[发明专利]用于分段式风力涡轮机转子叶片的连接接头和相关方法

说明书

一种风力涡轮机叶片包括被配置为在接合界面处联接在一起的第一叶片分段和第二叶片分段。叶片还包括用于将第一叶片分段和第二叶片分段联接在一起的连接接头。连接接头包括在第一叶片界面和第二叶片界面处集成在第一叶片分段和第二叶片分段中的多个连接元件。连接接头还包括用于进行连接的插销和紧固件。还公开了制造风力涡轮机叶片分段的方法和由这些分段制造的风力涡轮机叶片。

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机，并且更具体地，涉及用于将分段式风力涡轮机转子叶片的相邻分段连接的改进连接接头以及形成具有用于将转子叶片的分段连接在一起的改进连接接头的分段式风力涡轮机转子叶片的方法。

背景技术

风力涡轮机用于使用可再生资源产生电能，而不用燃烧化石燃料。通常，风力涡轮机将来自风的动能转换成电能。水平轴风力涡轮机包括：塔架；机舱，其位于塔架的顶点处；以及转子，其具有中心轮毂和多个叶片，叶片联接到轮毂并且从轮毂向外延伸。转子被支撑在从机舱延伸的轴上，该轴要么直接要么间接地与被容纳在机舱内的发电机操作性地联接。因此，当风迫使叶片旋转时，发电机产生电能。

传统的风力涡轮机叶片包括围绕内部结构支撑件设置的外壳。外壳通常包括上半壳和下半壳，上半壳和下半壳的对应边缘配合在一起，以限定空气动力学横截面轮廓。外壳可被适当地成形，以便提供风力涡轮机叶片的空气动力学外貌。在传统的过程中，上半壳和下半壳被设置为一件式结构，该一件式结构可例如在成型过程中形成。可包括一个或更多个翼梁的内部结构支撑件通常设置在上半壳和下半壳之间的空腔中，并且在所述叶片的纵向方向上延伸。翼梁为叶片提供强度和刚度，使得叶片能承受在风力涡轮机运行期间施加的负荷。翼梁通常包括与上壳和下壳关联的翼梁盖板和在与上壳和下壳关联的翼梁盖板之间跨越的一个或更多个翼梁腹板。举例来说，翼梁可包括盒形管状元件，该盒形管状元件具有与上壳和下壳接合的翼梁盖板以及在翼梁盖板间延伸的两个翼梁腹板。另选地，翼梁盖板可被集成在上壳和下壳的组成物中，使得翼梁盖板形成叶片的外表面的一部分。然后，一个或更多个翼梁腹板在集成的翼梁盖板之间延伸，以为叶片提供结构支撑。

近年来，风能已成为一种更具吸引力的替代能源，并且风力涡轮机、风力发电场等的数量在陆地和海上都已显著增加。另外，风力涡轮机的尺寸也显著增加，现代风力涡轮机叶片的长度在50米至80米之间延伸，并且预计将来有进一步增加。风力涡轮机叶片中增加的长度为风力涡轮机设计者和制造商引入了多种令人关注的设计考虑因素。例如，包括物理空间以及叶片制造设备(例如，模具、起重机和其他操纵设备)的生产设施必须适应增大的叶片尺寸。另外，随着叶片长度不断增加，这种大叶片的物流和运输变得越来越困难。最后，大型风力涡轮机叶片的生产、操纵和运输与大量挑战和高成本关联，该大量挑战和高成本可对可制造的风力涡轮机叶片的长度带来实际限制。

解决这些问题的一种方法是提供具有两个或更多个分段的风力涡轮机叶片，这些分段随后联接在一起，以形成完整的风力涡轮机叶片。在这种方法中，每个叶片分段都可包括外壳和内翼梁。然后，将叶片分段聚集在接合界面处并且将叶片分段固定在一起以形成完整的叶片。然而，接合界面必须被设计成具有必要的强度，以便能够将跨接头的负荷和力矩从一个叶片分段安全地传递到下一个。一种设计提供源自叶片分段界面中的一者或二者的一个或更多个翼梁延伸部分，所述叶片分段界面能插入另一叶片分段界面处的相应翼梁接收器中。然后，可将这些元件结合或以其他方式联接在一起，以形成叶片分段之间的连接接头。另一种设计包括在接合界面处的用于在叶片分段之间提供确定联接的多个连接器。然而，为了承受例如沿着叶片的中跨作用的负荷，连接器可以是多个且相当大的，使得在接合界面处的叶片材料(负荷必须通过所述叶片材料传递到连接器)的量大幅降低，并且提高了使叶片的结构完整性有损的可能性。

虽然用于分段式叶片设计的当前连接接头足以实现其预计目的，但是制造商不断努力提供用于联接风力涡轮机叶片分段的连接接头，连接接头以成本有效方式适应跨接合界面的增大的负荷，而没有牺牲接头区域中的叶片的结构完整性。

发明内容