風力發電機葉片末端區段以及組裝的方法

2023-06-03 01:27:56 2

風力發電機葉片末端區段以及組裝的方法
【專利摘要】本發明提供了一種組裝風力發電機葉片末端區段的方法。該方法包括以下步驟：移除風力發電機葉片的外側末端端部；從風力發電機葉片的剩餘外側端移除前緣面板的至少一部分和後緣面板的至少一部分，從而形成本體和突出部，該突出部在基本上縱向的方向上從本體的外側端延伸，該突出部具有翼梁蓋部分和抗剪腹板部分；從突出部的外表面移除塗層；將至少一個加強部附接於突出部的抗剪腹板部分；將末端區段結合於突出部；以及通過空氣動力學輪廓覆蓋風力發電機葉片的本體與末端區段之間的接合部。
【專利說明】風力發電機葉片末端區段以及組裝的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電機葉片，並且更具體地，涉及用於組裝風力發電機葉片末端(tip，尖端)區段的方法以及葉片末端區段組件。
【背景技術】
[0002]風力經常通過包括豎直結構(例如，塔)的大型發電機產生，所述豎直結構的頂部上放置有至少一個水平或豎直軸線風力渦輪機，所述風力渦輪機包含一個、兩個、三個或多個轉子葉片。風能發電機(或簡稱為「風力發電機」)被設計為利用存在於一特定位置處的風能，並且因此在高度、控制系統、葉片數量、葉片定向、形狀和材料方面發生變化。
[0003]在商用風力發電場很常見的是可使用長度為20到40米的葉片，用於具有大約
0.5MW到大約1.5MW的額定功率的風力發電機。但是，目前正在實現甚至更大的風力發電機葉片，其可具有大於80米的長度。然而，中型尺寸的葉片和更大的葉片仍然具有很多的設計、製造和維護問題。
[0004]例如，關於維護問題，處於正常操作的風力發電機葉片暴露於可能對葉片造成損壞的多種危險情況，諸如各種動態和靜態應變、由鳥造成的意外、以及通常在葉片的末端處發生的閃電放電。因此，葉片末端區域可能是葉片的最容易受到損壞的部分。因此，常常必須修復被損壞的葉片部分或對其進行更換。此外，在一些情況下，可能希望改變葉片的末端的空氣動力學輪廓(profile，分布)，以便獲得對風力條件的更好的利用。

【發明內容】
技術問題
[0005]為了更換或延長風力發電機葉片的末端，一些系統可能建議採用模塊化葉片，其中，葉片被預先整體地設計成適於接收末端更換部或區段。但是，該更換解決方案是僅適用於最初被設計成模塊化的葉片。其他最新技術建議使用具有諸如支撐杆、支架或固定銷(dowel pin，定位銷)的機械緊固件的複雜系統。這些系統可能是複雜且昂貴的，在製造、安裝和維護方面造成不便。
技術方案
[0006]根據示例性實施例的一個方面，提供了一種組裝風力發電機葉片組件的方法。該方法包括以下步驟:從風力發電機葉片的外側端移除末端端部；從風力發電機葉片的剩餘外側端移除前緣面板的至少一部分和後緣面板的至少一部分，從而形成本體和葉片突出部，葉片突出部在基本上縱向的方向上從本體延伸，並且葉片突出部包括翼梁蓋(翼梁帽，spar cap)部分和抗剪腹板(shear web)部分；以及將末端區段附接至葉片突出部。
[0007]末端區段可包括末端部分和末端突出部，末端突出部包括:兩個末端翼梁，在基本上長度的方向上從末端部分延伸；以及抗剪腹板，在基本上長度的方向上在兩個末端翼梁之間延伸。將末端區段附接至葉片突出部的步驟可包括:將葉片突出部的翼梁蓋部分插入於末端突出部的兩個末端翼梁之間；將末端突出部的抗剪腹板機械地附連於葉片突出部的抗剪腹板部分；以及在風力發電機葉片與末端突出部之間的接合部上附連一外蒙皮(skin)，從而提供空氣動力學外輪廓。
[0008]將末端區段附接至葉片突出部的步驟進一步包括:將後緣加強部的第一端附接於風力發電機葉片的本體的後緣；以及將後緣加強部的第二端附接於末端區段的末端部分的後緣。
[0009]在將末端區段附接於葉片突出部之前，可從突出部的外表面移除塗層；並且可將至少一個加強部附接於突出部的抗剪腹板部分。
[0010]當從基本上垂直於風力發電機葉片的長度的方向觀看時，末端區段可具有彎曲輪廓。
[0011]末端區段的橫截面輪廓可與風力發電機葉片的本體的外側端的橫截面輪廓不同，從而在組裝後的風力發電機葉片末端區段的輪廓中在風力發電機葉片與末端區段之間的接合部處存在階梯部。
[0012]將末端區段結合於突出部的步驟可包括:將風力發電機葉片的防雷電纜(lightning cable,避雷線)的端部附接於末端區段中的防雷電纜。
[0013]風力發電機葉片的長度在移除末端端部之前可為至少35米，並且末端區段的長度在移除末端端部之前可為風力發電機葉片的長度的至少9%。末端區段可包括至少一個突出的抗剪腹板，並且將末端區段結合於突出部的步驟可包括將末端區段的突出的抗剪腹板附接於葉片突出部的抗剪腹板部分。
[0014]將末端區段的突出的抗剪腹板附接於突出部的抗剪腹板部分的步驟可包括將至少一個機械緊固件附接於末端突出部的抗剪腹板和葉片突出部的抗剪腹板部分。
[0015]根據另一示例性實施例的一個方面，提供了一種風力發電機葉片組件。該組件包括:風力發電機葉片，包括本體和葉片突出部，葉片突出部在基本上縱向的方向上從本體延伸，並且葉片突出部具有翼梁蓋部分和抗剪腹板部分；末端區段，接合於風力發電機葉片，末端區段具有末端部分和末端突出部，末端突出部包括兩個末端翼梁以及抗剪腹板，所述兩個末端翼梁在基本上長度的方向上從末端部分延伸，所述抗剪腹板在基本上長度的方向上在兩個末端翼梁之間延伸；以及外蒙皮，設置在風力發電機葉片與末端區段之間的接合部上，從而提供空氣動力學外輪廓。葉片突出部的翼梁蓋部分可被設置在末端突出部的兩個末端翼梁之間，並且末端突出部的抗剪腹板可機械地固定於葉片突出部的抗剪腹板部分。
[0016]後緣加強部可包括附接於風力發電機葉片的本體的後緣的第一端以及附接於末端區段的末端部分的後緣的第二端。
[0017]至少一個加強部可附接於葉片突出部的抗剪腹板部分。
[0018]當從基本上垂直於風力發電機葉片組件的長度的方向觀看時，末端區段可具有彎曲輪廓。
[0019]末端區段的橫截面輪廓可與風力發電機葉片的本體的外側端的橫截面輪廓不同，從而在葉片組件的輪廓中在接合部處存在階梯部。【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]通過參照附圖詳細描述示例性實施例，上述的和其它示例性方面和/或優點將變得更加明顯，附圖不一定按比例繪製。在附圖中，在各個附圖中示出的一些相同或基本相同的部件可通過相應的標號來表示。為清楚起見，並非每個部件可被標示在每個附圖中。
[0021]圖1A、1B和IC分別示出了根據示例性實施例的末端區段的透視圖、側視圖和俯視圖；
[0022]圖2示出了根據示例性實施例的末端區段的側視圖；
[0023]圖3示出了根據示例性實施例的風力發電機葉片；
[0024]圖4示出了圖3的風力發電機葉片，其中末端端部被移除；
[0025]圖5和6示出了根據示例性實施例的具有突出部的風力發電機葉片；
[0026]圖7示出了根據示例性實施例的具有突出部和加強部的風力發電機葉片；
[0027]圖8A和SB示出了根據示例性實施例的將風力發電機葉片與末端區段的附接；
[0028]圖9和10示出了根據示例性實施例的使用孔和緊固件將風力發電機葉片與末端區段的附接；
[0029]圖11示出了根據示例性實施例的應用於風力發電機葉片與末端區段之間的接合部的外蒙皮；
[0030]圖12A、12B和12C示出了根據示例性實施例的後緣加強部的應用；
[0031]圖13A和13B示出了根據示例性實施例的整流罩(fairings)的應用，所述整流罩應用於風力發電機葉片與末端區段之間的接合部；
[0032]圖14示出了根據示例性實施例的附接於風力發電機葉片與末端區段之間的防雷突出部；以及
[0033]圖15、16A和16B示出了根據示例性實施例的附接於風力發電機葉片的末端區段。【具體實施方式】
[0034]在下文中，將參考附圖描述示例性實施例。附圖中的相同參考標號表示相同的元件。
[0035]儘管在本文中描述了示例性實施例，但是不應將示例性實施例解釋為局限於本文所闡述的具體說明；相反，提供這些實施例是為了使得本公開將是充分且完整的。在附圖中，為清楚起見，部件的尺寸可能被放大或縮小。本文所用的措辭和術語是出於描述的目的，而不應被視為限制性的。在本說明書中，「包括」、「包含」、「具有」、「含有」或「涉及」以及它們的變型的使用是指包括其後列出的項目及其等同物以及其他項目。如本文所列舉的尺寸僅僅是示例性的，並且如本領域技術人員所理解的，可與示例性實施例一起使用其它尺寸。
[0036]根據示例性實施例的預製末端區段(100)示於圖1A、1B和IC中。末端區段(100)包括末端部分(105)和末端突出部(106)。末端突出部(106)包括突出的末端翼梁(加強杆，spars) (102)，所述末端翼梁在基本上縱向的方向上延伸遠離末端區段(100)的末端端部
(101)。末端突出部(106)還可以包括腹板。末端區段(100)可以具有如圖1A、1B和IC所示的彎曲形狀，或者可以具有其它適當的空氣動力學輪廓，諸如基本上平直的形狀，諸如圖2中所示。[0037]—初始風力發電機葉片示出於圖3中，末端區段(100)可應用於該初始風力發電機葉片。風力發電機葉片(200』)包括本體部分(201)和末端端部(202)。
[0038]圖3-16示出了根據示例性實施例的組裝風力發電機葉片末端區段(100)的方法。
[0039]為了將末端區段(100)組裝到風力發電機葉片，提供初始風力發電機葉片(200』)。風力發電機葉片(200』 )可設置在豎直位置中，其中要從懸掛平臺進行工作。
[0040]圖3示出了初始風力發電機葉片(200』)。切割初始風力發電機葉片(200』)，以移除在如由圖3中的箭頭B所指示的沿外側的方向上(例如，朝向右側的方向上)位於風力發電機葉片的端部處的末端端部(202)。切割可以包括使用工具來限定用於切割的位置。可將工具固定於風力發電機葉片以及固定於末端端部(202)，以用於標記切割位置、用於切割、或者便於標記和切割。因此，可以在標記與切割之間或者在切割之後移除被附接的工具。例如，在長度為約37米的示例性風力發電機葉片中，可在距風力發電機葉片(200』)的內側端(例如，如圖3中所示的左端)約34至36米的距離處將工具固定於風力發電機葉片(200』)。內側方向由圖3中的箭頭A表示。可以在距葉片(200』)的內側端約36米的距離處切割風力發電機葉片(200』)。在切割之後，末端端部(202)被移除。在長度為約37米的示例性風力發電機葉片中，被移除的末端端部(202)的長度可以是大約1-2米、重量約50kg，這取決於材料的類型、特定風力發電機葉片設計的其它特點。
[0041]在將末端端部(202)移除之後，從修整後的初始風力發電機葉片(200)的端部移除殼體面板部分，以便在風力發電機葉片(200)的外側端處留下突出部(210)，如在圖5中所示。在具有長度為約37米的示例性風力發電機葉片中，在距風力發電機葉片(200)的內側端約34米的距離處沿翼弦方向(chordwise)切割葉片殼體，並且在距風力發電機葉片(200)的內側端約36米的距離處沿翼展方向(spanwise)切割該葉片殼體。然後，該切割留下初始葉片蓋以及位於初始葉片蓋的每一側上的約20毫米的殼體。可以使用工具來用於該切割，並且如果使用工具的話，則在切割之後移除工具。在切割之後，風力發電機葉片(200)包括突出部(210)。
[0042]然後準備風力發電機葉片(200)和突出部(210)的表面以用於膠接，如圖6中所示。所述準備可包括移除突出部(210)的外表面。還可移除風力發電機葉片(200)的鄰近於突出部(210)的外側端的外表面。在具有長度為約37米的示例性葉片中，所述移除可以從距風力發電機葉片(200)的內側端約33.9米的距離執行。所述移除可通過研磨外表面來執行。還可以移除腹板(211)的側部處的過量的粘合劑。這將提供用於加強部的空間，如下所述。
[0043]如果風力發電機葉片(200)包括防雷電纜，則沿突出部(210)從抗剪腹板的一側移除防雷電纜，並且將連接器附接於防雷電纜的外側端。此時，可驗證總阻抗(jointimpedance,接合阻抗)。
[0044]在移除了外蒙皮體面板且完成了任何表面準備工作之後，抗剪腹板加強部(213)可附接和粘接於抗剪腹板(211)，如圖7中所示。加強部(213)的位置可以通過測量來確定，諸如利用量尺(皮尺，measuring tape)測量。在示例性實施例中，可以使用兩個或四個加強部(213)，其中抗剪腹板(211)的每一側上均具有一個或兩個加強部，並且可通過在抗剪腹板側部(211)與加強部(213)之間施加粘合劑來附接加強部(213)。圖5、6和7中所示的示例性「I形梁」截面(型材，section)可被適當地設計成具有其它合適的構造。[0045]圖8A和8B示出了末端區段(100)與風力發電機葉片(200)的突出部(210)的結合。可沿突出部(210)的翼梁蓋施加粘合劑。在具有長度為約37米的示例性葉片中，可從距風力發電機葉片(200)的內側端約34.5米到約36米的距離施加粘合劑。然後，附接末端區段(100)，使得風力發電機葉片(200)的突出部(210)被插入在末端區段(100)的翼梁
(102)之間。在示例性實施例中，末端區段(100)可以為約5.25米，並且可重約100kg。當被附接於風力發電機葉片(200)時末端區段(100)的位置可以通過末端區段(100)內部的面板而被固定，所述面板與末端翼梁蓋接觸。風力發電機葉片(200)的長度在移除末端端部(202)之前可為至少35米，並且末端區段(100)的長度在移除末端端部(202)之前可以為風力發電機葉片(200)的長度的至少9%。
[0046]通過用於輔助複合材料的結合和固化的適當方法，可將末端區段(100)固定就位。
[0047]如圖9所示，可利用末端區段(100)腹板(111)中的定位孔(113)而穿過葉片(200)的突出部(210)鑽取孔。每一個孔的直徑可為約8-10mm。然後，如圖10中所示，穿過孔附接緊固件(114)。緊固件(114)可為通過螺母固定的螺栓。還可使用螺栓襯套。
[0048]如圖11中所示，在將葉片突出部(210)和末端區段(100)彼此附接之後，可在接合部上施加外蒙皮(350)。
[0049]根據示例性實施例的一個方面中，可使用後緣加強部(370)來增強接合部，如圖12A、12B和12C中所示。後緣加強部(370)可被插入並通過粘合劑(380)而被附連。
[0050]如圖11中所示的外蒙皮的結合可以包括應用接合部整流罩(351A)和(351B)的兩個面板，如圖13A和13B中所示。風力發電機葉片(200)的每一側上的整流罩可以通過粘合劑附接並且可通過適當的技術固化。然後，可通過移除多餘的粘合劑、施加修整膏(拋光膏,finishing paste)、以及對接合部區域塗漆來對接合部進行修整。
[0051]根據另一示例性實施例的一個方面，末端區段(100)中的防雷突出部(381)可在接合部的葉片側中附接於防雷電纜(382)的端部，如圖14所示。
[0052]如圖15中所示，末端區段(100)可具有與風力發電機葉片(200)的端部不同的橫截面輪廓。例如，末端區段(100)可具有與風力發電機葉片(200)的端部不同的空氣動力學輪廓、長度和/或弦與厚度之比。也可使用其它合適的輪廓，並且因此，末端區段可例如被設計為具有扭曲輪廓和/或小翼(winglet)輪廓的葉片末端區段。
[0053]圖16A和16B示出了包括完全組裝後的末端區段(100)的示例性風力發電機葉片。
[0054]儘管已經具體示出並描述了示例性實施例，但是本領域技術人員可在形式和細節上做出各種改變。這些改變和其它等同物也旨在由所附權利要求涵蓋。
【權利要求】
1.一種組裝風力發電機葉片組件的方法，所述方法包括以下步驟: 從風力發電機葉片的外側端移除末端端部； 從所述風力發電機葉片的剩餘外側端移除前緣面板的至少一部分和後緣面板的至少一部分，從而形成本體和葉片突出部，所述葉片突出部在基本上縱向的方向上從所述本體延伸，並且所述葉片突出部包括翼梁蓋部分和抗剪腹板部分；以及將末端區段附接至所述葉片突出部。
2.根據權利要求1所述的方法，其中: 所述末端區段包括末端部分和末端突出部，所述末端突出部包括:在基本上長度的方向上從所述末端部分延伸的兩個末端翼梁以及在所述基本上長度的方向上在所述兩個末端翼梁之間延伸的抗剪腹板；並且 將所述末端區段附接至所述葉片突出部的步驟包括: 將所述葉片突出部的所述翼梁蓋部分插入於所述末端突出部的所述兩個末端翼梁之間； 將所述末端突出部的所述抗剪腹板機械地附連於所述葉片突出部的所述抗剪腹板部分； 在所述風力發電機葉片與所述末端突出部之間的接合部上附連一外蒙皮，從而提供空氣動力學外輪廓。
3.根據權利要求 2所述的方法，其中，將所述末端區段附接至所述葉片突出部的步驟進一步包括: 將後緣加強部的第一端附接於所述風力發電機葉片的所述本體的後緣，並且將後緣加強部的第二端附接於所述末端區段的所述末端部分的後緣。
4.根據權利要求1所述的方法，進一步包括: 在將所述末端區段附接於所述葉片突出部之前，從所述突出部的外表面移除塗層；以及 將至少一個加強部附接於所述突出部的所述抗剪腹板部分。
5.根據權利要求1所述的方法，其中，當從基本上垂直於所述風力發電機葉片的長度的方向觀看時，所述末端區段具有彎曲輪廓。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，所述末端區段的橫截面輪廓與所述風力發電機葉片的所述本體的外側端的橫截面輪廓不同，從而在組裝後的葉片末端區段的輪廓中在所述風力發電機葉片與所述末端區段之間的接合部處存在階梯部。
7.根據權利要求1所述的方法，其中，將所述末端區段結合於所述突出部的步驟包括:將所述風力發電機葉片的防雷電纜的端部附接於所述末端區段中的防雷電纜。
8.根據權利要求1所述的方法，其中，所述風力發電機葉片的長度在移除所述末端端部之前為至少35米，並且所述末端區段的長度在移除所述末端端部之前為所述風力發電機葉片的長度的至少9%。
9.根據權利要求1所述的方法，其中: 所述末端區段包括至少一個突出的抗剪腹板；並且 將所述末端區段結合於所述突出部的步驟包括:將所述末端區段的所述突出的抗剪腹板附接於所述葉片突出部的所述抗剪腹板部分。
10.根據權利要求9所述的方法，其中，將所述末端區段的所述突出的抗剪腹板附接於所述突出部的所述抗剪腹板部分的步驟包括:將至少一個機械緊固件附接於所述末端突出部的所述抗剪腹板和所述葉片突出部的所述抗剪腹板部分。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，所述末端區段具有扭曲的空氣動力學輪廓或小翼空氣動力學輪廓。
12.—種風力發電機葉片組件,包括: 風力發電機葉片，包括本體和葉片突出部，所述葉片突出部在基本上縱向的方向上從所述本體延伸，並且所述葉片突出部包括翼梁蓋部分和抗剪腹板部分； 末端區段，接合於所述風力發電機葉片，所述末端區段包括末端部分和末端突出部，所述末端突出部包括:在基本上長度的方向上從所述末端部分延伸的兩個末端翼梁以及在所述基本上長度的方向上在所述兩個末端翼梁之間延伸的抗剪腹板；以及 外蒙皮，設置在所述風力發電機葉片與所述末端區段之間的接合部上，從而提供空氣動力學外輪廓； 其中，所述葉片突出部的所述翼梁蓋部分被設置在所述末端突出部的所述兩個末端翼梁之間，並且所述末端突出部的所述抗剪腹板機械地固定於所述葉片突出部的所述抗剪腹板部分。
13.根據權利要求12所述的組件，進一步包括: 後緣加強部，包括附接於所述風力發電機葉片的所述本體的後緣的第一端以及附接於所述末端區段的所述末端部分的後緣的第二端。
14.根據權利要求12所述的組件，進一步包括: 至少一個加強部，附接於所述葉片突出部的所述抗剪腹板部分。
15.根據權利要求12所述的組件，其中，當從基本上垂直於所述風力發電機葉片組件的長度的方向觀看時，所述末端區段具有彎曲輪廓。
16.根據權利要求12所述的組件，其中，所述末端區段的橫截面輪廓與所述風力發電機葉片的所述本體的外側端的橫截面輪廓不同，從而在所述葉片組件的輪廓中在所述接合部處存在階梯部。
17.根據權利要求12所述的組件，其中，所述末端區段具有扭曲的空氣動力學輪廓或小翼空氣動力學輪廓。
18.根據權利要求12所述的組件，其中，所述風力發電機葉片的長度在移除所述末端端部之前為至少35米，並且所述末端區段的長度在移除所述末端端部之前為所述風力發電機葉片的長度的至少9%。
【文檔編號】F03D11/00GK103857902SQ201180072745
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2011年8月5日 優先權日:2011年8月5日
【發明者】菲利普斯·安東尼奧·達·科斯塔·萊莫斯, 赫利·裡卡多·薩維 申請人:泰克西斯先進技術及體系公司