CN103203821B - 用于引入风力涡轮机叶片根部中的抗椭圆化工具和减小风力涡轮机叶片根部的椭圆化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于引入风力涡轮机叶片根部中的抗椭圆化工具和减小风力涡轮机叶片根部的椭圆化的方法。该抗椭圆化工具包括两个或更多个刚性本体，所述两个或更多个刚性本体在它们之间有距离的情况下沿着它们的侧边缘彼此连接，并且所述两个或更多个刚性本体一起形成基本圆筒形本体，其中，刚性本体之间的距离是可调节的。本发明还涉及减小风力涡轮机叶片根部的椭圆化的方法，并且本发明还涉及包括两个或更多个刚性本体的、作为抗椭圆化工具的工具的用途。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于引入风力涡轮机叶片根部中的抗椭圆化工具。本发明还涉及一种包括该工具的风力涡轮机叶片和风力涡轮机。
此外，本发明涉及一种减小风力涡轮机叶片根部的椭圆化的方法。
背景技术
风力涡轮机中的叶片典型地在叶片根部部分处直接地或通过延伸器附装到转子毂。
典型地，叶片由复合材料制成：增强纤维可以借助树脂彼此粘合，并且随后被固化以结成一体。不同种类的纤维（例如，玻璃纤维，碳纤维，它们的组合）和树脂（例如，环氧树脂）可以以不同的形式（例如，预浸材料，纤维板）使用。这些复合材料可以不具有结构完整性来提供例如可以直接插入有螺栓的安全固定机构。因此，已知风力涡轮机叶片包括金属插入件或衬套，所述金属插入件或衬套沿着与叶片的纵向轴线平行的方向嵌入叶片根部中。双头螺柱、螺栓或杆可以与这些衬套结合使用以实现毂或延伸器与叶片之间的安全连接。从而，重要的是叶片根部部分包括圆形安装面，所述圆形安装面匹配毂的或延伸器的安装面。
风力涡轮机的叶片的制造过程一般而言可以包括第一步骤和第二步骤，所述第一步骤是模制和固化两个独立的、由复合材料制成的纵向叶片半部分，所述第二步骤是将这两个叶片半部分连结在一起并且从模具去除最终叶片。或者，完成的叶片可以在单个模制步骤中制造。
为了加速制造处理，现今的惯常做法是将两个叶片半部分连结在一起并且将两个叶片半部分较快速地从模具去除。在这些情况下，树 脂会不完全被固化，并且叶片会仍然是较软的。此外，众所周知，复合材料在固化时收缩。这两个原因会导致叶片的叶片根部部分变形，所述变形会导致毂与叶片根部之间不相容或导致叶片安装处理棘手。
此外，一旦叶片已经制造，则叶片会在风力涡轮机最终安装之前保持储存。典型地，所述储存可以从一个月持续到一年。虽然复合材料减小了叶片的重量，但是重要的是考虑到以下事实，即，由复合物制成的完成的叶片仍然具有相当大的重量。
因此，由上述储存时间引起的问题是叶片根部部分会由于整个叶片的重量而在储存位置中变形。重力作用在叶片根部部分上，从而导致圆形叶片根部安装面椭圆化。
实际上，叶片的叶片根部部分的变形至少会使叶片安装处理复杂，并且也会在毂处导致更加易损坏的附装。叶片的附装孔会与毂或延伸器的附装孔不完全对准，并且用于将叶片连接到毂的双头螺柱或螺栓会在它们的孔中不完全对中。因而，在操作中，双头螺柱或螺栓会经受横向载荷，可能缩短它们的寿命和叶片的寿命。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服上述缺点中的某些缺点。
在第一方面中，提供一种用于引入风力涡轮机叶片根部中的抗椭圆化工具。抗椭圆化工具包括两个或更多个刚性本体，所述两个或更多个刚性本体在它们之间有距离的情况下沿着它们的侧边缘彼此连接。刚性本体一起形成基本圆筒形本体，其中，刚性本体之间的距离是可调节的。
根据该方面，刚性本体一起形成基本圆筒形本体的事实与在刚性本体之间具有可调节的距离的事实结合，则允许工具的直径改变。这样，工具可以被容易地引入到例如风力涡轮机叶片根部中，并且刚性本体可以随后抵靠叶片根部的内壁布置。这种刚性工具可以在叶片根部的内壁上施加某一压力，所述压力为叶片根部提供额外的刚度。所述由刚性工具施加在叶片根部的内壁上的压力可以是减小叶片根部的 变形所需要的最小压力，以便使叶片根部的基本圆形尺寸落入可接受的公差内。这样，叶片（或叶片半部分）可以在固化处理完全完成之前从模具去除，并且刚性工具将抵抗变形力起作用，因而减小叶片根部的椭圆化。因而，叶片的制造处理可以以基本划算的解决方案加速。此外，可以帮助提高叶片的寿命。由于可以较好地维持叶片根部的圆形形状及其安装面，因而叶片的安装孔可以与毂或延伸器的安装孔较好地对准，并且用于将叶片连接到毂的双头螺柱可以在这些孔中被较好地对中。
在某些实施方案中，抗椭圆化工具可以在叶片安装在风力涡轮机上之前被去除。在其它实施方案中，该工具可以永久地安装在叶片中。
在某些实施例中，刚性本体的侧边缘可以与由刚性本体所形成的圆筒的中心轴线基本平行地延伸。
在某些实施例中，一个或多个刚性本体可以包括曲面壁，所述曲面壁包括一个或多个减重孔。这样，可以基本减小由抗椭圆化工具添加到例如风力涡轮机叶片根部的额外重量。特别地，在其中抗椭圆化工具永久地安装在叶片根部中的实施方案中，工具的重量减小会是重要的。
在某些情况下，刚性本体可以通过一个或多个液压缸彼此连接，液压缸会可控制成调节刚性本体之间的距离。在其它情况下，刚性本体可以通过一个或多个螺丝扣彼此连接，螺丝扣会可调节成调节刚性本体之间的距离。在其它实施例中，可以预见到其它用于连接本体和调节本体之间的距离的装置。
在某些实施例中，刚性本体的外表面可以包括可变形材料的层，其用于缓冲风力涡轮机叶片根部的内壁的粗糙度或不完善度。这种可变形材料可以例如由弹性材料制成，所述弹性材料例如是橡胶。或者，可以使用泡沫。
在第二方面中，提供一种风力涡轮机叶片。风力涡轮机叶片可以包括叶片根部部分，其用于联接到风力涡轮机的毂或延伸器，并且叶片根部部分可以包括基本如上所述的抗椭圆化工具，其中，抗椭圆化 工具可以调节成使得刚性本体将压力施加在叶片根部内壁上，以便使刚性工具可以限定圆形形状，所述圆形形状期望为叶片根部内径。当叶片根部安装面安装到例如变桨轴承以用于附装到风力涡轮机转子毂时，这保证叶片根部安装面的圆形几何形状。此外，风力涡轮机叶片是划算的并且是易于使用的。
在某些实施例中，叶片可以由两个纵向叶片半部分制造。叶片半部分可以连结在一起，以便当制造时，两个叶片半部分之间的接头可以处于第一平面中，并且抗椭圆化工具可以布置成使得刚性本体的侧边缘不与所述第一平面一致。已经发现，在两个叶片半部分之间的接头处，可以具有大量收缩。使用该解决方案，通过确保在该区域中存在有刚性本体的至少一部分，可以减小两个叶片半部分之间的接头处的收缩或变形。
在优选的实施例中，叶片可以包括抗椭圆化工具，所述抗椭圆化工具包括两个半圆筒形刚性本体。在这些情况下，两个叶片半部分之间的接头可以处于第一平面中，并且抗椭圆化工具可以布置成使得两个基本半圆筒形本体的侧边缘可以布置在与两个叶片半部分之间的接头的平面基本垂直的平面中。
在另一方面中，提供一种包括基本如上所述的叶片的风力涡轮机。
又一方面涉及一种减小风力涡轮机叶片的叶片根部的椭圆化的方法，所述叶片由连结在一起的两个纵向叶片半部分制造。在某些实施例中，该方法可以包括以下步骤，即，将基本如上所述的抗椭圆化工具引入叶片根部中，并且调节抗椭圆化工具的刚性本体之间的距离，从而抵靠叶片根部内壁定位刚性本体。
在某些情况下，可以基本直接在将两个叶片半部分连结在一起之后执行将抗椭圆化工具引入叶片根部中的步骤。在其它情况下，可以基本直接在将两个叶片半部分连结一起之前执行上述步骤。为了减小不期望的变形，优选地在发生变形之前引入抗椭圆化工具。然而，在一些实施方案中，刚性本体之间的距离可以被“过调节”，以便使刚性本体在叶片内壁上施加压力，所述压力可以消除不期望的变形。
在某些实施方案中，抗椭圆化工具的形状可以设定成允许叶片根部有少量的变形。
又一个方面涉及以上基本作为风力涡轮机叶片根部的抗椭圆化工具说明的工具的用途。
本发明的实施例的其它目的、优点和特征将在本领域的技术人员审阅说明时变得明显，或可以通过实践本发明而被认识。
附图说明
本发明的特定实施例将在下文中参照附图以非限制性示例的方式说明，其中：
图1示出根据第一实施例的抗椭圆化工具的透视图；
图2a和2b示出引入风力涡轮机叶片根部中的、图1的抗椭圆化工具的一系列两种状态的侧视图；和
图3a和3b示出引入风力涡轮机叶片根部中的、根据第二实施例的抗椭圆化工具的一系列两种状态的侧视图。
具体实施方式
图1示出根据第一实施例的抗椭圆化工具的透视图。抗椭圆化工具1可以包括两个基本半圆筒形刚性本体11。刚性本体11可以借助四个螺丝扣12通过刚性本体的侧边缘111彼此连接，在刚性本体之间留有两个空隙13。刚性本体11可以一起形成基本圆筒形本体，并且刚性本体的侧边缘111可以与圆筒的中心轴线平行地延伸。
应当注意到，在其它的实施方案中，工具可以包括多于两个的刚性本体。在这些情况下，刚性本体可以在它们的侧边缘之间留有多于两个的空隙的情况下一起形成基本圆筒形本体。在其它实施方案中，这样的空隙可以用可变形材料填充。在又一些实施例中，当然可以使用不同数量的螺丝扣。
应注意到，通过调节刚性本体的侧边缘之间的距离，可以修改工具的形状。在工具引入叶片中之前，工具的横截面形状可以是更加椭 圆形的。在调节距离之后，工具可以是更加圆筒形的。
图2a和2b示出引入风力涡轮机叶片根部中的、图1的抗椭圆化工具的一系列两种状态的侧视图。根据该实施例，两个叶片根部半部分2可以处于它们的相应模具3中。叶片半部分的固化处理可以已经完全完成或可以未完全完成。
根据图2a和2b，两个叶片根部半部分2可以连结在一起，并且它们之间的接头21可以处于基本水平的平面中。两个半圆筒形刚性本体11可以在它们的侧边缘111处经由四个螺丝扣12（四个螺丝扣中的仅两个可见）彼此连接，在它们的侧边缘111之间留有两个空隙13。抗椭圆化工具可以布置在叶片根部中，以便使刚性本体侧边缘111之间的空隙13不与两个叶片根部半部分2之间的接头21一致。在该示例中，因而，空隙13可以布置在基本竖直的平面中。这样，至少在接头21处，刚性本体11的外表面将与叶片根部部分的内壁接触，从而至少部分地减小不期望的变形。
图2a示出其中刚刚已经引入叶片根部中的抗椭圆化工具的状态。在该状态下，刚性本体的外表面可能还没有与叶片根部的内壁完全接触（参见箭头22）。
图2b示出其中已经调节好抗椭圆化工具的状态。在该状态下，螺丝扣12已经调节成使得现在两个刚性本体侧边缘之间留有较宽的空隙13’。在该情况下，术语“调节”意味着，已经拧出布置在每个螺丝扣12的两个端部处的螺杆，以便使由此产生的空隙13’大于原始的空隙13。
如图2a和2b中所示，由于抗椭圆化工具的直径略小于叶片根部的内径，抗椭圆化工具从而可以容易地引入风力涡轮机叶片根部中，在调节螺丝扣12之后，刚性本体11可以与叶片根部的内壁完全接触。
图3a和3b的示例与图2a和2b的示例的不同之处仅在于以下事实，即，螺丝扣已经用液压缸和活塞14代替。液压缸14可以被控制成以与以上参照图2a和2b所述的方式相同的方式调节刚性本体侧边缘之间的空隙或距离。应当注意到，在其它实施方案中，其它连接装 置可以用于将刚性本体彼此连接，只要如以上参照图2a和2b所述连接装置可以调节刚性本体之间的距离即可。
在所有实施例中，刚性本体可以由例如钢或复合材料制成。刚性本体可以具有较薄的壁并且具有例如5mm至10mm的厚度。这样，风力涡轮机叶片入口可以自由进行维修操作，所述维修操作可以紧在制造处理之后或紧在风力涡轮机叶片已经安装在风力涡轮机中之后执行。此外，该工具可以具有较轻的重量。这在其中一旦叶片附装到转子毂上抗椭圆化工具就留在叶片根部中的情况下尤其有利。基本如上所述的抗椭圆化工具的长度可以取决于风力涡轮机叶片的尺寸，尤其取决于叶片根部部分的长度，并且可以例如是50cm。
在某些实施例中，一个或多个刚性本体可以包括曲面壁，所述曲面壁具有一个或多个减重孔，以便进一步减小工具的重量。
如上所述，在某些实施例中，可变形材料（例如，弹性材料或粘弹性材料）的层可以布置在刚性本体的外表面上。这种可变形材料可以例如是任何天然的或合成的泡沫橡胶。
虽然已经在本文中仅公开了本发明的多个特定实施例和示例，但是本领域的技术人员将应理解，本发明能够有其它可替代的实施例和/或用法及其明显的修改方案和等同方案。此外，本发明覆盖所述的特定实施例的所有可能的组合。因而，本发明的范围应当不受特定实施例的限制，而是应当仅通过以下权利要求的公正阅读确定。
Claims (16)
1.用于引入到风力涡轮机叶片根部中的抗椭圆化工具，所述抗椭圆化工具包括两个或更多个刚性本体，所述两个或更多个刚性本体在所述刚性本体之间有距离的情况下沿着所述刚性本体的侧边缘彼此连接，并且所述两个或更多个刚性本体一起形成基本圆筒形本体，其特征在于，所述刚性本体之间的所述距离是能调节的。
2.根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，所述圆筒形本体具有中心轴线，并且所述刚性本体的侧边缘与所述中心轴线基本平行地延伸。
3.根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，所述刚性本体是两个半圆筒形刚性本体。
4.根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，一个或多个刚性本体包括曲面壁，所述曲面壁包括一个或多个减重孔。
5.根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，所述刚性本体通过一个或多个液压缸彼此连接，所述液压缸能控制成调节所述距离。
6.根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，所述刚性本体通过一个或多个螺丝扣彼此连接，所述螺丝扣能调节成调节所述距离。
7.根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，所述刚性本体由钢或复合材料制成。
8.根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，所述刚性本体中的一个或多个的外表面包括能变形材料的层，用于缓冲风力涡轮机叶片根部的内壁的粗糙度。
9.风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括叶片根部部分，所述叶片根部部分用于联接到风力涡轮机的毂或延伸器，所述叶片根部部分包括根据权利要求1所述的抗椭圆化工具，其特征在于，所述抗椭圆化工具调节成使得所述刚性本体施加抵靠在所述叶片根部内壁上的压力。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片，所述叶片由两个纵向叶片半部分制造，其特征在于，所述叶片半部分连结在一起，以便当制造时，所述两个叶片半部分之间的接头处于第一平面中，并且所述抗椭圆化工具布置成使得所述刚性本体的侧边缘不与所述第一平面一致。
11.用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括叶片根部部分，所述叶片根部部分用于联接到所述风力涡轮机的毂或延伸器，所述叶片根部部分包括根据权利要求3所述的抗椭圆化工具并且所述叶片由两个纵向叶片半部分制造，其特征在于，所述叶片半部分连结在一起，以便当制造时，所述两个叶片半部分之间的接头处于第一平面中，并且所述抗椭圆化工具布置成使得所述两个基本半圆筒形本体的侧边缘布置在与所述两个叶片半部分之间的接头的平面基本垂直的平面中。
12.风力涡轮机，其包括根据权利要求9所述的叶片。
13.减小风力涡轮机叶片的叶片根部的椭圆化的方法，所述叶片由连结在一起的两个纵向叶片半部分制造，所述方法包括以下步骤：将根据权利要求1所述的抗椭圆化工具引入所述叶片根部中；和调节所述抗椭圆化工具的刚性本体之间的距离，从而抵靠叶片根部内壁定位所述刚性本体。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，基本紧在将所述两个叶片半部分连结在一起之后，执行所述将抗椭圆化工具引入叶片根部中的步骤。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，基本紧在将所述两个叶片半部分连结在一起之前，执行所述将抗椭圆化工具引入叶片根部中的步骤。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述抗椭圆化工具布置成使得所述刚性本体的侧边缘布置在不与所述两个叶片半部分之间的接头的平面一致的平面中。
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