[发明专利]刚度增强的风轮机叶片

说明书

本发明涉及风轮机，特别是涉及风轮机叶片。

近年来，随着风轮机已发展成为一种产生电力以供应国家电网的商业上切实可行的方法，风轮机的尺寸变大了。风轮机叶片长度也显著增大，一些现代风轮机的叶片长度超过40米。随着风轮机尺寸持续增大，叶片必然会变长。然而，较长的叶片显现出许多问题，尤其是在一些变量不与叶片长度成线性比例时。其中特别重要的是，叶片上的与叶片长度的四次幂成比例的边缘负载。

一般来说，负载与长度的三次方成比例，但是边缘负载还取决于距与长度成比例的重心的距离。边缘负载是主要的由风轮机转子旋转引起的受重力驱动的疲劳。因此，当设计较长的风轮机叶片时，必须考虑以叶片长度的四次幂增大的边缘负载。这由图1说明，该图示出了作用在距离叶片根部为X的重心上的重量为10且总长度为L的风轮机叶片。

本发明目的是解决这个问题，并提供能支撑由增加的叶片长度产生的附加边缘负载的叶片结构。

根据本发明，本发明提供了一种风轮机叶片，该风轮机叶片包括承载构件以及叶片壳体，该叶片具有前缘和后缘，并且一张紧元件与所述承载构件间隔开，所述张紧元件在其端部处锚固至所述承载构件。

优选的是，所述张紧元件的端部锚固到所述承载构件的相应端部。然而，所述张紧元件的第一端部可锚固到所述承载构件的根部端，所述张紧元件的第二端部可在离开所述承载构件的末梢端的位置处锚固到所述承载构件。在叶片由模块化节段制成的情况下以及在靠近梁的承载构件的端部具有间隔的情况下，后一种构造可能是期望的。

优选的是，至少一个支撑支柱附接到承载构件上，并从所述承载构件延伸出，所述支撑支柱在与所述承载构件间隔开的位置处支撑张紧元件。所述张紧元件可穿过所述支撑支柱中的孔。所述支柱均可包括一对支腿，每个支腿的一端均连接到所述承载构件，所述支柱接纳所述张紧元件以将该张紧元件与所述承载构件间隔开。可选的是，所述支柱均可包括三个支腿，每个支腿的一端连接到所述承载构件，该支柱接纳所述张紧元件以将该张紧元件与所述承载构件间隔开。后一种构造会是特别有利的，因为其使得能将叶片扭曲考虑在内。在支柱作为悬架的情况下，支柱的布置能使张紧元件作为悬索。

本发明的一个优选实施方式提供多个张紧元件，这些张紧元件包括将相邻的张紧元件连接到一起以形成单个张紧元件的连接元件。这种布置在模块化叶片中特别有利。每个连接件均可包括用于改变所述张紧元件中的张力的张紧装置。

更为优选的实施方式包括多个张紧元件，每个张紧元件的端部锚固至承载构件，至少一个支撑支柱将每个张紧元件与所述承载构件间隔开。

所述张紧元件可布置在所述承载构件的后缘侧。在承载构件的后缘侧上应用张紧元件通过增加第二惯性矩而有利于增加边缘方向的叶片刚度。刚度的增加能使叶片长度增加而不增加沿后缘方向疲劳失效的可能性。

在本发明的一个实施方式中，张紧元件布置在承载构件前缘侧。

本发明的一个优选实施方式中，张紧元件布置在承载构件的后缘侧，另一张紧元件在其端部锚固至承载构件，并通过至少一个支柱在所述承载构件的前缘侧与该承载构件间隔开。此布置有利于提供叶片前缘侧的相似刚度增强。承载构件前缘侧上的张紧元件可与叶片的前缘成为一体。

本发明的实施方式可与风轮机叶片中的任何承载构件一起使用。在一个优选实施方式中，承载构件是梁，叶片壳体附接到梁上。在另一优选布置中，承载构件包括壳体的通过腹板互相连接的加强区。

本发明还提供具有多个如上限定的叶片的风轮机。

以下参照附图仅以实施例方式描述本发明的实施方式，在附图中：

图1(参见上述)是风轮机叶片的示意图，其示出了长度对边缘负载的影响；

图2是传统叶片的横截面图；

图3是本发明的第一实施方式的示意图；

图4是图2的近似图，其示出了本发明的第一实施方式；

图5a和图5b示出了刚度加强件可如何附接到叶片的主梁上；

图5c示出了张紧装置的使用；

图6是本发明的第二实施方式的示意图；

图7是本发明的第三实施方式的示意图；

图8是叶片的横截面图，其示出了在叶片的前缘侧和后缘侧上的刚度增强件；

图9是图8的变型例，其示出了如何将图8中前缘刚度的增强结合到叶片蒙皮中。