[發(fā)明專利]風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片接頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110179803.4
• 申請日: 2011-06-16
• 公開（公告）號: CN102287321A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D·J·庫特斯特拉
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 嚴(yán)志軍;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本公開大體上涉及風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，并且更具體地說，涉及用于連接風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片中的葉片段的葉片接頭。

背景技術(shù)

風(fēng)能被認(rèn)為是目前可用的最清潔、對環(huán)境最為友好的能源之一，并且風(fēng)力渦輪機(jī)在這方面已獲得日益增加的關(guān)注。現(xiàn)在的風(fēng)力渦輪機(jī)通常包括塔架、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、機(jī)艙以及一個或多個轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子葉片利用已知的翼型原理(foil?principle)捕獲風(fēng)中的動能。轉(zhuǎn)子葉片以旋轉(zhuǎn)能的形式傳遞動能，從而使聯(lián)接至齒輪箱(或者如果不使用齒輪箱則直接聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上)的軸轉(zhuǎn)動。發(fā)電機(jī)然后將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為可配置到公共電網(wǎng)的電能。

現(xiàn)在的轉(zhuǎn)子葉片的構(gòu)造通常包括蒙皮(skin)或殼構(gòu)件、主梁帽(spar?cap)以及一個或多個剪切腹板(shear?web)。蒙皮(通常由纖維復(fù)合材料的和重量輕的芯材制成)形成轉(zhuǎn)子葉片的外部空氣動力的翼型形狀。主梁帽通過集成一個或多個結(jié)構(gòu)元件而提供增加的轉(zhuǎn)子葉片強(qiáng)度，該結(jié)構(gòu)元件在轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)側(cè)上均沿轉(zhuǎn)子葉片的長度延伸。剪切腹板為結(jié)構(gòu)梁式構(gòu)件，其在頂部主梁帽與底部主梁帽之間大體上垂直延伸，并且在外蒙皮之間延伸跨過轉(zhuǎn)子葉片的內(nèi)部部分。主梁帽通常由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料構(gòu)成，例如，諸如玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

轉(zhuǎn)子葉片的尺寸、形狀和重量是與風(fēng)力渦輪機(jī)的能量效率相關(guān)的因素。轉(zhuǎn)子葉片尺寸的增大會增加風(fēng)力渦輪機(jī)的能量產(chǎn)量，而重量的降低還會提高風(fēng)力渦輪機(jī)的效率。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片尺寸增長時，需要給予轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)完整性額外的關(guān)注。目前，現(xiàn)有的和開發(fā)中的大型商業(yè)風(fēng)力渦輪機(jī)能夠產(chǎn)生從大約1.5兆瓦至大約12.5兆瓦的功率。這些大型風(fēng)力渦輪機(jī)可具有直徑大于90米的轉(zhuǎn)子葉片組件。此外，轉(zhuǎn)子葉片形狀的發(fā)展促使制造出從葉片的基部至末端具有大致為弓形的輪廓的前掃掠形(forward?swepted-shaped)轉(zhuǎn)子葉片，從而提供改進(jìn)的空氣動力。因此，增大轉(zhuǎn)子葉片尺寸、降低轉(zhuǎn)子葉片重量和提高轉(zhuǎn)子葉片強(qiáng)度(同時還改進(jìn)轉(zhuǎn)子葉片的空氣動力)的努力有助于風(fēng)力渦輪機(jī)技術(shù)以及采用風(fēng)能作為替代能源的持續(xù)發(fā)展。

當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸(尤其是轉(zhuǎn)子葉片的尺寸)增大時，風(fēng)力渦輪機(jī)的制造、運(yùn)輸和組裝的相應(yīng)成本也會增加。增大風(fēng)力渦輪機(jī)尺寸的經(jīng)濟(jì)利益必須考慮這些因素。例如，對于預(yù)形成、運(yùn)輸和架設(shè)具有在90米范圍中的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)而言，成本可顯著影響大型風(fēng)力渦輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。

一種已知的用于降低具有增大尺寸的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)的預(yù)形成、運(yùn)輸和架設(shè)的成本的策略是將轉(zhuǎn)子葉片制成葉片段。在將單獨(dú)的葉片段運(yùn)輸至架設(shè)地點(diǎn)之后，使用各種機(jī)械緊固裝置(例如螺栓或鉚釘)將葉片段組裝。然而，機(jī)械緊固裝置具有很多缺點(diǎn)。例如，機(jī)械緊固裝置的使用需要相對較多的材料以用于葉片段的構(gòu)造，這會增加轉(zhuǎn)子葉片的尺寸和重量，并且還會增加組裝風(fēng)力渦輪機(jī)所需的工作量。此外，由使用機(jī)械緊固裝置所引起的尺寸和重量的增加在不同葉片段之間導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片上額外的應(yīng)力，以及在葉片段連接區(qū)中的額外的材料應(yīng)力與應(yīng)變。

因此，需要這樣的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)，其尤其適于大型風(fēng)力渦輪機(jī)，并且最大限度地減小了相關(guān)聯(lián)的風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)輸與組裝成本，而不會犧牲風(fēng)力渦輪機(jī)的結(jié)構(gòu)剛性和能量效率。更具體而言，需要一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片段的緊固系統(tǒng)，其簡化了葉片段到轉(zhuǎn)子葉片的組裝，并且降低了與組裝的轉(zhuǎn)子葉片相關(guān)聯(lián)的重量和應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分闡述，或者可從該描述中顯而易見，或者可通過實(shí)施本發(fā)明而受到教導(dǎo)。

在一個實(shí)施例中，公開了一種用于連接轉(zhuǎn)子葉片中的第一葉片段與第二葉片段的葉片接頭，第一葉片段和第二葉片段各自具有空氣動力輪廓。該葉片接頭包括第一接頭段和第二接頭段，其各自具有外表面、內(nèi)表面以及其之間的厚度。每個接頭段的外表面均具有空氣動力輪廓。第一接頭段和第二接頭段各自還具有接頭對接端、葉片對接端以及其之間的長度。第一接頭段的接頭對接端以及第二接頭段的接頭對接端設(shè)置為用以將第一接頭段和第二接頭段聯(lián)接在一起。