[发明专利]风轮机、风轮机叶片以及用于制造风轮机叶片的方法

说明书

一种风轮机叶片包括端对端联接在一起的多个分层的区段。各个区段包括侧壁，该侧壁形成管状结构并且包括至少一个孔。当所述区段联接在一起时，所述孔大体对准以形成管道。加强元件延伸穿过所述管道并且构造成在所述风轮机的使用期间加强处于载荷下的所述叶片。一种风轮机包括塔架；机舱；以及转子，该转子包括轮毂以及从所述轮毂延伸的至少一个风轮机叶片，所述风轮机叶片包括多个分层的区段。还公开了一种借助额外的制造过程形成风轮机叶片的方法。

技术领域

本申请总体涉及风轮机，并且更特别地涉及风轮机叶片以及用于制造风轮机叶片的方法。

背景技术

风轮机用于利用可再生资源并且不燃烧化石燃料产生电能。通常，风轮机将动能转换成机械能，随后将机械能转换成电能。水平轴风轮机包括塔架、位于塔架顶端的机舱以及被支撑在机舱中的转子。转子直接或者间接地与容纳在机舱内的发电机联接。转子包括中央轮毂以及安置至中央轮毂并从中央轮毂径向延伸的多个叶片(例如三个叶片)。

通常，风轮机的电能产量随风轮机的尺寸增加。因此，现代多兆瓦风轮机是巨大结构并且继续趋向更大的结构。这些巨大结构由部件组装成。照此，许多风轮机使它们的各个部件以单独件的形式被运送到风轮机架设场所。例如，可以由若干塔架区段形成的风轮机塔架可以被运送至架设场所。机舱可以被运送至架设场所并在组装后安装在塔架上。最后，本身尺寸非常大的叶片可以被单独运输至架设场所。各个风轮机叶片均被提高并且通常经由变桨轴承固定至转子轮毂，借此来自风轮机叶片的载荷被传递至转子轮毂。

巨大的风轮机叶片本身是复杂结构。它们常由壳、翼梁帽以及一个或者多个抗剪腹板构建。壳通常是层叠复合物并且形成叶片的外表面，该外表面具有空气动力学机翼形状并且封装抗剪腹板以及翼梁帽，抗剪腹板及翼梁帽提供叶片的结构方面。抗剪腹板与翼梁帽可以采用内部翼梁的形式，内部翼梁使壳能够对抗使用叶片的过程中的拍打以及边缘负载。

传统的风轮机叶片通常通过手工密集的生产过程生产。此外，大风轮机叶片的生产需要大量资金，这些资金呈大量设施以及模具制作设备的形式。在一个这样的过程中，必须首先生产两个大型模具。这些模具限定风机叶片的形状。各个模具均近似形成风轮机叶片的壳的一个半体。

一旦制造出模具，就通过在模具中放置纤维树脂复合物由各个模具生产层压结构，层压结构形成风轮机叶片的壳。可以包括真空灌注的过程可以用于利用树脂在模具中灌注诸如玻璃纤维织物或者碳纤维织物之类的织物。机器人以及其它自动化技术可以用于辅助此过程并用于减少铺叠模具的手工密集过程。然后使树脂固化。

固化的纤维树脂复合结构贴合模具表面以形成风轮机叶片壳的一个半体。借助起重机的帮助，两个壳半体被从它们各自的模具提取并且结合在一起。另选地，两个壳半体可以在位于它们各自的模具中时被结合在一起。一旦结合，就完成了叶片。然后，这些大风轮机叶片被从制造设施运输至可能远在上千公里之外的架设场所。

如以上概括描述的，传统的制造技术需要大量资金投入、大量设施以及长的交付周期。最初的模具生产是对生产更大叶片的一种约束。由于模具的尺寸而在集中的设施处制造模具。需要生产模具并且具有供生产风轮机叶片的大的集中工厂，这些需要耗费资金。而且，为了借助此过程使叶片的成本保持经济上合算，必须由模具组生产许多叶片以便由大量叶片分配模具的开支。因此，一旦模具组被完成，实施新风轮机叶片设计的弹性就算有的话也很小。由于非常长距离运输大、长叶片所需的专用设备以及物流的复杂性，从模具的集中制造促使用于运输风轮机叶片的成本上涨。总的来说，借助集中的模具制造过程，生产叶片的成本、采用新叶片设计的弹性的缺乏以及运输成本会限制风轮机技术的采用。

因此，需要减少所需的资金投入并且摆脱占优势的集中工厂系统以及运输问题同时还缩短交付周期并且更能接受风轮机叶片设计方面的改变的这样的改进的风轮机叶片以及用于制造风轮机叶片的方法。

发明内容