凸緣或側(cè)面上的縱梁來加強(qiáng)或者可具有皺折或加強(qiáng)件以防止屈曲 失效。此外，梁或梁的部件可制成為在每一側(cè)上具有帶有層壓物的泡沫材料的夾層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地但非排它地，所述至少兩個(gè)梁能以關(guān)于彼此成5° -125°的角度定位，該 角度的范圍可以為例如5° -125°，例如10° -110°，例如20° -100°，例如30° -90° ； 或者該角度的范圍可以為10° -90°，例如20° -90°，例如30° -90°?？稍诟鱾€(gè)梁的邊緣設(shè)置腳或凸緣，以方便特別是通過結(jié)合裝置到葉片的殼體的相 應(yīng)表面的連接。然而，能以其它方式實(shí)現(xiàn)連接，例如通過第二層壓、焊接、粘附、熔融、膠合、 粘接、熔合、機(jī)械連接等，或者這樣的連接措施的任意組合。每個(gè)梁具有基本直的形狀，例如桿或平面構(gòu)件的形狀。如果梁的形狀不直，則梁的 形狀能在受到導(dǎo)致其端部連接部移動(dòng)的拉伸時(shí)而變直，從而改變空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。原則上，殼體的內(nèi)表面的連接部可位于內(nèi)表面上的任何地方，但是應(yīng)該觀察到，所 選的位置適合使梁能夠提供所述輪廓的合理的且有用的加強(qiáng)。相對(duì)于彼此傾斜或成角度的梁防止或阻止由例如圖2b所示的橫向剪切力引起的 風(fēng)力渦輪機(jī)的橫截面變形，且因此加強(qiáng)殼體使之抵抗橫向剪切力。這又增加葉片對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從而增加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也得到 提高，因?yàn)橄啾瘸Ｒ?guī)葉片來說，葉片輪廓的設(shè)計(jì)形狀得到更高程度的維持。因此，葉片的總 體強(qiáng)度得到提高，且有利于具有較低的總體重量的葉片的設(shè)計(jì)。本發(fā)明還提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也增加葉片的扭轉(zhuǎn)特征頻 率且進(jìn)而降低葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)的其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的提高 明顯改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。梁可沿葉片的基本上整個(gè)長度延伸。在本發(fā)明的實(shí)施例中，兩個(gè)或多個(gè)梁端對(duì)端定位或沿葉片的縱向延伸的至少一部 分處于間隔關(guān)系使得相鄰的梁以相對(duì)于葉片的輪廓弦不同的角度安裝。相鄰的梁的相鄰端 之間的距離可不超過^D，其中D為梁中的一個(gè)的跨越距離，即梁的殼體的兩個(gè)相對(duì)的連接 部之間的距離。對(duì)于兩個(gè)或多個(gè)相鄰的梁來說，參數(shù)D的值可相等。然而，因?yàn)轱L(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面的寬度一般朝葉片的尖端減小，所以較靠近 尖端定位的梁的距離D2將小于較靠近風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂定位的梁的距離Dp所得到的兩 個(gè)相鄰的梁之間的最大距離可優(yōu)選地基于兩個(gè)距離的最小值即距離A或基于D1和&的平 均值來計(jì)算。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所得到的距離D的值滿足該關(guān)系在梁的支撐剪切力的能力、風(fēng)力 渦輪機(jī)葉片的總重量和葉片的剛度之間存在良好平衡。然而，兩個(gè)梁之間的最大距離代替 地可以基于其它要求，例如但不限于對(duì)特別強(qiáng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)的需要，例如當(dāng)預(yù)期 風(fēng)力渦輪機(jī)會(huì)經(jīng)受反復(fù)惡劣的氣候條件時(shí)，例如當(dāng)安裝在遠(yuǎn)海處時(shí)。在具有沿葉片的沿邊方向以相互距離安裝的兩個(gè)或多個(gè)梁的實(shí)施例中，梁中的一 些或全部可被分成部分且沿葉片的縱向延伸端對(duì)端定位，從而有利于處理和輸送。原則上，可以使用任何數(shù)量的梁，但是為了簡單且為了保持葉片的總體重量盡可 能低，一些例如兩個(gè)梁是優(yōu)選的。梁可包括從由桿、板、管構(gòu)成的組中選出的一個(gè)或多個(gè)元件例如組裝成格子的桿 以形成構(gòu)成梁的格子梁。梁可由任何適合的材料制成。纖維加強(qiáng)塑料目前是優(yōu)選的。梁可進(jìn)一步設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)切口。在本發(fā)明的實(shí)施例中，梁可只定位在葉片的某些部分中。在本發(fā)明的實(shí)施例中，傾斜的梁，即具有不與葉片的輪廓弦垂直的橫向延伸的梁， 位于葉片的預(yù)期或建立有基本上橫向變形的位置。為了方便組裝具有殼體部分的梁，梁和殼體之間的腔可填充有輕質(zhì)泡沫材料以有 利于梁的定位。在本發(fā)明的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)梁可單獨(dú)地設(shè)計(jì)使得葉片的彎曲和扭轉(zhuǎn)被耦合 以承受強(qiáng)陣風(fēng)的高載荷。這導(dǎo)致葉片上較低的疲勞載荷且也有利于風(fēng)力渦輪機(jī)的較高能量 輸出。


下面將參考附圖中所示的示例性實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中圖1示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視圖以及分別表示拍打方向、沿 邊方向和扭轉(zhuǎn)載荷方向的箭頭，圖加是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，其中箭頭表示葉片中的橫向剪切力的方向，圖2b示意性地示出由橫向剪切力引起的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面的變形，圖3是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，其中箭頭表示葉片上的擠壓壓力，圖4示意性地示出具有使殼體的上部和下部互相連接的四個(gè)梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片的一部分的透視圖，圖5示意性地示出類似于圖4的葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視圖，但是 在四個(gè)梁之間具有其它相互角度，圖6示意性地示出具有使殼體的上部和下部互相連接的兩個(gè)梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片的一部分的透視圖，圖7示意性地示出類似于圖6的葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視圖，其中 梁具有切口，圖8示意性地示出類似于圖4的葉片的具有使殼體的上部和下部互相連接的四個(gè) 梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視圖，然而其中兩個(gè)梁具有夾層結(jié)構(gòu)，圖9示意性地示出具有箱形輪廓形式的翼梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視 圖，所述翼梁分開制造且結(jié)合在預(yù)制的表面殼體之間，圖10示意性地示出具有多個(gè)梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視圖，這些梁相 對(duì)于葉片的輪廓弦具有交替的角度，圖11示出梁到殼體的連接的示例，圖12示出具有由上殼體部分和下殼體部分包圍的U形輪廓的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的 示意性橫截面，圖13示出具有用箱蓋部分閉合且連接到前緣部分和尾緣部分的U形輪廓的風(fēng)力 渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，圖14示出具有通過底板分成上部和下部且由上殼體部分和下殼體部分包圍的U 形輪廓的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，圖15示出具有用箱蓋部分閉合且通過底板分成上部和下部且連接到前緣部分和 尾緣部分的U形輪廓的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，以及圖16示出具有用箱蓋部分閉合且連接到前緣部分和尾緣部分的U形輪廓的風(fēng)力 渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，以及由U形輪廓分成三個(gè)部分的底板。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將在下文參考附圖更充分地說明本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施 例。為了清楚起見附圖為示意性的且被簡化，且附圖僅示出對(duì)理解本發(fā)明來說必要的細(xì)節(jié)， 而其它細(xì)節(jié)已被省略。自始至終，對(duì)相同的或相應(yīng)的部件使用相同的附圖標(biāo)記。除了所示的實(shí)施例，本發(fā)明能以不同形式實(shí)施，且不應(yīng)被認(rèn)為限于此處所闡述的 實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例使得本公開內(nèi)容將是透徹且完整的并且將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人 員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。圖1示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1的一部分的透視圖以及分別表示拍打方向F、 沿邊方向E和扭轉(zhuǎn)方向T載荷的箭頭。虛線12表示葉片的縱向延伸。坐標(biāo)系14具有在沿 邊方向的χ軸、在拍打方向的y軸以及在葉片1的縱向延伸方向的ζ軸。橫截面Sl與坐標(biāo)系14的xy平面平行，且Sl也在圖2a、圖2b和圖3中示出。圖加為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面Sl以及表示葉片中的橫向剪切力的方向 C的箭頭。圖2b示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1的橫截面Sl的由橫向剪切力引起的變形。 所示的葉片1由于橫向剪切力而順時(shí)針扭轉(zhuǎn)。圖3是具有帶有前緣3和尾緣4的殼體2的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1的示意性橫截面。 風(fēng)力渦輪機(jī)葉片1具有箱形輪廓，該箱形輪廓帶有兩個(gè)梁5以及殼體2的位于所述梁之間 的蓋10和蓋11。在操作中作用于葉片的空氣動(dòng)力學(xué)力和慣性力引起葉片上的彎曲力矩且 產(chǎn)生由箭頭B表示的擠壓壓力。擠壓壓力也稱為Brazier效應(yīng)(參考F. M. Jensen等人的論 文“Structural testing and numerical simulation of a 34 m composite wind turbine blade，，，Elsevier 出版，Composite Structures 76(2006)52-61)。圖4示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，其中四個(gè)梁22、對(duì)、26、 28與殼體34的上部30和下部32互相連接。梁22、24、沈、觀中的每一個(gè)相對(duì)于葉片20的 輪廓弦形成大于或小于90°的交替值的相似尺寸的斜角。梁22、24J6J8中的每一個(gè)包括 腳36，腳36中的每個(gè)提供用于與殼體34的各上部30和下部32結(jié)合的大表面。在所示實(shí) 施例中，梁22、24、沈、28中的每一個(gè)制成單件。所成形的梁22、24、沈、28中的每一個(gè)腿構(gòu) 成直的加強(qiáng)元件?？蛇x地，可在一個(gè)或多個(gè)梁和殼體34的內(nèi)表面之間形成的腔的一個(gè)或多個(gè)中定 位泡沫材料。而且，泡沫材料的形狀可匹配各腔的形狀，由此泡沫材料可在葉片20的組裝 過程中引導(dǎo)所述一個(gè)或多個(gè)梁22、24、沈、28的定位。在所示實(shí)施例中，梁22和梁M的腳36在殼體34的上部30處互相鄰接。同樣， 梁沈和梁28的腳36在殼體34的上部30處互相鄰接。在另一實(shí)施例中，殼體34的上部 30處的腳以一段相互距離放置。此外，殼體34的下部32的一些可以被加厚以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34 的上部30的一些可被加厚以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的厚度和位置以與常規(guī)葉片 相同的方式確定。在所示實(shí)施例中，傾斜的梁22、24J6、28明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起 的葉片20的橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形的減小也增加葉片20抵抗擠壓壓力的能 力從而增加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)閷⑷~片輪 廓的設(shè)計(jì)形狀比常規(guī)的葉片得到更高程度的維持而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接處的疲 勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。圖5示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，其中四個(gè)梁22、對(duì)、26、 28與殼體34的上部30和下部32互相連接，類似于圖4的葉片，不同之處在于圖5的葉片 的梁22基本上垂直于葉片20的輪廓弦安裝以提高葉片對(duì)擠壓壓力的抵抗能力而其它三個(gè)梁M、26J8以與圖4的葉片的相應(yīng)的梁相同的角度安裝，即梁M、26J8中的每一個(gè)相對(duì) 于葉片20的輪廓弦形成大于或小于90°的交替值的相似尺寸的斜角。梁22、24J6、28中 的每一個(gè)包括腳36，腳36中的每個(gè)提供用于與殼體34的各上部30和下部32結(jié)合的大表 面。在所示實(shí)施例中，梁22、24、沈、28中的每一個(gè)制成單件。所成形的梁22、24、沈、28中 的每一個(gè)腿構(gòu)成直的加強(qiáng)元件。可選地，可在一個(gè)或多個(gè)梁和殼體34的內(nèi)表面之間形成的腔的一個(gè)或多個(gè)中定 位泡沫材料。而且，泡沫材料的形狀可匹配各腔的形狀，由此泡沫材料可在葉片20的組裝 過程中引導(dǎo)所述一個(gè)或多個(gè)梁22、24、沈、28的定位。在所示實(shí)施例中，梁22和梁M的腳36在殼體34的上部30處互相鄰接。同樣， 梁沈和梁28的腳36在殼體34的上部30處互相鄰接。在另一實(shí)施例中，殼體34的上部 30處的腳以相互距離放置。此外，殼體34的下部32的一些可以被加厚以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34 的上部30的一些可被加厚以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的寬度和位置以與常規(guī)葉片 相同的方式確定。在所示實(shí)施例中，梁22、24J6、28明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起的葉片 20的橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形的減小也增加葉片20對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從 而增加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)槿~片輪廓的設(shè) 計(jì)形狀得到到比常規(guī)的葉片更高程度的維持而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接部處的 疲勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。圖6示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，其中兩個(gè)梁22J4與殼 體34的上部30和下部32互相連接。梁22、24中的每一個(gè)相對(duì)于葉片20的輪廓弦形成大 于或小于90°的相似尺寸的斜角。梁22、24中的每一個(gè)包括腳36，腳36中的每個(gè)提供用 于與殼體；34的各上部30和下部32結(jié)合的大表面。在所示實(shí)施例中，梁22、24中的每一個(gè) 制成單件。所成形的梁22、24中的每一個(gè)腿構(gòu)成直的加強(qiáng)元件。可選地，可在一個(gè)或多個(gè)梁和殼體34的內(nèi)表面之間形成的腔的一個(gè)或多個(gè)中定 位泡沫材料。而且，泡沫材料的形狀可匹配各腔的形狀，由此泡沫材料可在葉片20的組裝 過程中引導(dǎo)所述一個(gè)或多個(gè)梁22、24、沈、28的定位。在所示實(shí)施例中，梁22和梁M的腳36以相互距離附接到殼體34的上部30。此外，殼體34的下部32的一些可以被加厚，以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34 的上部30的一些可被加厚，以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的厚度和位置以與常規(guī)葉片 相同的方式確定。在所示實(shí)施例中，梁22、24明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起的葉片20的 橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形的減小也增加葉片20對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從而增 加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)槿~片輪廓的設(shè)計(jì)形狀得到比常規(guī)的葉片更高程度的維持而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加了對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接部處 的疲勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。圖7示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，其中兩個(gè)梁22J4與殼 體34的上部30和下部32互相連接，類似于圖6的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，不同之處在于圖7的 梁具有切口 38以減小其重量。梁22、24中的每一個(gè)相對(duì)于葉片20的輪廓弦形成大于或小 于90°的相似尺寸的斜角。梁22、24中的每一個(gè)包括腳36，腳36中的每個(gè)提供用于與殼 體34的各上部30和下部32結(jié)合的大表面。在所示實(shí)施例中，梁22、24中的每一個(gè)制成單 件。在所示實(shí)施例中，梁22和梁M的腳36在殼體34的上部30處互相鄰接。在另一 實(shí)施例中，在殼體34的上部30處的腳以相互距離放置。此外，殼體34的下部32的一些可以被加厚以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34 的上部30的一些可被加厚以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的厚度和位置以與常規(guī)葉片 相同的方式確定。在所示實(shí)施例中，梁22、24明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起的葉片20的 橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形的減小也增加葉片20對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從而增 加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)槿~片輪廓的設(shè)計(jì)形 狀得到比常規(guī)的葉片更高程度的維持而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加了對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接部處 的疲勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。圖8示意性地示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，其中四個(gè)梁22、對(duì)、26、 28與殼體34的上部30和下部32互相連接，類似于圖4的葉片，不同之處在于圖8的葉片 的梁22、M包括能夠承受拉伸和壓縮力的層壓或夾層結(jié)構(gòu)的板40，該板40包括設(shè)置在兩層 纖維加強(qiáng)塑料材料之間的一層輕質(zhì)泡沫材料。梁22、24J6、28中的每一個(gè)相對(duì)于葉片20 的輪廓弦形成大于或小于90°的交替值的相似尺寸的斜角。梁22、24J6J8中的每一個(gè)包 括腳36，腳36中的每個(gè)提供用于與殼體34的各上部30和下部32結(jié)合的大表面。在所示 實(shí)施例中，梁22、24、沈、28中的每一個(gè)制成單件。所成形的梁22、24、沈、28中的每一個(gè)腿 構(gòu)成直的加強(qiáng)元件?？蛇x地，可在一個(gè)或多個(gè)梁和殼體34的內(nèi)表面之間形成的腔的一個(gè)或多個(gè)中定 位泡沫材料。而且，泡沫材料的形狀可匹配各腔的形狀，由此泡沫材料可在葉片20的組裝 過程中引導(dǎo)所述一個(gè)或多個(gè)梁22、24、沈、28的定位。
在所示實(shí)施例中，梁22和梁M的腳36在殼體34的上部30處互相鄰接。同樣， 梁沈和梁28的腳36在殼體34的上部30處互相鄰接。在另一實(shí)施例中，殼體34的上部 30處的腳以相互距離放置。此外，殼體34的下部32的一些可以被加厚以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34 的上部30的一些可被加厚以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的厚度和位置以與常規(guī)葉片 相同的方式確定。在所示實(shí)施例中，梁22、24J6、28明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起的葉片 20的橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形的減小也增加葉片20對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從 而增加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)槿~片輪廓的設(shè) 計(jì)形狀得到比常規(guī)的葉片更高程度的維持而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加了對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接部處 的疲勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。圖9示意性地示出具有翼梁42的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，翼梁42 被分開制造且結(jié)合在預(yù)制造的表面殼體32、34之間。翼梁42具有兩個(gè)梁22、M和蓋44、 46，兩個(gè)梁22、M互相連接殼體34的上部30和下部32，且蓋44、46位于兩個(gè)梁22、M之間 且分別結(jié)合到殼體；34的上部30和下部32。梁22、24中的每一個(gè)可相對(duì)于葉片20的輪廓 弦形成大于或小于90°的值的相似尺寸的斜角。梁22、24中的每一個(gè)構(gòu)成直的加強(qiáng)元件?？蛇x地，可在一個(gè)或多個(gè)梁和殼體34的內(nèi)表面之間形成的腔的一個(gè)或多個(gè)中定 位泡沫材料。而且，泡沫材料的形狀可匹配各腔的形狀，由此泡沫材料可在葉片20的組裝 過程中引導(dǎo)所述一個(gè)或多個(gè)梁22、24、沈、28的定位。此外，殼體34的下部32的一些可以被加厚以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34 的上部30的一些可被加厚以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的寬度和位置以與常規(guī)葉片 相同的方式確定。在所示實(shí)施例中，梁22、24明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起的葉片20的 橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形的減小也增加葉片20對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從而增 加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)槿~片輪廓的設(shè)計(jì)形 狀得到比常規(guī)的葉片更高程度的維持而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加了對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接部處 的疲勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。圖10示意性地示出具有多個(gè)梁22、24的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖， 梁22J4使殼體34的上部30和下部32互相連接，且沿葉片20的縱向延伸的至少一部分端對(duì)端定位使得相鄰的梁22、24以相對(duì)于葉片20的輪廓弦不同的角度安裝。相鄰的梁的 相鄰端之間的距離可不超過M)，其中D為梁之一的跨越距離，即梁的殼體34的兩個(gè)相對(duì)的 連接部之間的距離。對(duì)于兩個(gè)或多個(gè)相鄰的梁來說參數(shù)值D可相等。梁22、M中的每一個(gè)包括腳36，腳36中的每個(gè)提供用于與殼體34的各上部30和 下部32結(jié)合的大表面。在所示實(shí)施例中，梁22、對(duì)中的每一個(gè)制成單件，且所成形的梁22、 24中的每一個(gè)腿構(gòu)成直的加強(qiáng)元件。梁22J4的上部腳36可沿葉片20的共同的縱向軸線 附接到上殼體30或者它們可在葉片20的沿邊方向上以相互距離橫向布置。此外，殼體34的下部32的一些可以被加厚以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34 的上部30的一些可被加厚以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的寬度和位置以與常規(guī)葉片 相同的方式確定。在所示實(shí)施例中，梁22、24明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起的葉片20的 橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形的減小也增加葉片20對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從而增 加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)槿~片輪廓的設(shè)計(jì)形 狀得到比常規(guī)的葉片更高程度的維持而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加了對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接部處 的疲勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。圖11示意性地示出類似于圖6實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，但在傾斜 的梁22J4和殼體30之間具有不同類型的連接部50、52。為了示出，圖11所示的梁22、24 具有不同類型的連接部；然而優(yōu)選地實(shí)施例的梁具有到殼體的相同類型的連接部。傾斜的梁M用錨定件36連接到殼體30。錨定件36分別結(jié)合到殼體30的上部 32和下部34的內(nèi)表面。梁M接納在錨定件36的兩個(gè)接納表面之間，且梁M結(jié)合或粘附 到錨定件36。在另一實(shí)施例中，梁和殼體之間的連接部由直接施加到梁和殼體上的層壓板來實(shí) 現(xiàn)。這能利用纖維加強(qiáng)塑料來實(shí)現(xiàn)且通常稱為第二層壓。傾斜的梁22也用錨定件36連接到殼體30。錨定件36分別結(jié)合到殼體30的上部 32和下部34的內(nèi)表面。梁M接納在錨定件36的兩個(gè)接納表面之間，且梁M機(jī)械地緊固 到它們，即與梁22和錨定件中的通孔中插入的螺紋桿嚙合的螺母。在另一實(shí)施例中，梁和殼體或錨定件之間的連接部可釋放地互相連接?？舍尫诺?互相連接可包括諸如卡扣配合、壓配合、舌槽連接或其它簡單的機(jī)械連接的任何合適種類 的接合。可利用可釋放的互相連接來提供具有提高的柔性度的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。在本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中，兩個(gè)梁形成具有在相對(duì)于彼此形成斜角的兩個(gè)梁 之間延伸的底部的U形輪廓的部分，且殼體具有第一殼體部分和第二殼體部分。風(fēng)力渦輪 機(jī)葉片還包括用于閉合U形輪廓的開口端的箱蓋部分，使得在組裝時(shí)梁和箱蓋部分構(gòu)成葉 片的承載箱形輪廓。U形輪廓的底部和箱蓋部分與葉片的外表面一致，而且箱蓋部分、第一 殼體部分和第二殼體部分連接到U形輪廓。
這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示例在圖12-16中示出。具有帶平行梁的U形輪廓的風(fēng) 力渦輪機(jī)葉片公開在WO 2008/092451中。圖12示意性示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，其中第一殼體部分構(gòu)成 葉片20的上殼體部分30，而第二殼體部分構(gòu)成葉片20的下殼體部分32。葉片20具有使 殼體34的上部30和下部32互相連接的兩個(gè)梁22、24，且其中兩個(gè)梁22J4形成U形輪廓 54的一部分，該U形輪廓M也具有在兩個(gè)梁22J4之間延伸的底部56且成形為與葉片20 的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓一致。梁22、24中的每一個(gè)都相對(duì)于葉片20的輪廓弦形成不同于90° 的相似尺寸的斜角以及相對(duì)于彼此形成斜角。梁22、24中的每一個(gè)都包括腳36，每一個(gè)腳 36提供用于與殼體34的上部30和箱蓋部分58結(jié)合的大表面。在所示實(shí)施例中，U形輪廓 54被制成單件。梁22、24的每個(gè)腿構(gòu)成直的加強(qiáng)元件。此外，設(shè)置了連接到梁22、24的箱蓋部分58。箱蓋部分58被形成為與葉片20的 外表面一致。U形輪廓M和箱蓋部分58在組裝時(shí)構(gòu)成葉片20的承載箱形輪廓。箱蓋部分 58和U形輪廓M的底部56由兩個(gè)殼體部分即上殼體部分30和下殼體部分32覆蓋，這兩 個(gè)殼體部分限定包括葉片的前緣和尾緣的葉片的空氣動(dòng)力學(xué)形狀。U形輪廓M、箱蓋部分 58以及上殼體部分30和下殼體部分32優(yōu)選地制造為能組裝成葉片的獨(dú)立部件。圖13示意性示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖，其中第一殼體部分構(gòu)成 葉片20的前緣部分60，而且第二殼體部分構(gòu)成葉片20的尾緣部分62，并且其中U形輪廓 54的底部56構(gòu)成葉片20的外表面的基本上與箱蓋部分58相對(duì)的一部分，箱蓋部分58也 構(gòu)成葉片20的外表面的一部分。類似于圖12的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該葉片20具有使殼體34 的上部和下部互相連接的兩個(gè)梁22、24，且其中兩個(gè)梁22J4形成U形輪廓M的一部分，該 U形輪廓M也具有在兩個(gè)梁22J4之間延伸的底部56。梁22、24中的每一個(gè)都相對(duì)于葉 片20的輪廓弦形成不同于90°的相似尺寸的斜角以及相對(duì)于彼此形成斜角。梁22、24的 上端設(shè)置有腳或凸緣36，箱蓋部分58連接到該腳或凸緣36。葉片還包括前緣部分60。前緣部分60成形為限定葉片的前緣部分的開口輪廓并 且在U形輪廓M的上側(cè)處附接到梁22的凸緣36且在葉片20的下側(cè)附近的區(qū)域中通過前 緣部分60的凸緣50附接到U形輪廓M。前緣部分60優(yōu)選地通過粘附技術(shù)附接到U形輪廓M，在所述粘附技術(shù)中例如樹脂 被施加到待粘附的表面，所述待粘附的表面再彼此壓緊。類似地，尾緣部分62成形為限定葉片20的尾緣的開口輪廓且以與根據(jù)前緣部分 60附接到U形輪廓M的方式相似的方式附接到U形輪廓M。在圖12和圖13中，箱蓋部分58和U形輪廓M的殼體附接區(qū)域一般分別比殼體 的其余部分薄。而且在兩實(shí)施例中，箱蓋部分58和U形輪廓M可以是幾何上相逆的，所以箱蓋部 分58位于下側(cè)處而底部56位于葉片20的上側(cè)處。此外，殼體34的下部的一些可以被加厚以形成下部加厚的蓋部件，而殼體34的上 部30的一些可被加厚以形成上部加厚的蓋部件。蓋部件的寬度和位置以與常規(guī)葉片相同 的方式確定。U形輪廓M被設(shè)置成主要在其縱向方向上加強(qiáng)和/或加強(qiáng)葉片且優(yōu)選地具有纖維 加強(qiáng)塑料材料或其它合適材料。
類似于其它實(shí)施例，在帶有傾斜的梁22、24的U形輪廓M的實(shí)施例中，傾斜的梁 明顯減小由于葉片20的操作載荷而引起的葉片20的橫向剪切變形。輪廓的橫向剪切變形 的減小也增加葉片20對(duì)擠壓壓力的抵抗能力，從而增加風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的最終強(qiáng)度。此 外，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率也因?yàn)槿~片輪廓的設(shè)計(jì)形狀得到比常規(guī)的葉片更高程度的維持 而得到提高。提供傾斜的梁也提高葉片的可靠性，因?yàn)榱涸诹汉蜌んw之間的連接部處的變形被 減小且這增加了對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或在梁和殼體之間的連接部處 的疲勞失效的抵抗力。提供傾斜的梁也提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。葉片的扭轉(zhuǎn)剛度的提高也提高葉片的扭轉(zhuǎn) 特征頻率且進(jìn)而減小葉片在風(fēng)力渦輪機(jī)其它部件上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，扭轉(zhuǎn)剛度的 提高顯著改進(jìn)葉片的空氣彈性力學(xué)穩(wěn)定性。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，U形輪廓M自身可包括單獨(dú)的部分。優(yōu)選地，在此類 實(shí)施例中，U形輪廓M與由為彼此幾何倒置形狀的底部或其它相似的箱蓋部分連接的兩個(gè) 傾斜的梁組裝。U形輪廓M可以基本上沿葉片20的長度延伸。然而也可以優(yōu)選地提供這樣的葉 片，其中U形輪廓M被分成沿葉片的縱向方向端對(duì)端定位的兩個(gè)或多個(gè)部分，特別有利于 操作或輸送用途。U形輪廓M的底部56可以優(yōu)選地形成葉片的蓋部件的一部分。U形輪廓54、箱蓋部分58和殼體34的第一部件30、60以及殼體34的第二部件 32、36之間的連接或接合可分別通過結(jié)合、層壓或機(jī)械方式建立。當(dāng)U形輪廓M和箱蓋部分58被接合時(shí)，它們構(gòu)成葉片的承載箱形輪廓。優(yōu)選地， 蓋部件中的承載纖維位于葉片的最外部分處，在此處它們提供用于抵消葉片的彎曲力矩的
最佳強(qiáng)度。殼體34的第一部件30、60以及第二部件32、36的每一個(gè)可優(yōu)選地分別通過傳統(tǒng) 的層壓技術(shù)而制成單件。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的各個(gè)部件中的每一個(gè)可利用壓熱器來制造，用于提高質(zhì)量。 優(yōu)選地，至少箱蓋部分58和U形輪廓M受到高壓熱壓。相關(guān)模具中的部件的層壓物由在 真空下放置的袋覆蓋。層壓物和模具被放置在壓熱器中，該壓熱器在層壓物固化過程中被 加壓和加熱。這導(dǎo)致了具有充分濕化的纖維、改進(jìn)的樹脂分布、低的樹脂含量以及非常低的 空穴含量的層壓物。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的各個(gè)部件可優(yōu)選地分別制造。各個(gè)部件可隨后被結(jié)合或?qū)?壓在一起以形成完整的葉片20。提供由較少的獨(dú)立部件制成的葉片20意味著部件可在尺 寸適合于經(jīng)濟(jì)可行的壓熱器的模具中制造。因此，提供由各個(gè)部件構(gòu)造的葉片有利于在制 造葉片的部件中壓熱器的使用，而該制造則產(chǎn)生比已知技術(shù)質(zhì)量更高的葉片。在實(shí)施例中，各個(gè)部件中的一個(gè)或多個(gè)至少部分地由碳纖維加強(qiáng)塑料材料制成。 因?yàn)楸景l(fā)明有利于使用壓熱器，所以根據(jù)本發(fā)明，特別但非排它地是，優(yōu)選使用碳纖維來加 強(qiáng)部件的塑料材料，這是因?yàn)榭赡茉诶炖w維的水平、控制的樹脂分布和含量以及還有低 的空穴含量方面滿足要求。尤其是，因?yàn)橄渖w部分58可構(gòu)成葉片20的蓋部件，所以制造質(zhì) 量特別好的箱蓋部分58可能是有利的，且因此提高的支撐葉片20中的壓縮力的能力顯然是有益的。在實(shí)施例中，箱蓋部分58具有至少2米的曲率半徑。然而，在某些實(shí)施例中，箱蓋 部分58完全為線性的或平的。箱蓋部分58可優(yōu)選地被如此設(shè)計(jì)使得能在幾乎平的臺(tái)面或 模具上生產(chǎn)部件，從而進(jìn)一步有利于壓熱器的使用，且也使得更容易將塑料材料放置在箱 蓋部分58的模具中。容易進(jìn)入模具有利于以精確的材料放置、纖維拉伸來制造箱蓋部分 58，且也允許在敷涂過程中對(duì)纖維材料的優(yōu)選地機(jī)械加壓。如果使用預(yù)浸漬材料的話，這樣 的加壓將進(jìn)一步降低空穴含量。由于從側(cè)面不受阻礙的進(jìn)入，所以幾乎平的模具特別適合 于與用于纖維敷涂的機(jī)器的使用相結(jié)合。該機(jī)器的使用可進(jìn)一步提高拉伸纖維的水平并減 小空穴含量。根據(jù)本發(fā)明的箱蓋部分58還可非常適合于在固化之后使用CAD/CAM銑削機(jī) 器來調(diào)節(jié)或調(diào)適。利用這些機(jī)器，可實(shí)現(xiàn)相對(duì)于箱蓋部分58的寬度、長度和厚度的小公差。 也可能使閉合部件的邊緣成形為使得它們準(zhǔn)備成用于與其它部件連接。一種特別合適類型 的用于傳遞載荷的接頭為用于將閉合部件結(jié)合到其它部件的斜接接頭。然而可以采用任何 合適類型的接頭。制造箱蓋部分58的另一先進(jìn)方法是通過拉擠，其中通過具有箱蓋部分58的橫截 面形狀的基體拉出纖維紗。隨著從基體中連續(xù)地拉出完整的部件，將樹脂添加在基體中且 使其固化。該方法具有實(shí)現(xiàn)纖維加強(qiáng)塑料所能達(dá)到的最高質(zhì)量的潛力。在實(shí)施例中，U形輪廓M的一側(cè)或兩側(cè)包括夾層結(jié)構(gòu)。然而，一側(cè)或兩側(cè)可制造 成單一表皮的層壓物，但是當(dāng)梁受到壓縮力時(shí)，夾層結(jié)構(gòu)是使側(cè)面能支撐該力的特別有用 的解決方案。因?yàn)榕c箱蓋部分58的連接部通常在U形輪廓M的端部處，所以不會(huì)損及梁 對(duì)撓曲/屈曲的抵抗能力，因?yàn)槠鋵⑼ㄟ^接頭定位在例如其跨度的中間處。在實(shí)施例中，U形輪廓M還包括在其側(cè)面的端部區(qū)域處的連接裝置。在實(shí)施例中， 該連接裝置包括與側(cè)面的端部區(qū)域?yàn)檎w的凸緣。該凸緣可用作用于將梁結(jié)合、層壓或機(jī) 械緊固到各個(gè)其它部件的連接表面。然而，凸緣和其它合適的連接裝置也可被附接到梁而 不是與其成為整體。在其它實(shí)施例中，箱蓋部分58還可包括設(shè)置在葉片的縱向方向上的一個(gè)或多個(gè) 加強(qiáng)裝置。特別是，當(dāng)箱蓋部分58構(gòu)成葉片的蓋部件時(shí)，其可被設(shè)計(jì)成對(duì)總體撓曲/屈曲具 有增加的抵抗能力。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的簡單方式是沿葉片的長度的至少一部分將一個(gè)或多個(gè)加 強(qiáng)件連接到蓋部件的內(nèi)表面。該加強(qiáng)件可具有任何合適的形狀。可選地，一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng) 件可與箱蓋部分58整體制成。也可利用夾層結(jié)構(gòu)或具有內(nèi)加強(qiáng)件的中空輪廓來增加蓋對(duì) 撓曲/屈曲的抵抗能力。這些特征可有利地包括在箱蓋部分58和U形輪廓M的制造中。 加強(qiáng)件可包括任何合適的材料但優(yōu)選地由與其主部分相同的材料制成。利用該構(gòu)造，承載箱形輪廓可分開組裝并隨后結(jié)合在兩個(gè)殼體部分之間。之后，殼 體部分覆蓋箱形輪廓的整個(gè)表面并完全包圍U形梁和箱蓋部分58。這有利于將來自常規(guī)制 造的葉片的殼體部分與新型箱蓋部分58和U形輪廓M —起使用。所示的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可通過包括以下步驟的方法制造制造梁，該梁基本上成形為具有與預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓一致的底部56的U形輪 廓54，制造具有預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分的形狀的第一殼體部分30、60，制造具有預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分的形狀的第二殼體部分32、62，
制造具有預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分的形狀的箱蓋部分58，將箱蓋部分58連接到梁，從而形成葉片的承載箱形輪廓，以及將第一殼體部分30、60和第二殼體部分32、62連接到U形輪廓M。帶有箱蓋部分58的U形輪廓M沿葉片的長度延伸。一般地，帶有箱蓋部分58的 U形輪廓M延伸貫穿翼的整個(gè)跨度。然而，葉片的尖端上的載荷一般是低的且尖端的尺寸 通常是小的，從而允許尖端不形成帶有箱蓋部分58和U形輪廓M。因而，在某些優(yōu)選的實(shí) 施例中，帶有箱蓋部分58的U形輪廓M可只延伸到帶有箱蓋部分58的梁的承載效果起作 用的范圍。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，葉片的縱向延伸的至少70%，例如至少80%，優(yōu)選至少90%或者甚至 至少95%的延伸足以提供葉片的適合的剛度。在帶有箱蓋部分58的U形輪廓M不延伸貫穿葉片的整個(gè)縱向延伸的實(shí)施例中， 尖端可優(yōu)選地制成為附接到U形輪廓M的單件。箱蓋部分58可為夾層結(jié)構(gòu)。如圖14-16所示，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20還可具有至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)底板64，該至少 一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)底板64在葉片的尾緣處連接到殼體34的內(nèi)表面以及在葉片的前緣處連接到 殼體的內(nèi)表面以便防止或減小葉片20的表面變形，特別是由葉片結(jié)構(gòu)的沿邊方向載荷引 起的變形。盡管所示的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片也包括U形輪廓，但是也可提供沒有U形輪廓的具 有傾斜的梁和底板的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。具有底板的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片公開在WO 2008/086805中。圖14示意性示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面圖，其類似于圖12所示的葉片20 且進(jìn)一步包括加強(qiáng)底板64，該加強(qiáng)底板64從前緣處的連接接頭66附近的位置延伸到葉片 20的尾緣處的連接接頭68附近的位置。U形輪廓被分成在其兩側(cè)鄰接加強(qiáng)底板64的下部 U形輪廓部分70和兩個(gè)上部梁72、74，從而有利于在制造葉片20的過程中以方便順序定位 葉片20的部件。在制造葉片20的過程中，加強(qiáng)底板64在將下部U形輪廓部分70定位在 殼體的下部32中之后定位，接下來定位上部梁72、74，通過箱蓋部分58閉合U形輪廓54， 并最終定位上殼體部分30。圖15示意性示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，其類似于圖13所示的葉片20且 進(jìn)一步包括加強(qiáng)底板64，該加強(qiáng)底板64從前緣部分66中的連接接頭66附近的位置延伸到 葉片20的尾緣部分62中的連接接頭68附近的位置。U形輪廓被分成在其兩側(cè)上鄰接加強(qiáng) 底板64的下部U形輪廓部分70和兩個(gè)上部梁72、74，從而有利于在制造葉片20的過程中 以方便順序定位葉片的部件。圖16示意性示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，其類似于圖15所示的葉片20 ’然 而，其中U形輪廓M沒有被加強(qiáng)底板64分開；而是替代地，加強(qiáng)底板64由U形輪廓M分 成部分。加強(qiáng)底板64的每一部分分別獨(dú)自地連接到U形輪廓M和連接接頭66、68。在一 些實(shí)施例中，只提供了加強(qiáng)底板68的在尾緣和最靠近尾緣的梁之間的部分。在一些實(shí)施例 中，只提供了加強(qiáng)底板的在前緣和最靠近前緣的梁之間的部分。在一些實(shí)施例中，只提供了 加強(qiáng)底板的在梁之間的部分。在一些實(shí)施例中，提供了上述加強(qiáng)底板的三個(gè)部分中的任何 兩個(gè)。通常而言，葉片的輪廓弦為包括葉片的前緣和尾緣且在其間延伸的虛表面。因而 根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)部加強(qiáng)底板沿或基本上沿葉片的輪廓弦延伸。
在具有底板的葉片中，不管是如圖14和圖15所示底板延伸穿過U形輪廓，還是如 圖16所示U形輪廓延伸穿過底板，至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)底板中的一個(gè)和至少一個(gè)內(nèi)部梁中的 各一個(gè)之間的連接部優(yōu)選地以距離殼體最短的距離定位，該最短的距離大于殼體的上部和 殼體的下部之間在連接部處沿各梁的橫向延伸的總距離的0. 16倍，更優(yōu)選地大于0. 33倍。 例如，連接部可位于殼體的上部和殼體的下部之間在連接部處沿各梁的橫向延伸的一半或 近似一半。而且，至少一個(gè)內(nèi)部加強(qiáng)底板可連接到殼體的內(nèi)表面并連接到U形輪廓的一個(gè) 梁。在殼體的內(nèi)表面上和梁上的連接部原則上可位于其上任何地方，但是應(yīng)該觀察到所選 的定位使加強(qiáng)底板能夠在葉片中提供合理且有用的加強(qiáng)效果。加強(qiáng)底板在殼體的內(nèi)表面和 梁上的連接點(diǎn)之間的連接部防止或最小化下面的有問題的變形。該連接部可包括任何合適 類型的接頭如焊接、膠結(jié)、熔融、熔合或其它簡單的機(jī)械連接部如螺栓和螺母連接部。加強(qiáng) 底板自身可包括連接部或其可包括適合于與其它連接部配合或接合的額外的連接部或連 接部件。尾緣在朝前緣方向的延伸可制成實(shí)體的或由于制造考慮，實(shí)施例可包括位于上殼 體部分和下殼體部分之間的腔以及在距離尾緣一定距離處緊固在兩個(gè)部件之間的板。腔可 填充有諸如泡沫的輕質(zhì)材料。由此，不可能將加強(qiáng)底板直接緊固到尾緣，而是盡可能靠近尾 緣的緊固到殼體的一部分。通過將加強(qiáng)底板連接到殼體的靠近尾緣的一部分，而不是直接 緊固到尾緣，人們?nèi)阅軐?shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)。加強(qiáng)底板可包括板形元件。板元件可為實(shí)體的或空心的或其任意組合。板的厚度 可沿板的不同部分變化，或其可在其整個(gè)區(qū)域上為基本上相等的厚度。然而，需要的是，板 元件能夠在底板中支撐面內(nèi)壓縮力，且底板的材料和尺寸必須具有該能力。材料可優(yōu)選地 但非排它地為纖維加強(qiáng)塑料材料或另一材料如金屬、金屬合金、木材、膠合板、飾面板、纖維 玻璃、碳纖維和其它適合的材料如一種或多種復(fù)合材料。加強(qiáng)塑料材料可由諸如但不限于 的纖維玻璃、碳纖維或芳族聚酰胺纖維的材料制成，從而提供高強(qiáng)度和低重量。所提到的材料還可組合為任意結(jié)構(gòu)。因而，在另一實(shí)施例中，至少一個(gè)加強(qiáng)元件為 具有相對(duì)硬/耐用外表面的層壓物或夾層結(jié)構(gòu)，如纖維加強(qiáng)塑料，以及另一材料的內(nèi)芯，例 如但不限于較軟和/或較輕材料如泡沫材料。另外，板元件可包括一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)件，例如用于維持強(qiáng)度和剛度同時(shí)最小化結(jié) 構(gòu)的重量。加強(qiáng)件可包括任何適合的形狀和材料如纖維加強(qiáng)塑料材料或另一輕質(zhì)材料例如 鋁的桿或棒或格子。而且，在實(shí)施例中，板元件可包括一個(gè)或多個(gè)切口以便減小重量和/或增加板元 件的剛度。切口能以任何合適的模式設(shè)置。加強(qiáng)底板可由加長加強(qiáng)構(gòu)件制成或形成，該加長加強(qiáng)構(gòu)件由任何類型的能夠支撐 載荷并組裝成加強(qiáng)底板或其部分的加長結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成。該加長加強(qiáng)構(gòu)件可包括從由桿、板和管組成的組選出的一個(gè)或多個(gè)元件，其能夠 抵抗壓縮力和張力。因?yàn)榧訌?qiáng)構(gòu)件不必能抵抗壓縮力，所以加長加強(qiáng)構(gòu)件可進(jìn)一步包括從由絲、繩、 線、纖維和織物網(wǎng)組成的組選出的一個(gè)或多個(gè)元件。元件可具有任何合適的橫截面，例如基本上圓形或多邊形橫截面，如基本上矩形、三角形、圓形、卵形、橢圓形等，但優(yōu)選為圓形或卵形。元件可單獨(dú)地應(yīng)用或可作為一起形成“較厚”元件的多個(gè)單獨(dú)元件應(yīng)用。具體地， 元件可包括具有非常高剛度和強(qiáng)度的纖維，例如但不限于芳族聚酰胺纖維。加長加強(qiáng)構(gòu)件可由任何合適的材料制成。對(duì)桿、板和管來說目前優(yōu)選的是纖維加 強(qiáng)塑料。在一個(gè)實(shí)施例中，加長加強(qiáng)構(gòu)件只需要具有高的抗拉強(qiáng)度；即優(yōu)選地，加長加強(qiáng)構(gòu) 件不必承載其它載荷使得加長加強(qiáng)構(gòu)件可以是薄的從而其重量和成本保持最低。加強(qiáng)構(gòu)件的互相連接可包括任何合適類型的連接，如焊接、膠結(jié)、熔融、熔合或其 它簡單的機(jī)械連接。加長加強(qiáng)構(gòu)件本身可包括連接部或其可包括適合于與殼體內(nèi)表面上的 其它加強(qiáng)構(gòu)件和/或連接部接合或配合的額外的連接部或連接部分。額外的連接部和/或 連接部件必須具有足夠的剛度以當(dāng)受到張拉時(shí)維持其形狀，以便適當(dāng)?shù)嘏c加長加強(qiáng)構(gòu)件配 合來防止殼體上的連接部彼此移開。連接部可為可釋放的連接部，其可包括任何適合類型的連接，如卡扣配合、壓配 合、舌槽連接或其它簡單的機(jī)械連接?？舍尫诺幕ハ噙B接部可用于提供具有提高的柔性度 的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。通過利用能承受壓縮力的加強(qiáng)底板來連接或耦合尾緣和最近的梁，殼體的在尾緣 和腹板之間的變形被減小，這是因?yàn)橐鹱冃蔚牧Φ妮^大部分由加強(qiáng)底板和腹板支撐并通 過加強(qiáng)底板和腹板分布。因?yàn)榱Τ虻装搴透拱宸植?，所以這將降低殼體部分之間的接頭 中的可能的破壞性的力。當(dāng)變形被減小時(shí)，殼體很大程度上保持其初始形狀或位置。該結(jié)果使得殼體的“無 效”面板承載葉片上的增加的載荷部分，從而降低由葉片的其它部分支撐的載荷。這導(dǎo)致 葉片在拍打方向的剛度增加，從而降低尖端撓曲。連同這點(diǎn)，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率得到提 高，這是因?yàn)槿~片輪廓將維持為較接近其原始設(shè)計(jì)形狀。因?yàn)槠茐牧νㄟ^底板分布到腹板，所以耦合也增加尾緣對(duì)由于沿邊方向載荷而引 起的屈曲的抵抗能力。結(jié)果，尾緣中殼體部分之間的接頭較少地暴露于破壞性剝離和剪切力，且葉片的 重量能被減小，這是因?yàn)樾枰惶珗?jiān)固的葉片結(jié)構(gòu)。較低重量減小由風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)其它 部分上的葉片操作引起的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。而且，葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率得以提高。加強(qiáng)底板對(duì)葉片的沿邊方向剛度具有基本上期望的效果。如上面提到的，它防止 殼體變形，殼體本身則對(duì)沿邊方向剛度具有積極影響，但是它也承載一些沿邊方向載荷。這 將載荷帶離葉片的其它部分，這意味著沿邊方向剛度實(shí)質(zhì)上被提高。這樣的提高的沿邊方 向剛度提供較高的沿邊方向特征頻率。具有較高的沿邊方向特征頻率是有利的，因?yàn)樗?低葉片施加到風(fēng)力渦輪機(jī)的其它結(jié)構(gòu)上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷，這是因?yàn)樘卣黝l率的增加減小 葉片的諧振動(dòng)的振幅。底板還降低葉片輪廓的橫向剪切力變形，且這增加葉片支撐擠壓壓力的能力。這 再次有助于維持葉片輪廓為接近其原始形狀并且因而潛在地提高來自渦輪機(jī)的動(dòng)力輸出。通過利用能承受壓縮力的加強(qiáng)底板來連接或耦合前緣和最近的腹板，前緣上的載 荷朝向底板和腹板分布，從而降低殼體部分之間的接頭中的可能的破壞力。加強(qiáng)底板在前 緣部分中及其附近穩(wěn)定殼體，且增加殼體對(duì)前緣部分中的屈曲的抵抗能力。當(dāng)?shù)挚骨芰Ρ惶岣邥r(shí)，殼體所使用的層壓材料的厚度能被減少，或在提供夾層結(jié)構(gòu)的實(shí)施例中，芯的 厚度能被減少。在實(shí)施例中，能完全不在殼體的前緣部分中使用夾層結(jié)構(gòu)而是可對(duì)前緣使 用單一種類材料。結(jié)果，葉片的重量可進(jìn)一步降低而不削弱強(qiáng)度和剛度，提供了更簡單結(jié)構(gòu) 的葉片且因此葉片能以較低總價(jià)制造。由于拍打方向載荷，在腹板中產(chǎn)生了擠壓壓力和剪切力。這些力能因腹板屈曲出 腹板平面而使腹板坍縮。當(dāng)腹板由于擠壓壓力而屈曲時(shí)，腹板的整個(gè)側(cè)面朝一個(gè)方向向外 彎曲。由于腹板中的剪切力引起的屈曲顯示了在腹板的一部分中朝向一側(cè)而且在腹板的相 鄰部分中朝向另一側(cè)的向外彎曲的明顯波形模式。當(dāng)加強(qiáng)底板連接到腹板時(shí)(在使用兩個(gè) 腹板的情形中，腹板朝向尾緣或腹板朝向前緣)，其支撐腹板的試圖屈曲的部分，且這增加 腹板對(duì)屈曲的抵抗力，因而在腹板的夾層結(jié)構(gòu)中需要較薄的芯。這允許葉片重量降低以及 材料成本降低。在葉片的下部中，其包括從寬的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓向圓柱根部的過渡。根部為葉片 的安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)軸上的部分。在葉片的該部分中，尾緣中的加強(qiáng)底板對(duì)于應(yīng)力從葉片 殼體向圓柱根部的傳遞而言是非常有效的結(jié)構(gòu)。從而，在葉片的靠近根部的部分中，尾緣部 分中的應(yīng)力明顯減小，且葉片的尾緣中的殼體部分之間的連接失效危險(xiǎn)被最小化。而且，尾緣和前緣與腹板的連接或耦合將提高葉片的扭轉(zhuǎn)剛度。這將提高葉片的 扭轉(zhuǎn)特征頻率且因?yàn)榕まD(zhuǎn)特征頻率的提高降低葉片的諧波振蕩振幅，所以又降低葉片作用 于風(fēng)力渦輪機(jī)其它結(jié)構(gòu)上的動(dòng)力學(xué)慣性載荷。在實(shí)施例中，尾緣和/或前緣和腹板之間的連接或耦合所用的底板可專門設(shè)計(jì)為 使得葉片的屈曲和扭轉(zhuǎn)相耦合。這用于在發(fā)生強(qiáng)烈的陣風(fēng)時(shí)支撐葉片的載荷。這導(dǎo)致葉片 上的較低的疲勞載荷且也有助于風(fēng)力渦輪機(jī)的較高的能量輸出。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)部件，如殼體部分、梁、U形輪廓、箱蓋部分、翼 梁、底板等，可至少部分地由纖維加強(qiáng)塑料如玻璃纖維加強(qiáng)塑料、碳纖維加強(qiáng)塑料或芳族聚 酰胺纖維加強(qiáng)塑料等制成；或者由木材如竹子、樺木或膠合板等制成；或者由基于具有高 纖維素含量的植物纖維的材料制成，所述具有高纖維素含量的植物纖維例如為韌皮纖維， 所述韌皮纖維例如為亞麻、黃麻等等。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。在權(quán)利要求的上下文中，術(shù)語“包括 (comprising) ”或“包括(comprises) ”不排除其它可能的元件或步驟。而且，提到例如“一 (a)”、“一個(gè)(an)”等參考也不應(yīng)認(rèn)為是排除多個(gè)。此外，不同權(quán)利要求中提及的單獨(dú)特征 可以有利地組合，并且不同權(quán)利要求中提到這些特征不排除特征的組合是可能和有利的。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，包括殼體，所述殼體具有帶有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分，以及兩個(gè)梁，所述兩個(gè)梁用于增加所述葉片的強(qiáng)度，并且在所述葉片的縱向方向上延伸，并 且其中，所述兩個(gè)梁中的每一個(gè)梁連接到所述殼體的上部和下部，并且與所述兩個(gè)梁中的 另一個(gè)梁形成一角度，從而加強(qiáng)所述殼體以抵抗橫向剪切變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述兩個(gè)梁形成U形輪廓的一部分，該U形輪廓具有在所述兩個(gè)梁之間延伸的底部，并 且所述殼體具有第一殼體部分和第二殼體部分，并且其中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片還包括用于閉合所述U形輪廓的開口端的箱蓋部分，所述梁和所 述箱蓋部分在組裝時(shí)構(gòu)成葉片的承載箱形輪廓，并且其中，所述U形輪廓的所述底部和所述箱蓋部分與所述葉片的外表面相一致，并且其中，所述箱蓋部分、所述第一殼體部分和所述第二殼體部分連接到所述U形輪廓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述第一殼體部分構(gòu)成葉片的前緣 部分，而所述第二殼體部分構(gòu)成葉片的尾緣部分，并且其中，所述U形輪廓的所述底部構(gòu)成 所述葉片的外表面的基本上與所述箱蓋部分相對(duì)的一部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述第一殼體部分構(gòu)成所述葉片的 上殼體部分，而所述第二殼體部分構(gòu)成所述葉片的下部。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，還包括連接在所述殼體內(nèi)的加 強(qiáng)底板，所述加強(qiáng)底板用于增加所述葉片的強(qiáng)度，并且具有橫向于所述葉片的縱向延伸的 橫截面，該橫截面基本上在從所述葉片的尾緣到前緣的方向上延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述角度的范圍為 5° -125°，例如 10° -110°，例如 20° -100°，例如 30° -90°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求5中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述角度的范 圍為 10° -90°，例如 20° -90°，例如 30° -90°。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，還包括多于兩個(gè)的梁。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述兩個(gè)梁包括從由桿、 板和管組成的組中選出的至少一個(gè)元件。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述梁中的至少一個(gè)梁 包括切口。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少兩個(gè)梁中的至 少一個(gè)梁包括夾層結(jié)構(gòu)板。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少兩個(gè)梁中的兩 個(gè)梁形成翼梁的一部分，所述翼梁與使所述兩個(gè)梁的各相鄰縱向邊緣互相連接的上部蓋和 下部蓋一起制成單件。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，包括多個(gè)梁，所述多個(gè)梁以小 于^cD的相互距離、沿著所述葉片的縱向延伸、以間隔開的關(guān)系定位，其中D是多個(gè)直梁中 的一個(gè)直梁分別與所述殼體的上部和下部的相對(duì)連接部之間的距離。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述梁中的至少一個(gè)梁 由纖維加強(qiáng)塑料制成，所述纖維加強(qiáng)塑料例如為玻璃纖維加強(qiáng)塑料、碳纖維加強(qiáng)塑料或者用芳族聚酰胺纖維加強(qiáng)的塑料。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述梁中的至少一個(gè)梁 由木材制成，所述木材例如為竹子、樺木或膠合板。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述梁中的至少一個(gè)梁 由基于具有高纖維素含量的植物纖維的材料制成，所述具有高纖維素含量的植物纖維例如 為韌皮纖維，所述韌皮纖維例如為亞麻、黃麻等。
17.—種制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片具有抵抗橫向剪切變形的 增加的強(qiáng)度，并且具有殼體，該殼體帶有具有空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分，所述方法包括以下 步驟在所述殼體內(nèi)定位和連接兩個(gè)梁，以使之在所述葉片的縱向方向上延伸；以及將所 述梁中的每一個(gè)梁連接到所述殼體的上部和下部，使得所述梁中的一個(gè)梁與另一個(gè)梁形成 一角度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法，包括以下步驟制造U形輪廓，所述U形輪廓具有所述兩個(gè)梁以及與預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓相一致的 底部，制造第一殼體部分，所述第一殼體部分具有所述預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分的形狀，制造第二殼體部分，所述第二殼體部分具有所述預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分的形狀，制造箱蓋部分，所述箱蓋部分具有所述預(yù)定的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的一部分的形狀， 在所述U形輪廓的開口端處將所述箱蓋部分連接到所述U形輪廓，從而形成所述葉片 的承載箱形輪廓，以及將所述第一殼體部分和所述第二殼體部分連接到所述U形輪廓。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述第一殼體部分構(gòu)成葉片的前緣部分，而所 述第二殼體部分構(gòu)成葉片的尾緣部分，并且其中，所述U形輪廓的所述底部構(gòu)成所述葉片 的外表面的基本上與所述箱蓋部分相對(duì)的一部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，所述第一殼體部分構(gòu)成葉片的上殼體部分，而所述 第二殼體部分構(gòu)成葉片的下部。
21.根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求20中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟在所述殼 體內(nèi)定位和連接加強(qiáng)底板，以使之基本上在從所述葉片的尾緣到前緣的方向上延伸。
22.根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求21中任一項(xiàng)所述的方法，其中，各個(gè)部件分開地進(jìn)行 制造。
23.根據(jù)權(quán)利要求17到權(quán)利要求22中任一項(xiàng)所述的方法，其中，各個(gè)部件中的一個(gè)或 多個(gè)部件至少部分地由纖維加強(qiáng)塑料制成，所述纖維加強(qiáng)塑料例如為玻璃纖維加強(qiáng)塑料、 碳纖維加強(qiáng)塑料或者用芳族聚酰胺纖維加強(qiáng)的塑料；或者，各個(gè)部件中的一個(gè)或多個(gè)部件 至少部分地由木材制成，所述木材例如為竹子、樺木或膠合板；或者，各個(gè)部件中的一個(gè)或 多個(gè)部件至少部分地由基于具有高纖維素含量的植物纖維的材料制成，所述具有高纖維素 含量的植物纖維例如為韌皮纖維，所述韌皮纖維例如為亞麻、黃麻等。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)的加強(qiáng)葉片，特別是涉及這樣的葉片，該葉片中具有兩個(gè)或多個(gè)梁的新布置，其中每個(gè)梁連接到殼體的上部和下部且與另一梁形成角度，從而加強(qiáng)殼體以抵抗橫向剪切變形。
文檔編號(hào)F03D1/06GK102066747SQ200980124046
公開日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月23日
發(fā)明者芬德·莫霍爾特·詹森 申請(qǐng)人:丹麥技術(shù)大學(xué)