本發(fā)明涉及一種轉子葉片，該轉子葉片可用于風力渦輪機。

發(fā)明背景

在全世界對可再生能源技術的興趣日益增長。例如，氣候變化關注正在將能源生產(chǎn)推向可再生能源技術。風力因此是重要的能源，并且通過風力發(fā)電每年產(chǎn)生的電力的量正在快速增長。

風力發(fā)電是將風能轉化為更有用的形式，例如電力。在這方面使用的是風力渦輪機，風力渦輪機是將來自風的動能轉化成電力的裝置。風力渦輪機包括具有中心轂的轉子，一個或多個葉片附接到該中心轂。轉子布置成當葉片由于吹來的風而經(jīng)受通過風力渦輪機的大量的空氣時而旋轉。因此，轉子的旋轉產(chǎn)生機械能，該機械能可以在風力渦輪機中轉化為電力。

存在兩種主要類型的風力渦輪機，水平軸風力渦輪機(hawt)和豎直軸風力渦輪機(vawt)，在水平軸風力渦輪機中葉片圍繞水平軸線旋轉，在豎直軸風力渦輪機中葉片圍繞豎直軸線旋轉。用于大規(guī)模電力生產(chǎn)的最常見類型的風力渦輪機是hawt，并且下面的討論主要針對hawt。

葉片形成有翼型形狀的(airfoil-shaped)橫截面。這意味著葉片形成為使得在葉片的旋轉方向上的前側的表面導致通過該表面的空氣比通過后側的表面的空氣占據(jù)更長的路徑。因此，在前側處越過表面的空氣將比在后側處越過表面的空氣行進得更快。所以，壓力差形成，導致在葉片上的力。該力引起圍繞轉子軸線的轉矩，該轉矩使轉子旋轉。

在移動的葉片和空氣之間的相對流速，包括速度和方向，被稱為表觀流速(apparentflowvelocity)。當空氣經(jīng)過翼型形狀的葉片的表面時，空氣在該表面上施加力，該力取決于表觀流速和翼型的形狀。升力是垂直于迎面而來的表觀流動方向的力的分量。它與阻力相反，阻力是平行于表觀流動方向的力的分量。與升力相反，阻力傾向抵抗葉片的運動，并且可以通過數(shù)學分析表明，為了優(yōu)化渦輪機的功率效率，葉片應當被設計成使升力和阻力之間的比率最大化。

風力渦輪機的電力生產(chǎn)能力主要受葉片長度的影響。由風力渦輪機產(chǎn)生的功率與由葉片掃過的面積成比例，掃過的面積與葉片的長度的平方成比例。因此，葉片的長度增加使風力渦輪機的電力生產(chǎn)能夠增加。

然而，還需要在考慮到在風力渦輪機的操作期間由葉片受到的載荷的情況下來設計葉片?？諝鈩恿d荷通過空氣的表觀流速形成?？諝鈩恿d荷在葉片上引起彎矩，最接近轂處彎矩最大。雖然空氣動力載荷可以由于風速而變化，但是施加在葉片上的空氣動力載荷也與葉片的長度的平方成比例。

由于葉片的質量，重力載荷也施加到葉片，并且當葉片旋轉完整的循環(huán)時，葉片將經(jīng)歷疲勞循環(huán)。重力荷載與葉片長度的立方成比例。因此，盡管對于小尺寸葉片來說空氣動力載荷是主導的，但是當葉片的長度增加時，重力載荷將成為主導。

因此，當增加葉片的長度以便增加風力渦輪機的電力生產(chǎn)能力時，需要在密切關注施加在葉片上的重力載荷情況下來設計葉片。否則，存在因葉片的大質量而存在疲勞失效的風險。此外，長葉片將導致關于葉片的變形、裂紋和扭曲的問題。因此，當葉片的長度增加，葉片的設計變得困難。

葉片的質量和相關的重力載荷以及空氣動力學載荷可能迫使葉片形狀的設計成為強度和空氣動力學之間的折衷。特別是靠近轂處，葉片可能需要具有被優(yōu)化為提供強度而不是翼型特性的設計，這意味著葉片的空氣動力特性將不是最佳的。

此外，當要安裝風力渦輪機時，風力渦輪機部件需要被運輸?shù)斤L力渦輪機的位置。風力渦輪機由非常大的部件組成，例如長葉片，這使得將部件運輸?shù)浆F(xiàn)場成為一項艱巨的任務。例如，風力渦輪機部件可能比通常允許的車輛長度長得多，這意味著在陸地上需要使用專用車輛運輸部件。另外，風力渦輪機部件的質量還可能設定特殊要求以便允許將部件運輸?shù)浆F(xiàn)場?？傊?，與長葉片的運輸相關的問題將限制經(jīng)濟上可行的尺寸，至少對于基于陸地的風力渦輪機而言。而且，由于部件的質量和長度，在現(xiàn)場安裝部件是麻煩的。

此外，葉片制作的成本隨著葉片的質量而增加。由于葉片的質量與葉片的長度的立方成比例，因此制造葉片的成本隨著葉片的長度比風力渦輪機的電力生產(chǎn)能力更快地增加。

最后，大質量的葉片可能導致關于風力渦輪機的塔架和基礎的問題，因為大的載荷通過葉片的質量施加在風力渦輪機的這些部件上。而且，葉片的增加的質量通過增加的旋轉慣性而導致轉子轂上的載荷增加。

從上文清楚的是，風力渦輪機的葉片的任何改變，使得葉片的質量減小將顯著地改善葉片設計中面臨的問題。

在us7,517,198中，公開了輕質風力渦輪機葉片。渦輪葉片包括輕質復合支撐桁架結構。支撐桁架結構由形成葉片的基本翼型形狀的蒙皮的組件覆蓋。一系列橫向間隔開的肋形成葉片的脊并界定總體的翼型形狀。然而，葉片需要變薄以便保持空氣動力載荷降低。這意味著難以獲得強健的結構。因此，最靠近轂的肋具有圓形形狀，該圓形形狀為結構提供強度而不是良好的空氣動力學特性。

在ep1887219中，公開了一種特殊的葉片結構。葉片結構利用了這樣的事實，即葉片的轉動慣量(momentofinertia)可以通過設計葉片的輪廓截面來增加截面的表面和截面到中線的距離而增加。此外，結構中的截面的材料支撐的應力與轉動慣量成反比，由此轉動慣量的增加減小了材料的應力。因此，通過將葉片分成子葉片并將子葉片隔開，可以增加轉動慣量而不增加材料的重量。然而，為了實現(xiàn)更大的轉動慣量，子葉片需要牢固地結合。因此，會合點(links)沿著子葉片的長度間隔開。雖然該結構允許結構中的截面的材料所支撐的應力減小，但是葉片的重量原則上不減小。因此，仍然需要減小葉片的重量。此外，子葉片被施加彎矩，這意味著最靠近轂的子葉片需要被設計成考慮為子葉片提供強度而不是空氣動力學特性。

us1,820,529公開了一種螺旋槳葉片，其設置有在頂點處合并的多個翼板。每個翼型向外朝向支撐端傾斜，在支撐端處每個翼型剛性地固定到共同的葉片軸。多個支架定位成被夾持在該多個翼型之間，大體上平行于葉片軸線。此外，傾斜連接結構剛性地固定成沿著其長度相對于給定葉片的其它葉片交叉支撐一個翼型。

發(fā)明概述

本發(fā)明的目的是提供一種用于風力渦輪機的轉子的葉片的設計，其允許制造長且強健同時輕的轉子葉片。本發(fā)明的另一個目的是提供一種輕量化葉片，同時大體上不影響風力渦輪機的效率。

本發(fā)明的這些目的和其它目的通過如獨立權利要求中限定的本發(fā)明被至少部分地滿足。優(yōu)選實施方案在從屬權利要求中闡述。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于風力渦輪機的轉子的葉片，所述葉片包括：桁架狀三維結構，其具有形成桁架狀結構的支柱構件，其中桁架狀結構中的多個支柱構件具有翼型形狀的橫截面。

如本文所使用的，“桁架狀結構”應當被解釋為構件的三維框架。因此，框架構成形成葉片的整體形狀的三維結構。桁架是由在接頭處連接以形成三角形單元的直構件(支柱)形成的結構。該結構應具有足夠的構件以使其相對于作用在接頭處的力是穩(wěn)定和剛性的。此外，構件應當是繞著接頭自由旋轉的。在桁架中，力矩(扭矩)不能在桁架內傳遞，并且因此構件僅受到軸向力(拉伸力和壓縮力)。在本申請的上下文中，“桁架狀結構”應當被解釋為桁架，但不一定具有不能傳遞任何力矩的接頭。例如，至少三個構件可以在接頭處連接，但并非所有構件都需要正好在單個點處連接。而是，構件中的一個或兩個可以靠近接頭，而不是在接頭處連接所有構件的正好單個位置中被連接。二維桁架是其中所有構件和接頭處在二維平面內的結構，而三維桁架具有延伸成三維的構件和接頭。事實上，三維桁架是四面體單元的聯(lián)合，使得對于剛性構件而言，其形成抵抗在任何方向上作用在接頭處的力的剛性構造。這不是二維桁架的情況。因此，“桁架狀三維結構”應被解釋為包括四面體單元的“桁架狀結構”。該結構中的單獨構件可以是多個，例如兩個或更多個四面體單元的一部分。

本發(fā)明的一個見解是，用于風力渦輪機的轉子的葉片可以由桁架狀結構形成。由于桁架狀結構，支柱構件將通常僅被施加拉伸力或壓縮力。因此，桁架狀結構可以形成強健且穩(wěn)定的結構，然而桁架狀結構的單獨支柱構件可以相對薄且重量輕。因此，通過本發(fā)明，可以形成用于風力渦輪機的轉子的葉片，其比具有整體形狀的葉片長得多，更強健并且更輕。

根據(jù)本發(fā)明的葉片可以形成為懸臂結構。因此，葉片被布置成僅錨定在最靠近風力渦輪機的轂的根部部分處。因此，葉片將需要承受施加在懸臂結構上的力。由于葉片的桁架狀結構，提供了強健和穩(wěn)定的結構。

此外，根據(jù)本發(fā)明的桁架狀結構設置有多個支柱構件，該多個支柱構件具有翼型形狀的橫截面。這意味著作為桁架狀結構的一部分的支柱構件被成形為以便當風通過葉片時在葉片上引起升力。因此，桁架狀結構不僅提供了輕且穩(wěn)定的葉片結構，而且還為葉片提供了用于當吹來的風施加到葉片時使葉片旋轉的特性。

具有翼型形狀的橫截面的支柱構件由桁架狀結構支撐。因此，支柱構件的設計不需要特別地受限于支柱構件具有承受施加在葉片上的空氣動力載荷和重力載荷的剛度的要求。這意味著支柱構件的形狀可以被優(yōu)化成適合空氣動力特性，甚至對最接近轉子的轂的支柱構件的部分而言。

具有翼型形狀的橫截面的多個支柱構件可以布置成使得支柱構件的翼型形狀相對于葉片的橫截面方向大體上類似地成角度。這意味著多個支柱構件的翼型形狀將協(xié)作，使得大的共同升力可以由作用在葉片上的風產(chǎn)生。此外，葉片可以相對于風向轉動，使得支柱構件的翼型形狀以相對于風向的共同攻角布置。因此，通過控制葉片相對風向的關系，可以容易地控制和優(yōu)化由多個支柱構件共同產(chǎn)生的升力。然而應當認識到，經(jīng)過一個支柱構件的空氣將影響支柱構件周圍的空氣流。因此，如果支柱構件布置成彼此緊密相關，則相鄰支柱構件的翼型形狀的攻角可能需要略微不同，以便考慮支柱構件對空氣流的影響，以及優(yōu)化由多個支柱構件產(chǎn)生的共同升力。

桁架狀結構意味著葉片的形狀從空氣動力學的角度看不是完全優(yōu)化的。由于該結構包括多個構件，所以經(jīng)過多個構件的空氣將有助于增加作用在葉片上的阻力。然而，葉片的升阻比仍然可以相對較好，并且與具有整體形狀的葉片相比無實質不同。因此，雖然葉片的效率可能不如具有整體形狀的等長葉片那樣好，但桁架狀結構的輕量化可允許構造尺寸大得多的風力渦輪機，以便提供大的電力生產(chǎn)能力的風力渦輪機。此外，輕桁架狀結構允許在風力渦輪機的制造中使用相對少量的材料，其中由于葉片的較低的重量，不僅葉片而且風力渦輪機的塔架和基座可以需要較少的材料。因此，風力渦輪機的材料成本將降低。

在離岸風力渦輪機中使用包括桁架狀結構的葉片可能是特別有利的，因為使用船舶將風力渦輪機的部件運輸?shù)诫x岸地點可能相對容易。因此，由于使用輕量化葉片，離岸風力渦輪機的尺寸可以增加。然而，包括桁架狀結構的葉片也可有利地用于陸基風力渦輪機中，其中葉片的輕量化可便于運輸并且還允許在難以接近的地點安裝風力渦輪機。

由于葉片的大的抗彎剛度，葉片的桁架狀結構可以提供葉片的尖端的相對小的撓曲。在強風中，尖端的撓曲可能變得非常大，使得當旋轉時葉片可能撞擊到塔架。因此，通過提供具有大的抗彎剛度的葉片，風力渦輪機能夠在強風中操作，增加風力渦輪機運行的時間百分比，并且因此提高風力渦輪機的總體效率。

包括桁架狀結構的葉片可以被布置成與現(xiàn)有hawt設計兼容，并且特別適合現(xiàn)有hawt的轂。這意味著葉片可以與現(xiàn)有的hawt一起使用，并且為了利用根據(jù)本發(fā)明的葉片可以不必安裝完全新的風力渦輪機。

此外，應當認識到，根據(jù)本發(fā)明的葉片還可以與vawt一起使用，為vawt的葉片提供桁架狀結構以便為vawt提供輕量化葉片。

葉片可以以部件運送到要安裝風力渦輪機的位置。例如，葉片可以作為桁架狀結構的分離的單獨構件來運送?？蛇x地，葉片可以作為桁架狀結構的組裝的構件的節(jié)段來運送。應當認識到，葉片可以以用于運輸?shù)亩喾N不同方式來分開，以便適合運輸方法以及適合在現(xiàn)場可能是適當?shù)陌惭b工作量。

此外，根據(jù)本發(fā)明的葉片不需要完全基于均勻的桁架狀結構。例如，葉片尖端上的重力載荷和更接近轂的不一樣大。這意味著桁架狀結構可以不需要被設計在葉片的尖端處以承受同樣大的載荷。因此，葉片尖端處的桁架狀結構可包括比靠近轂的桁架狀結構更少的構件。應當認識到，由于其它原因桁架狀結構也可以在葉片的不同部分之間變化。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于風力渦輪機的轉子的葉片的節(jié)段，所述節(jié)段包括：第一連接器和第二連接器，每個連接器在葉片的橫截面方向上延伸；第一縱向支柱構件和第二縱向支柱構件，每個支柱構件大體上沿葉片的縱向方向延伸并且連接到第一連接器和第二連接器；以及斜支柱構件，其從第一縱向支柱構件和第一連接器之間的連接點延伸到第二縱向支柱構件和第二連接器之間的連接點；其中至少縱向支柱構件或斜支柱構件具有翼型形狀的橫截面。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的葉片的節(jié)段可以適合于運輸?shù)酱惭b風力渦輪機的場所。因此，數(shù)個這樣的節(jié)段可以在現(xiàn)場連接以用于形成整個葉片。這些節(jié)段可以通過將第一節(jié)段的連接器附接到第二節(jié)段的連接器來連接。

這些節(jié)段的尺寸可以逐漸減小，使得葉片可以形成為具有尖端部分，該尖端部分具有比最靠近轂的根部更小的橫截面。因此，該節(jié)段的第一連接器可以大于第二連接器，以便提供朝向尖端逐漸變窄的葉片。

此外，這些節(jié)段的桁架狀結構對于不同的節(jié)段而言不需要是相同的。例如，靠近尖端的節(jié)段的桁架狀結構可以包括比更靠近轂的節(jié)段的桁架狀結構更少的構件，因為靠近尖端的節(jié)段被施加較小的重力載荷。

斜支柱構件、縱向支柱構件和連接器通過它們在節(jié)段中被連接的方式而一起形成三角形形狀。這意味著該節(jié)段提供了桁架狀結構，并且因此將為葉片提供強健和穩(wěn)定的結構，如上面關于本發(fā)明的第一方面所討論的。節(jié)段可以設置有多個斜支柱構件，該多個斜支柱構件從縱向支柱構件和第一連接器之間的連接點延伸到另一個縱向支柱構件和第二連接器之間的連接點。斜支柱構件的數(shù)量可以以數(shù)種方式變化，以便形成不同類型的桁架狀結構。與桁架狀結構中的縱向支柱構件對相關聯(lián)的斜支柱構件的數(shù)量也可在桁架狀結構中變化。斜支柱構件可以在連接點處附接到連接器。可選地，斜支柱構件可在連接點處附接到縱向支柱構件。作為另一可選方案，斜支柱構件、縱向支柱構件和連接器可以通過連接點處的銷聯(lián)接(pinjoint)連接，以形成真正的桁架結構。

斜支柱構件可以附接在縱向支柱構件和連接器之間的實際連接點中。然而，應當認識到，斜支柱構件可以可選地在連接點附近附接到連接器或縱向支柱構件。因此，斜支柱構件、縱向支柱構件和連接器可以形成接近三角形的形狀。這可以是足夠的，以便形成為葉片提供強健且穩(wěn)定的結構的桁架狀結構。

第一和第二縱向支柱構件可具有翼型形狀的橫截面。由于縱向支柱構件在葉片的縱向方向上延伸，所以縱向支柱構件的翼型形狀的橫截面將用于當葉片經(jīng)受風時，在葉片的旋轉方向上產(chǎn)生升力。

斜支柱構件可以可選地或另外地具有翼型形狀的橫截面。斜支柱構件在葉片的縱向方向上延伸，即使不平行于縱向方向。這意味著斜支柱構件的翼型形狀的橫截面可以用于在旋轉方向上產(chǎn)生升力。此外，斜支柱構件的翼型形狀的橫截面可有利于避免在斜支柱構件中產(chǎn)生顫動或振動。

具有翼型形狀的橫截面的支柱構件可以布置成具有相對大的尺寸的橫截面，以便增加經(jīng)受吹來的風的表面并且提供大的升力。支柱構件的厚度應足以對葉片的結構提供充分的支撐。然而，為了使支柱構件在受到吹來的風時提供期望的升力，支柱構件的橫截面尺寸可能需要增大。因此，這樣的支柱構件可以被設計成具有期望的橫截面，以便當受到吹來的風時提供期望的空氣動力學特性。在一個實施方案中，支柱構件可以是至少部分中空的，使得從空氣動力學角度來看可以實現(xiàn)支柱構件的期望的外部尺寸，同時用于制造支柱構件的材料的量被抑制。

根據(jù)實施方案，提供了三個縱向支柱構件，其具有適合于在經(jīng)受吹來的風時產(chǎn)生期望的升力的翼型形狀的橫截面。因此，縱向支柱構件的橫截面尺寸相對較大。在這種情況下，縱向支柱構件可以形成子葉片，該子葉片在受到吹來的風時主要負責驅動葉片的旋轉。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于風力渦輪機的轉子的葉片的子葉片，其中子葉片是長形的并且具有翼型形狀的橫截面，該長形子葉片的翼型形狀的橫截面的比例(proportions)在該長形的子葉片的大體上整個長度上是恒定的，其中該子葉片被制造為使圍繞子葉片的縱向軸線的該翼型形狀的橫截面的旋轉角度是恒定的，并且該子葉片構造成能夠使翼型形狀的橫截面圍繞縱向軸線沿縱向軸線不同地轉動，以便提供子葉片沿其縱向軸線的扭曲。

根據(jù)本發(fā)明的子葉片適合于在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的風力渦輪機的轉子的葉片中使用。子葉片可以作為分離的部件運輸?shù)斤L力渦輪機將要安裝的位置。

子葉片可以設置有沿著子葉片的大體上整個長度的恒定比例的翼型形狀的橫截面。子葉片設計不需要嚴格地適應根部部分處的葉片強度的要求，使得即使在根部部分處的子葉片設計可以設置有翼型形狀的橫截面。當子葉片由根據(jù)本發(fā)明的第一方面的葉片的部分制成時，葉片的桁架狀結構可以有助于葉片的強度，使得子葉片設計可以主要針對實現(xiàn)子葉片的良好的空氣動力學特性。

子葉片可以被制造為直的細長元件，即，圍繞子葉片的縱向軸線的翼型形狀的橫截面的旋轉角在子葉片的整個長度上是恒定的。這可以有助于子葉片的制造。

由于葉片的尖端比葉片的根部更快地移動穿過空氣，所以在葉片的尖端和葉片的根部之間的視風角度不同。因此，在安裝的風力渦輪機時，可能希望子葉片扭曲，即，圍繞子葉片的縱向軸線的翼型形狀的橫截面的旋轉角度沿子葉片的長度不同，使得子葉片相對于視風角的攻角沿子葉片的縱向軸線是恒定的。然而，子葉片可以適合于成為葉片結構的一部分。因此，在葉片組裝期間子葉片的扭曲可以通過迫使葉片上的扭曲來實現(xiàn)。例如，葉片的連接器可以布置成控制子葉片的翼型形狀的橫截面的旋轉角度，使得當子葉片安裝到連接器時實現(xiàn)子葉片的扭曲。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種連接器，其用于連接風力渦輪機的轉子的葉片的子葉片，所述連接器包括：多個板狀結構，每個板狀結構具有用于接納子葉片的貫通孔；其中該多個板狀結構彼此連接以用于連接葉片的子葉片。

有利的是，板狀結構具有盡可能小的表面。這是因為安全原因、降低質量、易于運輸和空氣動力效率，并且結構越大，這變得越重要。通過使連接器的形狀接近由連接到子葉片的三個支柱形成的三角形，可以使板狀表面最小化。

該連接器適合在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的葉片中使用。葉片可以包括多個連接器，該多個連接器可以安裝在沿著葉片的長度的不同位置處。連接器可以單獨制造并且被運送到風力渦輪機將被安裝的位置，以用于在現(xiàn)場安裝葉片。

連接器可以包括用于控制子葉片相對于連接器的位置的貫通孔。根據(jù)實施方案，貫通孔在板狀結構中成角度，以便控制圍繞子葉片的縱向軸線的翼型形狀的橫截面的旋轉角度。因此，一系列連接器可以布置成沿著葉片的長度設置，以用于控制或引起子葉片的扭曲。

連接器的板狀結構可以由內部部分和外部部分構成，使得一旦內部部分相對于子葉片正確定位，則外部部分可以附接到內部部分。這意味著在安裝葉片期間，子葉片可能不需要被引導穿過連接器。而是，當連接器處于其圍繞子葉片的適當位置時，可以組裝連接器的板狀結構。

由于連接器具有圍繞子葉片的板狀結構，這些結構彼此連接，連接器可以形成為在它們之間具有結合部分的多個板，并且連接器可以具有在結合部分之間的孔。這意味著連接器可以使用少量的材料制造。

連接器還可以用作小翼。這意味著連接器可以用于減小沿著葉片的縱向方向的氣流。因此，可以減少在葉片尖端上方的空氣流，這可以防止葉片在葉片尖端處的效率損失。

根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種用于組裝風力渦輪機的轉子的葉片的方法，所述方法在風力渦輪機的位置處進行，并且包括：將多個連接器運送到該位置，每個連接器包括多個板狀結構，每個板狀結構具有貫通孔，其中該多個板狀結構彼此連接；運送具有翼型形狀的橫截面的多個長形子葉片；使每個子葉片插入穿過每個連接器的貫通孔，其中貫通孔在連接器中不同地成角度，以便控制子葉片的翼型形狀的橫截面沿子葉片的縱向方向的扭曲。

根據(jù)該方法，通過提供可以呈現(xiàn)葉片的空氣動力特性的子葉片和連接子葉片以形成共同葉片的連接器，葉片可以被組裝。該方法特別適合于在將要安裝風力渦輪機的場所組裝葉片。因此，葉片的部件可以被單獨地運輸?shù)浆F(xiàn)場。

該方法還可以包括附接斜支柱構件以從第一子葉片和第一連接器之間的連接點延伸到第二子葉片和第二連接器之間的連接點。這意味著桁架狀結構可以通過子葉片、連接器和斜支柱構件形成，以形成強健的葉片。斜支柱構件還可以被單獨地運輸?shù)浆F(xiàn)場并且可以在現(xiàn)場安裝在葉片中。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的實施方案，桁架狀結構包括大體上沿著葉片的縱向方向延伸的多個縱向支柱構件，其中縱向支柱構件具有翼型形狀的橫截面。由于縱向支柱構件在葉片的縱向方向上延伸，所以當葉片受到吹來的風時，縱向支柱構件的翼型形狀的橫截面將用于在葉片的旋轉方向上產(chǎn)生升力。

根據(jù)另一個實施方案，桁架狀結構還包括至少一個連接器，其中，該至少一個連接器布置成在葉片的橫截面方向上延伸，并且連接到大體上沿葉片的縱向方向延伸的多個縱向支柱構件。連接器可以使縱向支柱構件結合到彼此。連接器還可以布置成控制縱向支柱構件相對于彼此的定位以及縱向支柱構件的翼型形狀橫截面在葉片中的定向，以便確保葉片表現(xiàn)出良好的空氣動力特性。

根據(jù)另一個實施方案，桁架狀結構還包括多個斜支柱構件，其中斜支柱構件從第一縱向支柱構件和第一連接器之間的連接點延伸到第二縱向支柱構件和第二連接器之間的連接點。因此，斜支柱構件、縱向支柱構件和連接器可以通過它們被連接的方式而一起形成三角形形狀。這意味著斜支柱構件、縱向支柱構件和連接器可以形成一系列三角形，以便實現(xiàn)桁架狀結構。三角形一起形成四面體單元的聯(lián)合的結構。

根據(jù)另一個實施方案，該至少一個連接器包括板狀結構，該板狀結構具有用于接納縱向支柱構件的貫通孔。貫通孔因此可以用于控制縱向支柱構件在葉片中的定位。

根據(jù)實施方案，貫通孔在板狀結構中成角度，以便控制縱向支柱構件沿葉片的縱向方向的扭曲。貫通孔的定向或角度可以控制縱向支柱構件相對于連接器的定向。一系列連接器可以具有不同角度的貫通孔，使得當縱向支柱構件布置成延伸穿過該一系列連接器時，可以實現(xiàn)縱向支柱構件的扭曲。

根據(jù)實施方案，縱向支柱構件的翼型形狀的橫截面的比例在縱向支柱構件的大體上整個長度上是恒定的。特別地，縱向支柱構件可以在縱向支柱構件的根部部分處具有翼型形狀的橫截面，使得縱向支柱構件的根部部分可以有助于驅動葉片的旋轉。

根據(jù)實施方案，縱向支柱構件沿著葉片的整個縱向方向分開。這意味著圍繞各個縱向支柱構件的流動將彼此干擾，并且因此負面地影響葉片的空氣動力學效率。特別地，縱向支柱構件可以在葉片的尖端處分開，在該尖端處大部分能量從風中提取。

在實施方案中，縱向支柱構件可以分開最小距離，該最小距離與縱向支柱構件的弦長度相關。例如，最小距離可以被設定為因子乘以弦長，其中該因子可以是1。然而，在實施方案中，該因子可以至少是2，這可以提供縱向支柱構件的隔開，使得葉片具有良好的空氣動力學效率。

根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種風力渦輪機，該風力渦輪機包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的至少一個葉片。因此，風力渦輪機可以利用一個或多個葉片的輕量化特性，使得可以形成大規(guī)模風力渦輪機，或者可以通過所需要的少量材料來限制風力渦輪機的制造成本。

附圖說明

現(xiàn)在將參考示出本發(fā)明的實施方案的附圖更詳細地描述本發(fā)明的這些方面和其它方面。

圖1是水平軸風力渦輪機的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的葉片的透視圖。

圖3是圖2中的葉片的子葉片的橫截面的示意圖。

圖4是圖2中的葉片的連接器的透視圖。

圖5是圖2中的葉片的一部分的透視圖。

圖6是用于圖2中的葉片的根部連接器的示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的實施方案的用于組裝葉片的方法的流程圖。

詳細描述

現(xiàn)在將在下文中參照附圖更全面地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的當前優(yōu)選的實施方案。但是，本發(fā)明可以體現(xiàn)為許多不同的形式，并且不應被解釋為限于本文闡述的實施方案；而是，提供這些實施方案是為了徹底性和完整性以及向技術人員充分傳達本發(fā)明的范圍。

現(xiàn)在參考圖1，示出了水平軸風力渦輪機100。風力渦輪機100包括轉子102。轉子102具有葉片104和中心轂106，葉片104附接到中心轂106，使得葉片104形成僅錨固到中心轂106的懸臂結構。轉子102捕獲由于吹來的風而經(jīng)過轉子102的大量空氣的能量。能量借助于風而被捕獲，迫使葉片104帶動轉子102旋轉。轉子102然后在風力渦輪機100中連接到發(fā)電機(未示出)，以用于將所捕獲的能量轉化成電力。

轉子102可以包括如圖1中所示的三個葉片104。然而，轉子102可以可選地設置有另一數(shù)量的葉片104，例如一個、兩個或甚至多于三個的葉片104。

風力渦輪機100可以被主動地控制，使得轉子102被轉動成面向風向。這意味著風力渦輪機100能夠盡可能有效地捕獲吹來的風中的能量。

葉片104被成形為使得經(jīng)過葉片104的空氣將產(chǎn)生在葉片104的旋轉方向上在葉片104上的升力。在這方面，葉片104可以包括翼型形狀，這意味著壓力將在產(chǎn)生升力的翼型形狀的不同側上不同。葉片104可以布置成使得翼型形狀相對于風向傾斜。傾斜角被稱為攻角(angleofattack)。攻角可以影響葉片104的升力，并且在臨界攻角時，最大升力通過翼型形狀產(chǎn)生。

現(xiàn)在參考圖2，將進一步描述根據(jù)本發(fā)明的葉片104。葉片104包括具有形成多個三角形的構件的桁架狀結構。桁架狀結構意味著各個構件主要僅承受拉伸力和壓縮力，這意味著構件可以制成薄的，同時保持強健的整體結構。

桁架狀結構可以包括在葉片104的縱向方向上延伸的縱向支柱構件108、在葉片104的橫截面方向上延伸的連接器110以及在兩個連接器110之間對角延伸穿過葉片104的斜支柱構件112。這些構件以形成三角形的方式彼此附接，該三角形由縱向支柱構件108、斜支柱構件112和連接器110界定。三角形一起形成四面體單元的聯(lián)合的結構。

由于桁架狀結構的構件可以非常薄，因此葉片104的總重量低。輕量化葉片104具有許多優(yōu)點。例如，需要少量的材料來制造葉片104，這使得葉片104的成本低。葉片104的輕量化意味著重力載荷被限制，這也限制了由于葉片104的相關疲勞引起的問題。

此外，桁架狀結構提供了葉片104的大的抗彎剛度。因此，因葉片104的變形和葉片104上的扭曲載荷導致的問題受到限制。此外，抗彎剛度可以限制葉片104的尖端的撓曲，使得風力渦輪機100能夠在強風中操作，而沒有葉片104的尖端撞擊塔的風險。因此，可以增加風力渦輪機100可操作的時間的百分比，并且因此可以增加風力渦輪機100的總體效率。

此外，輕量化葉片104限制作用在風力渦輪機100的其它結構(例如風力渦輪機100的塔架和基座)上的力。因此，塔架和基座也可以是相對輕的重量，因為它們僅需要支撐輕量化葉片104，從而降低風力渦輪機100的這些部分的制造成本。

桁架狀結構特別適合于以部件來運輸，使得葉片104可以以部件運輸?shù)斤L力渦輪機100將在現(xiàn)場安裝和組裝的地點。此外，葉片104的輕量化使得葉片104或葉片104的部件更容易運輸?shù)揭惭b風力渦輪機100的位置，并且還有助于風力渦輪機100的安裝。

因此，葉片104的輕量化和抗彎剛度可以使得能夠安裝大型風力渦輪機100，否則由于風力渦輪機100的部件上的力，安裝大型風力渦輪機可能是不可能的。這可以特別適合于離岸風力渦輪機100。離岸風力渦輪機100通常比基于陸地的風力渦輪機100具有更大的規(guī)模，因為使用船舶可以更容易地將大部件運輸?shù)诫x岸地點，并且風力渦輪機100可以被遠距離地放置，使得由風力渦輪機100產(chǎn)生的噪聲可以不影響或干擾人。

葉片104的輕量化和以部件運輸葉片104的能力還可便于葉片104的運輸，使得風力渦輪機100可安裝在原本可能難以接近的地點。

然而，輕量化葉片104的實用性不限于大型風力渦輪機100。由于葉片104的制造成本可以相對較低，所以不管風力渦輪機100的尺寸如何，使用輕量化葉片104的風力渦輪機100制造和安裝起來更便宜。

桁架狀結構意味著空氣可以經(jīng)過葉片104中的多個構件。經(jīng)過多個構件的空氣將促成增加葉片104上的阻力，降低捕獲風能的效率。然而，如在下面的示例中進一步示出的，葉片104的升阻比仍然可以相對較好，并且與具有整體形狀的葉片104實質上沒有不同。此外，由于葉片104的桁架狀結構可允許安裝比其它可能的更大規(guī)模的風力渦輪機100，所以風力渦輪機100的電力生產(chǎn)能力仍可顯著增加。

桁架狀結構的至少一些構件可具有翼型形狀的橫截面，以便產(chǎn)生升力。在一個實施方案中，如圖2中所示，縱向支柱構件108可以布置成具有翼型形狀的橫截面，并且可以基于期望的空氣動力學特性來設計和確定尺寸。因此，縱向支柱構件108可具有比所需要的尺寸大得多的尺寸，以便提供桁架狀結構的足夠的支撐。而是，縱向支柱構件108的尺寸可以設定成提供大的橫截面，使得可以產(chǎn)生大的升力。因此，縱向支柱構件108可以形成子葉片。

斜支柱構件112可以布置成主要在桁架狀結構中提供支撐。斜支柱構件112因此可以布置成經(jīng)受拉伸載荷和壓縮載荷。斜支柱構件112可以被布置成實心部分，這意味著斜支柱構件112的橫截面表面保持較小，以便限制由斜支柱構件112的存在所產(chǎn)生的阻力。

斜支柱構件112還可具有翼型形狀的橫截面，以便進一步限制由斜支柱構件112產(chǎn)生的阻力。因此，斜支柱構件112還可以有助于由葉片104產(chǎn)生的升力。然而，斜支柱構件112在橫截面尺寸上應當被限制，以便限制斜支柱構件112上的升力。如果升力變得太大，則存在斜支柱構件112將彎曲的風險。

斜支柱構件112可以設置有流線型橫截面。這意味著橫截面具有對稱形狀，在面向風的前邊緣處具有圓形形狀并且在后邊緣處具有尖形形狀。斜支柱構件112還可以定向成使得橫截面相對于風向的攻角為非零，這意味著產(chǎn)生升力。在斜支柱構件112上產(chǎn)生的升力可以用于保持斜支柱構件112處于拉伸狀態(tài)。當葉片104經(jīng)受吹來的風時，這可以用于防止斜支柱構件112中出現(xiàn)顫動或振動。

應當認識到，斜支柱構件112的橫截面的尺寸和形狀以及攻角可以改變，以便找到關于結構的強度、葉片104的升阻比的效果和避免斜支柱構件112中的振動的最佳設計。

斜支柱構件112還可以布置成扭曲的，即，圍繞斜支柱構件112的縱向軸線的橫截面的旋轉角度沿斜支柱構件112的長度不同。斜支柱構件112被扭曲，以便適應于斜支柱構件112的更靠近葉片104的尖端的部分的速度比更靠近葉片104的根部的速度更快的事實。通過使斜支柱構件112扭曲，斜支柱構件112的攻角相對于視風角度可以沿斜支柱構件112的縱向軸線是恒定的。

子葉片108可以布置成延伸穿過連接器110中的孔114。連接器110中的孔114的布置因此可以提供子葉片108彼此的相對位置?？?14因此可以構成子葉片108和連接器110之間的連接點。子葉片108可以附接到連接器110，以便固定子葉片108相對于連接器110的位置。

斜支柱構件112可以布置成在第一子葉片和第一連接器之間的第一連接點和第二子葉片和第二連接器之間的第二連接點之間延伸。斜支柱構件112可以在連接點處附接到連接器110?？梢岳缡峭ㄟ^螺栓或焊接將斜支柱構件附接到連接點。該斜支柱構件112在連接點處布置在孔114附近，使得子葉片108和斜支柱構件112在彼此靠近的位置處附接到連接器110。這意味著桁架狀結構的三角形形成在葉片104中。

斜支柱構件112可選地在連接點處附接到子葉片108。斜支柱構件112還可以用銷聯(lián)接附接到子葉片108。在特定的實施方案中，連接器110可以在子葉片108之間延伸的部分中分開，其中連接器部件和斜支柱構件112在共同的銷聯(lián)接中附接到子葉片108，以便形成真正的桁架結構。

斜支柱構件112在結構中的布置可以以多種方式變化。斜支柱構件112可以按照已知的桁架結構布置。

可選地，如圖2中所示，斜支柱構件112布置在兩個相鄰連接器110中的每一對連接點之間。這意味著存在一對斜支柱構件112與在兩個連接器110之間延伸的每對縱向支柱構件108相關聯(lián)。因此，一對斜支柱構件112中的一個斜支柱構件112將處于拉伸狀態(tài)，而該對中的另一個斜支柱構件112被壓縮。斜支柱構件112然后可以不被設定尺寸成完全承受壓縮力。葉片104的總強度仍然可以是足夠的，因為經(jīng)受拉伸力的斜支柱構件112將保持葉片104的整體結構。斜支柱構件112的這種布置可以允許斜支柱構件112非常薄和/或連接器110在葉片104的縱向方向上布置在距離彼此大的距離處。

在可選實施方案中，斜支柱構件112可以布置有翼型形狀的橫截面，并且可以基于期望的空氣動力學特性來設計和確定尺寸。因此，斜支柱構件112可以被設計成當葉片104經(jīng)受吹來的風時產(chǎn)生升力。在這方面，斜支柱構件112的橫截面可以比提供桁架狀結構的支撐所需要的橫截面大得多，并且尺寸設定成向葉片104提供大的升力。在這種情況下，縱向支柱構件108可以主要提供對桁架狀結構的支撐，或者可選地，縱向支柱構件108也可以被設定尺寸成實質上有助于葉片104的升力。在縱向支柱構件108主要為桁架狀結構提供支撐的情況下，縱向支柱構件108受到拉伸力和壓縮力兩者。因此，縱向支柱構件108將需要被確定尺寸以便經(jīng)受由這些力產(chǎn)生的變形。在一個實施方案中，桁架狀結構可僅包括與每對縱向支柱構件108相關聯(lián)的一個斜支柱構件112。這意味著相鄰斜支柱構件112的翼型可以布置成距離彼此充分地分開，使得對翼型的氣流的影響基本上不影響由相鄰斜支柱構件112產(chǎn)生的升力。用斜支柱構件112的這種布置，相鄰連接器110之間的距離可能需要相對較短，使得葉片104的總強度將是足夠的。

葉片104的桁架狀結構在葉片104的整個長度上不需要相同。而是，桁架狀結構的構造可以在葉片的不同部分之間變化。

在一個實施方案中，桁架狀結構可以根據(jù)不同的構造布置在葉片104的尖端部分和葉片104的根部中。施加在葉片104上的重力載荷比在葉片104的根部部分處大得多。因此，桁架狀結構的構造可以考慮到這一點來設計。

例如，葉片104可以設計成具有如圖2中所示的桁架狀結構，該桁架狀結構具有與在兩個連接器110之間延伸的每一對縱向支柱構件108相關聯(lián)的一對斜支柱構件112。然而，在葉片104的尖端部分處，桁架狀結構可以構造成包括與每一對縱向支柱構件108相關聯(lián)的僅一個斜支柱構件112。這意味著由斜支柱構件112產(chǎn)生的阻力是有限的，因為斜支柱構件112的數(shù)量減少。此外，葉片104的速度在葉片104的尖端處最大，這意味著葉片104的尖端處的構件最多地促成阻力。因此，減少葉片104的尖端處的構件的數(shù)量可對葉片104的升阻比具有大的影響。葉片104的尖端部分可優(yōu)選地僅包括被施加來自氣動力的拉伸力的斜支柱構件112，使得可以避免斜支柱構件112的振動和顫動。

根據(jù)另一個實施方案，葉片104的根部部分可以設計成具有桁架狀結構的特殊構造，以便應對施加在葉片104的根部部分上的大的重力載荷。

現(xiàn)在參考圖3，圖3示出了子葉片108的橫截面，將進一步描述葉片104的子葉片108。子葉片108可以具有翼型形狀的橫截面，以便當受到吹來的風時產(chǎn)生升力。翼型形狀包括前邊緣116和后邊緣118，前邊緣116是具有最大曲率的在翼型前部的部位，后邊緣118是具有最大曲率的在翼型后部的部位。弦線120由連接前邊緣116和后邊緣118的直線界定。子葉片108的攻角由弦線120相對于風向的角度界定。

子葉片108可以布置成具有貫穿子葉片108的長度的橫截面的恒定翼型形狀。這意味著基于子葉片108的期望空氣動力特性所選擇的翼型形狀可以在子葉片108的整個長度上或至少在子葉片108的大體上整個長度上使用。特別地，由于子葉片108是桁架狀結構的一部分，所以子葉片108不需要被設計在最靠近轂106的根部部分處，以應對由于葉片重的重量而產(chǎn)生的載荷。子葉片108布置成在葉片104的尖端部分處比在根部部分處更薄。但是，子葉片108的翼型形狀的橫截面的比例可以是恒定的，以便沿著子葉片108的長度具有恒定的翼型形狀。

子葉片108可以布置成沿著子葉片108的長度具有不同的翼型形狀。然而，由于子葉片108是桁架狀結構的一部分，子葉片108在根部部分處的設計仍然可以基于提供期望的空氣動力學特性。

子葉片108可以是中空的，以便當要求小質量的時候提供大的表面。因此，子葉片108的表面可以由外殼體122形成。殼體122可以布置成非常薄，具有典型地幾毫米的厚度。

子葉片108還可以包括在殼體122內的支撐結構124。支撐結構124可以防止由于例如空氣動力載荷而產(chǎn)生的薄殼體122的變形。例如，支撐結構124可以在殼體122中設置為一個或多個工字梁，具有支撐殼體122的相對側的凸緣(也被稱為蓋)和連接蓋的腹板。支撐結構124可以可選地設置為具有支撐殼體122的相對側的蓋的箱形梁和將蓋的端部彼此連接的抗剪腹板。蓋可以布置在殼體122中，以便盡可能遠地隔開。

子葉片108可以被制造為上部部分和下部部分，該上部部分和下部部分可以與布置在其間的支撐結構124夾在一起以形成子葉片108。

子葉片108可以被扭曲，使得圍繞子葉片的縱向軸線的翼型形狀橫截面的旋轉角度沿著子葉片108的長度不同。子葉片108可以被扭曲，以便使子葉片108的空氣動力學特性適應于在子葉片108的旋轉期間子葉片108的尖端部分的速度遠大于子葉片108的根部部分的速度的事實。通過使子葉片108扭曲，子葉片108相對于視風角的攻角可以沿著子葉片108的縱向軸線是恒定的。

子葉片108可以在子葉片108的制造中被扭曲。然而，由于子葉片108相對于葉片104中的連接器110被布置，因此子葉片108到連接器110中的布置可用于提供子葉片108的扭曲。在這種情況下，子葉片108可以被制造為直的元件。例如，子葉片108可以由玻璃纖維制成，其中纖維的大部分沿著子葉片108的長度對齊。

桁架狀結構可以包括三個子葉片108，如圖2中所示。然而，桁架狀結構可以布置成包括四個或更多個子葉片108。子葉片108可以部分地阻擋用于另一個子葉片108的風。因此，盡管提供具有大量子葉片108的桁架狀結構將是可能的，但是可能期望使子葉片108的數(shù)量保持相當?shù)?，例?-5個。

為了限制子葉片108與經(jīng)過其它子葉片的風的干擾，子葉片108可以大體上彼此分離。根據(jù)一個實施方案，子葉片108被三倍的子葉片108的翼型形狀的橫截面的弦長度隔開。出于空氣動力效率的原因，葉片應該以一些最小距離隔開。這在尖端附近特別重要，因為這是大部分能量從空氣中提取的地方。最小距離可以與弦長相關，使得最小距離例如可以是兩個弦長。使葉片在尖端處會合，例如當將結構形成為三角形塔架時，對于空氣動力效率而言不是令人滿意的，因為當該隔開距離低時，圍繞各個翼型的流動將相互干擾。結果是與不違反最小距離標準的情況相比，這種結構的電力生產(chǎn)顯著降低。

現(xiàn)在參考圖4，將進一步描述葉片104的連接器110。連接器110可以是相對薄的結構，其被布置成在葉片104的橫截面中延伸。因此，連接器110的薄結構可以確保連接器110具有面向風向的小的表面，以便限制由連接器110引起的作用在葉片104上的阻力。連接器110還可以具有流線型形狀，其中面向風向的表面是圓形的，使得進一步限制作用在葉片104上的阻力。

連接器110在桁架狀結構中將經(jīng)受壓縮力。因此，連接器110的結構需要足夠厚和強健以承受因壓縮力產(chǎn)生的彎曲。

連接器110包括多個板狀結構126。板狀結構126提供縱向支柱構件108和斜支柱構件112之間的連接點。此外，連接器110包括在板狀結構126之間延伸的結合部分128。在一個實施方案中，板狀結構126和結合部分128形成為單個主體。然而，連接器110的不同部分可以彼此附接，以形成整體式主體。

連接器110可以提供多個連接點。例如，在如圖2中所示的桁架狀結構中，連接器110具有布置在每個板狀結構126的每一側上的兩個連接點。因此，連接器110形成葉片104的桁架狀結構的一部分。

由于連接器110被布置為在板狀結構126之間具有結合部分128，所以可以在連接器110的結構中在結合部分128之間布置大的孔130。這意味著可以減少制造連接器110所需的材料量，并且從而減少連接器110的重量。此外，連接器110的總表面可以通過連接器110的結構中的孔的布置來限制，這可以限制由連接器110引起的作用在葉片104上的阻力。

然而，應當認識到，連接器110可以可選地形成為在縱向支柱構件108和斜支柱構件112之間呈現(xiàn)多個連接點的單個板狀結構。

連接器110的板狀結構126可以設置有用于接納子葉片108的貫通孔132。貫通孔132因此可以在板狀結構126中界定連接點，并且斜支柱構件112可以在貫通孔132附近附接到板狀結構126。

貫通孔132可以是翼型形狀的，以適應子葉片108的形狀。子葉片108因此可以布置在貫通孔132中，具有在子葉片108的橫截面的外部形狀和界定貫通孔132的板狀結構126中的壁的形狀之間的緊密配合。

貫通孔132還可以在板狀結構126中成角度，以便適應圍繞子葉片108的縱向軸線的翼型形狀的橫截面的旋轉角度。貫通孔132可以在葉片104中的不同連接器110中具有不同的角度，以便適應子葉片108的扭曲。如上所述，子葉片108可以被制造為直的元件。在這種情況下，貫通孔132的角度可以用于控制子葉片108的扭曲。

根據(jù)實施方案，在葉片104的組裝期間，板狀結構126的外部部分134可以附接到板狀結構126的內部部分136。外部部分134和內部部分136的分離由圖4中的虛線138指示。外部部分134和內部部分136的壁可以各自部分地界定貫通孔132。這意味著，在葉片104的組裝期間，板狀結構126的內部部分136可以首先相對于子葉片108被布置。然后，當子葉片108相對于板狀結構126適當?shù)囟ㄎ粫r，外部部分134可附接到內部部分136，使得外部部分134和內部部分136一起包圍子葉片108的橫截面。根據(jù)這種布置，子葉片108不需要被引導穿過貫通孔132以用于相對于連接器110安裝子葉片108。

葉片104可以包括多個連接器110。葉片104可以朝向尖端部分逐漸變窄。因此，連接器110的尺寸可以根據(jù)其在葉片104中的縱向位置而不同。具有大尺寸的連接器110還可以比小尺寸連接器厚，以便支撐連接器110的較大結構和較大載荷。

根據(jù)實施方案，連接器110可以在葉片104的縱向方向上相等地間隔開。然而，連接器110可以可選地被布置成與相鄰連接器相距一定距離，使得到相鄰連接器的距離和連接器110中的子葉片108之間的間距之間的比率是恒定的。這意味著連接器110之間的距離在葉片104的根部部分較大，在該根部部分處子葉片108之間的間距較大。根據(jù)這種布置，斜支柱構件112相對于子葉片108的角度在整個葉片104上是相等的。

葉片104可以在風力渦輪機100待被安裝的位置處組裝。這意味著葉片104可以成件地運輸?shù)浆F(xiàn)場，這些件在現(xiàn)場組裝以形成葉片104?？梢钥紤]到使葉片104分開以用于運輸?shù)亩喾N不同方式。

例如，桁架狀結構的每個單獨的構件可以作為單獨的部分來運輸。因此，子葉片108、連接器110和斜支柱構件112可以各自單獨地來運輸。

子葉片108可以作為直的元件來運送。在葉片104的組裝期間，子葉片108可以被引導穿過連接器110，由此可以通過連接器110中的貫通孔132的布置來迫使子葉片108扭曲。

子葉片108非常長，因為它們延伸穿過葉片104的整個長度。因此，為了便于葉片104的運輸，子葉片108可以分成數(shù)個部分。在一個實施方案中，子葉片108形成為縱向支柱構件108，其各自在葉片104中的兩個相鄰連接器110之間延伸。因此，縱向支柱構件108可以在連接器110的連接點處附接到連接器110。連接器110不需要包括貫通孔132。而是，兩個縱向支柱構件108附接到連接器110的每一側?？蛇x地，子葉片108可以在現(xiàn)場由數(shù)個部件組裝，以有利于將子葉片108運輸?shù)浆F(xiàn)場。然后，子葉片108可以通過引導子葉片穿過貫通孔132而組裝到連接器110。

根據(jù)另一實施方案，葉片104的節(jié)段被預組裝并以預組裝狀態(tài)來運輸。然后，葉片104的部分可以在現(xiàn)場附接到彼此，以用于葉片104的最終組裝。節(jié)段200可以如圖5中所示來形成。節(jié)段200包括第一連接器110a和第二連接器110b，第一連接器110a和第二連接器110b是葉片104中的相鄰連接器。節(jié)段200還包括在連接器110a、110b之間的縱向支柱構件108和斜支柱構件112。因此，縱向支柱構件108和斜支柱構件112在運輸?shù)浆F(xiàn)場之前安裝到連接器110。在現(xiàn)場，節(jié)段200可以彼此附接，以用于葉片104的最終組裝。

節(jié)段200可以通過節(jié)段200的附接到彼此的連接器110而彼此附接。因此，所組裝的葉片104的連接器110可以由彼此附接的兩個節(jié)段200共同形成。例如，每個節(jié)段200可以提供在其中節(jié)段200彼此附接的連接器110的厚度的一半。

現(xiàn)在參考圖6，將描述根部連接器140。根部連接器140布置成安裝在葉片104的根部部分處。根部連接器140包括轂連接部142，轂連接部142適合于附接到轉子102的中心轂106。因此，轂連接部142可以被確定尺寸和形狀，以適合中心轂106的特定尺寸。因此，根部連接器140可以確保葉片104可以安裝到已經(jīng)在使用中的風力渦輪機100。葉片104將至少不對中心轂106施加特定要求。

轂連接部142可以包括板狀結構，其提供適合中心轂106的周向形狀。轂連接部142可以例如通過螺栓或焊接在板狀結構的周邊附接到中心轂106。板狀結構可以包括中心孔，以便減少制造根部連接器140所需的材料量。

根部連接器140還可以包括葉片連接部144。如上所述，葉片連接部144可以成形為連接器110。因此，最接近葉片104的根部部分的連接器110可以由根部連接器140的葉片連接部144和最接近葉片104的根部部分的節(jié)段200的連接器110共同形成。可選地，子葉片108和最接近葉片104的根部部分的斜支柱構件112可直接附接到葉片連接部144。子葉片108的橫截面在端部處可以是圓形的而不是翼型形狀的，以便于附接到葉片連接部144。

轂連接部142在葉片104的橫截面中可具有比葉片連接部144小的尺寸。這意味著子葉片108可以在葉片104的根部部分處比中心轂106的尺寸原本所允許的更遠地彼此隔開。根部連接器140因此可以包括將較小轂連接部142連接到較大葉片連接部144的結構。

在一個實施方案中，根部連接器140包括用于將轂連接部142結合到葉片連接部144的桁架狀結構。根部連接器140可包括縱向支柱構件146，縱向支柱構件146圍繞葉片104的縱向軸線具有恒定角度而延伸。縱向支柱構件146從轂連接部142向葉片連接部144徑向向外延伸，以便適應葉片連接部144的較大尺寸。根部連接器140還可以包括斜支柱構件148，斜支柱構件148從第一縱向支柱構件146的連接點處的轂連接部142延伸到第二縱向支柱構件146的連接點處的葉片連接部144。

縱向支柱構件146和/或斜支柱構件148可以具有翼型形狀的橫截面，以便在經(jīng)受吹來的風時有助于葉片104的升力。

在一個實施方案中，根部連接器140的葉片連接部144由縱向支柱構件146和斜支柱構件148形成。因此，縱向支柱構件146和斜支柱構件148可以直接附接到葉片104的最接近葉片104的根部部分的連接器110。

根部連接器140可以以組裝的狀態(tài)運送到風力渦輪機100待被安裝的位置。然而，根部連接器140可以可選地作為單獨的部件被運送，這些單獨的部件可以在現(xiàn)場組裝并附接到葉片104的其它部件。

現(xiàn)在將進一步描述葉片104的設計的示例，以便表明葉片104的實際實施的重量。示例性葉片包括60m長的子葉片，其被設計有由國家可再生能源實驗室(nationalrenewableenergylaboratory)定義的，具有沿長度可變化的弦的nrels831翼型。弦變化是線性的，在根部連接器處為2m，在葉片的尖端處為0.75m。子葉片具有2mm的恒定的殼厚度。子葉片在殼體內部具有4mm厚的翼梁。子葉片由具有密度為1870kg/m³，楊氏模量為38gpa，泊松比為0.3，拉伸強度為1.8gpa的e-玻璃環(huán)氧樹脂復合材料形成。

葉片使用三個子葉片來設計，具有沿葉片的縱向方向間隔開的六個連接器。三個子葉片由3個弦長隔開。連接器被隔開，使得到相鄰連接器的距離和連接器110中的子葉片之間的間距的比率保持恒定并且設定為3。連接器在結合部分之間設置有孔。靠近葉片根部部分的兩個連接器為3cm厚，并且其它連接器為2cm厚。連接器是中空的，殼體厚度為3mm。連接器也由如上定義的e-玻璃環(huán)氧復合材料形成。

葉片還包括布置在子葉片和連接器之間的每對連接點之間的斜支柱構件。斜支柱構件設計成具有如由國家航空委員會所定義的對稱的流線型形狀naca0024。兩個相鄰連接器之間的每組斜支柱構件具有相同的弦長?？拷~片根部部分的弦長較大。一組斜支柱構件的弦長是在靠近葉片的根部部分的前一節(jié)段處的子葉片的弦長的5％。因此，斜支柱構件的弦長將從大約0.10m變化到0.045m。斜支柱構件由密度為1490kg/m³，楊氏模量為176gpa，泊松比為0.3，拉伸強度為2.05gpa的碳纖維形成。

對于上述示例，葉片的總重量變?yōu)榇蠹s3720.8kg。這可以與具有整體形狀的60m長的葉片進行比較。例如，由丹麥科靈的lmwindpowerblades生產(chǎn)的風力渦輪機葉片lm61.5p具有61.5m的長度和19100kg的重量。因此，根據(jù)本發(fā)明的葉片的重量可以小于常規(guī)葉片的20％。

此外，根據(jù)上述示例的葉片可以提供大約100的升阻比，升阻比被測量為提升系數(shù)除以阻力系數(shù)。這意味著葉片的空氣動力學特性與通常提供100-150的升阻比的具有整體形狀的葉片沒有實質不同。此外，葉片的效率不高度依賴于升阻比。而是，升阻比從150減小到100可能僅使葉片的總效率降低大約2％。

現(xiàn)在參考圖7，將描述用于組裝葉片104的方法。方法700包括步驟702：將處于拆開狀態(tài)的葉片104的部件運送到風力渦輪機100待被安裝的位置。方法700還包括步驟704：在現(xiàn)場將葉片104的部件組裝成完全組裝的葉片104。通過將葉片104的部件安裝到中心轂106(中心轂106可能已經(jīng)或可以還未安裝到風力渦輪機100的塔架)，葉片104可以被組裝到其完全組裝的狀態(tài)。可選地，一旦葉片104已完全組裝，葉片104可附接到中心轂106。

葉片104可以如上所述被不同地分開，并且因此可以以節(jié)段200來運送，這些節(jié)段200可以在現(xiàn)場處彼此附接。

可選地，葉片104可作為與連接器110分離的子葉片108來運送。組裝步驟704因此可以包括使每個子葉片108插入穿過每個連接器110的貫通孔132。貫通孔132然后可以在葉片104中的連接器110的縱向位置處配合子葉片108的橫截面形狀。貫通孔132還可以在連接器110中不同地成角度，以便控制沿著子葉片108的縱向方向的子葉片108的翼型形狀的橫截面的扭曲。

本領域技術人員認識到本發(fā)明決不限于上述優(yōu)選的實施方案。相反，在附隨權利要求的保護范圍內許多修改和變型是可能的。

例如，具有桁架狀結構的葉片可以用在豎直軸風力渦輪機(vawt)中。然后，葉片的桁架狀結構的外部形狀可以模擬當前使用的vawt葉片的形狀。這意味著葉片可以用于替換已經(jīng)存在的vawt設備中的葉片。

此外，葉片不需要通過桁架狀結構整體地形成。例如，子葉片的尖部分可以延伸超過離轂最遠的連接器?？蛇x地或另外地，根部連接器可以形成為整體式主體。根部連接器被施加大的重力載荷，并且因此將根部連接器提供為整體式主體可能是有利的。此外，將根部連接器提供為整體式主體可以有助于將葉片附接到風力渦輪機的轂。