CN111065480B - 用于制造风力涡轮机叶片的铣头及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制造风力涡轮机叶片的铣头包括：细长基体，其具有近端、远端、外表面和限定内表面的内部孔；一个或更多个槽，其形成在限定一个或更多个齿的所述外表面上；以及磨料涂层，其在所述外表面的至少一部分上，其中，所述一个或更多个槽不具有所述粘合涂层。可在所述内表面上选择性施用磨料涂层，以在所述内表面上提供槽。另外，可提供穿过所述铣头以将所述铣头的外部和内部流体连接的端口孔。还描述了制作铣头的方法。

Description

用于制造风力涡轮机叶片的铣头及其形成方法

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机，并且更具体地，涉及用于制造风力涡轮机转子叶片的改进的铣头以及形成和回收改进的铣头的方法。

背景技术

风力涡轮机用于使用可再生资源产生电能，而不用燃烧化石燃料。通常，风力涡轮机将来自风的动能转换成电能。水平轴风力涡轮机包括：塔架；机舱，其位于塔架的顶点处；以及转子，其具有中心毂和多个叶片，叶片联接到毂并且从其向外延伸。转子被支撑在从机舱延伸的轴上，该轴要么直接要么间接地与被容纳在机舱内的发电机操作性地联接。因此，当风迫使叶片旋转时，发电机产生电能。

近年来，风力已成为一种更具吸引力的替代能源，并且风力涡轮机、风力发电场等的数量在陆地和海上都有显著增加。另外，风力涡轮机的尺寸也显著增加，现代风力涡轮机叶片的长度在50米至80米之间延伸，并且预计将来有进一步增加。随着叶片长度的持续增加，在风力涡轮机叶片与转子毂之间的接合处所承受的应力也增加。风力涡轮机转子叶片与转子毂之间的传统接头包括联接到风力涡轮机叶片的根端并从其延伸的双头螺栓，双头螺栓进而联接到与转子毂关联的变桨轴承。风力涡轮机叶片通常由一种或更多种由纤维材料织物和树脂形成的复合材料制成。这些材料通常没有提供用于供双头螺栓能直接插入其中的安全固定机构的结构完整性。例如，洞或孔可被开设到转子叶片的根端处的复合材料中，以提供双头螺栓在其上可实现连接的互补螺纹。然而，复合材料的剪切强度不足以经由双头螺栓在叶片和毂之间传递负荷，并且界面处的复合材料将容易发生劣化。

出于这个原因，通常已知在双头螺栓和风力涡轮机叶片根端处的复合材料之间的界面处利用带内螺纹的金属插入件。在这一点上，通常沿着风力涡轮机叶片的根端的圆周形成所开设的孔。然后，将金属插入件定位在所开设的孔内并且粘附性地结合在其中，以基本上将金属插入件嵌入转子叶片的复合材料内。然后，将双头螺栓与金属插入件螺纹接合。作用在转子叶片和转子毂之间的力通过双头螺栓起作用，因此经由金属插入件进行传递，金属插入件用于在具有较软的复合材料的界面区域上更均匀地分布力。金属插入件所提供的力分布特性进而提供了具有结构完整性的连接接头，该结构完整性足以在使用期间在转子毂和转子叶片之间提供牢固的连接。

沿着风力涡轮机叶片的根端的圆周形成的孔通常是通过使用铣削机的铣削过程形成的，并且一个或更多个铣头操作性地联接到用于在使用期间旋转铣头的铣削机。在形成孔时使用的最终铣头中的一个被称为精制铣头。传统的精制铣头具有中空构造，并且包括内表面和带槽的外表面，这两个表面都完全被磨粒涂层覆盖，磨粒涂层诸如为通过例如粘合剂冲洗过程施加的工业金刚石涂层。精制铣头的远端被配置为可去除地联接到带花键铣削尖端，并且铣头的近端被配置为联接到铣削机。在精制铣头进行操作期间，铣头的外部和内部上的磨粒涂层从形成风力涡轮机叶片的复合材料生成纤维和树脂颗粒的细粉。铣头的内部操作性地联接到真空系统，以沿着铣头的内部抽真空。以这种方式，空气和粉末(例如，细纤维和树脂碎片)经由槽沿着铣头的外部向下流动，经过花键尖端中的开口，沿着铣头的内部向上流动，与其近端相邻地从铣头流出。精制铣头不仅使孔适形于其最终形状，而且活化孔的表面，以便通过合适的粘合剂提供改进的与金属插入件的结合界面，该金属插入件被接纳并固定在孔中。

虽然这种精制铣头对于它们的预期目的而言是成功的，但是现有铣头设计仍然有一些缺点。在这一点上，由于过度的磨损和堵塞，必须相当定期地更换传统的精制铣头。在这一点上，认为当前的精制铣头在操作期间变得过热，使得由铣削过程产生的复合材料粉末中的树脂颗粒基本上重新活化，从而造成粉末粘到铣头上。这进而造成铣头上方以及通过铣头的空气流动减少，使得温度进一步升高并且更多的树脂重新活化从而使粉末的粘度增加。通过该过程，铣头最终变得堵塞并且无法从孔中去除铣削的复合材料。当发生这种情况时，必须更换铣头。当前铣头的工作寿命在约250至约280个孔之间。经常更换精制铣头使制造风力涡轮机叶片的总成本增加。

因此，需要用于在风力涡轮机叶片的根端中形成孔的改进的精制铣头，该精制铣头克服了常规铣头设计中的缺点并延长了铣头的使用工作寿命以便降低风力涡轮机叶片的制造成本。

发明内容

一种用于制造风力涡轮机叶片的铣头包括：细长基体，其具有近端、远端、外表面和限定内表面的内部孔；一个或更多个槽，其形成在限定一个或更多个齿的所述外表面上；以及磨料涂层，其在所述外表面的至少一部分上，其中，所述一个或更多个槽不具有所述磨料涂层。所述外表面上的所述一个或更多个槽的表面粗糙度可小于或等于约R_a＝8微英寸(0.2微米)。所述磨料涂层可包括工业金刚石或立方氮化硼(CBN)。另外，在一个实施方式中，所述磨料涂层的粒度可以为约D501或更大。此外，所述外表面上的所述一个或更多个槽可以是螺旋槽。

在一个实施方式中，所述铣头的所述内表面还可包括磨料涂层。可向内表面选择性施用所述磨料涂层，以便限定不具有所述磨料涂层的一个或更多个空白条带，由此在所述内表面上限定一个或更多个槽。所述磨料涂层与所述一个或更多个空白条带之间的界面限定切割刃，所述切割刃通过切割动作而不是研磨动作去除材料。所述一个或更多个空白条带可被精加工，以便具有小于或等于约R_a＝8微英寸(0.2微米)的表面粗糙度。在一个实施方式中，所述一个或更多个空白条带在所述铣头的所述内表面上限定一个或更多个线性槽。

在其他方面，所述铣头可包括一个或更多个端口孔，其延伸穿过所述基体的壁，以将外部环境与所述内部孔流体连接。在示例性实施方式中，存在多个端口孔，所述端口孔以例如规则或不规则的图案纵向地和/或沿圆周彼此间隔开。举例来说，所述多个孔可被布置为第一圈的沿圆周间隔开的端口孔、第二圈的沿圆周间隔开的端口孔和第三圈的沿圆周间隔开的孔，其中，所述第一圈、所述第二圈和所述第三圈在纵向上彼此间隔开。所述第一圈、所述第二圈和所述第三圈中的每一圈中的所述端口孔的数目可对应于所述铣头的外表面上的槽的数目(例如，4个)。所述一个或更多个端口孔中的每一个可向着所述铣头的外表面上的槽敞口，以便增强气流。另选地或另外地，所述一个或更多个端口孔可向着所述铣头的外表面上空白条带敞口。

在另一实施方式中，一种制作用于制造风力涡轮机叶片的铣头的方法包括：提供细长基体，所述细长基体具有近端、远端、外表面、限定内表面的内部孔以及在限定一个或更多个齿的所述外表面上形成的一个或更多个槽；并且选择性在所述外表面上施用磨料涂层，使得所述一个或更多个齿包括磨料涂层并且所述一个或更多个槽不具有所述磨料涂层。

所述方法另外可包括精加工所述外表面上的所述一个或更多个槽，以便具有小于或等于约R_a＝8微英寸(0.2微米)的表面粗糙度。此外，所述方法可包括在所述内表面上施用磨料涂层。在一个实施方式中，这可包括选择性向所述内表面施用所述磨料涂层，以限定不具有所述磨料涂层的一个或更多个空白条带，由此在所述内表面上限定一个或更多个槽。所述内表面上的所述一个或更多个空白条带还可被精加工，以便具有小于或等于约R_a＝8微英寸(0.2微米)的表面粗糙度。

在其他方面，所述方法还包括形成穿过所述基体的壁以将外部环境与所述内部孔流体连接的一个或更多个端口孔。该形成步骤可包括例如形成所述端口孔，使得每个端口孔向着所述铣头的外表面上的槽敞口。该形成步骤另外可包括形成所述端口孔，使得每个端口孔向着所述铣头的内表面上的空白条带敞口。

在其他实施方式中，一种回收在制造风力涡轮机叶片时使用的铣头的方法包括：提供磨损的铣头，所述铣头包括：细长基体，其具有近端、远端、外表面、限定内表面的内部孔、在限定一个或更多个齿的所述外表面上形成的一个或更多个槽以及在所述外表面上的磨料涂层；去除所述外表面上的所述磨料涂层；以及向所述外表面的选择性部分重新施用另一涂层。在一个实施方式中，重新施用磨料涂层还包括在所述外表面上选择性施用磨料涂层，使得所述一个或更多个齿包括所述磨料涂层并且所述一个或更多个槽不具有所述磨料涂层。

在又一实施方式中，一种用于制造风力涡轮机叶片的铣头包括：细长基体，其具有近端、远端、外表面和限定内表面的内部孔；一个或更多个槽，其形成在限定一个或更多个齿的所述外表面上；磨料涂层，其在所述外表面的至少一部分上；以及一个或更多个端口孔，其延伸穿过所述基体的壁，以将外部环境与所述内部孔流体连接。在示例性实施方式中，存在多个端口孔，所述多个端口孔以例如规则或不规则的图案纵向地和/或沿圆周彼此间隔开。所述多个端口孔可纵向地彼此间隔开基本上相等的量。举例来说，所述多个孔可被布置为第一圈的沿圆周间隔开的端口孔、第二圈的沿圆周间隔开的端口孔和第三圈的沿圆周间隔开的端口孔，其中，所述第一圈、所述第二圈和所述第三圈在纵向上彼此间隔开。所述第一圈、所述第二圈和所述第三圈中的每一圈中的所述端口孔的数目可对应于所述铣头的外表面上的槽的数目(例如，4个)。所述一个或更多个端口孔中的每一个可向着所述铣头的外表面上的槽敞口，以便增强气流。此外，所述一个或更多个端口孔可向着所述铣头的内表面上空白条带敞口。

附图说明

包含在本说明书中并构成其组成部分的附图例示了本发明的一个或更多个实施方式，并且与上面给出的对本发明的总体描述和下面给出的详细描述一起用于说明本发明。

图1是其中可使用本发明的实施方式进行制造的风力涡轮机的立体图；

图2是风力涡轮机转子叶片与转子毂之间的连接接头的立体图；

图3是风力涡轮机叶片的根端的放大立体图，其例示了连接接头；

图4是定位在风力涡轮机叶片的根端中的插入件的剖视图；

图5是风力涡轮机叶片的根端中的接纳插入件的孔的剖视图；

图6是按照本发明的实施方式的用于在风力涡轮机叶片中形成孔的铣头的分解立体图；

图6A是图6中示出的铣头的部分组装立体图；以及

图7是图6中示出的铣头的剖视图。

具体实施方式

参照图1，风力涡轮机10包括：塔架12；机舱14，其设置在塔架12的顶点处；以及转子16，其操作性地联接到容纳在机舱14内的发电机(未示出)。除了发电机之外，机舱14还容纳将风能转换成电能所需的各种各样的部件以及操作、控制和优化风力涡轮机10的性能所需的各种部件。塔架12支撑由机舱14、转子16和风力涡轮机10的容纳在机舱14内的其他部件所带来的负荷，并且还进行操作以将机舱14和转子16抬高至超过地平面或海平面(视情况而定)的高度，低湍流的较快移动空气流通常出现在该高度。

被表示为水平轴风力涡轮机的风力涡轮机10的转子16用作机电系统的原动机。超过最小水平的风将使转子16启动并且致使在与风力方向基本垂直的平面中旋转。风力涡轮机10的转子16包括中心毂18和至少一个转子叶片20，转子叶片20在围绕中心毂18的周缘分配的位置处从中心毂18向外伸出。在代表性实施方式中，转子16包括三个叶片20，但是数量可变化。叶片20被配置为与经过的气流相互作用，以产生致使中心毂18围绕中心纵轴转动的升力。

风力涡轮机10可被包括在属于风力发电场或风电场的类似风力涡轮机的集合当中，该风力发电场或风电场用作通过输电线路与诸如三相交流(AC)电网这样的电网连接的发电设备。电网通常包括发电站的网络、输送电路和通过输电线路的网络联接的变电站，输电线路将电力传输到终端用户和其他电力设施的其他顾客形式的负荷。在正常情况下，如本领域的普通技术人员所知的，电力被从发电机供应到电网。

如在特定风力涡轮机设计的行业中公知的，转子叶片20以允许叶片20围绕叶片20的纵轴旋转或俯仰的方式联接到旋转毂18。这是通过将叶片20的根端22联接到操作性地联接到转子毂18的变桨轴承(未示出)来实现的。变桨轴承大体上包括能相对于叶片20的根端22所联接的毂18旋转的圈。变桨轴承通常是本领域中公知的，因此在本文中将不进一步详细描述。

如图2和图3中例示的，风力涡轮机10的转子叶片20与转子毂18之间的连接接头24包括多个插入件26以及多个双头螺栓28，插入件26联接到转子叶片20且联接在其根端22，双头螺栓28被配置为联接到转子叶片20中的插入件26并且还被配置为诸如通过变桨轴承联接到转子毂18(图3)。如图3中例示的，插入件26可绕叶片20的根端22处的端面30沿圆周间隔开，并且被内置在叶片20的材料内，使得插入件26的连接端从叶片20的端面30略微突出(图4)。沿着叶片20的根端22的圆周的插入件26的数目取决于叶片的大小(还有潜在的其他因素)，但是对于长度为50m-80m的叶片，可在任何情况下有80至180个插入件。应该认识到，根据具体应用，可使用更多或更少的插入件。

如图4中例示的，用于风力涡轮机叶片20的金属插入件26包括大体圆柱形的主体32和从主体32的一端伸出的管状延伸部34。主体32包括内部孔36，内部孔36包括用于接纳并螺纹联接到双头螺栓28的螺纹部38。在主体32的主表面处，主体32与风力涡轮机叶片20的复合材料42限定了界面40a。管状延伸部34从主体32延伸，并且在管状延伸部34的外表面处，与叶片20的复合材料42限定了外界面40b以及在管状延伸部34的内表面处与叶片20的复合材料42限定了内界面40c。如上所述，插入件26处于叶片的根端中的孔内，并且使用诸如环氧化物这样的合适粘合剂结合到复合材料，如图4中例示。

双头螺栓28是大体圆柱形的细长构件，其具有螺纹叶片端44和螺纹毂端46。如图3中例示的，在组装风力涡轮机10期间，双头螺栓28在风力涡轮机叶片20的根端22处与插入件26螺纹接合，使得双头螺栓28的螺纹毂端46从叶片10的根端22延伸出来。然后，将双头螺栓28与毂18上的变桨轴承中的对应孔对准，插入所述对应孔中，并且经由螺纹紧固件等固定到变桨轴承。通过连接接头24，风力涡轮机叶片20可牢固地联接到风力涡轮机10的转子毂18，并且通常适应在风力涡轮机10的工作寿命期间施加到叶片20的负载。

如以上讨论的，多个插入件26在转子叶片20的根端22处绕着端面30沿圆周间隔开，并且被内置在形成叶片20的根端22的复合材料42中(图4)。因此，在形成风力涡轮机叶片20或其至少根部22之后，可在叶片20的根部22的端面30中形成多个沿圆周间隔开的孔50，如图5中例示的。孔50大体被配置为大小和形状对应于插入件26的大小和形状，使得如上所述可在孔50中接纳插入件26。在这一点上，在示例性实施方式中，每个孔50都可包括从端面30向内延伸并终止于第二端54处的第一大体圆柱形的空腔部52。孔50的宽度(例如，横截面尺寸、直径等)仅略大于被配置为被接纳在孔50内的插入件26。此外，第一空腔部52的长度被配置为大体对应于插入件26的主体32的长度。

孔50还包括第二环形空腔56，第二环形空腔56具有在第一空腔部52的第二端54处的第一端58并且从第一端58向内延伸且终止于第二端60处。以这种方式，第二环形空腔56向第一空腔部52敞口。环形空腔56的构造大体对应于管状延伸部34的构造。因此，在示例性实施方式中，环形空腔56可具有大体圆柱形的构造或大体圆锥形的构造(例如，5°锥度)以匹配管状延伸部34的构造。此外，环形空腔56的长度大体对应于管状延伸部34的长度。如可理解的，第一环形空腔56应该比第一管状延伸部34略大并且比第一管状延伸部略长，以便容纳第一管状延伸部和周围的粘合剂。

在一个实施方式中，孔50可通过使用用64示意性示出的铣削机进行的铣削处理形成，并且一个或更多个铣头操作性地联接到铣削机64(图6)。用于在风力涡轮机叶片的根端中制成孔的铣削机64在行业中是众所周知的，并且在本文中将不做进一步描述。在形成孔50时，可使用一个或更多个铣头来形成第一空腔部52和环形空腔56。如上所述，形成孔50的最后步骤之一是确定孔的轮廓并使用精制铣头活化孔50的表面。图6例示了按照本发明的一些方面的精制铣头70的示例性实施方式。

如将在下面更详细描述的，精制铣头70克服了常规精制铣头的许多缺点，使得可延长铣头的工作寿命，并且可降低与制造风力涡轮机叶片关联的成本。为此，精制铣头70包括一个或更多个特征，这些特征增强了对铣头的冷却，使得操作期间降低铣头的温度。更具体地，精制铣头70包括一个或更多个特征，这些特征将铣头70的温度保持在阈值操作温度以下，以防止铣削的复合材料粉末中的树脂颗粒重新活化并粘到铣头上。作为示例而非限制，精制铣头70可被配置为具有低于约120°F(49℃)的操作温度。低于该阈值温度，树脂颗粒通常将不重新活化并开始粘到铣头上。以这种方式，空气和铣削的复合材料粉末在真空压力下更容易在铣头的内表面和外表面上方移动，并且移动到铣头之外。换句话说，防止或显著减少了铣削的复合材料粉末在铣头70的表面上的积聚，使得降低操作温度并且延长铣头的工作寿命。现在下面描述根据本发明的实施方式的铣头70。

铣头70包括具有第一近端74和第二远端76的大体细长的圆柱形基体72，第一近端74被配置为诸如经由铣夹头或类似物(未示出)操作性地联接到铣削机64，第二远端76被配置为可去除地选择性联接到铣削尖端78。例如，远端76可包括环形凸缘80，环形凸缘80以紧密摩擦配合的方式可滑动地接纳铣削尖端78。铣削尖端78的终端82可具有由多个开口84(例如，围绕圆周的四个开口)限定的花键构造。终端82还可包括有助于在使用期间研磨或切割复合材料的磨料涂层86。由于铣削尖端78处于与复合材料接合的前沿，因此铣削尖端78的磨损率可高于铣头70的其余部分的磨损率。因此，当铣削尖端78达到其工作寿命终结时，可从铣头70上取下它，并且用新的铣削尖端78进行替换。

圆柱形基体72包括外表面88和由内部孔92限定的内表面90，内部孔92沿着第一端74和第二端76之间的长度的至少一部分延伸。例如，内部孔92可基本上沿着在第一端74和第二端76之间的整个长度延伸。从环形凸缘80朝向第一端74延伸的外表面88的至少一部分限定切割和/或研磨部94，切割和/或研磨部94被配置为与形成叶片20的根端22的复合材料接合。在示例性实施方式中，切割/研磨部94可沿着基体72的长度的大部分延伸。例如，切割/研磨部94可在基体72的长度的略高于50％至约80％之间延伸。然而，本发明不受此限制，在本发明的范围内，其他长度可能是可行的。

切割/研磨部94包括限定一个或更多个切割/研磨齿98的一个或更多个螺旋槽96以及在外表面88上的磨料涂层100。在示例性实施方式中，例如，铣头70可包括沿着切割/研磨部94延伸的四个螺旋槽(和四个螺旋齿)。然而，在各种替代实施方式中，铣头可沿着其外表面包括更多或更少的槽/齿，并且本发明不限于任何特定数目的槽/齿。齿98被配置为与复合材料42接合并且从界面切割/研磨材料，而槽96被配置为提供气流并且从铣削界面去除颗粒。在一个实施方式中，槽96的宽度可沿着铣头70的长度大体恒定。然而，在替代实施方式中，槽96的宽度可沿着铣头70的长度而变化。更具体地，槽96的宽度可在从第一端74朝向第二端76的方向上减小，并且齿98的宽度可在该方向上对应地增大。槽96的这种渐缩有效地压缩了沿着槽流动的空气，以随着空气朝向第二端76移动而增加流速。然而，槽96和齿98的其他构造也是可能的。

在按照本发明的一方面，磨料涂层100不覆盖切割/研磨部94的整个表面，而是仅沿着切割/研磨部94覆盖外表面88的选择部分。更具体地，在示例性实施方式中，螺旋槽96可没有研磨涂层100，使得只有齿98的表面102被磨料涂层100覆盖。在一个实施方式中，与现有铣头类似，磨料涂层100可由工业金刚石涂层形成。然而，在替代实施方式中，可由立方氮化硼(CBN)提供磨料涂层100。在这一点上，与工业金刚石相比，CBN可具有改进的晶面磨损耐久性，因此可能是更期望的。其他磨料涂层也是可能的。

可根据已知处理应用磨料涂层100。在一个实施方式中，可通过使用例如氮化镍(II)的电镀处理来施用磨料涂层100。在这一点上，约20微米的镍层可被沉积在铣头70的选定部分上。可在电镀处理期间掩盖铣头70的将无磨料的部分(即，螺旋槽96)。随后，可将磨料元件浸没在镍层中。晶粒浸没可在晶粒直径的约40％至50％之间。在这一点上，磨料元件的粒度(例如，直径)可以是例如D426(FEPA标准)元件(例如，工业金刚石或CBN元件)。然而，由于本发明各方面提供的较低的操作温度，基体72的热膨胀可减小，因此可在磨料涂层中使用较大的粒度。例如，可在磨料涂层100中使用D501或更大的粒度。

除了省略沿着螺旋槽96施用磨料涂层100之外，可对螺旋槽96的表面104进行打磨、研磨、抛光或其他方式的精加工，以使其非常光滑。在这一点上，形成螺旋槽96的表面104可具有等于或小于约R_a＝8微英寸(R_a＝0.2微米)的表面粗糙度。通过从螺旋槽96中省略磨料涂层100并且精加工螺旋槽96以具有非常光滑的构相，减少了沿着槽96的颗粒捕获并且显著增加了气流(即，增大了空气速度和/或空气流量)。结果，由于远离铣头70的改进的热传递，可降低操作期间铣头70的温度。操作温度的降低进而使铣削粉末中树脂颗粒的重新活化减少，并且使研磨头的堵塞减少。因此，可延长铣头70的工作寿命。

与以上相似并且参照图7，在一个实施方式中，从环形凸缘80朝向第一端74延伸的内表面90的至少一部分限定切割和/或研磨部106，切割和/或研磨部106被配置为与构成叶片20的根端22的复合材料接合。在示例性实施方式中，切割/研磨部106可沿着基体72的长度的大部分延伸。例如，切割/研磨部106可在基体72的长度的略高于50％至约80％之间延伸。然而，本发明不受此限制，在本发明的范围内，其他长度可能是可行的。根据例如特定的应用，分别在外表面88和内表面90上的切割/研磨部94、106的长度可基本上相同或可彼此不同。

在一个实施方式中，基本上整个切割/研磨部106可包括磨料涂层108。与现有铣头类似，磨料涂层108可以是工业金刚石涂层。然而，在替代实施方式中，磨料涂层108可由立方氮化硼(CBN)提供，类似于铣头70的外表面88上的磨料涂层100。其他涂层也可能是可行的。可例如通过上述处理来施用内表面90上的磨料涂层108。

按照本发明的另一方面，磨料涂层108可不覆盖切割/研磨部106的整个表面，而是仅沿着切割/研磨部106覆盖内表面90的选择部分。更具体地，切割/研磨部106可包括可没有磨料涂层108的多个大体上线性的空白区域或条带110。这些空白条带110沿着内表面90的切割/研磨部106有效地形成多个线性“槽”(即，在铣头70的纵向方向上延伸)。在示例性实施方式中，例如，铣头70可包括沿着切割/研磨部106延伸的四个空白条带110。然而，在各种替代实施方式中，铣头70可包括沿着内表面90的或多或少的空白条带110。

空白条带110可从环形凸缘80朝向铣头70的第一端74延伸达一长度，该长度在切割/研磨部分106的长度的约10％至约30％之间(和/或在螺旋槽96的长度的约10％至约30％之间)。其他长度在本发明的范围内也是可能的。在一个实施方式中，空白条带110中的每一个的宽度可在铣头70的在环形凸缘60处的内周的约15％至约20％之间。在一个实施方式中，空白条带110的宽度沿着条带110的长度可以是基本恒定的，而在替代实施方式中，可沿着它们的长度而变化，诸如具有渐缩或锥形构造(未示出)。另外，与螺旋槽96类似，除了省略沿着空白条带110施用磨料涂层108之外，可对空白条带110的表面114进行打磨、研磨、抛光或其他方式的精加工，以使其非常光滑。在这一点上，形成空白条带96的表面114可具有等于或小于约R_a＝8微英寸(R_a＝0.2微米)的表面粗糙度。

包括了空白条带110(或线性槽)，这沿着内表面90提供了薄部，该薄部使铣头70中的气流和颗粒排出得以改进。结果，可降低操作期间铣头70的温度。操作温度的降低进而使铣削粉末中树脂颗粒的重新活化减少，并且使研磨头的堵塞减少。因此，可延长铣头70的工作寿命。另外，在另一有利的方面，线性槽110在磨料涂层108与空白条带110之间的接合处限定前缘116和后缘118。前缘116在铣头70的内部提供了陡峭的切割面，该切割面通过切割动作而不是研磨动作更高效地去除材料。与研磨相比，通过切割动作去除材料产生的热更少，致使操作温度更低。应该理解，内表面90上的线性槽110可被单独使用，或者与如上所述的外表面88上的无磨料槽96组合使用。

在按照本发明的另一方面，铣头70可包括一个或更多个端口孔120，端口孔120延伸穿过铣头70的侧壁，以便将铣头70的外部环境122与内部孔92流体连接。例如，端口孔120可在外表面88和内表面90之间。若端口孔位于包括磨料涂层100、108中的一者或二者的位置，那么端口孔120也将延伸穿过这些涂层。端口孔120被配置为在铣头70的外部环境122与铣头70的内部之间形成气流。类似于现有系统(图6)，气流可例如至少部分由操作性地连接到铣头70的内部孔92的真空系统124产生。真空系统124可以是铣削机64的组成部分或单独系统。在任何情况下，真空系统124都被配置为在铣头70的内部孔92内抽真空，由此产生通过端口孔120的气流。在示例性实施方式中，端口孔120可具有在约1mm和约5mm之间的直径。例如，端口孔120可具有约3mm的直径。端口孔120中的每一个的大小可基本上相同，或者端口孔120的大小可具有变化的大小。在一个实施方式中，多个端口孔120的总横截面面积可在近端74处的内部孔92的横截面面积(即，排放口面积)的约10％至约20％之间。更优选地，多个端口孔120的总横截面面积可在近端74处的内部孔92的横截面面积的约15％。

在示例性实施方式中，铣头70包括多个端口孔120。举例来说，在一个实施方式中，多个端口孔120可例如以与铣头70的第二端76相距基本相同的纵向距离地绕铣头70沿圆周分布。在替代实施方式中，多个端口孔120可例如在基本相同的圆周位置(例如，纵向对准地)沿着铣头70纵向分布。然而，在优选的实施方式中，多个端口孔120可绕铣头70既沿圆周又纵向地分布。在各个实施方式中，端口孔120的布置可具有规则的图案或不规则的图案。

举例来说，在示例性实施方式中，端口孔120的图案126可包括：第一圈128的孔120，其以与铣头70的第二端76相距第一纵向距离128a地沿圆周分布；第二圈130的孔120，其以与铣头70的第二端76相距第二纵向距离130a地沿圆周分布；以及第三圈132的孔120，其以与铣头70的第二端相距第三纵向距离132a地沿圆周分布。尽管描述了三个圈128、130、132，但是应该认识到，图案126可包括附加/更少的圈。每个圈128、130、132都可包括相同数目的孔120或不同数目的孔。例如，每个圈128、130、132都可包括相同数目的孔120，并且该数目可与铣头70上的槽96的数目一致(例如，每个圈有四个端口孔120)。在一个实施方式中，相邻的圈128、130、132之间的纵向间隔可基本上恒定(即，圈128、130、132可在纵向上等距间隔)。例如，圈128、130、132可在纵向上间隔开约5mm至约15mm。优选地，圈128、130、132可间隔开约10mm。另外，端口孔120可在距铣头70的第二端76达约10mm至约30mm之间的区域中开始。在一个实施方式中，圈128、130、132中的端口孔120可纵向对准。然而，在示例性实施方式中，相邻圈128、130、132中的端口孔120可沿圆周彼此偏移，使得圈的端口孔120未纵向对准。这在图7中最佳例示。

在示例性实施方式中并且如图6中例示的，多个端口孔120中的每一个可向着铣头70的外表面88上的槽96中的一个敞口。以这种方式，沿着槽96流动的更快移动的空气可进入端口孔120，并且将高速率空气注入内部孔92中。另外，端口孔120中的每一个可向着铣头70的内表面90上的线性槽或空白条带110中的一个敞口。这在图7中最佳例示。通过将端口孔120定位在螺旋槽96和/或线性槽110中，可显著改善颗粒移动和气流。

铣头70中的端口孔120的图案被配置为在铣头70内产生气流，该气流增强了远离铣头70的热传递，以便降低铣头的操作温度。在这一点上，端口孔120的图案可被特别地配置为在铣头70的内部引起涡旋。与常规设计相比，通过组织内部孔92内的流动模式，可显著提高气流速率和体积通过量。在上述的三圈图案中，最下面的第一圈(例如，最接近远端76)可被配置为主涡流引发器。第二圈和第三圈可被配置为增压器端口，增压器端口增加了终端空气流量并进一步组织了移动通过内部孔92的流体。通过引发内部涡旋产生，认为，体积空气流量可被增加在约200-500m³/min之间，这表示与常规设计相比通过铣头70的体积空气流量增加约35％。

应该认识到，端口孔120可被单独使用或与上述其他特征中的一个或更多个结合使用，以降低铣头70的操作温度，由此延长其工作寿命。例如，在示例性实施方式中，精制铣头包括在外表面88上的平滑螺旋槽96、在内表面90上的线性槽110以及端口孔120。然而，替代实施方式可包括这些特征的任一种或各种组合，并且仍在本发明的范围内。认为，通过合并这些特征中的一个或更多个，铣头的工作寿命可显著延长。举例来说，据信，合并上述所有特征的铣头的工作寿命可远超过2,000个孔，这代表了超过1400％的改进。由于操作温度(可能仅略高于环境温度(并且远低于约120°F(49℃)的阈值温度))，因此为了制造风力涡轮机叶片，将必须提供较少的铣头。因此，风力涡轮机的制造成本可降低。

在本发明的其他方面，铣头70的至少一部分可以是可回收的。在这一点上，在铣头70已磨损而变得不可用之后，可从下面的基体72上去除磨料涂层100、108的剩余物。例如，可首先使用例如玻璃微珠介质对磨损的铣头进行喷砂处理(即，玻璃微珠喷砂处理)。一旦铣头70已被喷砂，就可对铣头进行化学剥离或清理。在该处理中，铣头的所期望部分被浸没或者以其他方式经历使基体72上的磨料涂层溶解的合适剥离剂。例如，可使用酸性浸没剥离、碱性氰化物浸没剥离和电解剥离从基体72上去除磨料涂层。一旦已从基体72上去除了磨料涂层，就可清洁基体72并且在基体72的外部和/或内部准备另一磨料涂层。例如，上述电镀处理可用于施用新的磨料涂层，以选择外表面88的多个部分和/或选择内表面90的多个部分。

虽然已通过对各种优选实施方式的描述例示了本发明，并且虽然已详细地描述了这些实施方式，但是申请人并不旨在将所附权利要求书的范围约束或以任何方式限制于此细节。本领域的技术人员将容易想到另外的优点和修改。例如，虽然本文中描述的铣头针对在叶片根端中形成孔以接纳用于连接到转子毂的接头的插入件，但是可使用铣头在风力涡轮机的其他部分中形成孔。因此，根据用户的需要和偏好，本发明的各种特征可被单独使用或以任何组合使用。

Claims (15)

1.一种用于制造风力涡轮机叶片的铣头，所述铣头包括：

细长基体，所述细长基体具有近端、远端、外表面和限定内表面的内部孔，其中，所述外表面具有圆锥形构造；

一个或更多个槽，所述一个或更多个槽形成在限定一个或更多个齿的所述外表面上；以及

磨料涂层，所述磨料涂层在所述外表面的至少一部分上，其中，所述一个或更多个槽不具有所述磨料涂层，

其中，所述内表面包括磨料涂层并且限定一个或更多个空白条带，所述一个或更多个空白条带不具有所述磨料涂层以在所述内表面上限定一个或更多个槽。

2.根据权利要求1所述的铣头，其中，所述一个或更多个槽的表面粗糙度小于或等于R_a=8微英寸即0.2微米。

3.根据权利要求1所述的铣头，其中，所述磨料涂层中的粒度为约D501或更大。

4.根据前述权利要求中任一项所述的铣头，其中，所述一个或更多个槽是螺旋槽。

5.根据权利要求1所述的铣头，其中，所述磨料涂层与所述一个或更多个空白条带之间的界面限定出切割刃。

6.根据权利要求1或5所述的铣头，其中，所述一个或更多个空白条带在所述内表面上限定一个或更多个线性槽。

7.根据权利要求1所述的铣头，所述铣头还包括一个或更多个端口孔，所述端口孔延伸穿过所述基体的壁，以将外部环境与所述内部孔流体连接。

8.根据权利要求7所述的铣头，其中，存在多个端口孔，并且所述端口孔纵向地和/或沿圆周彼此间隔开。

9.根据权利要求8所述的铣头，其中，所述多个端口孔包括第一圈的沿圆周间隔开的端口孔、第二圈的沿圆周间隔开的端口孔以及第三圈的沿圆周间隔开的端口孔，其中，所述第一圈、所述第二圈和所述第三圈在纵向上彼此间隔开。

10.根据权利要求9所述的铣头，其中，所述第一圈、所述第二圈和所述第三圈中的每一圈的所述端口孔的数目对应于所述外表面上的槽的数目。

11.根据权利要求7至10中任一项所述的铣头，其中，所述一个或更多个端口孔中的每一个向着所述外表面上的槽敞口。

12.根据权利要求7所述的铣头，其中，所述一个或更多个端口孔中的每一个向着所述外表面上的槽敞口，并且所述一个或更多个端口孔中的每一个向着所述内表面上的空白条带敞口。

13.根据权利要求3所述的铣头，其中，所述磨料涂层包含工业金刚石或立方氮化硼CBN。

14.根据权利要求1所述的铣头，其中，所述一个或更多个空白条带的表面粗糙度小于或等于R_a=8微英寸即0.2微米。

15.一种制作用于制造风力涡轮机叶片的铣头的方法，该方法包括：

提供细长基体；并且

选择性向所述外表面施用磨料涂层，使得所述一个或更多个齿包括所述磨料涂层并且所述一个或更多个槽不具有所述磨料涂层，

其中，所述铣头为根据权利要求1至14中任一项所述的铣头。

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