[发明专利]具有后缘间隔部分的风力涡轮机叶片

说明书

风力涡轮机叶片设置有两个壳体部件，每个壳体部件至少部分地由夹层结构制成，夹层结构包括内蒙皮（76）、外蒙皮（74）和中间芯材（75、77），其中壳体部件至少沿着其相应的前缘（18）结合在一起。叶片还包括纵向延伸的间隔部分，压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件的相应的后缘（58a、58b）在间隔部分中间隔开，其中后缘抗剪腹板（45）布置在吸力侧壳体部件的夹层结构（84、86、87）和压力侧壳体部件的夹层结构（74、76、77）之间并连接到吸力侧壳体部件的夹层结构（84、86、87）和压力侧壳体部件的夹层结构（74、76、77）。

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其在后缘具有间隔部分，从而提供改善的空气动力学特性和结构稳定性。

背景技术

现代风力涡轮机必须设计成在其整个寿命期间能够承受极端负载、恶劣的环境和恶劣的天气条件。这特别适用于构成将风能转换成电能的主要元件的涡轮机叶片。

用于水平轴风力涡轮机的风力涡轮机叶片可能相当大，当今可能超过70米长，4米宽。叶片通常由纤维增强的聚合物材料制成并且包括压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件。典型的叶片的横截面轮廓包括用于产生导致两侧之间的压力差的气流的翼型。由此带来的升力产生用于发电的扭矩。

风力涡轮机叶片通常根据两种构造设计中的一种来制造，即薄的空气动力学壳体被胶结或以其他方式结合到翼梁上的设计，或者翼梁帽（也称为主层压体）被集成在空气动力学壳体中的设计。

在第一种设计中，翼梁构成叶片的承载结构。翼梁以及空气动力学壳体或壳体部件被单独地制造。空气动力学壳体通常制造成两个壳部部分，一般为压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件。这两个壳体部件被胶结或以其他方式连接至翼梁并且沿着壳体部件的前缘和后缘进一步彼此胶结。这种设计具有如下优点，即：关键的承载结构可以单独地制造，并且因此较容易控制。另外，这种设计允许使用不同的制造方法（例如模制和丝卷绕制工艺）来制造梁。

在第二种设计中，翼梁帽或主层压体被集成到壳体中并且与空气动力学壳体模制在一起。主层压体与叶片的剩余部分相比一般包括较高数量的纤维层，并且可以形成风力涡轮机壳体的局部加厚——至少关于纤维层的数量而言。因此，主层压体可以形成叶片中的纤维嵌件。在这种设计中，主层压体构成承载结构。叶片壳体一般设计成具有集成在压力侧壳体部件中的第一主层压体和集成在吸力侧壳体部件中的第二主层压体。第一主层压体和第二主层压体一般通过一个或多个抗剪腹板连接，所述抗剪腹板可以例如具有C形或I形横截面。抗剪腹板防止壳体部件塌缩(collapsing)并且确保从一个壳体部件到另一个壳体部件的剪切应力传递。

对于非常长的叶片，叶片壳体可以沿着纵向范围的至少一部分进一步包括位于压力侧壳体中的附加的第一主层压体和位于吸力侧壳体中的附加的第二主层压体。这些附加的主层压体也可以通过一个或多个抗剪腹板连接。这种设计具有如下优点：更容易通过叶片壳体部件的模制来控制叶片的空气动力学形状。

抗剪腹板用来加强叶片结构，并且防止过度的弯曲或变形。一些叶片设计使用由具有I形或C形横截面的梁构件形成的抗剪腹板，其中所述构件具有主体，该主体具有在主体的相反端从主体延伸的承载凸缘。

一种制造这种I形或C形腹板的方法是通过设置夹心面板本体，其中纤维材料层以期望的凸缘形状在相反端被施用至该夹心面板本体，所述纤维材料被灌注树脂并且随后发生固化以形成刚性凸缘。

公知的是在适当成形的模具结构中制造这种抗剪腹板，其中可以使用相对简单的U形模具来制造C形腹板，其中夹心面板本体在该模具结构的相反的壁之间延伸，其中所述凸缘通过纤维材料在所述壁上的层积而形成。

提供具有钝的后缘部分的风力涡轮机翼型也是公知的，该设计也被称为平背翼型。由于多种原因，例如增加的结构体积和易于制造和处理，这种钝的后缘部分被认为是有利的。平背翼型也被认为是改善了风力涡轮机叶片的升力特性。