针对利用替换叶梢节段改装而预先分级的风轮机转子叶片

技术领域

本主题大体上涉及风轮机转子叶片，并且更具体地涉及一种用于利用替换叶梢节段对现有叶梢节段现场改装的方法。

背景技术

风力被认为是目前可获得的最清洁、最环保的能量源中的一种，并且风轮机在这方面已引起越来越多的关注。现代风轮机典型地包括塔筒、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理从风获得动能，且将动能通过旋转能传送来转动轴，轴将转子叶片联接到变速箱，或如果未使用变速箱则直接联接到发电机。然后，发电机将机械能转换为可部署到公用电网的电能。

风轮机转子叶片大体上包括由复合叠层材料的两个壳半部形成的本体壳。壳半部大体上使用模制工艺制造，且然后沿转子叶片的对应端联接在一起。大体上，本体壳相对轻量，且具有并未构造成经受操作期间施加在转子叶片上的弯矩和其他负载的结构性质(例如，刚度、抗弯性和强度)。

在某些情况下，可能希望在操作的现场风轮机上修改转子叶片。例如，可能期望为了降噪益处而改变叶片的物理特性，或改变叶片的功率特性。这样的修改可能需要用不同的叶梢节段替换现有的叶梢。然而，对现有叶梢的改装是困难且具有挑战性的过程，特别是如果该过程在现场(在风轮机的位置)进行的话。另外，替换叶梢节段和现有叶根节段之间的接头典型地规定了叶片的最大负载极限。因此，改装的叶梢节段已限制为相对较短的长度。

随着近年来风轮机转子叶片的尺寸显著增加，在集成制造以及叶片到位置的传送和运输方面出现了困难。作为响应，业界正在开发分段式风轮机转子叶片，其中制造单独的叶片节段并将其运输到现场以组装成完整的叶片("连结的"叶片)。在某些构造中，叶片节段通过梁结构连结在一起，该梁结构从一个叶片节段沿展向延伸到另一叶片节段的接纳件区段中。例如，对美国专利公开第2015/0369211号进行参考，其描述了第一叶片节段，该第一叶片节段具有纵长地延伸的梁结构，该梁结构在接纳件区段处与第二叶片节段结构地连接。梁结构形成用于叶片的内部翼梁结构的一部分，并且包括与吸力侧翼梁帽和压力侧翼梁帽连接的抗剪腹板。多个螺栓接头设在梁结构上以用于与第二叶片节段中的接纳件区段连接，并且多个螺栓接头位于叶片节段之间的弦向接头处。

类似地，美国专利公开第2011/0091326号描述了一种连结的叶片，其中第一叶片部分和第二叶片部分从接头沿相反的方向延伸。每个叶片部分包括形成叶片的结构部件并纵长地延伸的翼梁区段，其中第一叶片部分和第二叶片部分通过连结翼梁区段的翼梁桥接件结构地连接。

利用常规叶片结构和改装过程，在修改现有叶片以接纳替换叶梢时涉及大量且费时的过程。本行业将受益于针对后续利用替换叶梢改装而"预先分级"的风轮机转子叶片，其中这种预先分级涉及叶片内翼梁结构的构造，这对于现有翼梁结构可能不是必需的，并且专门提供成减少用于替换叶梢的改装的步骤、时间和复杂性。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。

在一个方面，本发明包括一种用于制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片针对后续利用替换叶梢节段改装而预先分级。该方法的实施例包括为风轮机叶片提供从叶片的根部区段到梢端区段的连续翼梁结构。该翼梁结构可包括例如相对的抗剪腹板和相对的翼梁帽，其限定箱-梁翼梁结构。在预先限定的展向位置处，通过将接纳件区段或翼梁结构的根端与翼梁结构固定，将展向延伸的梁结构或展向延伸的接纳件区段中的一个与翼梁结构结合。接纳件区段或梁结构的梢端脱离(不固定于)翼梁结构。梁结构具有用于在后续时间插入替换叶梢节段内的配合接纳件区段中的尺寸。同样，接纳件区段的尺寸设置成接纳从替换叶梢节段延伸的配合梁结构。在其中翼梁结构包括相对的抗剪腹板的实施例中，接纳件区段或梁结构的根端可例如利用粘合剂固定在抗剪腹板之间。

该方法可进一步包括在制造风轮机叶片之后，通过在弦向接头线处从风轮机叶片切割现有的叶梢节段来利用替换叶梢节段对风轮机叶片进行改装，使得梁结构的梢端从剩余叶根节段沿展向延伸超过弦向接头线，或接纳件区段在弦向接头线处暴露。也可移除沿接纳件区段或梁结构的梢端延伸的叶根节段中的翼梁结构，使得仅梁结构从叶根节段延伸，或接纳件区段在弦向接头线处暴露。然后，替换叶梢节段在展向方向上与叶根节段对准且连接，使得梁结构移动到替换叶梢节段的接纳件区段中，或从替换叶梢节段延伸的梁结构滑入接纳件区段中。然后可在接头线处向叶根节段和替换叶梢节段的叶片壳构件提供终饰表面。

如上文论述的那样，翼梁结构可包括相对的抗剪腹板，其中接纳件区段或梁结构的根端在抗剪腹板之间并固定至抗剪腹板，并且其中移除翼梁结构的过程包括沿梁结构的梢端或接纳件区段的梢端切除抗剪腹板。

风轮机叶片可在现场位置的风轮机上操作，其中该方法包括从风轮机的转子毂移除和降低风轮机叶片，以及在风轮机叶片相对于转子毂在塔下位置的情况下执行改装过程。

该方法还可包括产生和维护替换叶梢节段的库存，其中对于改装过程，从库存选择替换叶梢节段中的一个并将其运输到现场位置。

本发明还包括风轮机叶片的各种实施方式，该风轮机叶片针对后续利用替换叶梢节段改装而预先分级，其中叶片包括压力侧壳和吸力侧壳，吸力侧壳沿前缘和后缘连结到压力侧壳，使得在压力侧壳和吸力侧壳之间限定内部腔。连续翼梁结构构造在从风轮机叶片的根端到梢端的内部腔内。在预先限定的展向位置处，展向延伸的梁结构或展向延伸的接纳件区段中的一个构造有翼梁结构。展向延伸的梁结构构造成用于插入替换叶梢节段中的配合接纳件区段中，或接纳件区段构造成用于接纳从替换叶梢节段延伸的配合梁结构。

在风轮机叶片的特定实施例中，梁结构包括固定至翼梁结构的根端和邻近翼梁结构且未固定至翼梁结构的梢端，其中当用替换叶梢节段改装风轮机叶片时，可从翼梁结构的梢端旁边移除翼梁结构。备选地，该区段包括固定至翼梁结构的根端，使得接纳件区段至少延伸至弦向接头线的位置，在该位置处将改装替换叶梢节段。

翼梁结构可包括相对的抗剪腹板，其中梁结构的根端或展向延伸的接纳件区段的根端构造在抗剪腹板之间。

本发明的这些及其他特征、方面和优点将参考以下描述和所附权利要求书变得更好理解。结合于该说明书中且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

本发明的完全且开放的公开(包括针对本领域的普通技术人员的其最佳模式)在参考附图的说明书中提出，在附图中：

图1示出了根据本公开的可利用改装的叶片的风轮机的一个实施例的透视图；

图2是已经用替换叶梢节段改装的预先分级的风轮机叶片帽的视图；

图3是已经用替换的叶梢节段改装的预先分级的风轮机叶片帽的不同实施例的视图；

图4a至图4c是根据本公开的方面的用于预先分级的风轮机叶片的后续改装的实施例的顺序概念视图；

图5a至图5c是根据本公开的方面的用于预先分级的风轮机叶片的后续改装的备选实施例的顺序概念视图；以及

图6a至图6h是根据本公开的方面的改装过程的实施例的顺序概念视图。

具体实施方式

现在将对本发明的实施例进行详细参考，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的部分的特征可结合另一个实施例使用以产生更进一步的实施例。因此，期望本发明覆盖如落入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类改型和变型。

大体上，本主题涉及用于制造风轮机转子叶片(以及所得叶片)的方法，该风轮机转子叶片针对后续利用替换叶梢节段改装而预先分级。

现在参考附图，图1是示例性风轮机10的侧视图，该风轮机具有可根据本公开的方面进行改装的多个转子叶片28。所示的风轮机10是横轴式风轮机。备选地，风轮机10可为竖轴式风轮机。风轮机10包括从支承表面14延伸的塔筒12、安装在塔筒12上的机舱16、位于机舱16内的发电机18、联接到发电机18的变速箱20，以及利用转子轴24旋转地联接到变速箱20的转子22。转子22包括可旋转的毂26，其中转子叶片28联接到可旋转的毂26并从可旋转的毂向外延伸。每个转子叶片28包括叶梢17和叶根19，以及对应的根端叶片节段32和梢端叶片节段29。

图2是改装的风轮机叶片70的视图，该风轮机叶片是通过修改图4a-4c的预先分级的叶片28制成的，使得利用替换叶梢节段30改装预先分级的转子叶片28的根端叶片节段32，替换叶梢节段从弦向接头34沿相反的展向方向延伸。每个叶片节段30,32包括压力侧壳部件31和吸力侧壳部件33。如下文更详细地描述的那样，叶片节段30,32通过延伸到两个叶片节段30,32中的内部接头结构36连接以促进叶片节段30,32的连结。叶片70包括前缘74和后缘76，以及根部部分19和梢端部分17，其中上壳部件和下壳部件31,33在前缘74和后缘76处连结在一起。预先分级的叶片28和改装的叶片70包括内部腔，在该内部腔中构造了各种结构部件，诸如翼梁帽46和抗剪腹板44。叶片70的内部结构构件的构造和功能对于本领域技术人员而言是众所周知的，并且不必为了理解和认识本发明而在此详细描述。

仍然参考图2和图4a-4c，与任何数量的常规风轮机叶片设计一样，预先分级的风轮机叶片28设有从根部区段19到梢端区段17的连续翼梁结构42。该翼梁结构42可包括例如相对的抗剪腹板44和相对的翼梁帽46，其限定箱-梁翼梁结构42。在预先限定的展向位置，在预先分级的叶片28的制造期间通过将梁结构40的根端41与翼梁结构42固定且使梁结构40的梢端43基本上部附接到翼梁结构42而将展向延伸的梁结构40与翼梁结构42结合。如从图2理解的那样，梁结构40具有用于在改装过程期间在替换叶梢节段30内插入配合接纳件区段54中的尺寸。

在图4a-4c的实施例(其中翼梁结构42包括相对的抗剪腹板44)中，梁结构40的根端41可例如通过粘合剂、机械手段或任何其他合适的方式固定在抗剪腹板44之间。如图4b和图4c中绘出的那样，梁结构40的梢端43可邻近抗剪腹板44，但是不附接到抗剪腹板44，使得抗剪腹板44可容易地从梢端43切除，以用于后续利用替换叶梢节段30改装。为此，如上文论述的那样，在弦向接头线34处切除了叶梢节段29的壳构件31,33(预先分级的叶片28)，使得梁结构的梢端43从剩余叶根节段32沿展向延伸超过弦向接头线34。如图4c中绘出的那样，沿梁结构40的梢端43延伸的叶根区段32中的翼梁结构42可在切除叶片壳构件31,33的同时或之后移除，因此仅梁结构40从叶根节段32延伸。然后，替换叶梢节段30可在改装过程中与叶根节段32对准且连接，其中梁结构40的梢端43滑入替换叶梢节段30的配合接纳件区段54中，如图2中所见。

图3和图5a-5c的实施例绘制成为预先分级的风轮机叶片28提供预先分级的接纳件区段54，该接纳件区段具有固定到翼梁结构42的根端55。接纳件区段54的相对端至少延伸到弦向接头线34，并且可沿接纳件区段54的整个长度固定到腹板44。如图5b和图5c中绘出的那样，当将叶梢节段29从预先分级的叶片28切除时，包括腹板44(和/或)的翼梁结构后续切回至接头线34。如果接纳件区段54延伸超过接头线34(如图5b中绘出的那样)，则接纳件区段54的该长度也可修整至接头线34，使得接纳件区段54的开口端在接头线(图5c)处暴露，以用于接纳从替换叶梢节段30延伸的梁结构40。

图6a至图6e顺序地绘出了用于在现场对预先分级的风轮机转子叶片28进行改装的当前方法的实施例，其中叶片28仍在塔上位置附接到转子毂。备选地，可使用任何合适的过程从毂26上移除和降低预先分级的风轮机叶片28，并且在风轮机叶片28相对于转子毂26在塔下位置的情况下执行改装过程。

图6a绘出了处于六点钟位置的转子毂26上的预先分级的转子叶片28，叶片28包括根端叶片节段32和一体的叶梢节段29。

图6b绘出了在叶片28中在限定弦向接头线34的位置处进行的弦向切割。在该实施例中，切割可完全穿过叶片28进行，其中移除了现有的叶梢节段29，如图6c中绘出的那样。剩余翼梁结构42在叶根节段32中绘出(图6c)。在其中预先分级的叶片28包括预先分级的梁结构40的备选实施例中，在弦向接头线34处的切割将穿过叶片壳构件31,33进行，使翼梁结构42(例如，腹板44和翼梁帽46)基本上完好(如上文关于图5b绘出和论述的那样)。

图6c绘出了叶根节段32，其中接纳件区段54在接头线34处暴露。

图6d绘出了从库存60选择预成形的替换叶梢节段30中的一个，以及该节段30与叶根节段32的展向连接。具体而言，当替换叶梢节段30沿展向方向移动时，梁结构40滑入叶根节段32内的预先分级的接纳件区段54中。为了将梁结构40与接纳件区段54固定，在梁结构40的根端43上的端销52延伸穿过接纳件区段54的壁57中的槽(图3)，并且接纳件区段54中的弦向定向的槽与梁结构40中的对应槽对准。如在图3中特别见到的那样，弦向销53然后插入穿过对准的槽。

图6e绘出了固定到叶根节段32的替换叶梢节段30和叶片壳构件，叶片壳构件在接头线34处设有终饰，例如玻璃纤维、环氧树脂或其他修补类型的终饰，其在替换叶梢节段30和根端叶片节段32的壳构件之间的接头线34处提供相对光滑且空气动力学的表面。终饰可包括在接头线34处缠绕在叶片壳构件31,33周围的密封带68。因此，图6e中的叶片是也如图3中绘出的完整的改装叶片70。

该书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明可申请专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果此类其他实施例包括并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求书的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其他示例在权利要求书的范围内。