專利名稱：風(fēng)輪機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)輪機(jī)葉片和用于風(fēng)輪機(jī)葉片的制造方法。
背景技術(shù)：
目前用于制造風(fēng)輪機(jī)葉片的方法是將每個(gè)葉片生產(chǎn)成兩個(gè)半部殼體及桁梁，或者 生產(chǎn)成具有一體式桁梁蓋和抗剪腹板的兩個(gè)半部殼體。在這兩種情形下，這兩個(gè)半部殼體 沿其前邊緣和后邊緣被粘合到一起形成完整的葉片。葉片通常是利用樹脂灌注或預(yù)浸漬技術(shù)由纖維強(qiáng)化塑料制成。在這兩種情況下， 葉片通過大量勞動(dòng)和極其密集的設(shè)備來生產(chǎn)，然后被運(yùn)至風(fēng)輪機(jī)或風(fēng)力發(fā)電廠所在地。當(dāng)前方法的缺點(diǎn)主要與大小有關(guān)，風(fēng)輪機(jī)葉片通常40m長或更長。隨著葉片尺寸 增加，相關(guān)成本和出現(xiàn)制造缺陷的幾率也增加，因?yàn)楸娙私灾哔|(zhì)量的大型部件是難以制 造的。此外，為了抵償缺陷幾率，葉片被高于工程要求地設(shè)計(jì)，從而導(dǎo)致更大的相關(guān)葉片質(zhì) 量。這繼而導(dǎo)致更高的渦輪機(jī)負(fù)載、安裝和材料成本。在使用中，相比于小型葉片，更大的葉片更受歡迎，因?yàn)樗鼈兝L出更大的包絡(luò)線， 因此捕獲更大比例的有效風(fēng)能。這意味著獲得相同的發(fā)電能力需要更少的風(fēng)輪機(jī)。盡管存在上述事實(shí)，然而葉片越大，則運(yùn)輸它們愈發(fā)困難和昂貴。這種情況因很多 風(fēng)輪機(jī)都被設(shè)在道路不能到達(dá)的丘陵區(qū)域這一事實(shí)而得到惡化。有時(shí)，將葉片切割成兩個(gè) 半部來降低要運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)的整體長度，并且稍后在風(fēng)輪機(jī)所在地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連接。然而，這并 不是一個(gè)令人滿意的解決方案，因?yàn)樵趯?shí)施時(shí)涉及要將結(jié)構(gòu)上完好且昂貴的部件切割成兩 個(gè)半部。已經(jīng)提出了很多種方法來解決這個(gè)問題。EP 1 584 817和W0 2006/002621公開了被分成兩個(gè)或多個(gè)模塊的風(fēng)輪機(jī)葉片。
每個(gè)模塊均具有箱形截面形式的強(qiáng)化結(jié)構(gòu)。許多突起從梁的端部突出，并且被設(shè)計(jì)成與相 鄰模塊上的對(duì)應(yīng)突起相配合。W0 03/087572也與本發(fā)明有關(guān)，其公開了一種不具有模塊式構(gòu)造的風(fēng)輪機(jī)葉片。 它公開了一種具有疊置的兩個(gè)半部的桁梁。當(dāng)桁梁被組成時(shí)，墊片被插在這兩個(gè)桁梁部分 之間以確保葉片的這兩個(gè)部分正確對(duì)齊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及由EP 1 584 817和W0 2006/002621代表的葉片模塊式設(shè)計(jì)的改進(jìn)。在第一方面，本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)輪機(jī)葉片的桁梁，該桁梁包括并排設(shè)置的 三個(gè)或更多個(gè)梁，每根梁均具有縱向腹板，所述腹板在兩個(gè)縱向邊緣上均具有凸緣。用梁制成的桁梁是有優(yōu)勢(shì)的，因?yàn)檫@些梁可以被標(biāo)準(zhǔn)化、具有質(zhì)量保證、生產(chǎn)廉價(jià) 以及元件便于運(yùn)輸，并且可以被連接起來以形成風(fēng)輪機(jī)葉片桁梁通常需要的更為復(fù)雜的形 狀。這些梁中的一個(gè)或多個(gè)可以為封閉的箱形截面，因?yàn)檫@樣提供了額外的結(jié)構(gòu)剛度。或者，這些梁中的一個(gè)或多個(gè)為開放截面梁。這是有利的，因?yàn)樗鼫p少了桁梁中腹板的 數(shù)量以及使用的材料量。還可以使用不同類型的梁的組合來使桁梁的特性適應(yīng)特定需求。優(yōu)選地，所述一個(gè)或多個(gè)開放截面梁中的至少一個(gè)為I形梁或槽形梁，其具有更 容易計(jì)算的結(jié)構(gòu)特性。同樣，可以使用不同類型的梁的組合。在優(yōu)選實(shí)例中，多個(gè)梁被粘附到一起以便于組裝。作為替換或補(bǔ)充的，多個(gè)開放截 面梁同樣通過機(jī)械固定件被連接到一起以便組裝。凸緣優(yōu)選包括預(yù)成型的纖維強(qiáng)化塑料。它們可以是預(yù)浸漬或灌注部件，但優(yōu)選是 拉擠成型的。這是有利的，因?yàn)閺?fù)合部件的拉擠成型是材料利用率接近100%的工藝。與風(fēng) 輪機(jī)葉片制造有關(guān)的材料浪費(fèi)成本因此可以大大降低。這些部件可以是硬化或半硬化的。優(yōu)選地，這些腹板包括多軸向纖維強(qiáng)化塑料，其適于承受扭轉(zhuǎn)負(fù)載。或者，這些腹 板可以包括拉擠成型的多軸向纖維強(qiáng)化塑料。凸緣和腹板優(yōu)選粘附在一起。作為替換或補(bǔ)充，這些凸緣和腹板通過機(jī)械固定件 連接到一起。在優(yōu)選實(shí)例中，桁梁包括沿桁梁長度以端部相接的方式設(shè)置的多個(gè)桁梁?jiǎn)卧?。這 減輕了運(yùn)輸具有全長的桁梁的問題和費(fèi)用。優(yōu)選地，桁梁?jiǎn)卧拈L度使得它們能夠輕易地 利用標(biāo)準(zhǔn)的全球后勤學(xué)方案裝配好。優(yōu)選地，相鄰的桁梁?jiǎn)卧饕谄涓拱逄庍B接到一起以便組裝。雖然相鄰的桁梁 單元的凸緣也可以被連接到一起，但這不是桁梁的結(jié)構(gòu)完整性所必需的。事實(shí)上，在某些環(huán) 境下，不連接凸緣會(huì)是有利的。如果凸緣未被連接，則可以為相鄰區(qū)段的凸緣使用不同的材 料，而不存在因連接凸緣引起的熱失配問題。這特別可用于允許只局限在葉片的關(guān)鍵部分 (諸如中段)上使用昂貴的碳纖維強(qiáng)化塑料，并且在桁梁的端部使用更廉價(jià)的材料。優(yōu)選地，相鄰單元的腹板重疊，并且連接在一起。關(guān)于諸如EP 1 584 817和W0 2006/002621中那樣的接頭，相鄰元件之間的連接 主要在結(jié)構(gòu)的主承載桁梁或桁梁蓋部分上以軸向的方式形成。在EP1584817中，這需要相 當(dāng)數(shù)量的額外結(jié)構(gòu)材料以強(qiáng)化軸向連接和防止金屬連接器與下方復(fù)合材料之間的撓性不 匹配。在W02006/002621中，需要額外的材料、復(fù)雜的終端和多個(gè)精確的尺寸來形成主承載 強(qiáng)化材料上的接頭。這導(dǎo)致葉片在接頭區(qū)域出現(xiàn)局部僵硬，從而產(chǎn)生低的空氣動(dòng)力學(xué)性能， 而且還增加了葉片的重量和成本。通過借助多個(gè)重疊的腹板形成連接，該連接具有以下優(yōu)點(diǎn)，即所有負(fù)載均借助腹 板沿剪切(與上述現(xiàn)有技術(shù)中的主要沿軸向方向相關(guān))方向在區(qū)段之間傳遞，從而允許形 成這種連接，同時(shí)不明顯影響葉片在接頭區(qū)域的彎曲特性。利用多根并排的梁設(shè)計(jì)而成的 桁梁允許存在多根抗剪腹板(shear web) 0這防止腹板的翹曲成為問題。優(yōu)選地，各個(gè)腹板上設(shè)有至少一個(gè)承載塊以將負(fù)載從抗剪腹板傳入相鄰的承載 塊，然后傳入與相鄰的承載塊相關(guān)的抗剪腹板。相鄰的桁梁?jiǎn)卧獌?yōu)選通過機(jī)械固定件連接在一起。作為替換或補(bǔ)充，相鄰的桁梁 單元被粘附在一起。負(fù)載通過機(jī)械連接或粘附連接在相鄰的承載塊之間傳遞。在優(yōu)選實(shí)例中，至少一對(duì)相鄰的桁梁?jiǎn)卧ú煌牟牧?。這是有利的，因?yàn)橹T如 碳纖維強(qiáng)化塑料這樣的更為昂貴、堅(jiān)硬的材料可以被用在桁梁的主承載區(qū)域，例如在中段， 而例如玻璃纖維強(qiáng)化塑料這樣的較便宜的材料可以被用在桁梁的其余區(qū)域。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，腹板的高度沿著桁梁的長度減小，使得各個(gè)梁的 凸緣沿著桁 梁的長度彼此靠近以從桁梁一端到另一端形成錐形。類似地，在另一優(yōu)選實(shí)例中，桁梁的寬度沿著桁梁的長度減小。這可以通過使凸緣 沿桁梁長度變窄來實(shí)現(xiàn)。作為替換或補(bǔ)充，通過使最外側(cè)梁在相鄰的內(nèi)側(cè)梁的端部前方結(jié) 束，可以使用具有不同長度的梁來減少桁梁的寬度。梁可以優(yōu)選具有不同高度以允許所組裝的桁梁來更好地符合葉片的外部曲面輪廓。在一個(gè)實(shí)例中，這些梁中的至少一個(gè)關(guān)于相鄰的梁發(fā)生偏移，使得該至少一個(gè)偏 移的梁的凸緣不與相鄰的梁的凸緣共面。這允許形成具有扭轉(zhuǎn)的桁梁。在第二方面，本發(fā)明提供了一種具有根據(jù)本發(fā)明第一方面的桁梁的風(fēng)輪機(jī)葉片。在第三方面，本發(fā)明提供了一種組裝用于風(fēng)輪機(jī)葉片的桁梁的方法，該方法包括 提供多根梁，其中每根梁均在桁梁的整個(gè)深度上延伸，并且具有至少一個(gè)縱向腹板，所述腹 板在兩個(gè)縱向邊緣上均具有凸緣；以及并排連接所述多根梁。優(yōu)選地，該方法還包括使多個(gè)桁梁?jiǎn)卧罔炝洪L度以端部相連的方式連接。這些 桁梁?jiǎn)卧獌?yōu)選主要在其腹板處相連。在第四方面，本發(fā)明提供了一種模塊式風(fēng)輪機(jī)葉片，該葉片包括根部，其一端用 于與轂連接；從根部伸向相對(duì)端處的尖端的桁梁；以及至少兩個(gè)蒙皮板，其由桁梁支撐并 且形成封閉的葉片截面，其中桁梁包括沿桁梁長度以端部相連的方式設(shè)置的多個(gè)桁梁?jiǎn)?元，并且桁梁包括并排設(shè)置的多根梁，每根梁均具有縱向腹板，所述腹板在兩個(gè)縱向邊緣上 均具有凸緣。本發(fā)明的第四方面的風(fēng)輪機(jī)葉片是有利的，因?yàn)榕c運(yùn)輸全長的桁梁有關(guān)的問題和 費(fèi)用均得以避免。優(yōu)選地，相鄰的桁梁?jiǎn)卧饕谄涓拱逄庍B接到一起。常常需要使用彎曲的葉輪機(jī)葉片，其被設(shè)置成當(dāng)葉片在無負(fù)載的構(gòu)造下被裝配到 轂上時(shí)使得尖端更靠近上風(fēng)。這種構(gòu)造是有利的，因?yàn)樾枰獙⑤^少的加強(qiáng)材料用在葉片上 以防止塔沖擊。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，桁梁?jiǎn)卧械闹辽僖粋€(gè)是彎曲的。優(yōu)選地，其彎曲使得當(dāng)葉片 在無負(fù)載的構(gòu)造下被裝配到轂上時(shí)，尖端更靠近上風(fēng)。作為替換或補(bǔ)充，該彎曲使得沿著旋 轉(zhuǎn)方向，葉片的尖端位于葉片其它部分后面。這種結(jié)構(gòu)是有利的，因?yàn)樗试S形成彎曲的桁 梁、因此彎曲的風(fēng)輪機(jī)葉片，同時(shí)無需復(fù)雜且昂貴且彎曲的夾具或模具。此外，桁梁的這種 模塊式設(shè)計(jì)允許利用一套標(biāo)準(zhǔn)的桁梁?jiǎn)卧a(chǎn)出大體筆直或大體彎曲的桁梁，其中這套桁 梁?jiǎn)卧梢员贿x擇成最適合風(fēng)輪機(jī)將要工作的條件。例如，這種結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成在葉片 使用期間提供甩負(fù)載能力。該至少一個(gè)彎曲的桁梁?jiǎn)卧獌?yōu)選位于葉片尖端附近。或者，該至少一個(gè)彎曲的桁 梁?jiǎn)卧挥趦蓚€(gè)基本筆直的桁梁?jiǎn)卧g，使得彎曲遠(yuǎn)離葉片的尖端。因此可以看到，桁梁 的這種模塊式設(shè)計(jì)在風(fēng)輪機(jī)設(shè)計(jì)上提供了相當(dāng)大的靈活性，同時(shí)不存在相關(guān)的加工成本。在優(yōu)選實(shí)例中，該至少一個(gè)彎曲的桁梁?jiǎn)卧?、?或根部、桁梁?jiǎn)卧蛎善ぐ逯械?一個(gè)或多個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料制成?；蛘?，該至少一個(gè)彎曲的桁梁?jiǎn)卧?、?或根部、桁梁?jiǎn)?元和蒙皮板中的一個(gè)或多個(gè)由其它合適的材料(諸如木材或金屬)制成。
桁梁的相鄰區(qū)段優(yōu)選通過機(jī)械固定件連接到一起以便組裝。作為替換或補(bǔ)充，桁 梁的相鄰區(qū)段也可粘合到一起以便組裝。
除了由并排設(shè)置的多根梁構(gòu)成的桁梁之外，上面描述的相鄰桁梁段的連接方式還 具有更廣泛的應(yīng)用。具體地，它還可以被用于已知的具有單個(gè)箱形梁段的桁梁(諸如在 W02006/002621 和 EP1584817 中公開的)。根據(jù)本發(fā)明的這一方面，提供了一種用于風(fēng)輪機(jī)葉片的模塊式桁梁，該桁梁包括 以端部相接的方式設(shè)置的多個(gè)桁梁?jiǎn)卧?，其中每個(gè)桁梁?jiǎn)卧辽僭卩徑噜弳卧膮^(qū)域上 包括與相鄰桁梁?jiǎn)卧丿B的多個(gè)抗剪腹板，這些單元主要通過這些重疊的抗剪腹板連接到一起。優(yōu)選地，該模塊式桁梁還包括承載塊來支撐相鄰的抗剪腹板之間的接頭。相鄰的 腹板于是可以通過承載塊被釘在一起。如果承載塊被用于單個(gè)箱形梁段，則各桁梁?jiǎn)卧ň哂幸粚?duì)抗剪腹板的單個(gè)箱 形梁段，并且至少一個(gè)輔助抗剪腹板沿近似平行于箱形梁段的抗剪腹板的方向且至少在桁 梁?jiǎn)卧泥徑噜弳卧哪遣糠稚显谙湫瘟憾蔚目辜舾拱逯g延伸。本發(fā)明的這個(gè)方面還可以涉及一種包括該模塊式桁梁的葉片，該桁梁可以與例如 在EP1584817中示出的葉片蒙皮形成一體。


現(xiàn)在將參考下列附圖描述本發(fā)明的實(shí)例，其中圖1是部分完工的風(fēng)輪機(jī)葉片的示意性等軸測(cè)視圖；圖2是圖1的葉片的桁梁、框架和根部子組件的示意性的等軸測(cè)視圖；圖3是沿圖1的線A-A截取的示意性橫截面圖；圖4是組裝之前的圖1的蒙皮板和框架構(gòu)件的示意性等軸測(cè)視圖；圖5是構(gòu)成圖1的根部子組件的一部分的管狀支撐構(gòu)件的示意性等軸測(cè)視圖；圖6是構(gòu)成根部子組件的一部分的一對(duì)支撐模具的示意性的等軸測(cè)視圖；圖7是附連在圖1的桁梁上的隔板的示意性等軸測(cè)視圖；圖8是組裝期間根部子組件的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖9是完工的根部子組件的示意性橫截面?zhèn)纫晥D；圖10是構(gòu)成圖1的桁梁的一部分的具有開放截面的梁的示意性等軸測(cè)視圖；圖11是圖10的具有開放截面的梁的組成部件的示意性等軸測(cè)視圖；圖12是圖1的桁梁的第一部分的示意性等軸測(cè)視圖；圖13是圖1的桁梁的第二部分的示意性等軸測(cè)視圖；圖14是圖1的桁梁的平面和橫截面形式的示意圖；圖15是圖10的具有開放截面的梁的端部的平面、側(cè)面和橫截面形式的示意圖；圖16是構(gòu)成圖1的桁梁的兩個(gè)桁梁?jiǎn)卧g的連接的示意性分解平面圖；圖17是構(gòu)成圖1的桁梁的兩個(gè)桁梁?jiǎn)卧g的完成的連接的平面和橫截面形式 的示意圖；圖18A和18B是圖15中示出的具有開放截面的梁的替換性端部構(gòu)造的示意性平 面圖19是桁梁的一種替換結(jié)構(gòu)的示意性側(cè)視圖；圖20是其葉片具有圖18的桁梁的風(fēng)輪機(jī)的示意性側(cè)視圖；圖21A-21D分別是適于諸如在圖20中示出的那種彎曲葉片的桁梁結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖、 端視圖、平面圖和透視圖；圖21E是圖21D中標(biāo)為E的那部分的詳細(xì)視圖；圖22A-22E是適于形成在轉(zhuǎn)子輪盤平面內(nèi)彎曲的葉片的桁梁段的與圖21A-21E類 似的視圖；圖23A是替換性的梁段的透視圖，其中一些細(xì)節(jié)概括示出；圖23B是由圖23A中示出的封閉梁段構(gòu)成的、在組裝之前的桁梁結(jié)構(gòu)的透視圖；圖23C是示出了處于組裝構(gòu)造狀態(tài)下的圖23B的部件的視圖；圖24是本發(fā)明的一個(gè)方面的連接技術(shù)應(yīng)用于其上的一種已知箱形桁梁的平面 圖，其中具有沿桁梁長度以A-E示出的截面；以及圖25是本發(fā)明的一個(gè)方面的連接技術(shù)應(yīng)用于其上的一種已知葉片的平面圖，其 中具有沿桁梁長度以A-E示出的不同截面。
具體實(shí)施例方式圖1示出了部分完工的風(fēng)輪機(jī)葉片10，葉片10包括承載桁梁30，桁梁30連接根 部子組件20，其將在下面作更詳細(xì)的描述。桁梁30支撐框架構(gòu)件40、50，蒙皮板60、70裝 配在該框架構(gòu)件上形成葉片10的外表面。在圖1-3所示的實(shí)例中，框架構(gòu)件40、50由碳纖維強(qiáng)化塑料制成，并且包括前側(cè) 框架構(gòu)件50和后側(cè)框架構(gòu)件40。如圖所示，框架構(gòu)件40、50的形狀基本對(duì)應(yīng)于葉片10的 截面輪廓。在一種替換性構(gòu)造中，框架構(gòu)件可以與蒙皮板形成一體，而非如在早期申請(qǐng)GB 0807515. 2中描述的那樣與桁梁形成一體。蒙皮板60、70附連在框架構(gòu)件40、50和桁梁30上以形成連續(xù)外皮。前端蒙皮板 70附連在前側(cè)框架構(gòu)件50上，其余的蒙皮板60附連在前側(cè)框架構(gòu)件50、桁梁30和后側(cè)框 架構(gòu)件40上。蒙皮板60由玻璃纖維強(qiáng)化塑料制成并且具有凝膠涂層或涂料，這些涂層或涂料 是在將蒙皮板60組裝到框架構(gòu)件上之前或之后施加的?？蛇x地，給這些面板涂覆涂層，諸 如GB0805713. 5中公開的那樣。前端蒙皮板70由復(fù)合材料制成并且具有耐磨涂層，所述耐 磨涂層是在組裝前端蒙皮板70之前或之后施加的。在夾具中將根部組件20、桁梁30、框架構(gòu)件40、50和蒙皮板60、70粘貼在一起以 確保尺寸精度。夾具本身(未示出)是包括多個(gè)夾具模塊的模塊式夾具，其中所述模塊的 長度均未超過20m以便于將夾具模塊運(yùn)至風(fēng)輪機(jī)的組裝地點(diǎn)。在該實(shí)例中，還利用機(jī)械固 定件(諸如螺栓和夾子)將葉片10的不同部件連接到一起。在替換實(shí)例中，只可以使用膠 水或機(jī)械固定件。圖4示出了單個(gè)蒙皮板60、70和框架構(gòu)件40、50的實(shí)例，這些部件構(gòu)成用于制作 成品葉片10的全套工具的一部分。蒙皮板70、60的形狀使得可以在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過程中將
它們疊置。圖5示出了構(gòu)成圖1的根部子組件20的一部分的管狀支撐構(gòu)件80。管子80是約
95m長的纖維纏繞的玻璃纖維強(qiáng)化塑料管。在凸形心軸上制造管子80以便它具有精確的內(nèi) 部尺寸。螺紋孔81位于管子80的一端以連接至風(fēng)輪機(jī)的轂。在圖6中示出了一對(duì)玻璃纖維強(qiáng)化塑料的支撐模具85。這些支撐模具85具有精 確的外部曲面，其中外部曲面是通過利用凹形模具或借助機(jī)械加工獲得的。支撐模具85呈 C形，其外部曲率半徑與管子80的內(nèi)部曲率半徑相匹配。如圖8和9所示，在管子80的內(nèi)表面上粘合了兩對(duì)支撐模具85。約100mm-150mm 深的支撐模具被粘合在離管子30的端部約200mm處。圖7示出了粘合在桁梁30的一部分上的玻璃纖維強(qiáng)化塑料隔板90。在該實(shí)例中， 隔板90包括彼此相粘合并且粘合在桁梁30上的兩個(gè)半部95。在替換實(shí)例中，隔板90為單 件，其具有通孔以接收桁梁30。在組裝過程中，將第一隔板90粘合在桁梁30上。然后從與轂連接端相對(duì)的一端 將桁梁30插入管子80，直至隔板90抵接第一對(duì)支撐模具85a。然后通過粘合劑以及貫穿 隔板90和支撐模具85a的螺栓87將隔板90附連在支撐模具85a上。然后通過粘合劑和 螺栓87將第二隔板90粘合在桁梁位于管子80內(nèi)部的部分上，并且附連在第二對(duì)支撐模具 85b 上。圖10示出了具有開放截面的I形梁33，其構(gòu)成桁梁30的一部分。I形梁33自身 由組成凸緣31構(gòu)成，其中所述凸緣31在縱向腹板32的兩側(cè)置于腹板32的縱向邊緣上。 凸緣31由單向碳或玻璃纖維強(qiáng)化塑料制成，腹板32由士45°多軸向碳或玻璃纖維強(qiáng)化塑 料制成。凸緣31例如通過拉擠成型工藝形成預(yù)成型件，并且具有矩形橫截面。在替換實(shí)例 中，凸緣31可以具有彎曲的橫截面以更精確地與葉片的外輪廓相配。凸緣可以堆疊的從而 使得能夠給葉片的特定部分提供額外厚度。然而，為了保持桁梁的組成部件盡可能地簡(jiǎn)單， 優(yōu)選讓凸緣具有矩形或可堆疊的其它橫截面。而且，在平行于凸緣表面承載了更高負(fù)載的 葉片的某些部分(諸如根部端部)上，可以在腹板32與各凸緣31的交界處提供額外的預(yù) 成型件(其形狀例如為角形截面)。在腹板的縱向邊緣附近將凸緣31粘附在腹板31兩側(cè)以形成I形梁33?？蛇x地， I形梁33可以包括兩個(gè)凸緣，其分別具有縱向開槽以接收腹板的相應(yīng)邊緣。在夾具中對(duì)I 形梁33進(jìn)行組裝以確保尺寸精度。在可選實(shí)例中，作為粘合劑的補(bǔ)充或替換，用機(jī)械固定 件將凸緣31連接在腹板32上。如圖12所示，桁梁30由并排設(shè)置的多個(gè)I形梁33構(gòu)成。如圖14的橫截面B和C 所示，在貫穿桁梁截取的剖面中，凸緣31位于桁梁30的兩側(cè)。將多個(gè)I形梁33保持在夾 具中以確保尺寸精度，并且沿凸緣31彼此附連。作為替換或補(bǔ)充，可以通過機(jī)械固定件將 凸緣連接到一起。在圖12和14所示的實(shí)例中，桁梁30的深度在中間位置上最大。這種構(gòu)造被用于 導(dǎo)致附連在桁梁30上且限定圖3所示風(fēng)輪機(jī)葉片的外表面的蒙皮板60的曲率。最外側(cè)I 形梁33和最內(nèi)側(cè)I形梁33之間的深度變化通過改變腹板32的深度來實(shí)現(xiàn)。此外，桁梁30 的深度從根部端到尖端端逐漸變小。這種深度減小在一定程度上通過使腹板32的深度從 部件I形梁33的一端到另一端逐漸變小以使得它們具有近似梯形的構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)。如下面 進(jìn)一步描述的那樣，還通過減少連續(xù)桁梁?jiǎn)卧?5中的腹板32的整體深度來使桁梁30的深 度沿桁梁長度逐漸減小。
圖13在桁梁30的第二段中示出了 I形梁33的另一種結(jié)構(gòu)，該段包括扭轉(zhuǎn)。在該 段中，I形梁33并排設(shè)置，同時(shí)它們的凸緣31彼此發(fā)生偏移，使得一個(gè)I形梁的凸緣31與 相鄰I形梁33的凸緣31不在一個(gè)平面上。偏移程度沿著桁梁30的長度變大。這種扭轉(zhuǎn) 使得桁梁與關(guān)于葉片縱軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)的葉片10的外輪廓相一致。圖14示出了桁梁30的平面圖和橫截面圖，并且示出了桁梁30的寬度如何從根部 端到尖端端逐漸變細(xì)。這種逐漸變細(xì)在一定程度上通過減少I形梁33的凸緣部分31以使 最外側(cè)梁具有槽形橫截面(呈C形)而非I形梁橫截面來實(shí)現(xiàn)。橫截面B示出了由四個(gè)I 形梁33構(gòu)成的桁梁30的最寬部分，橫截面C示出了由兩個(gè)I形梁33和兩個(gè)槽形梁38構(gòu) 成的桁梁30的寬度減小部分。正如將在下面進(jìn)一步描述的那樣，還通過以端部相接的方式 將其組成梁33數(shù)量逐漸減少的連續(xù)桁梁?jiǎn)卧?5連接到一起來使桁梁30的寬度沿桁梁長 度減少。桁梁30可以由多個(gè)具有全長的I形梁33和/或槽形梁38形成。然而，在當(dāng)前實(shí) 例中，桁梁30包括端部相連的多個(gè)桁梁?jiǎn)卧?5，其均未超過12m長。為形成桁梁?jiǎn)卧?5之間的連接，如圖15所示，各I形梁33 (或槽形梁38)均以尖 端結(jié)束。凸緣31在預(yù)定長度上從其最大寬度Y逐漸變細(xì)為I形梁33端部處的零寬度。由 玻璃纖維強(qiáng)化塑料制成的承載塊34在兩個(gè)位置上被粘合和/或機(jī)械固定在腹板32兩側(cè)， 其中一個(gè)是凸緣31開始變細(xì)的位置，另一個(gè)的中心在凸緣31變細(xì)為零的位置上。承載塊 34具有Y/2的寬度。各承載塊34具有孔洞39以接收安全銷36。該孔洞可以由金屬管形成，金屬管在其與塊粘合的表面上具有纏繞在其外側(cè)上的 纖維強(qiáng)化塑料。安全銷也可以是金屬的。它可以承受非常低的溫度(例如通過在被裝入孔 洞39中前一刻將其浸入液氮)。然后，它就地發(fā)生膨脹，從而與管子形成緊密配合。作為在圖16中示出的關(guān)于桁梁橫向延伸的銷36的可選實(shí)施例，相鄰區(qū)段上的塊 34可以具有互補(bǔ)的錐形面，并且相面對(duì)的各對(duì)可以通過沿桁梁的縱向方向延伸的銷連接。圖16示出了連接之前的兩個(gè)桁梁?jiǎn)卧?5a、35b，圖17示出了通過安全銷36連到 一起的兩個(gè)桁梁?jiǎn)卧?5a、35b。如圖所示，相鄰的桁梁?jiǎn)卧?5a、35b的腹板32在連接處重 疊。相鄰桁梁?jiǎn)卧?5a、35b之間的機(jī)械連接僅借助腹板32來實(shí)現(xiàn)。凸緣31的錐形邊緣彼 此抵靠，但是在該實(shí)例中并未發(fā)生物理連接。在可選實(shí)例中，作為替換或補(bǔ)充，相鄰的桁梁 單元35a、35b的腹板32可以通過塊34粘附在一起。在另一可選實(shí)例中，相鄰的桁梁?jiǎn)卧?35a、35b的凸緣31可以通過機(jī)械固定件和/或通過粘合劑連接。桁梁?jiǎn)卧?5a包括三個(gè)I形梁33，桁梁?jiǎn)卧?5b包括兩個(gè)I形梁33。然而，這只 是用于說明性目的，桁梁?jiǎn)卧?5可以根據(jù)需要由任意數(shù)量的I形梁33和/或槽形梁38形 成。類似地，凸緣31的端部不是必須如圖15、16和17中所示那樣為錐形。在圖18A和18B 中示出了凸緣31端部的替換構(gòu)造。圖20示出了具有彎曲構(gòu)造的葉片10’，其在負(fù)載下往回彎曲至更直的形狀，圖19 示出了用在葉片10’內(nèi)的桁梁30’。桁梁30’包括以端部相接的方式連接在一起的多個(gè)桁梁?jiǎn)卧?5a’、35b’、35c’。桁 梁?jiǎn)卧?5a’、35c’基本是筆直的，并且如上所述那樣由具有開放截面的復(fù)合梁33制成。然 而，桁梁?jiǎn)卧?5b’具有彎曲構(gòu)造。桁梁?jiǎn)卧?5b’兩端連接基本筆直的桁梁?jiǎn)卧?5a’、35c’， 使得當(dāng)葉片10’以無負(fù)載的構(gòu)造被裝配在轂5上時(shí)，桁梁30’的尖端和葉片10’的尖端更接近上風(fēng)。桁梁?jiǎn)卧?5b’具有在上面關(guān)于基本筆直的桁梁?jiǎn)卧?5a’、35c’描述的模塊式開 放截面梁構(gòu)造。在替換實(shí)例中，彎曲的桁梁?jiǎn)卧?5b ’和/或基本筆直的桁梁?jiǎn)卧?5a’、35b ’ 可以由整塊鑄件或經(jīng)機(jī)械加工的部件構(gòu)成。在另一種替換方式中，彎曲的桁梁?jiǎn)卧?5b’和 /或基本筆直的桁梁?jiǎn)卧?5a’、35b’可以是金屬和非金屬組成部件的組合。在圖21A-21E中示出了桁梁?jiǎn)卧?5b，的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。正如能看到的那樣，腹板32向下彎曲形成彎曲構(gòu)造。凸緣31具有圖21E所示的 疊層構(gòu)造，其允許適應(yīng)腹板32的曲率。各個(gè)薄層彎曲至需要的程度。將意識(shí)到的是這種 設(shè)計(jì)允許通過有限數(shù)量的部件產(chǎn)生不同的曲率，因?yàn)樗恍枰槍?duì)所需要的各種曲率半徑 設(shè)計(jì)或生產(chǎn)單獨(dú)部件。圖21說明了適于彎曲到圖20所示轉(zhuǎn)子輪盤平面之外的葉片的設(shè)計(jì)，圖22A-22E 示出了適于用在沿正交方向、即在轉(zhuǎn)子輪盤平面內(nèi)彎曲的葉片中的設(shè)計(jì)。在這種情況下，如 圖22E所示，形成凸緣31的薄層位于與腹板32平行的平面中，因此適應(yīng)腹板32沿與腹板 32的平面垂直的方向的彎曲。圖23A-23C示出了由封閉梁段構(gòu)成的桁梁?jiǎn)卧?。在圖23B和23C中示出了兩段， 每段均包括兩個(gè)封閉或箱形梁100，其中每個(gè)梁100包括通過一對(duì)腹板32連接的一對(duì)凸緣 31。每個(gè)凸緣31在靠近接頭的端部上具有細(xì)長的錐形101，每個(gè)梁的一個(gè)腹板32A遠(yuǎn)短于 另一腹板32B。第二腹板102在凸緣寬度的一半處與腹板32平行地固定在接頭內(nèi)。第二腹 板102通過具有銷孔104的裝配塊103附連在腹板32B上。當(dāng)如圖23C所示那樣將梁并到 一起時(shí)，又將有多個(gè)重疊的腹板32和102以及鄰接的凸緣31。這些腹板可以利用在上文中 關(guān)于圖15-18描述的重疊的接頭借助裝配塊103連接。圖24示出了一種可以應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的連接技術(shù)的已知桁梁。不同于先前的實(shí)例，該桁梁不是由并排設(shè)置的多根梁制成。相反地，該桁梁為圖 24A和24E中示出的單箱形截面。這種箱形梁桁梁例如在W0 2006/002621中公開。圖24 中的修改涉及兩段的連接方式。圖24的平面圖俯視這兩段凸緣。第一段110的凸緣延伸 長度111，第二段112的凸緣延伸長度113，其中留有如圖所示的兩段交叉的長度114。凸緣 110具有三個(gè)具有傾斜表面的突起115，其抵靠著凸緣112上的相應(yīng)突起116。如圖24C所示，下凸緣對(duì)應(yīng)上凸緣，然而下凸緣可以具有不同的突起構(gòu)造。第一段110具有一對(duì)腹板117，第二段112具有一對(duì)腹板118。第一段110另外具有補(bǔ)充腹板119，其在中間位置120處開始，并且近似沿著桁梁 中心線延伸至中心突起115內(nèi)的第一段的端部。類似地，第二段112具有一對(duì)補(bǔ)充腹板121，其開始于中間位置122，并且間隔約為 整個(gè)該段寬度路程的1/4并且大體平行于腹板118延伸至突起116的端部。這將從圖24C 中得到理解，其中所有凸緣117、119和121都大體相互平行。雖然它們被示出位于整個(gè)桁 梁寬度的1/4和1/2路程位置上，但是該精確位置并不關(guān)鍵。腹板在位置123、124上配備 有承載塊，其設(shè)置方式與圖16所示相似。因此，這兩段以使承載塊鄰接的方式被拉到一起， 并且按照上述方式借助銷125來固定。圖25示出了如何能夠?qū)⒃撨B接方式應(yīng)用到如EP1584817中公開的模塊式葉片。它 同樣地具有單箱形梁桁梁，但是在這種情況下，該箱形梁桁梁構(gòu)成葉片的一體部分，而非單
12獨(dú)的部件。因此，圖24和25之間的唯一差別在于具有與桁梁凸緣形成一體的蒙皮板130。
將意識(shí)到上述模塊式風(fēng)輪機(jī)葉片10、10’只是實(shí)例，并且可以設(shè)想這些組成部件 的其它結(jié)構(gòu)。具體地，這些組成部件可以由任何合適的材料制成，包括塑料、纖維強(qiáng)化塑料、 木材、鋁和鋼。此外，這些組成部件的材料不必在整個(gè)葉片結(jié)構(gòu)中均保持一致。具體而言， 可以根據(jù)負(fù)載需求的規(guī)定在桁梁30、30’的不同區(qū)段采用不同的材料。
權(quán)利要求
一種用于風(fēng)輪機(jī)葉片的桁梁，該桁梁包括并排布置的三根或更多根梁，每根梁均具有縱向腹板，該腹板在兩個(gè)縱向邊緣上具有凸緣。
2.如權(quán)利要求1所述的桁梁，其中，該三根或更多根梁中的一個(gè)或多個(gè)為開放截面梁。
3.如權(quán)利要求2所述的桁梁，其中，該一個(gè)或多個(gè)開放截面梁中的至少一個(gè)為I形梁。
4.如權(quán)利要求2或3所述的桁梁，其中，該一個(gè)或多個(gè)開放截面梁中的至少一個(gè)為槽形梁。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，該一個(gè)或多個(gè)開放截面梁中的至少一 個(gè)為封閉截面梁。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，該三根或更多根梁被粘附在一起。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，該三根或更多根梁通過機(jī)械固定件連接在一起。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，凸緣包括預(yù)成型的纖維強(qiáng)化塑料。
9.如權(quán)利要求8所述的桁梁，其中，凸緣包括拉擠成型的纖維強(qiáng)化塑料。
10.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，腹板包括多軸向纖維強(qiáng)化塑料。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，凸緣和腹板粘附在一起。
12.如權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，凸緣和腹板通過機(jī)械固定件連接在 一起。
13.如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，桁梁包括沿桁梁長度以端部相接的 方式布置的多個(gè)桁梁?jiǎn)卧?br> 14.如權(quán)利要求13所述的桁梁，其中，相鄰的桁梁?jiǎn)卧饕谄涓拱逄庍B接在一起。
15.如權(quán)利要求14所述的桁梁，其中，相鄰的桁梁?jiǎn)卧母拱逯丿B且連接在一起。
16.如權(quán)利要求15所述的桁梁，其中，每個(gè)腹板設(shè)有至少一個(gè)承載塊，相鄰的腹板通過 該承載塊連接在一起。
17.如權(quán)利要求13或14所述的桁梁，其中，相鄰的桁梁?jiǎn)卧ㄟ^機(jī)械固定件連接在一起。
18.如權(quán)利要求13-17中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，相鄰的桁梁?jiǎn)卧掣皆谝黄稹?br> 19.如權(quán)利要求13-18中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，至少一對(duì)相鄰的桁梁?jiǎn)卧ú煌?的材料。
20.如權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，腹板的深度沿著桁梁長度逐漸減小， 使得各個(gè)梁的凸緣沿著桁梁長度彼此靠近。
21.如權(quán)利要求1-20中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，桁梁的寬度沿著桁梁長度逐漸減小。
22.如權(quán)利要求1-21中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，該三根或更多根梁具有不同的長度。
23.如權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，該三根或更多根梁具有不同的深度。
24.如權(quán)利要求1-23中任一項(xiàng)所述的桁梁，其中，至少一個(gè)梁相對(duì)于相鄰的梁發(fā)生偏 移，使得該發(fā)生偏移的至少一個(gè)梁的凸緣與相鄰的梁的凸緣不在一個(gè)平面上。
25.一種風(fēng)輪機(jī)葉片，其具有如以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的桁梁。
26.一種組裝用于風(fēng)輪機(jī)葉片的桁梁的方法，該方法包括提供多根梁，其中每根梁均在桁梁的整個(gè)深度上延伸，并且具有至少一個(gè)縱向腹板，所 述腹板在兩個(gè)縱向邊緣上具有凸緣；以及并排連接所述多根梁。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，并排連接的所述多根梁為三根或更多根。
28.如權(quán)利要求26或27所述的方法，其還包括將多個(gè)桁梁?jiǎn)卧罔炝洪L度以端部相接 的方式連接。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中，相鄰的桁梁?jiǎn)卧饕谄涓拱逄庍B接在一起。
30.一種模塊式風(fēng)輪機(jī)葉片，該葉片包括 根部，其一端用于與轂連接；桁梁，其從根部朝向相對(duì)端的尖端延伸；以及 至少兩個(gè)蒙皮板，其由桁梁支撐并且形成封閉的葉片截面，其中桁梁包括沿桁梁長度以端部相連的方式設(shè)置的多個(gè)桁梁?jiǎn)卧?，并且桁梁包括并?設(shè)置的多根梁，每根梁均具有至少一個(gè)縱向腹板，該腹板在兩個(gè)縱向邊緣上具有凸緣。
31.如權(quán)利要求30所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，相鄰的桁梁?jiǎn)卧饕谄涓拱逄庍B接在一起。
32.如權(quán)利要求28所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，桁梁?jiǎn)卧械闹辽僖粋€(gè)是彎曲的。
33.如權(quán)利要求32所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，該彎曲使得當(dāng)葉片在無負(fù)載的構(gòu)造下被 裝配到轂上時(shí)，葉片的尖端更靠近上風(fēng)。
34.如權(quán)利要求31或32所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，該彎曲使得在旋轉(zhuǎn)方向上，葉片的尖 端位于葉片其它部分后面。
35.如權(quán)利要求31-34中任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，該至少一個(gè)彎曲的桁梁?jiǎn)卧?位于葉片的尖端附近。
36.如權(quán)利要求31-34中任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，該至少一個(gè)彎曲的桁梁?jiǎn)卧?位于兩個(gè)基本筆直的桁梁?jiǎn)卧g。
37.如權(quán)利要求32-36中任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，該至少一個(gè)彎曲的桁梁?jiǎn)卧?由纖維強(qiáng)化塑料制成。
38.如權(quán)利要求30-37中任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，根部、桁梁?jiǎn)卧兔善ぐ逯?的一個(gè)或多個(gè)由纖維強(qiáng)化塑料制成。
39.如權(quán)利要求30-38中任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，桁梁的相鄰區(qū)段通過機(jī)械固 定件連接到一起。
40.如權(quán)利要求30-39中任一項(xiàng)所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其中，桁梁的相鄰區(qū)段粘合到一起。
41.一種用于風(fēng)輪機(jī)葉片的模塊式桁梁，該桁梁包括以端部相接的方式設(shè)置的多個(gè)桁 梁?jiǎn)卧?，其中每個(gè)桁梁?jiǎn)卧辽僭卩徑噜忚炝簡(jiǎn)卧膮^(qū)域上包括與相鄰桁梁?jiǎn)卧丿B的 多個(gè)抗剪腹板，這些桁梁?jiǎn)卧饕ㄟ^這些重疊的抗剪腹板連接到一起。
42.如權(quán)利要求41所述的模塊式桁梁，其還包括承載塊，用來支撐相鄰的抗剪腹板之 間的接頭。
43.如權(quán)利要求42所述的模塊式桁梁，其中，相鄰的腹板通過承載塊被釘在一起。
44.如權(quán)利要求41-43中任一項(xiàng)所述的模塊式桁梁，其中，各桁梁?jiǎn)卧ň哂幸粚?duì)抗 剪腹板的單箱形梁段，并且至少一個(gè)輔助性抗剪腹板沿大體平行于箱形梁段的抗剪腹板的 方向、且至少在桁梁?jiǎn)卧泥徑噜忚炝簡(jiǎn)卧牟糠稚显谙湫瘟憾蔚目辜舾拱逯g延伸。
45.一種風(fēng)輪機(jī)葉片，其包括如權(quán)利要求41-44中任一項(xiàng)所述的模塊式桁梁。
46.如權(quán)利要求45所述的風(fēng)輪機(jī)葉片，其包括多個(gè)蒙皮板，所述蒙皮板構(gòu)成葉片段的 外表面，并且與桁梁形成一體。
全文摘要
一種用于風(fēng)輪機(jī)葉片的桁梁(30)。該桁梁包括并排設(shè)置的多根(通常為三根或更多根)梁(33)。每根梁均具有縱向腹板(32)，位于兩個(gè)縱向邊緣上的凸緣(31)。該桁梁可以由主要通過重疊的抗剪腹板彼此相連的多個(gè)模塊構(gòu)成。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101828030SQ200880111767
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者P·拉德令 申請(qǐng)人:刀具動(dòng)力學(xué)有限公司