[发明专利]用于制造风力涡轮转子叶片根部区段及相关的风力涡轮叶片的方法

说明书

本发明涉及用于制造风力涡轮叶片的根部区段的方法，其包括组装模型，该模型具有内圆柱体节段、外圆柱体节段以及底部凸缘，其中，径向空间限定于内圆柱体与外圆柱体之间。根部毂连接器周向环绕底部凸缘附接，使得根部毂连接器沿轴向延伸至径向空间中。拉挤杆的第一筒装载至空间中，其中，第一筒包括多个第一拉挤杆，第一拉挤杆布置成与内圆柱体节段相邻。例如，利用盖或顶部凸缘来将空间密封，并且，将空间排空。使树脂灌注至空间中，使得树脂通过拉挤杆之间的径向空间而迁移，且然后，使树脂固化。然后，将根部区段从模型中移除。本发明包含通过该方法而形成的风力涡轮叶片根部区段。

发明领域

本主题大致涉及风力涡轮，且更具体地，涉及风力涡轮转子叶片组件的根部构造。

发明背景

风力被认为是目前可用的最清洁且最环境友好的能源之一，而在这点上，风力涡轮越来越受到关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、舱体以及转子。转子联接至舱体，且包括可旋转毂，可旋转毂具有一个或更多个转子叶片。转子叶片通过叶片根部而连接至毂。转子叶片使用已知的翼型原理来从风采集动能，并且，使动能通过旋转能而转化成机械能，从而使轴转动，其中，该轴将转子叶片联接至齿轮箱，或如果未使用齿轮箱，则直接地联接至发电机。然后，发电机使机械能转化成可被调配给公用电网的电能。

转子叶片的具体尺寸是促成风力涡轮的总体容量的重要因素。具体地，转子叶片的长度或翼展的增加通常可能导致风力涡轮的能量产量的总体增加。因此，增加转子叶片的尺寸的努力帮助使风力涡轮技术持续发展，且有助于将风能采用为备选的具备商业竞争力的能源。然而，转子叶片尺寸的这样的增加可能对各种风力涡轮构件施加增加的载荷。例如，较大的转子叶片可能经历叶片根部与毂之间的连接部处的增加的应力，导致具有挑战性的设计约束条件，两者都以极端事件和疲劳寿命要求为特征。

人们提出了用于改进叶片根部的各种建议。例如，美国专利公布号2013/0111752描述了关于由纤维增强塑料制成的常规风力涡轮叶片的问题，其中，现行的增强纤维沿转子叶片的纵向方向延展，这导致一旦叶片从模压工具移除且受到重力，而不存在根端处的支撑，就出现根部的“椭圆化”(也被称为根部环)。‘752公布提出了将具有接口区段的支撑杆以基本上圆形的形状组装至风力涡轮的毂接口，以致于在多个支撑杆之间存在间隙。纤维布置于间隙中。第一模压工具沿着圆形形状的外表面放置，并且，第二模压工具沿着圆形形状的内表面放置。然后，将树脂注入支撑杆之间，起到对纤维的支撑和接口区段至毂的结构的作用。

美国专利公布号2014/0119926描述了圆柱形叶片根部区段，该区段由通过径向间隙而分离的内周构件和外周构件限定。环插入件安置于径向间隙中，并且，粘结至内周构件和外周构件。环插入件具有内周表面和外周表面，其中，这些表面中的至少一个具有沿翼展方向或沿周向变化的横截面轮廓，其与恒定或不变的横截面轮廓相比，增大粘结表面面积。

美国专利公布号2012/0315145描述了叶片根部，该叶片根部带有圆柱体节段连接部件，其具有螺柱状连接元件，当模制时，该连接元件插入转子叶片的相应的纤维和/或铸造材料之间。连接部件充当用于使连接元件以给定的几何关系对齐的连接器件。通常，相应的连接部件给叶片根部提供额外的机械稳定性(即，具体地，刚度)，以便避免或至少降低椭圆化或变形影响。相应的连接部件适应于将相应的外部施加的载荷传递且/或分配至转子叶片的叶片根部结构中。连接元件可以整体地构建有相应的连接部件，或装配至相应的连接部件。

来自桑迪亚国家实验室的公布(2003年5月印刷的SAND2003-0719无限制发布；http://windpower.sandia.gov/other/030719.pdf )包括如下的方法的描述：通过将螺柱直接地嵌入层压材料内而将根部螺柱安装于叶片中，以降低制造过程步骤的数量和工具作业要求。在树脂灌注之前，使干燥织物环绕各螺柱滚动，并且，将折叠材料放置于螺柱之间。