[发明专利]风力涡轮机转子叶片、其节段和互连构件

说明书

本披露内容涉及一种风力涡轮机转子叶片的节段，该节段包括：三个或更多个翼构件，这些翼构件沿着彼此、彼此相距一定距离、并且沿着该风力涡轮机转子叶片的纵向方向延伸，其中，至少一个、优选地每个翼构件当在横向于该翼构件的纵向范围的平面上观看时具有翼型形状的截面；其中，每个翼构件从相应的内端延伸到相应的外端；其中，该节段进一步包括第一多个三个或更多个支柱和第二多个三个或更多个支柱，其中，该第一多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的内端延伸到另一个翼构件的内端，使得该第一多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的内端处将这些翼构件互连，并且其中，该第二多个支柱中的这些支柱各自从一个翼构件的外端延伸到另一个翼构件的外端，使得该第二多个支柱中的这些支柱在这些翼构件的外端处将这些翼构件互连。本披露还涉及一种风力涡轮机转子叶片并且涉及一种互连构件。

技术领域

本发明涉及一种风力涡轮机转子叶片的节段。本发明还涉及一种风力涡轮机转子叶片。本发明还涉及一种互连构件。

背景技术

全世界对可再生能源技术的兴趣日益增大。例如，气候变化问题正将能源生产推向可再生能源技术。因此，风力发电是重要的能源，并且每年通过风力发电产生的电量正在迅速增长。

风力发电是将风能转化为更有用的形式，比如电。在这方面，使用风力涡轮机，风力涡轮机是将来自风的动能转换成电力的装置。风力涡轮机包括具有中央毂的转子，一个或多个叶片附接到该中央毂。转子被布置成随着叶片由于刮风而经受经过风力涡轮机的大量空气而旋转。转子的旋转因此产生机械能，机械能可以在风力涡轮机中被转换成电力。

有两种主要类型的风力涡轮机：水平轴风力涡轮机(HAWT)，其中叶片绕水平轴线旋转；以及竖直轴风力涡轮机(VAWT)，其中叶片绕竖直轴线旋转。用于大规模电力生产的最常见类型的风力涡轮机是HAWT，并且下面的讨论内容主要针对HAWT。

叶片形成有翼型形状的截面。这意味着叶片形成为使得叶片的旋转方向上的前侧的表面使经过该表面的空气比经过后侧的表面的空气要采取更长的路径。因此，在前侧表面上经过的空气将会比在后侧表面上经过的空气走得更快。因此，形成压力差，从而在叶片上产生升力。此升力引起围绕转子轴线的转矩，这引起转子旋转。

运动叶片与空气之间的相对流速(包括速度和方向)被称为表观流速。当空气经过翼型形状的叶片的表面时，空气会对其施加取决于表观流速和翼型形状的力。升力是该力的垂直于即将到来的表观流动方向的分量。升力与作为该力的平行于表观流动方向的分量的阻力形成对比。与升力相反，阻力往往阻碍叶片的运动，并且通过数学分析可以显示出，为了优化涡轮机的电力效率，叶片应被设计成使得升力与阻力之间的比率最大化。

风力涡轮机的电力生产能力主要受叶片长度的影响。风力涡轮机产生的电力与叶片扫过的面积成比例，该面积通常与叶片长度的平方成比例。因此，增加叶片长度使得能够增大风力涡轮机的电力产量。

然而，还需要在考虑叶片在风力涡轮机的操作期间受到的载荷的情况下来设计叶片。空气动力载荷是通过风和叶片在空气中的旋转产生表观流动而形成的。空气动力载荷在叶片上产生弯曲力矩，弯曲力矩在最靠近毂的地方最大。虽然空气动力载荷可能由于风湍流而变化，但是施加在叶片上的空气动力载荷通常与叶片长度的平方成比例。

由于叶片的质量，叶片也受到重力载荷的作用，并且在叶片旋转一整圈时，叶片将经历疲劳循环。重力载荷通常与叶片长度的立方成比例。因此，尽管空气动力载荷对于小尺寸叶片来说占主导地位，但随着叶片长度增加，重力载荷将变得占主导地位。

因此，由于为了增加风力涡轮机的发电能力而增加叶片长度，所以叶片设计需要密切注意施加在叶片上的重力载荷。否则，由于叶片的质量大，存在疲劳失效的风险。另外，长叶片会导致与叶片变形、裂纹和扭曲有关的问题。因此，随着叶片长度增加，叶片的设计变得困难。