[发明专利]用于组装具有内部腹板的风力涡轮机叶片的方法和设备

说明书

提供了一种用于组装风力涡轮机叶片(10)的方法和设备，该风力涡轮机叶片包括第一外壳部分(16)和第二外壳部分(18)以及内部腹板(12)。粘合剂材料(42)被施加到内部腹板(12)的顶端(30)以及第一外壳部分(16)的边缘(62，64)用于连接到第二外壳部分(18)。在施加热能以完全固化风力涡轮机叶片(10)中的所有粘合剂材料(42)之前，施加局部热能以预固化位于内部腹板(12)的顶端(30)处的粘合剂材料(42)。预固化通过可移除的局部加热器装置(72)来执行，并且该局部加热器装置(72)确保在叶片(10)的完全固化期间，当外壳(14)的临时热变形有时发生时，保持内部腹板(12)与第二外壳部分(18)之间的结合的完整性。

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机叶片，并且更具体地涉及风力涡轮机叶片的制造和组装，该风力涡轮机叶片包括内部结构加强件，例如与外壳结合以形成叶片的内部腹板。

背景技术

风力涡轮机用于使用可再生资源(周围环境中的风能)并且在不燃烧化石燃料的情况下产生电能。通常，风力涡轮机将运动的风能转换成机械能，然后随后将机械能转换成电能。常见类型的风力涡轮机是单转子水平轴线风力涡轮机，尽管也经常使用多转子风力涡轮机。如所熟知，示例性的单转子风力涡轮机包括限定支撑结构的塔架、位于塔架的顶点处的机舱以及转子，该转子具有中心转子轮毂和安装在轮毂上并从轮毂径向延伸的一个或多个叶片(例如，三个叶片)。转子由机舱支撑，并定位在机舱的前部处，使得转子在其支撑塔架的上游面向风。转子可直接或间接地与容纳在机舱内部的发电机联接，并被构造成将转子的机械能转换成电能。

由于风力涡轮机叶片是捕获风能以转子旋转形式产生机械能的元件，因此这些元件必须制造成承受显著的负载和应力，这同样在操作期间也会随着时间而极大地变化。此外，尤其在较大容量的风力涡轮机或仅具有一个转子的风力涡轮机中，风力涡轮机叶片通常限定非常细长的叶片长度，以扫过足够的区域来捕获产生更大量的电能所必需的风能。当然，风力涡轮机叶片变得越长，则在叶片的结构或材料中需要提供更大的强度和刚度以承受来自风的相关负载。在这点上，一种加强风力涡轮机叶片的典型方法是添加一个或多个内部腹板，有时称为剪切腹板，以连接在第一外壳部分和第二外壳部分之间，在第一外壳部分和第二外壳部分连接在一起之后，该第一外壳部分和第二外壳部分限定风力涡轮机的空气动力学轮廓。内部腹板为外壳部分提供了额外的刚性，目的是承受在风力涡轮机操作期间遇到的不稳定和高负载。

在Gau的美国专利NO.8,454,791中示出了将风力涡轮机与一个或多个内部腹板组装的一个特定的常规实施方式。NO.8,454,791专利描述了使用剪切腹板设置装置以在将剪切腹板的第一端粘附到内部梁时，使剪切腹板以一致的、小的距离坐落在第一壳部分上的(可选的)内部梁上方。这种装置被认为是避免了剪切腹板相对于内部梁沿着剪切腹板和第一壳部分的长度的不一致的定位。一旦剪切腹板的该第一端被粘附到适当位置，第二壳部分就在剪切腹板的第二端和第一壳部分之上闭合，其中这些元件在相应结合点处结合并固化在一起，以产生最终的风力涡轮机叶片。

NO.8,454,791专利中描述的常规方法的最终组装步骤可以被称为“结合线固化步骤”，因为提供了粘合剂材料的若干结合线，用于将第一壳部分和第二壳部分的前边缘和后边缘上的以及内部腹板的第二端或顶端上的元件连接在一起。然而，已经发现，在使用加热的模具和/或吹到风力涡轮机叶片内部中的加热的空气执行的该结合线固化步骤期间，用于固化的相当大的热量有时也导致第一壳部分和第二壳部分的热畸变，尤其是在前边缘和后边缘(通常由模具夹紧在一起)之间的位置处。

这种热畸变可以使第二壳部分移动足够的量，而损害形成在内部腹板的顶端和第二壳部分上的内部梁之间的粘合剂结合。例如，如果第二壳部分膨胀得离内部腹板的顶端太远，则会发生分层或断裂的结合。可替代地或除此之外，如果第二壳部分移动得太靠近或接触内部腹板的顶面，推动粘合剂远离接触区域，则可发生粘合剂空隙。当风力涡轮机叶片在风力涡轮机上投入使用时，这些分层或粘合剂空隙可能是叶片结构失效的一个来源。