專利名稱：風力渦輪機葉片及制造風力渦輪機葉片的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風力渦輪機葉片，該風力渦輪機葉片包括第一葉片部分和第二葉片部分，所述葉片部分由粘合材料粘合在一起而形成粘合部。本發(fā)明的另一方面涉及一種風力渦輪機葉片的制造方法，所述方法包括如下步 驟提供第一葉片部分和第二葉片部分；和通過粘合材料將第一葉片部分和第二葉片部分 粘合在一起而形成粘合部。
背景技術：
現(xiàn)代風力渦輪機的尺寸在過去幾十年內不斷增大，目前已有長度達IOOm的風力 渦輪機葉片，可以預見未來葉片的長度將會更長。一般地，每個片風力渦輪機葉片為一組 安裝在輪轂上而構成風輪。風輪又連接到設置在塔的頂部的機艙內的主軸上。例如，具有 IOOm長的葉片的風輪掃過的風輪面積超過31000m2。隨著不斷增大的尺寸，風力渦輪機結構例如葉片上的載荷明顯增大。其中一個原 因是，風力渦輪機接收到的能量的增加時葉片長度的增加的平方。此外，經(jīng)過風輪的風速不 是持續(xù)不變的，葉片隨著其尺寸的增大而經(jīng)受的風的變化差異會更大。在風輪的不同部位 的風的局部變化是由于風切變(即地面附近的風速比高處的風速低)、湍流、風影效應等所 造成的。以上所有因素增加了風力渦輪機的疲勞載荷和極端載荷。風力渦輪機葉片由葉片部分組成，承載的區(qū)域之一是粘合第一葉片部分和第二葉 片部分的粘合部。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種具有增強的抗負荷性能的風力渦輪機葉片。根據(jù)本發(fā)明，上述發(fā)明目的是通過下述風力渦輪機葉片實現(xiàn)的，其中，粘合部的邊 緣部分覆蓋有填補第一葉片部分和第二葉片部分之間的間隙的低彈性模量的粘接劑接頭。 低彈性模量的粘接劑可以理解為彈性模量范圍為0. 5Gpa到IGpa的粘接劑。通過在粘合部 的邊緣部分覆蓋低彈性模量的粘接劑接頭，能夠緩解潛在的有害剝離應力，并降低了在粘 合部出現(xiàn)裂紋源的風險。本領域技術人員可以理解，接頭可具有任何適合的表面輪廓。但是，根據(jù)實施例， 接頭具有凹狀的表面輪廓。因而能夠進一步降低出現(xiàn)裂紋的風險。為了進一步緩解剝離應力，一種實施方式描述了粘合部具有凸狀的表面輪廓，但 也可以是其他的表面輪廓。這種表面輪廓進一步改進了疲勞性能。根據(jù)一種實施方式，粘合部是由高模量的粘接劑形成，以提供第一和第二葉片部 分之間的牢固粘合。高模量的粘接劑應當理解為是彈性模量范圍為IGPa到3Gpa的粘接劑。粘合部設置在葉片的任何部位對本發(fā)明而言都是有利的。但根據(jù)一種實施方式， 粘合部設置于葉片后緣部分，該后緣部分是葉片的受到特別高的應力的部分，因此本發(fā)明 的效果在葉片的該部分特別好。
根據(jù)一種實施方式，低彈性模量的粘接劑的彈性模量范圍為0. 5GPa到lGpa。本發(fā)明的一種實施方式例涉及一種包括至少一個如上所述的葉片的風力渦輪機。配備有本發(fā)明的葉片的風力渦輪機將會降低服務過程中發(fā)生故障的可能性，因此風力渦輪 機的整體經(jīng)濟性能是優(yōu)越的。本發(fā)明還涉及一種制造前述風力渦輪機葉片的方法。該方法還包括如下步驟在 粘合部上覆蓋填補第一葉片部分和第二葉片部分之間的間隙的低彈性模量的粘接劑接頭。 這是一種使葉片不易因粘合部的剝離應力而失效的相對簡單并節(jié)省成本的方法。根據(jù)一種實施方式，使用成形器處理接頭，該成形器始于為接頭提供凹狀表面輪 廓。正如本領域技術人員所設想的，不考慮接頭的表面輪廓形狀也能夠實現(xiàn)一些有利效果。 但可以預期的是，圓角半徑的反向定位提供了更好的疲勞性能。上述的方法步驟提供了一 種提供接頭凹狀表面輪廓的相對簡單并節(jié)省成本的方法。


下面將參考附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行更加詳細的描述，在附圖中圖1示出了普通的風力渦輪機；圖2是根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片的后緣部分的剖視圖；和圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的方法步驟的示意圖。
具體實施例方式圖1示出了一種常見類型的現(xiàn)代風力渦輪機10。風力渦輪機10包括塔11，塔頂 部具有機艙12。風力渦輪機10包括由三個葉片1組成的風輪，葉片1具有安裝在輪轂13 上的根部17。風致動風輪的葉片1，從而使風輪按圖中箭頭所示方向轉動。輪轂13被連接 到設置在機艙12中的軸(圖中未示出)上，該軸通常被連接到發(fā)電機(圖中未示出)上， 以產生電能。該軸可以通過齒輪連接到發(fā)電機上。每個葉片1包括前緣部分15、后緣部分 16、根部17和尖部18。圖2是風力渦輪機葉片1后緣部分的剖視圖。葉片1包括第一葉片部分2和第二 葉片部分3。此處示例的葉片部分是兩個殼體部分，但它也可以是，比如一個梁部分和一個 殼體部分。每個葉片部分可由多種不同的材料構成，以例如提供具有平滑的外表面和足夠 的強度的葉片。葉片部分2、3通過粘合部4牢固地連接在一起，粘合部4可由高彈性模量 (即剛度相對較大)的粘接劑形成。粘合部4覆蓋有由低彈性模量(即柔性相對較大)粘 接劑形成的接頭5。在本實施方式中，粘合部表面7具有凸狀的外表面輪廓，而接頭表面6 具有凹狀的外表面輪廓。附圖標記8表示兩個殼體部分之間的空腔。粘合部可能會受到打開(剝離)應力。因此，粘合部的小區(qū)域可能會經(jīng)受有時高 于粘接能力的尖峰負荷，這意味著粘合部可能會失效。如果粘合部失效，將需要對葉片進行 維修并停止風力渦輪機運作，這將不利地影響風力渦輪機的經(jīng)濟性能。然而，通過在粘合部 覆蓋低彈性模量的粘接劑接頭，增強的柔性能夠緩解有害的剝離應力，并減少在高模量的 粘合線的開始部出現(xiàn)裂紋的風險。通過將粘合部表面7和接頭表面6的形狀形成為具有互 相倒置的半徑，進一步提高了柔性。圖3中所示為根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機葉片1的制造過程的方法步驟，圖3為葉片后緣的立體剖視圖。為了說明接頭即低彈性模量粘接劑的施加，葉片部分3以透明狀態(tài) 示出，以顯示在葉片內部起作用的工具。在所示的實施方式中，通過設置在葉片的空腔8內 的噴嘴9而施加接頭5，同時，成形器14掃過新施加的接頭5從而為接頭5提供凹狀表面輪 廓。噴嘴9和/或成形器14的行程如箭頭所示。成形器14可以是噴嘴9的一體的部分或 可以是本領域技術人員已知的其它任何施加工具。
對本領域技術人員而言，上述描述只是一些可能的實施方式，可以進行各種不同 的變化和補充。附圖標記列表1. 風力渦輪機葉片2. 第一葉片部分3. 第二葉片部分4. 粘合部5. 接頭6. 接頭表面7. 粘合部表面8. 空腔9. 噴嘴10. 風力渦輪機11. 塔12. 機艙13. 輪轂14. 成形器15. 前緣16. 后緣17. 根部18. 尖部
權利要求
一種風力渦輪機葉片，該風力渦輪機葉片包括第一葉片部分和第二葉片部分，所述第一葉片部分和所述第二葉片部分通過粘合材料粘合在一起而形成粘合部，其中，所述粘合部的邊緣部分由低彈性模量的粘接劑接頭覆蓋，所述粘接劑接頭填補所述第一葉片部分和所述第二葉片部分之間的間隙。
2.根據(jù)權利要求1所述的風力渦輪機葉片，其中，所述接頭具有凹狀表面輪廓。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的風力渦輪機葉片，其中，所述粘合部具有凸狀表面輪廓。
4.根據(jù)前述任一權利要求所述的風力渦輪機葉片，其中，所述粘合部由高模量的粘接 劑形成。
5.根據(jù)前述任一項權利要求所述的風力渦輪機葉片，其中，所述粘合部布置在所述葉 片的后緣部分。
6.根據(jù)權利要求1所述的風力渦輪機葉片，其中，所述低彈性模量粘接劑的彈性模量 范圍為0. 5GPa到IGPa。
7.一種風力渦輪機，該風力渦輪機包括至少一個如前述任一權利要求所述的葉片。
8.—種制造風力渦輪機葉片的方法，所述方法包括如下步驟提供第一葉片部分和第二葉片部分；通過粘合材料粘合所述第一葉片部分和所述第二葉片部分以形成粘合部；以及用低彈性模量的粘接劑接頭覆蓋所述粘合部，所述粘接劑接頭填補所述第一葉片部分 和所述第二葉片部分之間的間隙。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，采用適于提供所述接頭的凹狀表面輪廓的成形 器處理所述接頭。
全文摘要
一種風力渦輪機葉片(1)，該葉片(1)包括第一葉片部分(2)和第二葉片部分(3)，所述葉片部分(2，3)由粘合材料粘合在一起而形成粘合部(4)。為了減少粘合部的剝離應力并降低形成裂紋的風險，粘合部(4)的邊緣部分覆蓋有填補第一葉片部分(2)和第二葉片部分(3)之間的間隙的低彈性模量的粘接劑接頭(5)。
文檔編號F03D1/06GK101868619SQ200880116252
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權日2007年11月14日
發(fā)明者伊恩·斯圖爾特 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)有限公司