CN104541051B - 在安装风力涡轮机叶片时提供精确对准的系统和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种安装风力涡轮机叶片（10）的系统和方法，其设计成有助于风力涡轮机叶片根部与毂部侧部件例如叶片倾斜系统的引导和对准。另外，该系统能够操作成减小叶片根部椭圆化效应。提供了至少一个圆形套环（79，80），其能够支靠从风力涡轮机叶片（10）的根端（16）突出的安装元件（例如，叶片根部衬套（74））的至少一部分。套环（79，80）用来吸收向椭圆形状推压叶片根部（16）的力，从而提供叶片根部椭圆化的改善的处理并且确保安装元件例如保持螺栓孔（78）与叶片根部衬套（74）的精确的径向对准。这种改善的对准系统减小了由于部件失准而导致的螺栓失效的可能性。

Description

在安装风力涡轮机叶片时提供精确对准的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片向风力涡轮机毂部的安装的系统和相关方法，以提供改善的根端对准并改善叶片根部椭圆化处理。

背景技术

风力涡轮机在发达国家已经成为一种优选的可再生能源，从而促进了人们为了提高涡轮机输出和效率而付出持续的努力。这已经导致了在实体上较大的风力涡轮机设计的发展和生产。

由于部件尺寸的持续增大，现今的风力涡轮机会遭受对于先前的小尺寸设计不构成问题的机械问题。这些问题中的一个是叶片根部椭圆化。

风力涡轮机叶片根部通常包括从圆形根端突出的多个连接元件，例如叶片根部衬套、保持螺栓、凸缘等，这些连接元件用于将风力涡轮机叶片连接至风力涡轮机毂部、风力涡轮机毂部延伸件和/或倾斜（pitch）系统。当通常使用保持螺栓来承受在安装风力涡轮机叶片时涉及的很大的力时，这种保持螺栓必须以较高的精度连接在风力涡轮机部件之间。保持螺栓和/或用来接收这种保持螺栓的孔之间的任何失准都能够导致设置在叶片根部衬套中的保持螺栓接触或刮擦根部衬套、根部凸缘和/或倾斜轴承的侧壁。这种直接接触会对保持螺栓的动态强度具有严重的影响，必须避免这种直接接触以避免保持螺栓连接的过早失效。

另外，风力涡轮机制造中的已知问题是叶片模制后的叶片根部椭圆化，其中，叶片根段中存在的自然力作用成迫使名义上的圆形叶片根部向椭圆形变化。这种椭圆化使得安装或联接操作期间的叶片根部部件的精确对准动作显著地复杂化。

当前的构造方法涉及使用千斤顶机构来将风力涡轮机叶片根部的段顶成呈圆形，以有助于叶片根部凸缘的安装和/或叶片在涡轮机上的后续安装。然而，这种系统无法提供根端的均匀的圆度，这会导致叶片根部部件之间的失准。另外，一旦顶推力被撤销，叶片根端将作用成恢复至自然的椭圆形。

在EP 2 453 129中提供了用于风力涡轮机叶片安装的现有技术系统的示例，该示例使用具有锥形端的引导衬套来相对于安装凸缘引导叶片根部。

本发明的目的是提供一种方法和系统以提供叶片根端与后续的风力涡轮机部件之间的改善的对准并且使风力涡轮机叶片根部椭圆化的影响最小化，从而提高风力涡轮机部件的耐久性。

发明内容

因此，提供了一种包括具有大致水平的转子轴的转子的风力涡轮机，该转子包括毂部和从毂部沿大致径向方向延伸的至少一个风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片具有顶端和大致圆形的根端，

其中，多个衬套从所述至少一个风力涡轮机叶片的所述根端突出，用于将所述至少一个风力涡轮机叶片安装至毂部、延伸件或联接于所述转子的倾斜环，其中在所述毂部、延伸件或倾斜环的安装表面上限定有相应的多个孔，

所述孔和衬套布置成接收多个螺栓以将所述至少一个风力涡轮机叶片安装至所述毂部、延伸件或倾斜环，

其中所述风力涡轮机包括与所述孔相邻地延伸的至少一个引导表面，所述引导表面作用成使所述衬套与所述孔对准，使得所述衬套的自由端与所述孔相邻地支靠在安装表面上，以及

其中，所述引导表面大致正交于所述安装表面。

由于引导表面大致正交于安装表面，所以提供了用于风力涡轮机叶片的改进的安装系统。这带来了相比于现有技术的诸多优点，因为其使得能够更容易地制造和加工部件以具有配合的表面，并且提供衬套与安装表面和引导表面之间的载荷和支承力的更有效传递。

另外地或者可替代地，所述衬套从所述至少一个风力涡轮机叶片的根端突出第一高度，并且

所述引导表面由至少一个圆形套环提供，其中所述圆形套环从安装表面突出第二高度，

其中，所述第一高度大于所述第二高度，使得在所述根端与所述至少一个圆形套环之间限定出空间。

圆形套环与毂部、延伸件或倾斜环相邻地设置。将理解的是，圆形套环可以与毂部、延伸件或倾斜环一体地形成。由于衬套从叶片根端突出的距离大于圆形套环从毂部侧元件突出的距离，因此，防止了叶片的根端与圆形套环直接接触。

优选地，风力涡轮机叶片基本上由纤维复合材料形成，并且圆形套环和毂部、延伸件或倾斜环基本上由金属材料形成。

防止纤维复合材料根端与金属安装元件之间的直接接触减小了由于这两种不同材料之间的磨损而发生的根端损坏的可能性。

优选地，在所述至少一个叶片的根端与所述引导表面之间设置有至少一个弹性密封件或间隔元件。这可以包括应用在圆形套环或叶片根端上的橡胶环或柔性管。

使用密封件或间隔元件防止了水分的进入，并且还确保了在纤维复合材料叶片根端与金属圆形套环或倾斜环之间没有直接接触。

在一个方面，引导表面的一部分被倒角；优选地，这一部分为引导表面的远离所述安装表面的部分；优选地，小于引导表面的高度的50%。

通过在引导表面的自由端设置倒角部，衬套能够更容易地与毂部侧孔对准以便安装。然而，应当理解的是，引导表面的主要部分与安装表面正交地布置。

还提供了如下一种风力涡轮机，其包括具有大致水平的转子轴的转子，该转子包括毂部，至少一个风力涡轮机叶片当安装于毂部时从毂部大致沿径向方向延伸，风力涡轮机叶片沿平行于纵向轴线的纵向方向延伸并且具有顶端和大致圆形的根端，

其中，多个联接或安装元件从所述至少一个风力涡轮机叶片的所述根端突出，所述根端安装元件布置成将所述风力涡轮机叶片的根端联接至设置在所述毂部上或者连接于所述毂部的多个相应的毂部侧安装元件，并且

其中，风力涡轮机还包括位于所述根端与所述毂部之间的至少一个套环，优选地为圆形套环，其中所述至少一个套环作用成支靠所述多个安装元件的从所述根端突出的至少一部分，使所述多个根端安装元件与所述多个毂部侧安装元件对准。

圆形套环的尺寸可以设定为提供根端安装元件与设置在毂部上或者联接至毂部的相应的毂部侧安装元件之间的紧密对准，使得叶片安装元件与毂部安装元件之间的失准的风险最小化。圆形套环还能够有助于引导所述根端安装表面以与所述毂部侧安装元件联接。另外，使用与从所述叶片根端突出的安装元件相邻的圆形套环意味着防止了安装元件的假想环与相关联的叶片根端一起过度地椭圆化。

根端安装元件可以包括从风力涡轮机叶片的根端突出的元件的任何合适的阵列，这些元件用来将风力涡轮机叶片安装或联接至较大的风力涡轮机结构，例如：凸缘构件、突出螺栓、突出叶片套筒和/或嵌入在风力涡轮机叶片根端中的叶片根部衬套的突出端。设置在毂部上或者联接于毂部的相应的毂部侧安装元件将被理解为包括能够与根端安装元件联接的任何合适的连接，例如，用于接收螺栓的孔或钻孔。将理解的是，风力涡轮机叶片的长度优选地超过至少30米。

在特别优选的实施方式中，所述根端安装元件包括以假想的螺栓圆（boltcircle）围绕所述根端设置的多个叶片根部衬套，并且所述毂部侧安装元件包括限定在设置于所述毂部上或者联接至所述毂部的毂部侧本体中的多个螺栓孔，

其中，所述叶片根部衬套布置成接收多个螺栓，所述多个螺栓延伸穿过所述螺栓孔以将所述根端紧固至所述毂部侧本体，其中所述至少一个圆形套环布置成使所述多个叶片根部衬套与所述多个螺栓孔对准以防止螺栓失准。

通过支靠叶片根部的根部衬套，圆形套环能够维持保持螺栓上的径向对准和叶片根部的形状，从而防止螺栓与根部衬套的侧部、叶片根部凸缘和/或毂部侧本体（例如倾斜环或倾斜轴承）的不期望接触。这起到减小风力涡轮机叶片的期望工作寿命期间螺栓失效的可能性的作用。

在一个实施方式中，所述多个螺栓孔中的每个的第一开口端限定在所述毂部侧本体的面向叶片根部的表面上，其中所述至少一个圆形套环与所述面向叶片根部的表面相邻地设置，所述至少一个圆形套环具有面向衬套的支承表面以支靠所述叶片根部衬套中的至少多个，

其中，所述至少一个圆形套环的直径被选择为使得所述面向衬套的支承表面与所述多个螺栓孔的所述第一开口端之间的距离等于叶片根部衬套的壁宽加上公差值，使得所述多个螺栓孔与多个叶片根部衬套大致对准。

因为在对于由不同制造商生产的不同设计的风力涡轮机的制造公差和/或不同系统要求方面可能存在差异，因此优选地，所述至少一个圆形套环的尺寸设计成考虑这种公差，以减小制造差异可能影响系统操作的可能性。优选地，螺栓孔的中心线与叶片根部衬套的中心线对准。

将理解的是，公差值可以基于对下列各项中的至少一项的选择：螺栓柔性公差值；螺柱直径公差值；衬套侧壁尺寸公差值；螺栓孔尺寸公差值，等等。优选地，所述螺栓直径公差值大约为螺栓直径的0.05%-0.1%。优选地，所述衬套侧壁尺寸公差值为衬套侧壁宽度的大约0.05%-0.1%。优选地，所述螺栓孔尺寸公差值为所述螺栓孔的直径的大约0.05%-0.1%。

将理解的是，所述毂部侧本体可以包括适于将风力涡轮机叶片联接至风力涡轮机毂部例如毂部延伸件、倾斜系统、与毂部一体的联接凸缘等的任何元件。

优选地，所述至少一个圆形套环由相对刚硬的高强度材料例如金属元件（例如钢）制成。

优选地，所述至少一个圆形套环的直径基本上接近由从所述根端突出的所述多个安装元件限定的假想圆的直径。

圆形套环的直径优选地被选择为允许圆形套环与由突出的安装元件限定的假想圆之间的紧密配合。由于圆形套环的直径紧密地遵循初始的根端圆的直径，这防止了假想圆的形状和相关联的叶片根端的形状由于叶片根部椭圆化而过度地偏离初始的优选形状。

在一个实施方式中，所述至少一个圆形套环的直径在由从根端突出的所述多个安装元件限定的所述假想圆的直径的大约5%内，优选地在2%内，更优选地在1%内。

相应的圆直径的这种紧密对准防止了发生叶片根部过度椭圆化，并且有助于使叶片安装元件与适当的毂部侧安装元件精确地对准。

优选地，所述风力涡轮机包括倾斜系统，该倾斜系统具有布置在所述风力涡轮机叶片与所述毂部之间的第一倾斜环，其中所述多个安装元件联接于所述第一倾斜环，所述倾斜系统能够操作成使所述风力涡轮机叶片相对于所述毂部倾斜，

其中，所述至少一个圆形套环设置在所述第一倾斜环上。

使用倾斜系统来承载圆形套环为能够在不需要大量的重新设计或重新构造的情况下相对容易地结合到现有的风力涡轮机设计中的系统提供了基础。另外，由于叶片倾斜系统总体上包括相对较大的结构（例如具有至少1米的直径的金属环），所以这种系统能够足够坚固以承受在叶片椭圆化和弯曲时涉及的力。

优选地，所述安装元件例如通过螺栓直接联接于所述第一倾斜环。

在一个方面，所述第一倾斜环可以包括在所述第一倾斜环的相反侧之间延伸的加强元件（例如支柱或支架）以防止所述第一倾斜环的变形。

倾斜环的强度可以通过使用加强支架或加强构件而增加，以提供力在倾斜环中的更好分布。

在一个方面，所述第一倾斜环包括与倾斜环的本体成一体的至少一个圆形套环。

倾斜环可以制造成使得圆形套环构成倾斜系统本体的整体的一部分。

可替代地，风力涡轮机包括配合于所述第一倾斜环的至少一个圆形套环。

套环可以例如使用螺栓、粘结剂和/或卡配连接改装至已有的倾斜系统。另外地或可替代地，套环可以使用简单的推压配合连接联接于倾斜环，其中套环的突出部的尺寸设定为基本上对应于倾斜环的内周和/或外周，突出部配合在所述第一倾斜环的外周和/或内周的至少一部分的周围。

在一个实施方式中，风力涡轮机包括位于由从大致圆形的叶片根端突出的所述多个安装元件限定的假想圆的外周的内侧的内部圆形套环，所述内部圆形套环用来支靠所述多个安装元件的至少一部分以保持所述根端的大致圆形形状并防止所述根端的椭圆化。

另外地或可替代地，风力涡轮机包括位于由从大致圆形的叶片根端突出的所述多个安装元件限定的假想圆的外周的外侧的外部圆形套环，所述外部圆形套环用来支靠所述多个安装元件的至少一部分以保持所述根端的大致圆形形状并防止所述根端的椭圆化。

优选地，风力涡轮机包括内部套环和外部套环两者，所述套环限定两者之间的通道以接收从所述叶片根端突出的所述多个安装元件的至少一部分。

使用位于安装元件的假想圆的两侧上的一对套环能够在安装元件的引导和对准期间提供增加的容易度以与风力涡轮机毂部联接。

优选地，所述至少一个圆形套环包括布置成支靠所述多个安装元件的至少一部分的支承表面，其中所述支承表面被至少部分地倒角。

设置倒角表面有助于所述安装元件相对于所述套环的插入。

优选地，所述至少一个圆形套环包括支靠所述多个根端安装元件的所述至少一部分的支承表面，

其中，所述至少一个圆形套环在设置于所述毂部上或者联接于所述毂部的毂部侧本体上设置，支承表面具有从所述毂部侧本体的面向叶片根端的表面突出的宽度，

其中，所述多个根端安装元件从所述根端突出的长度大于所述支承表面的宽度，

其中，所述多个根端安装元件的自由端支靠所述毂部侧本体的所述表面，从而在所述根端与所述至少一个圆形套环之间限定有空间。

由于风力涡轮机叶片通常由纤维基复合材料形成，所以复合材料与坚硬的（例如，金属的）套环之间的直接接触可能导致风力涡轮机叶片的端部的损坏或磨损，例如叶片的层压材料的微裂。因此，关于根端安装元件的突出长度适当地设置套环的尺寸将确保在适当的表面之间不发生直接接触。

在一个方面，安装元件可以包括从风力涡轮机叶片的根端突出大约10-15mm的根部衬套。圆形套环可以具有5mm至10mm之间的支承表面宽度。圆形套环还可以包括具有大约3mm的深度的斜切边缘。

优选地，风力涡轮机包括设置在所述风力涡轮机叶片的根端与所述至少一个圆形套环之间的至少一个密封元件。优选地，所述至少一个密封元件形成所述风力涡轮机叶片的所述根端与所述至少一个圆形套环之间的密封件的至少一部分。

优选地，所述至少一个密封元件设置为环元件，例如O形环，其中所述至少一个密封元件形成所述风力涡轮机叶片的所述根端与所述至少一个圆形套环之间的密封件。

使用密封元件作为叶片与套环之间的密封件防止了水分等进入风力涡轮机内部。优选地，所述至少一个密封元件由弹性材料例如橡胶或塑料材料形成。

在一个实施方式中，风力涡轮机叶片由纤维基材料形成，并且所述至少一个圆形套环由金属元件、优选地由钢形成，并且其中所述方法还包括提供至少一个间隔元件或保护元件的步骤，所述至少一个间隔元件或保护元件优选地由柔性或弹性材料形成，位于所述风力涡轮机叶片的根端与所述至少一个圆形套环之间，以防止所述风力涡轮机叶片与所述至少一个圆形套环之间的接触。

使用专门的间隔元件或保护元件提供了叶片根端与圆形套环之间没有直接接触的增加的确定性。将理解的是，间隔元件可以由任何合适的弹性材料形成，其能够操作为防止叶片根端与风力涡轮机结构的毂部侧部件之间的直接接触。

可替代地，在所述根端与所述至少一个圆形套环之间设置有多个间隔元件。

在一个实施方式中，所述多个间隔元件设置为围绕从所述根端突出的相应的安装元件设置的O形环。

将理解的是，另外地或可替代地，安装元件联接于设置在所述毂部上的毂部延伸件，其中所述至少一个圆形套环设置在所述毂部延伸件上或者联接于所述毂部延伸件。

还提供了一种防止风力涡轮机叶片根端椭圆化的方法，该风力涡轮机叶片包括大致圆形的根端，根端具有从根端突出的多个联接或安装元件，该方法包括以下步骤：

提供至少一个套环，优选地为圆形套环，以支靠从所述根端突出的所述多个安装元件的至少一部分，从而保持所述根端的大致圆形形状并且防止所述根端的椭圆化。

安装元件可以包括从风力涡轮机叶片的根端突出的元件的任何合适的阵列，这些元件在将风力涡轮机叶片安装或联接至较大的风力涡轮机结构的动作中使用，这些结构例如为：凸缘构件、突出螺栓、突出叶片套筒和/或嵌入在风力涡轮机叶片根端中的叶片根部衬套的突出端。

特别地，提供了一种将风力涡轮机叶片联接至风力涡轮机毂部的方法，该风力涡轮机叶片包括根端，其具有大致圆形的根端，根端具有从根端突出的多个根端衬套，其中该方法包括以下步骤：

提供至少一个套环，优选地为圆形套环，以支靠从所述根端突出的所述多个根端衬套的至少一部分，从而保持所述根端的大致圆形形状并使所述根端衬套与设置在风力涡轮机毂部上的多个安装元件对准。

使用这种方法进一步提供了用于处理所述根端的椭圆化的改进的系统。

优选地，所述提供步骤包括在风力涡轮机叶片倾斜系统的倾斜环上提供所述至少一个圆形套环。

在一个方面，所述方法包括提供风力涡轮机叶片倾斜系统的步骤，该风力涡轮机叶片倾斜系统包括具有至少一个一体的圆形套环的倾斜环。

可替代地，所述方法包括将所述至少一个圆形套环装配于风力涡轮机叶片倾斜系统的倾斜环的步骤。

附图说明

现在将参照附图仅仅通过示例来描述本发明的实施方式，在附图中：

图1示出了风力涡轮机；

图2示出了风力涡轮机叶片的示意图；

图3示出了图2的叶片的翼部轮廓的示意图；

图4示出了根据本发明的系统的风力涡轮机叶片根部与倾斜系统之间的接合的第一实施方式的放大的截面图；

图5示出了图4的系统的第二实施方式；以及

图6示出了图4的系统的第三实施方式。

具体实施方式

图1示出了根据所谓的“丹麦构型”的传统的当代逆风风力涡轮机，其具有塔部4、舱室6和具有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有最接近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片顶端14。转子具有用R表示的半径。

图2示出了可以根据本发明的实施方式使用的风力涡轮机叶片10的第一实施方式的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统的风力涡轮机叶片的形状并且包括：最接近毂部的根部区域30；最远离毂部的型面或翼部区域34；以及在根部区域30与翼部区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，前缘18在叶片安装于毂部时面向叶片10的旋转方向，后缘20面向前缘18的相反方向。

翼部区域34（也称为型面区域）具有在产生升力方面理想的或者近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑而具有大致圆形或椭圆形截面；例如，这使得叶片10至毂部的安装更容易且更安全。根部区域30的直径（或弦长）一般沿着整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有过渡轮廓32，过渡轮廓32从根部区域30的圆形或椭圆形逐渐地变化为翼部区域34的翼部轮廓50。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r增加而大致线性地增加。

翼部区域34具有翼部轮廓50，翼部轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦线。弦线的宽度随着距毂部的距离r增加而减小。

应当注意的是，叶片的不同部分的弦线通常不位于公共的平面内，这是因为叶片可以扭转和/或弯曲（即，预弯折），因而通过相应扭转和/或弯曲的过程提供弦平面，这最常见地是为了补偿叶片的局部速度取决于距毂部的半径的情况。

图3示出了用各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼部轮廓50的示意图，这些参数一般用来限定翼部的几何形状。翼部轮廓50具有压力侧52和吸入侧54，在使用中——即，在转子的旋转期间——压力侧52和吸入侧54通常分别面向上风（或逆风）侧和下风（或顺风）侧。翼部50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼部50具有厚度t，厚度t限定为压力侧52与吸入侧54之间的距离。翼部的厚度t沿着弦60变化。与对称轮廓的偏离由拱形线62给出，拱形线62是穿过翼部轮廓50的中位线。该中位线能够通过绘制从前缘56到后缘58的内接圆而得到。该中位线遵循这些内接圆的中心，并且与弦60的偏离和距离称为拱高f。也能够通过使用称为上拱高和下拱高的参数来限定不对称性，上拱高和下拱高分别被限定为距弦60的距离和距吸入侧54和压力侧52的距离。

翼部轮廓通常用下面的参数来描述其特征：弦长c、最大拱高f、最大拱高f的位置df、最大翼部厚度t（其为沿着拱形中位线62的内接圆的最大直径）、最大厚度t的位置dt、以及鼻部半径（未示出）。这些参数一般限定为与弦长c的比例。

风力涡轮机叶片通常由纤维加强的塑料材料（即玻璃纤维和/或碳纤维）形成，这些塑料材料布置在模具中并且用树脂固化以形成固体结构。当今的风力涡轮机叶片的长度通常能够超过30米至40米，具有数米长的叶片根部直径。

风力涡轮机叶片10在叶片10的根端16处连接于毂部8。通常，在叶片10的根端16处设置有一系列的安装元件，这些安装元件用于联接至毂部8。所选择的安装元件可以针对不同的风力涡轮机设计而变化；例如，安装元件可以包括设置在根端的保持螺栓或交叉螺栓（cross-bolt）、突出的叶片根部凸缘、和/或嵌入在叶片根端以接收螺栓的叶片根部衬套。安装元件通常以围绕圆形叶片根端16的外周的间隔开的布置来设置，并且将叶片根端直接连接至风力涡轮机毂部8或者连接至设置在毂部8上的叶片倾斜系统。

叶片倾斜系统通常包括通过轴承连接联接在一起的一对同心倾斜环，其中第一倾斜环能够相对于第二倾斜环转动。通过将第一倾斜环安装于风力涡轮机叶片10的根端16并且将第二倾斜环安装于风力涡轮机毂部8，风力涡轮机叶片可以相对于涡轮机毂部8倾斜，以控制风力涡轮机操作。

参照图4，示出了风力涡轮机叶片10的根端16的一部分在连接于叶片倾斜系统时的放大截面图。将理解的是，所示的截面基本上绕叶片根端16的整个外周复制。

示出了倾斜系统的一部分，其为第一倾斜环70的一段的形式。将理解的是，第一倾斜环70通过具有第二倾斜环（未示出）的多个轴承72联接，其中第二倾斜环连接于风力涡轮机毂部8。

在本实施方式中，多个叶片根部衬套74嵌入在叶片根端16中，其中衬套74的自由端74a从根端16的表面突出。衬套74设置有接收多个螺栓（未示出）的盲孔76，以将叶片根端16紧固至较大的风力涡轮机结构。然而，将理解的是，在本发明中可以使用任何合适的安装元件。

在第一倾斜环70上设置有贯通孔78，该贯通孔从与风力涡轮机叶片10的根端16相邻地设置的第一表面70a延伸至与第一表面70a相反地设置的第二表面70b。

第一倾斜环70设置有位于所述第一表面70a上的第一套环79和第二套环80。第一套环79和第二套环80绕第一倾斜环70的外周延伸，从而限定套环79、80之间的、包含贯通孔78的开口的通道或槽82。套环79、80布置成在通道82中接收叶片根部衬套74的自由端74a，使得叶片根部衬套74的盲孔76可以与第一倾斜环70的贯通孔78对准，从而允许将叶片根部16联接至第一倾斜环70。

套环79、80的尺寸设定为紧密地遵循由叶片根部衬套74的阵列限定的假想圆的外周，使得叶片根端16和相关联的衬套74的假想圆的任何潜在的变形或椭圆化都将导致根部衬套74的至少一部分的自由端74a支靠第一套环79和/或第二套环80。由于套环79、80可以与第一倾斜环70的本体成一体并且优选地由相对坚固且非柔性的材料例如钢形成，所以朝向椭圆化驱动叶片根端16的力能够被相对刚硬的倾斜环结构吸收，并且保持了叶片根部16的大致圆形形状。另外，由于套环79、80基本上迫使根部衬套74呈第一倾斜环70的圆形形状，所以套环79、80的存在也有助于根部衬套74与倾斜环70的贯通孔78的对准，从而提供更容易的安装操作。

将理解的是，根端16的椭圆化导致了圆形根端16的一些部分变窄并且其他部分变长；单个套环79、80可能足以承受根端椭圆化效应的力，并且有助于相应的孔76、78的引导和对准。

因此，所描述的实施方式可以实施为使第一套环79或第二套环80设置在第一倾斜环70上。

由于叶片10通常由复合材料形成并且套环和倾斜系统通常由刚性金属材料形成，所以两者之间的任何直接接触可能导致叶片根部中的磨损或结构缺陷，例如叶片的主要结构层压体中的微裂。另外，理想的是保持叶片根部衬套74的自由端与倾斜环70的第一表面70a之间的一定接触，优选地为全接触，使得安装在孔76、78中的任何螺栓都不会因为叶片根端16与倾斜环70之间的相对移动而经受任何应力或应变。因此，圆形套环79、80从第一表面70a突出的宽度优选地选择为使其小于叶片根部衬套74的自由端74a从叶片根端16突出的距离。这确保了衬套的自由端74a将接触倾斜环70的与孔或钻孔78的开口端相邻的表面70a，同时提供了根端16与圆形套环79、80的相应的面对的表面79a、80a之间的限定的空间。

在另一个实施方式中，在叶片根端16的表面与第一套环79和第二套环80的面对的表面之间的区域中可以设置有至少一个密封元件84。设置密封元件84是为了防止水分或其他颗粒（例如灰尘）通过限定在根端16与圆形套环79、80的相对的面对的表面79a、80a之间的空间进入风力涡轮机结构的内部。密封元件84可以设置为围绕圆形套环79、80中的一个或两个的外周延伸的环。

在另一个方面，在根端16与所述相对的表面79a、80a之间可以设置间隔元件（未示出），该间隔元件优选地为围绕各个根部衬套74的O形环的形式或者设置在第一套环79和第二套环80上方的缓冲层的形式。使用这种间隔元件可以有助于防止叶片根端16与风力涡轮机的倾斜系统之间的直接接触。

在这里未示出的另一个可能的改进中，第一套环79和第二套环80中的至少一个可以包括朝向包括贯通孔78的通道82逐渐变细或倒角的表面，以帮助将根部衬套84插入通道82中。

在优选的方面，圆形套环79、80布置成使得当考虑了各种公差时，相应的螺栓孔76、78被精确地对准，以确保接收在所述孔79、80中的任何螺栓都不会由于孔之间的失准而经受应力和应变。因此，优选的是，孔76、78被对准以防止螺栓接触叶片根端与倾斜系统的接合处的表面（这种接触能够导致螺栓失效）。

在一个方面，假设安装的螺栓的中心与根部衬套孔76的中心对准，那么螺栓应当与倾斜环中的孔78的中心对准。螺栓的螺纹与倾斜环中的孔78之间的直径差然后是两者之间的最大轴对称公差。

假设衬套74的自由端74a的外径以安装的螺栓的中心线为中心，那么能够得到下面的尺寸：

为了避免螺栓的接触，外部套环79的最大直径为：

叶片螺栓圆直径（BCD）+叶片衬套外端直径+最大轴对称公差-X

为了避免螺栓的接触，内部套环80的最小直径为：

叶片螺栓圆直径（BCD）-叶片衬套外端直径-最大轴对称公差+X

将理解的是，X为选择为允许可接受的制造差异的公差值，例如，X能够基于根端16中的根部衬套74对准、根部衬套74的壁厚、使用的螺栓的厚度和刚度、和/或设置在倾斜环70上的孔或钻孔78的对准。优选地，X在0.1mm至0.9mm之间。

参照图4，优选地，圆形套环79或80与倾斜系统的孔78的开口端间隔开一段距离，该距离允许了确保孔76与78的任何失准都在可接受的公差内的最大确定性。

尽管图4的实施方式示出了套环79、80设置为与第一倾斜环70是一体的，但将理解的是，本发明的不同执行方式可以被用来提供对叶片根部椭圆化的改善的处理。参照图5和图6，示出了本发明的第二实施方式和第三实施方式，其中本发明可以通过有限的改型使用标准的倾斜环来执行。将理解的是，对于图4所使用的描述和附图标记也关于图5和图6针对相应的部件而使用。

在图5中，第一套环和第二套环设置为第一套环环形构件86和第二套环环形构件88的形式，第一套环环形构件86和第二套环环形构件88附接至第一倾斜环70的第一表面70a；优选地，使用螺栓90而螺纹连接至倾斜环。套环环形构件86和88布置成形成如图4所示的通道或槽82，用于接收叶片根部衬套74的自由端74a。

在图6中，第一套环和第二套环设置为第一套环带92和第二套环带94的形式，其中带92、94的尺寸设定为通过倾斜环70的第一表面70a处的推压配合连接而联接于第一倾斜环70。因此，套环带92和94形成如图4所示的通道或槽82而没有与倾斜环70的任何机械联接。

与图4的实施方式一样，将理解的是，图5和图6的实施方式也可以利用仅仅单个套环86、88、92、94来实施，和/或也可以使用至少一个密封元件84和/或间隔元件。

在本发明的另一个改进中，将理解的是，第一倾斜环70可以改型为对倾斜环进行加强；例如，可以在倾斜环的相反侧之间设置横向支柱或支架以防止变形。

本发明提供了一种确保叶片根部螺栓圆与毂部侧螺栓圆（例如，倾斜系统螺栓圆）之间的准确对准、优选为径向对准的系统和方法。通过确保部件的精确对准，大大减小了在风力涡轮机运行寿命期间螺栓提前失效的可能性。通过使用上述本发明，倾斜环的刚度被有效地用来确保叶片根部的圆度。因此，这种系统不需要使用相对重载的叶片根部凸缘来保持叶片根部的圆形。本发明提供了叶片根部椭圆化效应的显著减小，从而使由于这种椭圆化而导致的风力涡轮机部件失效的概率较小。

本发明不限于文中描述的实施方式，而是可以在不偏离本发明范围的情况下进行改型或修改。

Claims (13)

1.一种风力涡轮机，包括具有大致水平的转子轴的转子，所述转子包括毂部和从所述毂部沿大致径向方向延伸的至少一个风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片具有顶端和大致圆形的根端，

其中，多个衬套从所述至少一个风力涡轮机叶片的所述根端突出，用于将所述至少一个风力涡轮机叶片安装至联接于所述转子的毂部、延伸件或倾斜环，其中在所述毂部、所述延伸件或所述倾斜环的安装表面上限定有相应的多个孔，

所述孔和所述衬套布置成接收多个螺栓以将所述至少一个风力涡轮机叶片安装至所述毂部、所述延伸件或所述倾斜环，

其中所述风力涡轮机包括与所述孔相邻地延伸的至少一个引导表面，所述引导表面作用成使所述衬套与所述孔对准，使得所述衬套的自由端与所述孔相邻地支靠在所述安装表面上，以及

其中，所述引导表面大致正交于所述安装表面。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机，其中，所述衬套从所述至少一个风力涡轮机叶片的根端突出第一高度，并且

所述引导表面由至少一个圆形套环提供，其中所述圆形套环从所述安装表面突出第二高度，

其中，所述第一高度大于所述第二高度，使得在所述根端与所述至少一个圆形套环之间限定出空间。

3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，在所述至少一个风力涡轮机叶片的根端与所述引导表面之间设置有至少一个间隔元件。

4.根据权利要求3所述的风力涡轮机，其中，所述间隔元件为弹性密封件。

5.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述至少一个间隔元件包括应用在所述圆形套环或所述根端上的橡胶环或柔性管。

6.根据权利要求2所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机叶片大致由纤维复合材料形成，并且所述圆形套环和所述毂部、所述延伸件或所述倾斜环大致由金属材料形成。

7.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述引导表面的一部分被倒角。

8.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述一部分为所述引导表面的远离所述安装表面的部分。

9.根据权利要求7所述的风力涡轮机，其中，所述引导表面的被倒角的部分小于所述引导表面的高度的50%。

10.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机包括位于由从大致圆形的所述根端突出的所述多个衬套限定的假想圆的外周的内侧的内部圆形套环，所述内部圆形套环用来支靠所述多个衬套的至少一部分以保持所述根端的大致圆形形状并防止所述根端的椭圆化。

11.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机，其中，所述风力涡轮机包括位于由从大致圆形的所述根端突出的所述多个衬套限定的假想圆的外周的外侧的外部圆形套环，所述外部圆形套环用来支靠所述多个衬套的至少一部分以保持所述根端的大致圆形形状并防止所述根端的椭圆化。

12.一种用于防止风力涡轮机叶片根端椭圆化的方法，所述风力涡轮机叶片包括大致圆形的根端，所述根端具有从所述根端突出的多个衬套，所述方法包括以下步骤：

提供安装表面，所述衬套布置成与所述安装表面联接；

提供至少一个套环，所述至少一个套环具有支靠并对准从所述根端突出的所述多个衬套的至少一部分的引导表面，从而保持所述根端的大致圆形形状并且防止所述根端的椭圆化，其中所述引导表面大致正交于所述安装表面。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述套环为圆形套环。