專利名稱：用于風力渦輪機轉子葉片的后緣連結緣條的制作方法
技術領域：
本主題主要涉及用于風力渦輪機的轉子葉片，并且更具體地涉及用于風力渦輪機轉子葉片的后緣連結緣條(cap)。
背景技術：
風力被認為是目前可用的最清潔、對環(huán)境最為友好的能源之一，故鑒于此，風力渦輪機獲得了日益增加的關注?，F(xiàn)代風力渦輪機通常包括塔架、發(fā)電機、機艙，以及一個或多個轉子葉片。轉子葉片使用公知的翼型原理捕獲風中的動能。轉子葉片將動能轉變成旋轉能形式，以便轉動將轉子葉片直接或間接地聯(lián)接到發(fā)電機上的軸。發(fā)電機然后將機械能轉換成可調度到公用電網(wǎng)上的電能。常規(guī)轉子葉片的典型構造主要包括根部區(qū)段、葉片末梢，以及在根部區(qū)段與葉片末梢之間延伸的葉片殼體。葉片殼體大致限定轉子葉片的空氣動力翼型形狀，且可由纖維補強的材料如玻璃纖維、碳纖維等制成。此外，葉片殼體通常為復合設計，由連結在一起的單獨殼體構件制成。為了連結殼體構件，通常將厚的粘合劑層施加到殼體構件中的一個或兩者上。殼體構件然后彼此接觸(例如，通過將殼體構件相互疊置)，以便圍繞葉片殼體的邊緣(即，轉子葉片的前緣和后緣)形成厚的粘合劑連結線。使用粘合劑連結以使葉片殼體的殼體構件相結合通常導致顯著的性能損失，尤其是相對于轉子葉片后緣而言。例如，由于粘合劑層，故后緣本能地較厚，從而導致轉子葉片空氣動力效率的降低。這樣增大的厚度在風力渦輪機操作期間還產生附加的純音噪聲。此外，粘合劑的露出部分通常對存在于該范圍(field)的腐蝕很敏感，這會導致殼體構件之間連結的弱化。此外，通常難以按受控的量施加粘合劑，這導致轉子葉片具有不良的公差、 變化的后緣厚度，以及降低的效率。因此，需要一種結合風力渦輪機轉子葉片使用的后緣連結緣條，其導致性能損失的下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明的方面和優(yōu)點將在以下說明中部分地闡述，或可根據(jù)該說明而清楚，或可通過實施本發(fā)明而懂得。—方面，本主題公開了一種結合風力渦輪機轉子葉片使用的后緣連結緣條。后緣連結緣條可包括本體，其構造成用以從轉子葉片的葉片殼體向外凸出。該本體可由金屬基體復合材料形成，且可包括第一外表面和第二外表面。第一外表面可構造成用以與第二外表面相交，以便限定轉子葉片的后緣。此外，第一外表面和第二外表面可具有構造成用以與葉片殼體的空氣動力輪廓相對應的輪廓。另一方面，本主題公開了一種用于風力渦輪機的轉子葉片。轉子葉片包括根部部分、葉片末梢，以及在根部部分與葉片末梢之間延伸的葉片殼體。葉片殼體通常具有空氣動力輪廓，且可包括第一殼體構件和第二殼體構件。此外，轉子葉片可包括部分地設置在第一殼體構件和第二殼體構件的后端之間的后緣連結緣條。后緣連結緣條可如上文所述那樣構造且在文中更為詳細地描述。參照以下說明和所附權利要求，本發(fā)明的這些及其它特征、方面和優(yōu)點將會得到更好的理解。并入本說明書中且構成其一部分的附圖示出了本發(fā)明的實施例，且結合說明一起用于闡述本發(fā)明的原理。


在參照附圖的說明書中，針對本領域的普通技術人員闡明了本發(fā)明包括其最佳模式的完整和能夠實施的公開內容，在附圖中圖1示出了風力渦輪機的透視圖；圖2示出了風力渦輪機轉子葉片的透視圖；圖3示出了具有根據(jù)本主題的方面的所安裝的后緣連結緣條的轉子葉片的截面視圖；以及圖4示出了根據(jù)本主題的方面的后緣連結緣條的局部透視圖。零件清單10風力渦輪機12 塔架14支承件16 機艙18 轉子20 槳轂22 葉片24葉片根部部分28 風向36控制器38塔架中心線40 末梢42葉片殼體44中心軸線46 前緣48 后緣50第一殼體52第二殼體53殼體內表面54后緣(TE)連結緣條56 本體58 后端60第一外表面62第二外表面
64第一連結表面66第二連結表面68連結緣條端部70前緣緣條72抗剪腹板74翼梁緣條
具體實施例方式現(xiàn)將詳細地參照本發(fā)明的實施例，其中的一個或多個實例在附圖中示出。各實例均是以闡述本發(fā)明來提供的，而并非對本發(fā)明進行限制。實際上，本領域的技術人員將清楚，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可在本發(fā)明中作出各種修改和變型。例如，示為或描述為一個實施例的一部分的特征可結合另一實施例來使用，以產生又一個實施例。 因此，期望的是，本發(fā)明涵蓋歸入所附權利要求及其等同物的范圍內的這些修改和變型。大體上而言，本主題設計一種在風力渦輪機的轉子葉片內使用的后緣連結緣條。 具體的是，后緣連結緣條可從轉子葉片的葉片殼體向外凸出以形成轉子葉片的后緣。通常， 認為的是，本主題的后緣連結緣條會提供很多優(yōu)點。例如，連結緣條可精確且準確地形成和 /或加工，以匹配和/或對應于轉子葉片的空氣動力輪廓。這可確保側部殼體與連結緣條之間的平滑過渡，以便減小作用在轉子葉片后緣上的剪切力。此外，連結緣條可制造成以便形成尖銳或尖突的后緣。如通常理解的那樣，尖銳的后緣(例如，厚度極小或厚度接近于零的后緣)可例如通過增大升阻比(lift-to-drag ratio)來提高轉子葉片的空氣動力效率，并且還可減少或消除純音噪聲的產生。此外，連結緣條可由剛性材料如金屬基體復合材料形成，該剛性材料增強了后緣處的結構完整性和連結強度。例如，剛性材料可減小后緣處轉子葉片彎折的可能性，且還可提高邊緣剛度。此外，通過由具有高導電性的材料(例如，鋁合金)形成連結緣條，該連結緣條可用作風力渦輪機的有效避雷裝置。參看附圖，圖1示出了風力渦輪機10的透視圖。如圖所示，風力渦輪機10為水平軸線式風力渦輪機。然而，應當認識到的是，風力渦輪機10可為垂直軸線式風力渦輪機。 在所示的實施例中，風力渦輪機10包括從支承表面14延伸的塔架12、安裝在塔架12上的機艙16，以及聯(lián)接到機艙16上的轉子18。轉子18包括可旋轉的槳轂20，以及聯(lián)接到槳轂 20上且從槳轂20向外延伸的至少一個轉子葉片22。如圖所示，轉子18包括三個轉子葉片 22。然而，在備選實施例中，轉子18可包括多于或少于三個的轉子葉片22。此外，在所示的實施例中，塔架12由管狀鋼制成，以便在支承表面14與機艙16之間限定腔體(未示出)。 然而，在備選實施例中，塔架12可為本領域中所公知的任何適合類型的塔架。轉子葉片22通?？删哂惺癸L力渦輪機10能夠起到如本文所述的作用的任何適合的長度。例如，在一個實施例中，轉子葉片22可具有范圍從大約15米(m)至大約91m的長度。然而，葉片長度的其它非限制性實例可包括IOm或更短、20m、37m，或大于91m的長度。 此外，轉子葉片22可圍繞槳轂20間隔開，以有助于旋轉轉子18而使風中的動能能夠轉化成可用的機械能，且隨后轉化成電能。具體而言，槳轂20可旋轉地聯(lián)接到位于機艙16內的發(fā)電機(未示出)上，以容許產生電能。此外，轉子葉片22可通過將葉片22的葉片根部部分26聯(lián)接到槳轂20上而與槳轂20相配合。
如示出的實施例中所示，風力渦輪機10還可包括集中在機艙16內的渦輪控制系統(tǒng)或渦輪控制器36。然而，應當認識到的是，控制器36可設置在風力渦輪機10上或風力渦輪機10中的任何位置處、設置在支承表面14上的任何位置處或在任何其它適合位置處。 通常，控制器36可構造成用以控制風力渦輪機10的各種操作模式(例如，啟動或停機程序 (或序列))。此外，控制器36可控制風力渦輪機10的各種構件中的多個。例如，當風向觀變化時，控制器36可構造成用以圍繞偏航軸線38控制機艙16的偏航方向，以便相對于風向觀來定位轉子葉片22。具體而言，控制器36可控制機艙16的偏航驅動機構(未示出)， 以便使機艙16圍繞偏航軸線38旋轉?，F(xiàn)參看圖2，示出了轉子葉片22的透視圖。如圖所示，轉子葉片22包括用于將轉子葉片22安裝到槳轂20(圖1)上的根部部分M。轉子葉片22還包括設置成與根部部分 24相對的葉片末梢40。葉片殼體42沿中心軸線44大致在根部部分M與葉片末梢40之間延伸，且限定轉子葉片22的前緣46和后緣48。在一個實施例中，轉子葉片22的葉片殼體42可制造為兩件式構造，包括第一殼體構件50和第二殼體構件52。應當認識到的是，各殼體構件50，52均可大體上限定大致的空氣動力輪廓。因此，當結合時，殼體構件50，52便形成具有空氣動力翼型形狀的葉片殼體42，該形狀使轉子葉片22能夠使用公知的翼型原理從風中捕獲動能。現(xiàn)在參看圖3至圖4，示出了用于連接葉片殼體42的殼體構件50，52和形成轉子葉片22的后緣48的后緣連結緣條M的實施例。具體而言，圖3示出了具有根據(jù)本主題的方面的所安裝的后緣連結緣條M的轉子葉片22的截面視圖。圖4示出了根據(jù)本主題的方面的后緣連結緣條M的實施例的局部透視圖。通常，本主題的后緣連結緣條M可包括剛性本體56，該剛性本體56構造成用以沿遠離其前緣46的方向從轉子葉片22的葉片殼體42向外凸出。例如，如圖3和圖4中所示，連結緣條M可部分地設置在第一殼體構件50和第二殼體構件52的后端58之間，且從后端58向外凸出。連結緣條M還可沿轉子葉片22的長度縱向地延伸以形成葉片22的后緣48。在一個實施例中，連結緣條M可形成為沿葉片22的整個長度延伸的單個部件。作為備選，連結緣條M可形成為多個部件，使得連結緣條M沿葉片22長度分段。此外，后緣連結緣條M的橫向長度或翼弦長度可大致取決于轉子葉片22的構造而變化。然而，在一個實施例中，連結緣條翼弦長度與轉子葉片翼弦長度(即，轉子葉片22的后緣48與前緣46 之間的距離)的比例可為大約1 20，以便確保葉片22顯現(xiàn)出抗彎穩(wěn)定性和結構完整性。此外，在一個實施例中，后緣連結緣條M可具有構造成用以配合或與轉子葉片22 的空氣動力輪廓相對應的輪廓。例如，連結緣條M的本體56可構造為用以設置成與葉片殼體42的外部輪廓大致齊平，以便連結緣條M用作轉子葉片22的翼型形狀的延伸部。具體而言，連結緣條M的第一外表面60可具有與第一殼體構件50的空氣動力輪廓相對應的輪廓。因此，平滑的空氣動力過渡可存在于連結緣條M與第一殼體構件50之間。類似的是，連結緣條M的第二外表面62可具有與第二殼體構件52的空氣動力輪廓相對應的輪廓，以便在第二殼體構件52和后緣連結緣條M的界面(interface)處提供平滑的空氣動力過渡。應當認識到的是，連結緣條M的第一外表面60和第二外表面62的相交可大致限定轉子葉片22的后緣48。在一個實施例中，后緣連結緣條M可構造成用以提供尖銳或尖突的后緣M。例如，連結緣條M的本體56可形成為以便在第一外表面60和第二外表面 62的相交處存在最小厚度(例如，本體56的厚度在外表面60，62的相交處可接近為零)。 因此，轉子葉片22可例如通過具有增大的升阻比而顯現(xiàn)出改善的空氣動力效率。此外，提供尖銳的后緣M還可在風力渦輪機10的操作期間減少或消除純音噪聲的產生。后緣連結緣條M的本體56還可包括在轉子葉片22內延伸的至少一個連結表面。 通常，該至少一個連結表面可構造成用以將后緣連結緣條M固定到葉片殼體42上。例如， 該至少一個連結表面可構造成用以附接到葉片殼體42上，以便在第一殼體構件50與第二殼體構件52之間形成搭接接頭。如圖4中具體示出的那樣，后緣連結緣條M可包括第一連結表面64和第二連結表面66。各連結表面64，66均可構造成用以接合第一殼體構件50 和第二殼體構件52的后端58，以便將連結緣條M固定到轉子葉片22上，且由此圍住葉片殼體42并形成轉子葉片22的后緣58。在一個實施例中，連結表面64，66可為凹入式形狀， 使得連結緣條M的端部68在葉片殼體42內朝第一殼體構件50和第二殼體構件52的內表面53向外張開，且確保連結緣條M適當?shù)亟雍先~片殼體42。此外，本領域的普通技術人員應當認識到的是，在殼體構件50，52和連結緣條M之間提供充分連結所需的連結表面 64，66的最小長度和/或表面面積例如可大致取決于葉片結構和使用期間在轉子葉片22上的預計負載。此外，應當認識到的是，連結表面64，66可設置在葉片殼體42內，且通過任何適合的方式固定到葉片殼體42上。在特定的實施例中，后緣連結緣條M在殼體構件50，52制造期間可安裝在葉片殼體42內。例如，第一殼體構件和第二殼體構件可形成在對應的頂部模具和底部模具內，以便一旦固化，則殼體構件便可結合以形成轉子葉片22的翼型形狀。因此，在一個實施例中，后緣連結緣條M可沿形成于底部模具中的殼體構件(例如，第二殼體構件52)的長度放置，且連結緣條M的對應連結表面(例如，連結表面66)可固定到該殼體構件的后緣58上。例如，在一個實施例中，對應的連結表面可使用高性能膠合材料而固定到形成于底部模具中的殼體構件上。在將連結緣條M固定到底部殼體構件上之后，各殼體構件(例如，第一殼體構件50和第二殼體構件52)均可獨立地固化。在固化之后，頂部模具然后可定位于底部模具上方，以便容許頂部殼體構件(例如，第一殼體構件50)固定到連結緣條M上。例如，高性能膠合材料可沿連結緣條M的對應連結表面(例如，連結表面 64)放置，以便在模具于連結緣條M上關閉時，連結緣條M適當?shù)毓潭ㄔ谵D子葉片22的殼體構件50，52之間。形成的轉子葉片22然后可后固化和經受完成葉片22制造所需的任何附加過程。應當認識到的是，盡管上述實施例使用了高性能膠合材料，但其它實施例也可使用任何其它粘合劑或緊固器件，例如但不限于機械緊固件，以有助于將連結緣條M附接到轉子葉片22上。通常，后緣連結緣條M可由任何剛性材料形成，該剛性材料提供殼體構件50，52 之間的剛性界面，且由此提高轉子葉片22的結構完整性，以及降低殼體構件50，52在風力渦輪機10的操作期間于后緣48處彎折的可能性。在一個實施例中，本體56可由金屬基體復合材料形成。金屬基體復合材料通?？砂ň哂袃煞N組成部分的材料，一種是金屬，而另一種是補強材料。例如，單絲線纜、纖維或顆?？汕度牖蚍稚⒃诮饘倩w內，以便改變金屬的物理性能。這種構造容許金屬基體復合材料相比于單獨的金屬具有很高的強度/重量比。因此，使用由金屬基體復合材料形成的后緣連結緣條M可能特別有優(yōu)勢，因為轉子葉
8片22的結構剛性和完整性增大而無需增加重量。在本主題的一個實施例中，后緣連結緣條M的本體56可由利用碳纖維或硼纖維補強的鋁合金基體形成。因此，后緣連結緣條M可能重量很輕，且具有高的強度/剛度，從而增強轉子葉片22的邊緣剛度、抗腐蝕性和結構完整性，而不會顯著增加其重量。這種增強的結構完整性可防止轉子葉片22的彎折，從而消除對在后緣48處提供輔助翼梁緣條/ 抗剪腹板的需要。此外，由于鋁的高導電性，故由鋁基體形成的后緣連結緣條M可用作用于風力渦輪機10的有效防雷系統(tǒng)。當然，應當認識到的是，各種其它適合的金屬和補強材料也可在金屬基體復合材料內使用，以便形成本主題的后緣連結緣條M。還應當認識到的是，后緣連結緣條M通?？砂A先制造的構件。因此，連結緣條M的本體56可經加工以提供任何期望的空氣動力輪廓。此外，適合的加工過程可用于形成具有高的維度(或尺寸)穩(wěn)定性的連結緣條M，以便對于最佳空氣動力效率而提供連結緣條M與葉片殼體42的精確對準。連結緣條M還可經歷任何適合的修整過程，以便確保沿本體56外表面60，62的光滑表面修整。此外，應當認識到的是，連結緣條M的本體56 可制造成具有任何適合的截面。例如，如圖3和圖4中所示，連結緣條M可具有中空截面， 或在備選實施例中，連結緣條M可具有實心截面。應當認識到的是，圖3示出了轉子葉片22的附加構件。例如，粘合材料或連結緣條70可設置在轉子葉片22的前緣46，如第一殼體構件50和第二殼體構件52的前緣界面處。此外，轉子葉片22還可包括定位在頂部翼梁緣條和底部翼梁緣條74之間的一對抗剪腹板72。通常，頂部翼梁緣條和底部翼梁緣條74可大致沿各殼體構件50，52的整個縱向長度延伸，且可連結到殼體構件50，52的內表面上。此外，內部抗剪腹板72可沿縱向在殼體構件50，52之間延展，且可附接到翼梁緣條74上，以便改善轉子葉片22的結構剛度。本書面說明使用了包括最佳模式的實例來公開本發(fā)明，且還使本領域的普通技術人員能夠實施本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任所結合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權利要求限定，并且可包括本領域的普通技術人員所構思出的其它實例。如果這些其它實例包括與權利要求的字面語言并無不同的結構元件，或者如果這些其它實例包括與權利要求的字面語言無實質差別的同等結構元件，則認為它們落在權利要求的范圍之內。
權利要求
1.一種結合風力渦輪機(10)的轉子葉片02)使用的后緣連結緣條(M)，所述后緣連結緣條(54)包括構造成用以從所述轉子葉片02)的葉片殼體02)向外凸出的本體(56)，所述本體 (56)由金屬基體復合材料形成，且具有第一外表面(60)和第二外表面(62)，所述第一外表面(60)構造成用以與所述第二外表面(6 相交，以限定所述轉子葉片0 的后緣(48)，其中，所述第一外表面(60)和所述第二外表面(6 具有構造成用以與所述葉片殼體 (42)的空氣動力輪廓相對應的輪廓。
2.根據(jù)權利要求1所述的后緣連結緣條(M)，其特征在于，所述金屬基體復合材料包括由碳纖維或硼纖維補強的鋁合金基體。
3.根據(jù)權利要求1所述的后緣連結緣條(M)，其特征在于，所述金屬基體復合材料包括導電金屬。
4.根據(jù)權利要求1所述的后緣連結緣條(M)，其特征在于，所述本體(56)包括構造成用以固定到所述葉片殼體G2)上的至少一個連結表面(64，66)。
5.根據(jù)權利要求4所述的后緣連結緣條(M)，其特征在于，所述至少一個連結表面 (64，66)包括第一連結表面(64)和第二連結表面(66)，所述第一連結表面(64)和所述第二連結表面(66)構造成用以在所述轉子葉片02)內延伸并接合所述葉片殼體G2)的后端(58)。
6.根據(jù)權利要求5所述的后緣連結緣條(M)，其特征在于，所述第一連結表面(64)和所述第二連結表面(66)為凹入式形狀。
7.根據(jù)權利要求1所述的后緣連結緣條(M)，其特征在于，所述第一外表面(60)的輪廓構造成用以與所述葉片殼體G2)的第一殼體構件(50)的空氣動力輪廓相對應，以及所述第二外表面(62)的輪廓構造成用以與所述葉片殼體G2)的第二殼體構件(52)的空氣動力輪廓相對應。
8.根據(jù)權利要求1所述的后緣連結緣條(M)，其特征在于，所述第一外表面(60)和所述第二外表面(6 的相交限定了尖銳的后緣08)。
9.一種用于風力渦輪機(10)的轉子葉片(22)，所述轉子葉片包括根部部分(24)；葉片末梢(40)；在所述根部部分04)與所述葉片末梢GO)之間延伸的葉片殼體(42)，所述葉片殼體 (42)具有空氣動力輪廓，且包括第一殼體構件(50)和第二殼體構件(52)；以及部分地設置在所述第一殼體構件(50)和所述第二殼體構件(5 的后端(58)之間的后緣連結緣條(M)，所述后緣連結緣條(54)由金屬基體復合材料形成，且具有第一外表面 (60)和第二外表面(62)，所述第一外表面(60)與所述第二外表面(6 相交，以限定所述轉子葉片(22)的后緣(48)，其中，所述第一外表面(60)和所述第二外表面(6 具有構造成用以與所述葉片殼體 (42)的空氣動力輪廓相對應的輪廓。
10.根據(jù)權利要求9所述的轉子葉片(22)，其特征在于，所述金屬基體復合材料包括由碳纖維或硼纖維補強的鋁合金基體。
11.根據(jù)權利要求9所述的轉子葉片(22)，其特征在于，所述金屬基體復合材料包括導
12.根據(jù)權利要求9所述的轉子葉片(22)，其特征在于，所述后緣連結緣條(54)包括固定到所述葉片殼體G2)上的至少一個連結表面(64，66)。
13.根據(jù)權利要求12所述的轉子葉片(22)，其特征在于，所述至少一個連結表面(64， 66)包括第一連結表面(64)和第二連結表面(66)，所述第一連結表面(64)和所述第二連結表面(66)在所述轉子葉片0 內延伸，且接合所述第一殼體構件(50)和所述第二殼體構件(52)的所述后端(58)。
14.根據(jù)權利要求13所述的轉子葉片(22)，其特征在于，所述第一連結表面(64)和所述第二連結表面(66)為凹入式形狀。
15.根據(jù)權利要求9所述的轉子葉片(22)，其特征在于，所述第一外表面(60)的輪廓構造成用以與所述第一殼體構件(50)的空氣動力輪廓相對應，以及所述第二外表面(62) 的輪廓構造成用以與所述第二殼體構件(52)的空氣動力輪廓相對應。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于風力渦輪機轉子葉片的后緣連結緣條。具體而言，公開了一種結合風力渦輪機轉子葉片(22)使用的后緣連結緣條(54)。后緣連結緣條(54)可包括從轉子葉片(22)的葉片殼體(42)向外凸出的本體(56)。本體(56)可具有第一外表面(60)和第二外表面(62)。第一外表面(60)可與第二外表面(62)相交，以便限定轉子葉片(22)的后緣(48)。此外，第一外表面(60)和第二外表面(62)可具有構造成用以與葉片殼體(42)的空氣動力輪廓相對應的輪廓。
文檔編號F03D1/06GK102278271SQ201110165450
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權日2010年6月8日
發(fā)明者S·桑巴穆爾蒂 申請人:通用電氣公司