專利名稱：加強(qiáng)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，具體地涉及這樣的葉片，在該葉片中具 有細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，以便防止殼體的尾部的變形。
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所述殼體。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)；載荷和方向的表示參見圖1。當(dāng)葉片受到沿邊方向載荷時(shí)，殼體的位于葉片尾緣和內(nèi)梁之間的部分變形脫離表 面的“中性”(或初始)面的平面，見圖10。此變形引起葉片的尾緣中的剝離應(yīng)力，并且由 此這能導(dǎo)致兩個(gè)殼體部分彼此連接處的尾緣的粘合接頭中的疲勞失效。此外，殼體的變形 能導(dǎo)致殼體和梁在梁和殼體之間的連接部處的變形，且這能導(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。尾緣、殼體、梁或連接部的疲勞失效隨后可最終導(dǎo)致葉片破裂。變形也能導(dǎo)致殼體屈曲且這因殼體承載而降低葉片的最終強(qiáng)度。而且，變形還危 及葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率，因?yàn)槿~片輪廓的設(shè)計(jì)形狀不再得到維持。沿邊載荷能進(jìn)一步引起葉片的尾緣以穩(wěn)定的后屈曲樣式變形。這是由葉片從前緣 朝尾緣的彎曲導(dǎo)致的。然后，前緣中的葉片材料受到張力，而尾緣受到壓縮。由于尾緣相對(duì) 較薄，所以在其彎曲脫離其中性面之前，其無法承受大的壓縮力。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，尾緣上的一 些載荷傳遞到殼體的離尾緣更遠(yuǎn)的部分并通過該部分分布，直到建立力的平衡。盡管此變 形不會(huì)立即導(dǎo)致失效，但是它降低了用于葉片的一般失效載荷的安全裕度并且還提高了尾 緣中的剝離和剪切應(yīng)力。在受到拍打方向載荷時(shí)，空氣動(dòng)力學(xué)殼體的尾緣和內(nèi)梁之間的部分以上文對(duì)于沿 邊方向載荷所述相似的方式變形脫離該表面的“中性”位置面。此變形也引起葉片尾緣中 的剪切和剝離應(yīng)力。該部分將變形成“最低能量等級(jí)”狀態(tài)，即其中葉片中的盡可能多的應(yīng) 力被分布到葉片的其它部分的情形。當(dāng)殼體的一部分以此方式變形時(shí)，通常將它稱為“無效 面板”。應(yīng)力分布到葉片的其它部件意思是這些部件受到更高的載荷。這將導(dǎo)致葉片的較大末端變位。此外，因?yàn)檩喞脑O(shè)計(jì)形狀不再得以保持，所以葉片表面的變形損及葉片的空 氣動(dòng)力學(xué)效率。

發(fā)明內(nèi)容
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，能防止或最小化殼體的 變形并且其中在不增加總體重量的情況下葉片結(jié)構(gòu)被加強(qiáng)。本發(fā)明的又一目的是提供具有提高的總體強(qiáng)度和總體剛度的風(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。因此，本發(fā)明的目的是提供對(duì)輪廓的屈曲失效具有提高的抵抗性的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。本發(fā)明的又一目的是提供對(duì)尾緣的屈曲具有增加的抵抗性的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明的又一目的是提供對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)殼體的尾緣和內(nèi)梁之間的部分的屈曲具 有提高的抵抗性的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。因此，本發(fā)明的目的是提供對(duì)葉片輪廓的變形具有提高的抵抗性的風(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。因而，本發(fā)明的目的是提供對(duì)殼體的變形具有提高的抵抗性的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明的另一目的是提供具有減小的重量的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明的目的也是提供具有在殼體部分之間的接頭的改進(jìn)的可靠性的風(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。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)輪廓的一部分的殼體以及連接在殼體內(nèi)來提高葉 片的強(qiáng)度的至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件每個(gè)具有第一端和第二端 并且在縱向方向上在第一端和第二端之間延伸，且其中，第一端連接到殼體的上部，而第二 端連接到殼體的下部。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) 定位至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件每個(gè)具有第一端和第二端并且在縱向 方向上在第一端和第二端之間延伸，以及將第一端連接到殼體的上部而且將第二端連接到 殼體的下部。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)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。
風(fēng)力渦輪機(jī)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?yōu)選 地但不排它地包括玻璃纖維和/或碳纖維和/或其它通常具有高強(qiáng)度/重量比的耐用且柔 性的材料。其可進(jìn)一步至少部分地包括輕量金屬或合金。殼體可一般為層壓或夾層結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的至少一個(gè)在基本上垂直于葉片的縱向延 伸的方向上延伸。在其中葉片的縱向延伸形成空間中非線性曲線的彎曲葉片的情形中，加 強(qiáng)構(gòu)件在基本上垂直于所述加強(qiáng)構(gòu)件附近葉片的縱向延伸的方向上延伸。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可與所述加強(qiáng)構(gòu)件附近的葉片的縱向延伸形成角度，該角度的范圍 優(yōu)選為70°至90°，優(yōu)選為80°至100°，更優(yōu)選為85°至95°。所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可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。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可包括沿葉片的縱向延伸以間隔開關(guān)系定位的多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu) 件。根據(jù)本發(fā)明的葉片也可包括一個(gè)或多個(gè)梁。具有一個(gè)或多個(gè)梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 是被熟知的。常規(guī)梁在葉片的縱向方向具有縱向延伸且具有垂直于葉片的輪廓弦的橫向延 伸。一個(gè)或多個(gè)常規(guī)梁主要沿葉片的縱向延伸加強(qiáng)葉片。梁也可稱為腹板。常規(guī)梁或腹板 可通過能夠支撐載荷的任何類型的細(xì)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， 優(yōu)選地由纖維加強(qiáng)塑料或其它合適的材料制成。典型地，常規(guī)梁基本上沿葉片的整個(gè)長度 延伸。所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可定位在葉片的最后部梁和尾緣之間。所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件用至少兩個(gè)連接部分別連接到殼體的上部和下部的 內(nèi)表面。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件防止在葉片的沿邊方向和拍打方向上的力使兩個(gè)連接部彼此推開， 從而抵抗在沿邊方向和拍打方向上的力而加強(qiáng)殼體并防止殼體的尾部變形。因而，細(xì)長加 強(qiáng)構(gòu)件期望地具有高的抗拉強(qiáng)度而細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可以但不必能夠抵抗壓縮力。優(yōu)選地，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件具有直的形狀。如果細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的形狀不直，則在受到拉 伸力時(shí)，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的形狀可能變直，從而導(dǎo)致其端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，顯然這是不希望的。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可通過能夠支撐載荷的任何類型的細(xì)長結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可包括從由能夠抵抗壓縮力和張力的桿、板和管組成的組選出的一 個(gè)或多個(gè)元件。因?yàn)榧?xì)長加強(qiáng)構(gòu)件不需要能夠抵抗壓縮力，所以細(xì)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，例如基本上為圓形或多邊形橫截面，諸如大體矩 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)應(yīng)用或可作為一起形成“較厚”元件的多個(gè)單獨(dú)的元件應(yīng)用。具體地， 元件可包括具有非常高的剛度和強(qiáng)度的纖維，如玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維、聚乙 烯纖維、PBO纖維(聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑)等。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可由任何合適的材料制成。對(duì)于桿、板和管來說目前優(yōu)選的是纖維 加強(qiáng)塑料。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還可由木材如竹子、樺木、膠合板等制成。
細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還可由鋼、輕金屬合金等制成。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還可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。這些纖維可用 作復(fù)合材料中的加強(qiáng)件，諸如加強(qiáng)塑料，或者能以絲或桿的形式使用。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還可由 上述材料的組合制成。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件只需要具有高的抗拉強(qiáng)度，即優(yōu)選地，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件不必承載其它 載荷使得細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可為薄的，從而其重量和成本保持最低。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的厚度優(yōu)選 地小于殼體的最大厚度的10倍，更優(yōu)選地小于殼體的最大厚度的5倍，甚至更優(yōu)選地小于 殼體的最大厚度的2倍，最優(yōu)選地小于殼體的最大厚度。原則上，輪廓的內(nèi)表面上的連接部可位于內(nèi)表面上的任何地方，但是應(yīng)該觀察到 所選的定位適合使細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件能夠?qū)θ~片提供合理的且有用的加強(qiáng)效果。連接部可包括 任何合適類型的連接，例如焊接、膠合、熔融、熔合、或其它簡單的機(jī)械連接。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件 自身可包括連接部或其可包括適合于與殼體的內(nèi)表面上的連接部接合或配合的額外的連 接部或連接部件。額外的連接部或連接部件必須充分剛性以便當(dāng)受到張力時(shí)維持其形狀， 以便適當(dāng)?shù)嘏c細(xì)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，其可包括任何合適類型的接頭，如卡扣配合、壓配 合、舌槽連接部或其它簡單的機(jī)械連接部?？墒褂每舍尫诺幕ハ噙B接部來為空氣動(dòng)力學(xué)輪 廓提供增加的柔韌度。當(dāng)空氣動(dòng)力學(xué)輪廓被沿邊方向和拍打方向的力加載時(shí)，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件固定并保持 殼體的形狀基本上不變。這則因?yàn)榈挚骨芰Φ玫教岣叨箍諝鈩?dòng)力學(xué)輪廓的總體強(qiáng)度 明顯提高。利用根據(jù)本發(fā)明的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，與目前可用的解決方案相比，輪廓?dú)んw所用的 材料的尺寸可進(jìn)一步顯著降低，因而有利于降低系統(tǒng)的其它部件上的動(dòng)力學(xué)載荷，提高輪 廓的處理和輸送性能并降低材料成本。因?yàn)榕c常規(guī)葉片相比更高程度得保持了葉片輪廓的設(shè)計(jì)形狀，所以根據(jù)本發(fā)明的 細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件提高葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的一個(gè)可與所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的另一 個(gè)細(xì)長構(gòu)件形成角度。該角度的范圍可為15° -135°。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件在沿葉片的 縱向延伸的橫截面中基本上垂直于葉片的輪廓弦延伸。兩個(gè)或更多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可沿葉片的縱向延伸的至少一部分、以間隔開關(guān)系定 位，使得相鄰的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件以相對(duì)于葉片的輪廓弦不同的角度安裝。相鄰的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu) 件的相鄰端之間的距離可不超過2XD，其中D為細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的一個(gè)的跨越距離，即細(xì) 長加強(qiáng)構(gòu)件的殼體的兩個(gè)相對(duì)的連接部之間的距離。對(duì)于兩個(gè)或多個(gè)相鄰的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件 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末端減小，所以較靠近 末端定位的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的距離D2小于較靠近風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂定位的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的 距離D1。所得到的兩個(gè)相鄰的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件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D2或基于Dl和D2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) 系在細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件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)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件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)。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可僅定位在葉片的特定部分中，可能沒有任何預(yù)定或計(jì)算的最大距 離。尤其是但不排它地，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件可定位在其中預(yù)期或確定了葉片的尾緣和梁之間的 部分的大變形的位置處。加強(qiáng)元件可配備有有源裝置如壓電裝置或可由有源裝置如壓電裝置組成，其可通 過電壓、電流、電場或磁場激活，從而使加強(qiáng)元件的長度改變和/或?qū)υ┘討?yīng)力。借此， 可能改變輪廓表面的曲率，從而改變輪廓的空氣動(dòng)力學(xué)性能。利用這些裝置，可能使空氣動(dòng) 力學(xué)輪廓的性能最佳。


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2示意性地示出具有細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視圖，該細(xì) 長加強(qiáng)構(gòu)件使殼體的上部和下部互相連接，圖3示出具有成角度的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，圖4示出具有成角度的且交叉的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截 面，圖5示出具有兩排細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面，圖6示意性地示出具有細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一部分的透視圖，該細(xì) 長加強(qiáng)構(gòu)件形成只能抵抗張力的腹板，圖7示出細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件與殼體的連接的示例，圖8示出細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件與殼體的連接的另一示例，圖9示出細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件與殼體的連接的又一示例，圖10示出細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件與殼體的連接的又一示例，以及圖11示出由沿邊力和拍打力變形的常規(guī)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性橫截面。
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 X軸、在拍打方向的y軸以及在葉片1的縱向延伸方向的Z軸。橫截面Sl與坐標(biāo)系14的
8xy平面平行，且Sl也在圖2a、圖2b和圖3中示出。圖2示意性地示出具有兩個(gè)梁22、24以及殼體30的上部加厚的蓋部分沈和下部 加厚的蓋部分觀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖。兩個(gè)梁22、24以及葉片20的 加厚的蓋部分26J8構(gòu)成箱形輪廓。所示實(shí)施例進(jìn)一步具有使殼體30的上部32和下部34 互相連接的多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38在距離梁M基本上相同的距離處定位 在梁M和葉片的尾緣40之間。在另一實(shí)施例中，不同的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38能以距葉片的尾緣不同的距離定位。該 距離例如可沿葉片的縱向延伸變化，以提供葉片的有用加強(qiáng)，例如細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的相對(duì)位 置可沿葉片的縱向延伸保持不變；例如在一排中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件和梁M之間的距離可 以是在所述細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的位置處在梁M和尾緣40之間的距離的0. 25倍。優(yōu)選地，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38基本上垂直于葉片20的輪廓弦延伸。在另一實(shí)施例中，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件相對(duì)于葉片的輪廓弦的角度沿葉片的縱向延伸變 化，例如為了補(bǔ)償葉片沿葉片的縱向延伸的扭曲，或者為了補(bǔ)償葉片的殼體的變化的厚度等。在所示實(shí)施例中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38結(jié)合到殼體30的內(nèi)表面。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是具有高的張拉強(qiáng)度卻不能抵抗壓縮力的柔性線。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是能夠抵抗壓縮力和張力的桿。在兩種情形中，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件防止葉片的沿邊方向和拍打方向的力使兩個(gè)連接部 彼此推開，從而加強(qiáng)殼體使之抵抗由沿邊方向和拍打方向的力引起的變形并進(jìn)而顯著地降 低尾緣的附著接頭的載荷。而且，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或 殼體和梁之間的連接部中的疲勞失效的抵抗性。此外，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)殼體的屈曲的抵抗性，從而因?yàn)闅んw承載而 提高葉片的最終強(qiáng)度。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)由沿邊載荷引起的尾緣屈曲的抵抗性從而提高葉片 的一般失效載荷的安全裕度并還降低了尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)變形脫離空氣動(dòng)力學(xué)殼體的在尾緣和內(nèi)梁之間的部 分的表面“中性”位置面的抵抗性。這降低葉片的尾緣中的剪切和剝離應(yīng)力并導(dǎo)致葉片的 較小的末端變位。此外，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼體的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高了 葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。圖3示意性地示出具有兩個(gè)梁22、24以及殼體30的上部加厚的蓋部分沈和下部 加厚的蓋部分觀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的沿橫向延伸的橫截面。兩個(gè)梁22、24以及葉片20 的加厚的蓋部分26J8構(gòu)成箱形輪廓。所示實(shí)施例進(jìn)一步具有使殼體30的上部32和下部 34互相連接的多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38以距離梁M不同的距離以兩排定 位在梁M和葉片的尾緣40之間。在每一排中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件在距梁M基本上相同的 距離處定位。在另一實(shí)施例中，相同排內(nèi)的不同的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38能以距葉片的尾緣不同的 距離定位。該距離例如可沿葉片的縱向延伸變化，以提供葉片的有用加強(qiáng)，例如細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的相對(duì)位置可沿葉片的縱向延伸保持不變；例如在一排中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件和梁M之 間的距離可以是在所述細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的位置處在梁M和尾緣40之間的距離的0. 25倍。每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38在沿葉片20的縱向延伸的橫截面中基本上垂直于輪廓弦延 伸。而且，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38在沿葉片的縱向延伸的橫截面中與葉片20的輪廓弦形成 斜角。相同排內(nèi)的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件平行定位，而且不同排內(nèi)的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件以不同的角度定 位。在另一實(shí)施例中，在細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的每一排內(nèi)，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件相對(duì)于葉片的輪廓 弦的角度沿葉片的縱向延伸變化，例如為了補(bǔ)償葉片沿葉片的縱向延伸的扭曲，或者為了 補(bǔ)償葉片的殼體的變化的厚度等。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的排數(shù)可沿葉片的長度變化，例如在葉片的具有大寬度的部分定位 較多排，而在葉片的具有窄寬度的部分中定位一個(gè)排或較少的排。在所示實(shí)施例中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38結(jié)合到殼體30的內(nèi)表面。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是具有高的張拉強(qiáng)度卻不能抵抗壓縮力的柔性線。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是能夠抵抗壓縮力和張力的桿。在兩種情形中，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件防止在葉片的沿邊方向和拍打方向的力使兩個(gè)連接 部彼此推開，從而加強(qiáng)殼體使之抵抗由沿邊方向和拍打方向的力引起的變形并進(jìn)而顯著地 降低尾緣的附著接頭的載荷。而且，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或 殼體和梁之間的連接部中的疲勞失效的抵抗性。此外，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)殼體的屈曲的抵抗性，從而因?yàn)闅んw承載而 提高葉片的最終強(qiáng)度。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)由沿邊載荷引起的尾緣屈曲的抵抗性從而提高葉片 的一般失效載荷的安全裕度并還降低尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)變形脫離空氣動(dòng)力學(xué)殼體的在尾緣和內(nèi)梁之間的部 分的表面“中性”位置面的抵抗性。這降低葉片的尾緣中的剪切和剝離應(yīng)力并導(dǎo)致葉片的 較小的末端變位。此外，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼體的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高了 葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。圖4示意性地示出具有兩個(gè)梁22、24以及殼體30的上部加厚的蓋部分沈和下部 加厚的蓋部分觀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的沿橫向延伸的橫截面。兩個(gè)梁22、24以及葉片20 的加厚的蓋部分26J8構(gòu)成箱形輪廓。所示實(shí)施例進(jìn)一步具有使殼體30的上部32和下部 34互相連接的多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38以一排定位在梁M和葉片的尾緣 40之間，其中每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件以交叉關(guān)系定位在距離梁M基本上相同的距離處，從而每 隔一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件彼此平行定位，且相鄰的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件彼此形成角度使得每隔一個(gè)細(xì) 長加強(qiáng)構(gòu)件在葉片的橫向截面中與葉片的輪廓弦形成第一角度，而且其間的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件 在葉片的橫向截面中與葉片的輪廓弦形成第二角度。此外，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38在沿葉片 20的縱向延伸的橫截面中基本上垂直于輪廓弦延伸。在另一實(shí)施例中，排內(nèi)的不同的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38能以距葉片的尾緣不同的距離 定位。該距離例如可沿葉片的縱向延伸變化，以提供葉片的有效且有用的加強(qiáng)，例如細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的相對(duì)位置可沿葉片的縱向延伸保持不變；例如在一排中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件和梁 24之間的距離可以是在所述細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的位置處在梁M和尾緣40之間的距離的0. 25倍。此外，上述的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件相對(duì)于葉片的輪廓弦的第一角度和第二角度可沿葉片 的縱向延伸變化，例如為了補(bǔ)償葉片沿葉片的縱向延伸的扭曲，或者為了補(bǔ)償葉片的殼體 的變化的厚度等。在所示實(shí)施例中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38結(jié)合到殼體30的內(nèi)表面。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是具有高的張拉強(qiáng)度卻不能抵抗壓縮力的柔性線。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是能夠抵抗壓縮力和張力的桿。在兩種情形中，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件防止在葉片的沿邊方向和拍打方向的力使兩個(gè)連接 部彼此推開，從而加強(qiáng)殼體使之抵抗由沿邊方向和拍打方向的力引起的變形并進(jìn)而顯著地 降低尾緣的附著接頭的載荷。而且，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或 殼體和梁之間的連接部中的疲勞失效的抵抗性。此外，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)殼體的屈曲的抵抗性，從而因?yàn)闅んw承載而 提高葉片的最終強(qiáng)度。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)由沿邊載荷引起的尾緣屈曲的抵抗性從而提高葉片 的一般失效載荷的安全裕度并還降低尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)變形脫離空氣動(dòng)力學(xué)殼體的在尾緣和內(nèi)梁之間的部 分的表面“中性”位置面的抵抗性。這降低葉片的尾緣中的剪切和剝離應(yīng)力并導(dǎo)致葉片的 較小的末端變位。此外，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼體的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高了 葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。圖5示意性地示出具有兩個(gè)梁22、24以及殼體30的上部加厚的蓋部分沈和下部 加厚的蓋部分觀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面。兩個(gè)梁22、24以及葉片20的加厚的蓋 部分沈、觀構(gòu)成箱形輪廓。所示實(shí)施例進(jìn)一步具有使殼體30的上部32和下部34互相連 接的多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38以距離梁M不同的距離以兩排定位在梁M 和葉片的尾緣40之間。在每一排中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件在距梁M基本上相同的距離處定 位。每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38基本上垂直于葉片20的輪廓弦延伸。在另一實(shí)施例中，相同排內(nèi)的不同的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38能以距葉片的尾緣不同的 距離定位。該距離例如可沿葉片的縱向延伸變化，以提供葉片的有效且有用的加強(qiáng)，例如細(xì) 長加強(qiáng)構(gòu)件的相對(duì)位置可沿葉片的縱向延伸保持不變；例如在一排中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件 和梁M之間的距離可以是在所述細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的位置處在梁M和尾緣40之間的距離的 0. 25 倍。在另一實(shí)施例中，在細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的每一排內(nèi)，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件相對(duì)于葉片的輪廓 弦的角度沿葉片的縱向延伸變化，例如為了補(bǔ)償葉片沿葉片的縱向延伸的扭曲，或者為了 補(bǔ)償葉片的殼體的變化的厚度等。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的排數(shù)可沿葉片的長度變化，例如在葉片的具有大寬度的部分定位 較多排，而在葉片的具有窄寬度的部分中定位一個(gè)排或較少的排。
在所示實(shí)施例中，每個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38結(jié)合到殼體30的內(nèi)表面。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是具有高的張拉強(qiáng)度卻不能抵抗壓縮力的柔性線。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38可以是能夠抵抗壓縮力和張力的桿。在兩種情形中，細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件防止在葉片的沿邊方向和拍打方向的力使兩個(gè)連接 部彼此推開，從而加強(qiáng)殼體使之抵抗由沿邊方向和拍打方向的力引起的變形并進(jìn)而顯著地 降低尾緣的附著接頭的載荷。而且，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或 殼體和梁之間的連接部中的疲勞失效的抵抗性。此外，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)殼體的屈曲的抵抗性，從而因?yàn)闅んw承載而 提高葉片的最終強(qiáng)度。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)由沿邊載荷引起的尾緣屈曲的抵抗性從而提高葉片 的一般失效載荷的安全裕度并還降低尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件還提高葉片對(duì)變形脫離空氣動(dòng)力學(xué)殼體的在尾緣和內(nèi)梁之間的部 分的表面“中性”位置面的抵抗性。這降低葉片的尾緣中的剪切和剝離應(yīng)力并導(dǎo)致葉片的 較小的末端變位。此外，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼體的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高了 葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。圖6示意性地示出具有兩個(gè)梁22、24以及殼體30的上部加厚的蓋部分沈和下部 加厚的蓋部分觀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖。兩個(gè)梁22、24以及葉片20的加 厚的蓋部分26J8構(gòu)成箱形輪廓。所示實(shí)施例進(jìn)一步具有多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件即纖維38，其 彼此靠近定位以形成使殼體30的上部32和下部34互相連接的腹板。單獨(dú)的纖維38相對(duì) 于葉片的縱向延伸形成變化的角度，例如范圍為80°至100°，且一些纖維38彼此交叉以 形成腹板。所示纖維只對(duì)張力具有大的抵抗性。由細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38形成的腹板定位在梁 24和葉片的尾緣40之間且基本上平行于梁M且基本上垂直于葉片20的輪廓弦延伸。在 另一實(shí)施例中，腹板可由其中大部分纖維基本上垂直于葉片的縱向延伸定向的織物組成。在所示實(shí)施例中，葉片的尾緣和腹板之間的距離沿葉片的縱向延伸恒定。在另一 實(shí)施例中，該距離沿葉片的縱向延伸變化，以提供葉片的有效且有用的加強(qiáng)，例如腹板的相 對(duì)位置可沿葉片的縱向延伸保持不變；例如，腹板和梁M之間的距離可以是沿腹板的縱向 延伸在梁M和尾緣40之間的距離的0. 25倍。腹板在沿葉片20的橫向延伸的橫截面中基本上垂直于輪廓弦延伸。在另一實(shí)施 例中，腹板在沿葉片的橫向延伸的橫截面中與葉片20的輪廓弦形成斜角。該角度沿葉片的 縱向延伸可為恒定的，或者該角度沿葉片的縱向延伸可為變化的，例如為了補(bǔ)償葉片沿葉 片的縱向延伸的扭曲，或者為了補(bǔ)償葉片的殼體的變化的厚度等。在所示實(shí)施例中，腹板結(jié)合到殼體30的內(nèi)表面。腹板優(yōu)選地包括具有非常高的剛度和強(qiáng)度的纖維38，例如但不限于芳族聚酰胺纖 維。腹板防止在葉片20的沿邊方向和拍打方向的力使殼體30的上部32的連接部與殼體 30的下部34的各連接部分離，從而加強(qiáng)殼體30使之抵抗沿邊方向和拍打方向的力并進(jìn)而 顯著地降低尾緣40的附著接頭的載荷。而且，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼 體30的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高了葉片20的空氣動(dòng)力學(xué)效率。
而且，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或 殼體和梁之間的連接部中的疲勞失效的抵抗性。此外，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)殼體的屈曲的抵抗性，從而因?yàn)闅んw承載而 提高葉片的最終強(qiáng)度。腹板還提高葉片對(duì)由沿邊載荷引起的尾緣屈曲的抵抗性從而提高葉片的一般失 效載荷的安全裕度并還降低尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。腹板還提高葉片對(duì)變形脫離空氣動(dòng)力學(xué)殼體的在尾緣和內(nèi)梁之間的部分的表面 “中性”位置面的抵抗性。這降低葉片的尾緣中的剪切和剝離應(yīng)力并導(dǎo)致葉片的較小的末端 變位。此外，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼體的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高了 葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。圖7示意性地示出類似于圖2實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，但是在細(xì)長 加強(qiáng)構(gòu)件38和殼體30之間具有機(jī)械連接部42。在所示實(shí)施例中，通過使每個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件38分別引導(dǎo)通過殼體30的上部32和下部 34中的合適開口，并且借助諸如與加強(qiáng)構(gòu)件38的端部的螺紋部分嚙合的螺母的機(jī)械連接 件42緊固它們，而將加強(qiáng)構(gòu)件38機(jī)械地連接到殼體30。在殼體30的上部32和下部34中 分別設(shè)置凹槽以容納螺母。在機(jī)械連接組裝之后，用板或箔片覆蓋凹槽，或者能夠用泡沫、 粘合劑或填充材料填充腔以便維持殼體30的光滑的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓。優(yōu)選地，可以使用葉 片中已經(jīng)使用的材料諸如纖維加強(qiáng)塑料。圖8示意性地示出類似于圖7實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，但是在細(xì)長 加強(qiáng)構(gòu)件38和殼體30之間具有另一類型的連接部42。在所示實(shí)施例中，用錨定件42將加強(qiáng)構(gòu)件38連接到殼體30。錨定件42分別結(jié)合 到殼體30的上部32和下部34的內(nèi)表面。通過將插入錨定件和構(gòu)件的銷互相連接而將細(xì) 長加強(qiáng)構(gòu)件38連接到錨定件。圖9示意性地示出類似于圖8實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面，但是在細(xì)長 加強(qiáng)構(gòu)件38和殼體30之間具有另一類型的錨定件42。錨定件可結(jié)合到殼體和細(xì)長加強(qiáng)構(gòu) 件，或者錨定件可被層壓到殼體和構(gòu)件。這能利用纖維加強(qiáng)塑料來實(shí)現(xiàn)且也稱為第二層壓 物。在所示實(shí)施例中，用錨定件42將加強(qiáng)構(gòu)件38連接到殼體30。錨定件42分別結(jié)合 到殼體30的上部32和下部34的內(nèi)表面。細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38被接納在錨定件42的兩個(gè)接 納表面之間且細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38結(jié)合或附著到錨定件42。圖10示意性地示出具有兩個(gè)梁22、24以及殼體30的上部加厚的蓋部分沈和下 部加厚的蓋部分觀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的一部分的透視圖。兩個(gè)梁22、24以及葉片20 的加厚的蓋部分26J8構(gòu)成箱形輪廓。所示葉片20進(jìn)一步具有由線44形成的多個(gè)細(xì)長加 強(qiáng)構(gòu)件38，線44交替地通過殼體30的上部32和下部34拉制、縫或縫合使得其在相鄰的細(xì) 長加強(qiáng)構(gòu)件38之間分別沿殼體30的各上部32和下部34的內(nèi)部或外部延伸。在所示的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20中，線44沿殼體30的外部延伸。插圖46顯示線44 通過殼體30的放大的細(xì)節(jié)。為了維持殼體30的光滑的空氣動(dòng)力學(xué)外表面，線44可具有小 直徑和/或殼體可具有用于容納線44的凹部和/或線44可通過層壓而被覆蓋。
優(yōu)選地，線44在殼體30的上部32和下部34之間形成基本上垂直于葉片20的輪 廓弦的角度；然而，各個(gè)加強(qiáng)構(gòu)件38可相對(duì)于葉片的縱向延伸形成變化的角度，例如范圍 為80°至100°。線44只對(duì)張力具有大的抵抗性。由線44形成的細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件38定位 在梁M和葉片20的尾緣40之間且基本上平行于梁M延伸。葉片的尾緣和線之間的距離優(yōu)選地沿葉片的縱向延伸恒定。然而，該距離可沿葉 片的縱向延伸變化，以提供葉片的有效且有用的加強(qiáng)，例如線44的相對(duì)位置可沿葉片的縱 向延伸保持不變；例如，線44和梁M之間的距離可為沿葉片的縱向延伸在梁M和尾緣40 之間的距離的0. 25倍。線優(yōu)選地在沿葉片20的橫向延伸的橫截面中基本上垂直于輪廓弦延伸。然而，線 可在沿葉片的橫向延伸的橫截面中與葉片20的輪廓弦形成斜角。該角度沿葉片的縱向延 伸可為恒定的，或者該角度沿葉片的縱向延伸可為變化的，例如為了補(bǔ)償葉片沿葉片的縱 向延伸的扭曲，或者為了補(bǔ)償葉片的殼體的變化的厚度等。線可結(jié)合到殼體30的表面。線優(yōu)選地包括具有非常高的剛度和強(qiáng)度的纖維38，例如但不限于芳族聚酰胺纖 維。線防止在葉片20的沿邊方向和拍打方向的力使殼體30的上部32的連接部與殼體30 的下部34的各連接部分離，從而加強(qiáng)殼體30使之抵抗沿邊方向和拍打方向的力并進(jìn)而顯 著地降低尾緣40的附著接頭的載荷。而且，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼體30的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高 了葉片20的空氣動(dòng)力學(xué)效率。而且，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)梁的疲勞失效和/或殼體的疲勞失效和/或 殼體和梁之間的連接部中的疲勞失效的抵抗性。此外，抵抗變形的加強(qiáng)提高了葉片對(duì)殼體的屈曲的抵抗性，從而因?yàn)闅んw承載而 提高葉片的最終強(qiáng)度。線還提高葉片對(duì)由沿邊載荷引起的尾緣屈曲的抵抗性從而提高葉片的一般失效 載荷的安全裕度并還降低尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。線還提高葉片對(duì)變形脫離空氣動(dòng)力學(xué)殼體的在尾緣和內(nèi)梁之間的部分的表面“中 性”位置面的抵抗性。這降低葉片的尾緣中的剪切和剝離應(yīng)力并導(dǎo)致葉片的較小的末端變 位。此外，由于與常規(guī)的葉片相比更高程度的保持了殼體的設(shè)計(jì)形狀，所以也提高了 葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。圖11示意性地示出具有兩個(gè)梁22、24以及殼體30的上部加厚的蓋部分沈和下 部加厚的蓋部分觀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的橫截面。兩個(gè)梁22、24以及葉片20的加厚的 蓋部分沈、觀構(gòu)成箱形輪廓。用實(shí)線示出了殼體的未加載的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓，且用虛線示 出了變形的輪廓。當(dāng)葉片受到沿邊載荷時(shí)，殼體的在葉片的尾緣和內(nèi)梁之間的部分變形脫離圖10 所示的表面的“中性”(或初始)面的平面。該變形引起葉片的尾緣中的剝離應(yīng)力并且因此 這能導(dǎo)致兩個(gè)殼體部分彼此連接地方的尾緣的附著接頭的疲勞失效。此外，殼體的該變形 能導(dǎo)致殼體和梁在梁和殼體的連接部處的變形且這能導(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的疲勞失效。
尾緣、殼體、梁或連接部的疲勞失效可隨后最終導(dǎo)致葉片斷裂。變形也能導(dǎo)致殼體的屈曲，且這因?yàn)闅んw承載而降低葉片的最終強(qiáng)度。而且，因?yàn)?葉片輪廓的設(shè)計(jì)形狀不再得以維持，所以變形也損及葉片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。沿邊載荷能進(jìn)一步導(dǎo)致葉片的尾緣以穩(wěn)定的后屈曲樣式變形。這是由于葉片從前 緣朝尾緣的彎曲導(dǎo)致的。然后，前緣中的葉片材料受到張力而尾緣受到壓縮。由于尾緣相 對(duì)較薄，所以在它彎曲脫離其中性面之前，它無法承受大的壓縮力。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，尾緣上的 一些載荷傳遞到殼體的離尾緣更遠(yuǎn)的部分并通過該部分分布，直到建立力的平衡。盡管此 變形不會(huì)立即導(dǎo)致失效，但是它降低了用于葉片的一般失效載荷的安全裕度并且還提高了 尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。在受到拍打方向載荷的情況下，空氣動(dòng)力學(xué)殼體的尾緣和內(nèi)梁之間的部分以上文 對(duì)于沿邊載荷所述相似的方式變形為脫離所述表面的“中性”位置面。此變形也引起葉片 尾緣中的剪切和剝離應(yīng)力。該部分將變形為“最低能量水平”狀態(tài)，即葉片中的盡可能多的 應(yīng)力被分布到葉片的其它部分的情形。當(dāng)殼體的一部分以此方式變形時(shí)，通常將它稱為“無 效面板”。應(yīng)力分布到葉片的其它部件的意思是這些部件受到更高的載荷。這將導(dǎo)致葉片 的較大的末端變位。此外，因?yàn)檩喞脑O(shè)計(jì)形狀不再得以保持，所以葉片表面的變形損及葉 片的空氣動(dòng)力學(xué)效率。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)利要求中這些特征的提及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，以及至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件連接在所述殼體內(nèi)，用于提高所 述葉片的強(qiáng)度，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的每一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件具有第一端和第二 端，并且在所述第一端和所述第二端之間在縱向方向上延伸，并且其中，所述第一端連接到 所述殼體的上部，而所述第二端連接到所述殼體的下部，從而防止所述殼體的尾部的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件包括多 個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，所述多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件沿著所述葉片的縱向延伸以間隔開的關(guān)系定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件中的至少一個(gè)在相對(duì)于所述葉片的縱向延伸形成一角度的方向上延伸，該角度的范圍 為70°至110°，優(yōu)選為80°至100°，更優(yōu)選為85°至95°。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的至 少一個(gè)在基本上垂直于所述葉片的縱向延伸的方向上延伸。
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，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件中的至少一個(gè)基本上垂直于所述葉片的輪廓的弦延伸。
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，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件包括多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，所述多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件以小于2XD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是所述多個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件的第一端和第二端之間的距離。
7.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，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件中的一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件與所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的另一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件形成 一角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述角度的范圍為15°至135°。
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，還包括至少一個(gè)梁，并且其中， 所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的每一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件定位在所述至少一個(gè)梁和所述葉片 的尾緣之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的至 少一個(gè)基本上平行于所述梁延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的至 少一個(gè)與所述梁形成一角度，該角度的范圍為0°至70°，優(yōu)選為0°至40°，更優(yōu)選為0° 至20°，甚至更優(yōu)選為0°至10°，且最優(yōu)選為0°至5°。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的至 少一個(gè)與所述梁形成一角度，該角度的范圍為10°至70°，優(yōu)選為10°至40°，更優(yōu)選為 10° 至 20°。
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，其中，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件中的至少一個(gè)是具有高的抗拉強(qiáng)度卻不能抵抗壓縮力的柔性線。
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，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件中的至少一個(gè)由加強(qiáng)塑料制成。
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，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的至少一個(gè)由木材或者鋼、輕金屬合金等制成，所述木材例如為竹子、樺木、膠合板寸。
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，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件中的至少一個(gè)包括多個(gè)單獨(dú)的元件，所述多個(gè)單獨(dú)的元件包括玻璃纖維、碳纖維、芳族 聚酰胺纖維、聚乙烯纖維或PBO纖維(聚對(duì)苯撐苯并雙噁唑)。
17.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，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng) 構(gòu)件中的至少一個(gè)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。
18.一種提高風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的強(qiáng)度的方法，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片具有殼體，所述殼體 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將至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件定位在所述殼體內(nèi)，所述至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件中的每一個(gè) 細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件具有第一端和第二端，并且在所述第一端和所述第二端之間在縱向方向上延 伸；以及將所述第一端連接到所述殼體的上部，并將所述第二端連接到所述殼體的下部。
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，該葉片具有連接在殼體內(nèi)用于提高葉片的強(qiáng)度的至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件，至少一個(gè)細(xì)長加強(qiáng)構(gòu)件的每一個(gè)具有第一端和第二端，并且在縱向方向上在第一端和二端之間延伸，并且其中，第一端連接到殼體的上部，而第二端連接到殼體的下部，從而降低葉片的尾緣中的剝離和剪切應(yīng)力。
文檔編號(hào)F03D1/06GK102076957SQ200980124196
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月24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)