[发明专利]风力涡轮机转子叶片接头

说明书

技术领域

本公开大体上涉及风力涡轮机转子叶片，并且更具体地说，涉及用于连接风力涡轮机转子叶片中的叶片段的叶片接头。

背景技术

风能被认为是目前可用的最清洁、对环境最为友好的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已获得日益增加的关注。现在的风力涡轮机通常包括塔架、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(foil principle)捕获风中的动能。转子叶片以旋转能的形式传递动能，从而使联接至齿轮箱(或者如果不使用齿轮箱则直接联接到发电机上)的轴转动。发电机然后将机械能转换为可配置到公共电网的电能。

现在的转子叶片的构造通常包括蒙皮(skin)或壳构件、主梁帽(spar cap)以及一个或多个剪切腹板(shear web)。蒙皮(通常由纤维复合材料的和重量轻的芯材制成)形成转子叶片的外部空气动力的翼型形状。主梁帽通过集成一个或多个结构元件而提供增加的转子叶片强度，该结构元件在转子叶片的内侧上均沿转子叶片的长度延伸。剪切腹板为结构梁式构件，其在顶部主梁帽与底部主梁帽之间大体上垂直延伸，并且在外蒙皮之间延伸跨过转子叶片的内部部分。主梁帽通常由纤维增强复合材料构成，例如，诸如玻璃纤维增强复合材料或碳纤维增强复合材料。

转子叶片的尺寸、形状和重量是与风力涡轮机的能量效率相关的因素。转子叶片尺寸的增大会增加风力涡轮机的能量产量，而重量的降低还会提高风力涡轮机的效率。此外，当转子叶片尺寸增长时，需要给予转子叶片的结构完整性额外的关注。目前，现有的和开发中的大型商业风力涡轮机能够产生从大约1.5兆瓦至大约12.5兆瓦的功率。这些大型风力涡轮机可具有直径大于90米的转子叶片组件。此外，转子叶片形状的发展促使制造出从叶片的基部至末端具有大致为弓形的轮廓的前扫掠形(forward swepted-shaped)转子叶片，从而提供改进的空气动力。因此，增大转子叶片尺寸、降低转子叶片重量和提高转子叶片强度(同时还改进转子叶片的空气动力)的努力有助于风力涡轮机技术以及采用风能作为替代能源的持续发展。

当风力涡轮机的尺寸(尤其是转子叶片的尺寸)增大时，风力涡轮机的制造、运输和组装的相应成本也会增加。增大风力涡轮机尺寸的经济利益必须考虑这些因素。例如，对于预形成、运输和架设具有在90米范围中的转子叶片的风力涡轮机而言，成本可显著影响大型风力涡轮机的经济上的优点。

一种已知的用于降低具有增大尺寸的转子叶片的风力涡轮机的预形成、运输和架设的成本的策略是将转子叶片制成叶片段。在将单独的叶片段运输至架设地点之后，使用各种机械紧固装置(例如螺栓或铆钉)将叶片段组装。然而，机械紧固装置具有很多缺点。例如，机械紧固装置的使用需要相对较多的材料以用于叶片段的构造，这会增加转子叶片的尺寸和重量，并且还会增加组装风力涡轮机所需的工作量。此外，由使用机械紧固装置所引起的尺寸和重量的增加在不同叶片段之间导致转子叶片上额外的应力，以及在叶片段连接区中的额外的材料应力与应变。

因此，需要这样的风力涡轮机转子叶片设计，其尤其适于大型风力涡轮机，并且最大限度地减小了相关联的风力涡轮机的运输与组装成本，而不会牺牲风力涡轮机的结构刚性和能量效率。更具体而言，需要一种用于风力涡轮机转子叶片段的紧固系统，其简化了叶片段到转子叶片的组装，并且降低了与组装的转子叶片相关联的重量和应力。

发明内容

本发明的方面和优点将在下面的描述中部分阐述，或者可从该描述中显而易见，或者可通过实施本发明而受到教导。

在一个实施例中，公开了一种用于连接转子叶片中的第一叶片段与第二叶片段的叶片接头，第一叶片段和第二叶片段各自具有空气动力轮廓。该叶片接头包括第一接头段和第二接头段，其各自具有外表面、内表面以及其之间的厚度。每个接头段的外表面均具有空气动力轮廓。第一接头段和第二接头段各自还具有接头对接端、叶片对接端以及其之间的长度。第一接头段的接头对接端以及第二接头段的接头对接端设置为用以将第一接头段和第二接头段联接在一起。