CN103261679A - 用于风力涡轮机的叶片 - Google Patents

Abstract

用于风力涡轮机的叶片，包括用于附装于风力涡轮机的安装凸缘（12）的叶片根部部分（11），叶片根部包括多个设有内部衬套（14）的第一孔（13），其中衬套包括位于或者靠近叶片根部安装面的第一端（141）和嵌入其对应的第一孔的相对的第二端（142），其中一个或者多个内部衬套为导向衬套，所述导向衬套包括能相对于安装凸缘引导叶片根部的第一端。

Description

用于风力涡轮机的叶片

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的叶片以及风力涡轮机转子的毂或延伸器。

本发明还涉及一种将叶片的叶片根部部分连接至安装凸缘的方法以及一种校正叶片根部部分的变形的方法。

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者通过延伸器附装至转子毂。

风力涡轮机的叶片典型地由复合材料制成：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以提供可靠固定机构，例如螺栓可以直接插入到所述可靠固定机构中。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。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可靠连接。

风力涡轮机的叶片的制造过程大体上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、由复合材料制成的叶片半部分，所述第二步骤是将这两个叶片半部分从模具中去除，并且将它们连接在一起。或者，可以在单个模制步骤中制造完整的叶片。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，所述储存可以持续从一个月到一年。

虽然为了减小叶片的重量，叶片由复合材料制成，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（见图4）。

图4示意性地示出在储存位置中的风力涡轮机的叶片。箭头A显示出了作用于叶片根部部分11的重力，该重力会导致叶片根部部分的安装面111变形。

图4中叶片的定向只是多可能的储存位置之一。理想的储存位置可以取决于叶片的长度、叶片的形状、叶片的曲率以及叶片的其他设计参数。

与上述问题相关的另一个问题源于叶片制造过程的加快。叶片或者叶片半部分常常在固化处理没有完全完成之前被从模具中取出。树脂因而可能仍然部分柔软，叶片也就因此更容易在自身的重量下变形。

实际上，叶片根部的变形会在毂处导致更加易损坏的附装。叶片的附装孔会与毂或者延伸器的附装孔不完全对准，而且用于将叶片连接到毂的螺柱或者螺栓不能完全置于其孔的中心。因而，在操作中，它们会经受横向载荷，可能会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，本发明提供一种包括附装至风力涡轮机安装凸缘的叶片根部部分的用于风力涡轮机的叶片，所述叶片根部包括多个设有内部衬套的第一孔，其中内部衬套包括位于或者靠近叶片根部安装面的第一端和嵌入其对应的第一孔的相对的第二端，其中一个或者多个内部衬套为导向衬套，导向衬套包括能引导叶片根部至安装凸缘的第一端。

在本发明的这一方面，导向衬套的第一端可以作为向导将叶片根部的第一孔引至安装凸缘中的第二孔。叶片根部的第一孔因而可以更容易地与安装凸缘的第二孔对准。

而且，在这一方面中，由于第一孔和第二孔对准，可以直接插入孔中来紧固叶片至毂或延伸器的紧固件与这些孔的内壁没有接触。紧固件和叶片的寿命会因而延长。

在某些实施例中，一个或者多个导向衬套的第一端可以包括伸出其对应的第一孔的延伸部，所述延伸部能够引导叶片根部到安装凸缘上。

在某些实施例中，导向衬套的第一端或者其延伸部可以包括减小的外径。

在其它实施例中，导向衬套的第一端或者其延伸部可以包括增大的内径。

而且，在这一方面中，可以设有大体上如前所述的叶片，但是其包括至少两个导向衬套。这样的设置是合适的尤其是在叶片根部部分的变形已经发生的情况下。

通过这些至少两个导向衬套，可能将叶片根部和安装凸缘的第一孔和第二孔分别对准，还可能在在安装凸缘中安装两个或者多个导向衬套的第一端时校正叶片根部的变形。因此，可能获得叶片根部部分的第一孔和叶片根部部分的安装凸缘的第二孔的理想对准，所述叶片根部部分处于储存位置中并且已经在叶片自身的重量下变形。

在又一个方面，本发明提供包括多个第二孔的安装凸缘，其中安装凸缘可以由叶片根部的导向衬套的第一端引导从而将安装凸缘的第二孔和叶片根部的第一孔对准。

在某些实施例中，安装凸缘可以包括多个凹部，所述凹部可以由叶片根部的导向衬套的延伸部引导从而将安装凸缘的第二孔和叶片根部的第一孔对准。

在某些实施例中，安装凸缘可以包括多个突出部，所述突出部可以由叶片根部的导向衬套的第一端引导从而将安装凸缘的第二孔和叶片根部的第一孔对准。

在某些实施例中，安装凸缘可以构成叶片的部分，在其它的实施例中安装凸缘可以构成风力涡轮的毂或者延伸器的部分。

因而，本发明的又一方面提供附装至大体上如上所述的叶片的风力涡轮机的毂，所述毂包括大体上如上所述的安装凸缘。

在某些实施例中，毂可以还包括延伸器。在这些情况中，安装凸缘可以优选地设置在延伸器上。

而且在这一方面，本发明提供了包括大体上如上所述的毂和至少一个大体上如上所述的叶片的风力涡轮机转子。在某些实施例中，风力涡轮机转子可以还包括大体上如上所述的延伸器。

在又一方面，本发明提供了一种连接大体上如上所述的叶片到大体上如上所述的安装凸缘上的方法，所述方法包括以下步骤，即：在安装凸缘中安装导向衬套的第一端继而通过导向衬套的第一端将叶片根部的第一孔和安装凸缘的第二孔对准，然后将叶片根部紧固到安装凸缘上。

本发明的实施例的额外目的、优点和特征将在本领域的技术人员审阅说明书时变得明显，或可以通过实践本发明而被认识。

附图说明

本发明的具体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1a示出了根据第一实施例将风力涡轮机的叶片的叶片根部部分附装到风力涡轮机的毂或延伸器上的剖视图；

图1b示出了根据第二实施例将风力涡轮机的叶片的叶片根部部分附装到风力涡轮机的毂或延伸器上的剖视图；

图2a示出了根据导向衬套的第一实施例的图1a中细节A的横截面；

图2b示出了根据导向衬套的又一实施例的横截面；

图3示出了根据本发明的叶片的一个优选的实施例；

图4示出了在储存位置中的风力涡轮机的叶片。

具体实施方式

参照附图公开用于风力涡轮机的叶片、风力涡轮机转子的毂和/或延伸器以及用于将叶片根部部分连接到安装凸缘上的方法和校正叶片根部部分的变形的方法。

图1a和图1b分别示意性地示出根据第一实施例和第二实施例用于风力涡轮机的叶片至毂或延伸器20的附装的横截面。所述叶片包括用于连接至风力涡轮机的毂或延伸器20的叶片根部部分11。所述叶片根部11包括多个设有内部衬套14的第一孔13。所述衬套为导向衬套14，其包括位于或靠近叶片根部11的安装面111（如图3和图4所示）的第一端141和嵌入其对应的第一孔13的相对的第二端142。导向衬套14的第一端141能够相对于安装凸缘12引导叶片根部11。

根据图1a，一个或者多个导向衬套14可以包括伸出相应的第一孔13的延伸部143。如图1a所示，延伸部143可以包括外径减小的形状，因而能够相对于风力涡轮机的毂或延伸器的安装凸缘12引导叶片根部11。

而且，如图1a中还示出了毂或延伸器的安装凸缘12可以包括多个第二孔121和至少一个凹部（如图2a所示），用于由导向衬套14的延伸部143引导。所述凹部与延伸部143互补。从而，安装凸缘12的第二孔121可以与叶片的第一孔13对准。考虑到以下事实，即，在这个实施例中，安装凸缘12构成毂或延伸器的部分，因此所述毂或延伸器与安装凸缘12对准。因而，如上所述的叶片根部11的第一孔13和安装凸缘12的第二孔121的对准使得能够插入用于将叶片固定到毂或延伸器上的紧固件15。

应该注意到，安装凸缘12可以如图1a所示构成毂或延伸器的部分，或者安装凸缘还可以如图1b所示构成叶片的部分。

图1b示出了沿着叶片根部部分11的环形安装面111（如图3和图4所示）的周边安装的安装凸缘12，所述安装凸缘12构成叶片的部分。

在这些情况中，一旦安装凸缘12安装在叶片根部部分11上，所述安装凸缘12的第二孔121将与叶片根部的第一孔13保持对准。所述安装凸缘12优选地比叶片更坚硬。所述安装凸缘可以由例如金属制成。叶片根部-安装凸缘组件将不再受其连接表面的进一步变形的影响。因而所述叶片根部-安装凸缘组件能够借助通过毂或延伸器20的第三孔201并且通过叶片根部-安装凸缘组件的第二孔121及第一孔13插入的紧固件15而安装到毂或延伸器20上。

在这些实施例中，安装凸缘可以使用例如多个较小的螺栓或螺钉连接到叶片根部上，但也可以想到使用例如粘合剂的连接。

安装凸缘12可以由任何适合在叶片处于如上所述的储存位置时给叶片根部提供用于阻止叶片根部部分11向外变形所需的刚度的材料制成。

图2a示意性地示出了细节A的放大图。延伸部143伸出嵌有导向衬套14的第一孔13，并且能够相对于安装凸缘12引导叶片根部部分11。所述延伸部143包括外径减小的形状。安装凸缘12包括凹部122，所述凹部122与导向衬套14的延伸部143互补，从而导向衬套14的第一孔13能够与安装凸缘12的第二孔121对准。

图2b示出导向衬套14的第二实施例，其中所述导向衬套14包括第一端141，所述第一端141包括内径增大的形状。在这个实施例中，毂或延伸器的安装凸缘12可以包括由导向衬套14的第一端141引导的突出部123。

明显的是，如图1a至2b所示的导向衬套14的第一端141的确切形状可以随环境变化。不同的形状适合于引导叶片根部11和将叶片根部11的第一孔13和安装凸缘12的第二孔121对准。如图1a至2b所示，导向衬套14的第一端141和延伸部143可以优选地为任何具有包括尖端的横截面的形状。在优选实施例中，第一端141或延伸部143可以包括具有至少一个大体上直角的横截面。

在那些具有包括位于其第一端141上的延伸部143的导向衬套14的实施例中，所述延伸部143优选地沿导向衬套14的纵向轴线设置。

在那些导向衬套14包括具有延伸部143的第一端141的实施例中，所述延伸部143优选地与导向衬套14加工成一体件。

在可替代的实施例中，延伸部143可以焊接至导向衬套14。在其它的实施例中，延伸部143可以螺纹连接在衬套中。

在某些实施例中，延伸部143可以由与导向衬套14相同的材料制成。在其它的实施例中，延伸部143也可以由与导向衬套14不同的材料制成，所述材料可以选择例如用于提供在硬度和/或摩擦特性方面的改良表现。

图3示出了根据优选实施例的在储存位置中的风力涡轮机的叶片，所述优选实施例包括四个导向衬套14a至14d，所述导向衬套每个都包括能够相对于安装凸缘引导叶片部分11的第一端。如图所示，这些导向衬套14a至14d可以设置在沿叶片根部环形安装面111的横向结构中。因此，第一导向衬套14a和第二导向衬套14b位于大体上直径相对的位置。而且，第三导向衬套14c和第四导向衬套14d位于大体上直径相对的位置，所述第三导向衬套14c和第四导向衬套14d沿虚线设置，所述虚线与第一导向衬套14a和第二导向衬套14b的虚线相互垂直。

在其它的实施例中，可以只设有两个导向衬套。在其它的实施例中，可以设有三个、五个、六个或者其它数量的导向衬套。在某些实施例中，所有的衬套都可以是导向衬套。

导向衬套的确切数量可以取决于费用上的考虑、叶片是否变形和变形多少，甚至是变形所处的位置。

当叶片根部部分连接至安装凸缘时，安装凸缘中的孔可以自动地与叶片根部中的孔对准。而且，根据叶片可能的变形，当使用至少两个导向衬套时，仅仅通过将叶片根部连接至安装凸缘，叶片的变形可以至少部分地得到校正。将叶片根部连接至例如毂的安装凸缘之后，可以使用任何合适的紧固装置例如螺栓、螺柱、杆或销将它们紧固在一起。特别地，当安装凸缘构成叶片自身的部分，而不是毂或延伸器的部分时，可以使用较小的螺栓或粘合装置来将安装凸缘紧固至叶片根部部分。

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 (19)

1.用于风力涡轮机的叶片，所述叶片包括用于附装至风力涡轮机的安装凸缘的叶片根部部分，所述叶片根部包括多个设有内部衬套的第一孔，其中，

所述衬套包括位于或者靠近叶片根部的安装面的第一端和嵌入其对应的第一孔的相对的第二端，其中，

一个或者多个内部衬套为导向衬套，所述导向衬套包括能相对于安装凸缘引导所述叶片的第一端。

2.根据权利要求1所述的叶片，其中所述导向衬套的第一端包括伸出其对应的第一孔的延伸部，用于相对于所述安装凸缘引导叶片根部。

3.根据权利要求1所述的叶片，其中所述导向衬套的第一端包括减小的外径。

4.根据权利要求2所述的叶片，其中所述导向衬套的延伸部包括减小的外径。

5.根据权利要求1或3中的任意一项所述的叶片，其中所述导向衬套的第一端包括增大的内径。

6.根据权利要求2或4中的任意一项所述的叶片，其中所述导向衬套的延伸部包括增大的内径。

7.根据权利要求2、4或6中的任意一项所述的叶片，其中所述延伸部与导向衬套加工成一体件。

8.根据权利要求2、4或6中的任意一项所述的叶片，其中所述延伸部焊接到导向衬套上。

9.根据权利要求1至8中的任意一项所述的叶片，其包括至少两个导向衬套。

10.用于附装根据权利要求1至9中的任意一项所述的叶片的叶片根部部分的安装凸缘，所述安装凸缘包括多个第二孔，其中所述安装凸缘能由叶片根部的导向衬套的第一端引导，从而将安装凸缘的第二孔和叶片根部的第一孔对准。

11.根据权利要求10所述的安装凸缘，其中所述安装凸缘包括多个凹部，所述凹部能由叶片根部的导向衬套的第一端引导，从而将安装凸缘的第二孔和叶片根部的第一孔对准。

12.根据权利要求10或11中任意一项所述的安装凸缘，其中所述安装凸缘包括多个突出部，所述突出部能由叶片的导向衬套的第一端引导，从而将安装凸缘的第二孔和叶片根部的第一孔对准。

13.根据权利要求1至9中的任意一项所述的叶片，所述叶片还包括根据权利要求10至12中的任意一项所述的安装凸缘。

14.用于附装根据权利要求1至9中的任意一项所述的叶片的用于风力涡轮机的毂，其中所述毂包括根据权利要求10至12中的任意一项所述的安装凸缘。

15.用于附装根据权利要求1至9中的任意一项所述的叶片的用于风力涡轮机的延伸器，其中所述延伸器包括根据权利要求10至12中的任意一项所述的安装凸缘。

16.风力涡轮机转子，其包括毂和至少一个根据权利要求13所述的叶片。

17.风力涡轮机转子，其包括至少一个根据权利要求1至9中的任意一项所述的叶片和根据权利要求14所述的毂。

18.风力涡轮机转子，其包括至少一个根据权利要求1至9中的任意一项所述的叶片和根据权利要求15所述的延伸器以及毂。

19.一种将根据权利要求1至9中的任意一项所述的叶片的叶片根部部分连接到根据权利要求10至12中的任意一项所述的安装凸缘上的方法，所述方法包括以下步骤：

将导向衬套的第一端配合在安装凸缘中，由此使用叶片根部部分的导向衬套的第一端将叶片根部部分的第一孔和安装凸缘的第二孔对准，和

将叶片根部紧固到安装凸缘上。

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