[发明专利]具有展向偏置接头的多段式风力涡轮机转子叶片及其组装方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及风力涡轮机转子叶片，并且更具体地涉及用于连接的接头以及组装所述风力涡轮机转子叶片中的叶片段的方法。

背景技术

风能被认为是目前可获得的最清洁、最具环境友善性的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已不断获得关注。现代的风力涡轮机典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱、以及一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片对呈旋转能量形式的动能进行传递以使轴转动，该轴将转子叶片联接至齿轮箱，或者如果未使用齿轮箱，则将转子叶片直接联接至发电机。发电机接着将机械能转化为可以配置于公用电网的电能。

转子叶片的尺寸、形状、和重量是有助于风力涡轮机的能量效率的因素。转子叶片尺寸的增加使得风力涡轮机的产能增加，而重量的减小也使得风力涡轮机的效率提高。此外，随着转子叶片尺寸增加，需要特别关注转子叶片的结构完整性。目前，现有的和发展中的大型商业风力涡轮机能够产生从大约1.5兆瓦特至大约12.5兆瓦特的电力。这些较大的风力涡轮机可以具有直径大于90米的转子叶片组件。此外，转子叶片形状方面的发展促进了前掠形(forward swept-shaped)转子叶片的制造，该前掠形转子叶片具有自叶片的根部至尖端的大体弓形的轮廓，从而提供了改进的空气动力学特性。因此，在增加转子叶片尺寸、减小转子叶片重量、以及增加转子叶片强度、同时还改进转子叶片空气动力学特性方面的努力有助于风力涡轮机技术的持续发展以及采用风能作为备选能源。

随着风力涡轮机尺寸增加，尤其是转子叶片尺寸的增加，相应的制造、运输、和组装风力涡轮机的成本也增加。必须将增加的风力涡轮机尺寸的经济利益与这些因素进行权衡。例如，预形成、运输、和安装所具有的转子叶片处于90米范围内的风力涡轮机的成本可以显著影响较大的风力涡轮机的经济优势。

一种已知的用于降低预形成、运输、和安装所具有的转子叶片尺寸增加的风力涡轮机的成本的策略是以叶片段来制造转子叶片。在例如单独的叶片段被运输至安装位置后，可以对叶片段进行组装以形成转子叶片。然而，已知的接头设计和组装方法可能具有多种缺点。例如，许多接头设计需要将一个叶片段轴向插入到另一个叶片段中，这是耗时的并且需要多个对准夹具和止动件。

因此，存在对用于分段式风力涡轮机转子叶片的改进的接头设计的需要，该接头设计使得能够通过复杂度较低的对准夹具和方法进行简单得多的组装。

发明内容

本发明的各个方面以及优点将会在下文的描述中进行部分阐述，或者是通过描述可以显而易见的，或者是可以通过实施本发明而获知。

根据本发明各个方面，一种风力涡轮机叶片包括第一叶片段和第二叶片段，叶片段中的每一个都具有压力侧壳体构件、吸力侧壳体构件、和内部支承结构。第一叶片段和第二叶片段包括相应的端部，所述端部具有在弦向接头处可联接的互补的接头部段。接头部段中的每一个都具有接头外形，该接头外形自压力侧壳体构件至吸力侧壳体构件沿偏置展向方向延伸，使得接头部段沿展向方向位于彼此上方。

在特定实施例中，偏置接头外形自压力侧壳体构件至吸力侧壳体构件是交错的并且包括至少一条联接线，该至少一条联接线沿展向方向与压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件大体平行。

在其它实施例中，第一叶片段和第二叶片段包括前缘和后缘，并且接头外形包括至少一条联接线，该至少一条联接线从前缘向后缘弦向偏置。接头外形可以包括多个平行联接线和弦向偏置联接线。

交错的接头外形可以在本发明的范围和精神内广泛变化。例如，在一个实施例中，内部支承结构包括沿压力侧壳体构件和吸力侧壳体构件的翼梁缘条，并且平行联接线包括翼梁缘条中的一个翼梁缘条的展向延伸超过其相应的压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件的暴露部段。吸力侧壳体构件或压力侧壳体构件中相对的壳体构件的部段沿接头部段展向延伸超过其相应的翼梁缘条。

在另一个实施例中，内部支承结构包括跨越在翼梁缘条之间的抗剪腹板，平行联接线包括抗剪腹板的暴露的边缘部段，该暴露的边缘部段在压力侧壳体构件或吸力侧壳体构件中的一个壳体构件处展向延伸超过相应的翼梁缘条。单独的平行联接线包括相对的翼梁缘条的部段，该部段在吸力侧壳体构件或压力侧壳体构件中相对的壳体构件处展向延伸超过抗剪腹板。

在某些实施例中，接头外形可以包括抗剪腹板的自一个翼梁缘条展向延伸至相对的翼梁缘条的成角度的面。备选地，抗剪腹板的暴露的面可以限定沿接头部段展向延伸的平行联接线。在又一个实施例中，接头外形包括接头部段内的抗剪腹板的暴露的大体竖直的面。