CN113123924A - 用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分、风力涡轮机叶片、根部组件和风力涡轮机 - Google Patents

用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分、风力涡轮机叶片、根部组件和风力涡轮机 Download PDF

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Abstract

用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分、风力涡轮机叶片、根部组件和风力涡轮机。本发明涉及用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分，其中根部部分包括多个第一螺栓，其布置在根部部分内并从根部部分的根部附接面中向外延伸，以将根部附接面附接到轴承或轮毂法兰，且其中根部部分包括固定布置在其内的多个第一连接装置，其中第一螺栓借助第一连接装置连接到根部部分，以经由第一连接装置将力从第一螺栓传递到根部部分，其中第一连接装置沿根部部分布置在第一排中，且第二连接装置中的每一个固定布置在根部部分内并沿根部部分布置在第二排中，其中第一连接装置中的每一个连接到第二连接装置中的一个，其中第一排比第二排靠近根部附接面。

Description

用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分、风力涡轮机 叶片、根部组件和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分、风力涡轮机叶片、根部组件和风力涡轮机。
背景技术
根部组件包括连接到风力涡轮机的轴承或轮毂法兰的风力涡轮机叶片的根部部分。连接装置被布置在该根部部分内。这些连接装置被连接到螺栓，该螺栓抵靠风力涡轮机的轴承或轮毂法兰固定。当固定螺栓时，该根部部分被加载，从而导致该根部部分的压缩以及螺栓中的拉应力。因此，该根部部分经受高的压缩应力，并且进一步经受在风力涡轮机的操作期间发生的载荷，由此例如风力涡轮机叶片的尺寸和类型的设计选择受到限制，从而可能会导致故障并且缩短风力涡轮机叶片的使用寿命。
发明内容
本发明的一个目的在于提供没有前述缺点，特别是具有长的使用寿命的改进的根部部分、风力涡轮机叶片、根部组件和风力涡轮机。
该目的通过权利要求的主题来解决。特别地，该目的通过根据权利要求1的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分、根据权利要求11的风力涡轮机叶片、根据权利要求12的根部组件以及根据权利要求13的风力涡轮机来解决。本发明的其他细节由其他权利要求以及说明书和附图展现。由此，结合本发明的根部部分描述的特征和细节结合本发明的风力涡轮机叶片、本发明的根部组件以及本发明的风力涡轮机来应用，使得关于本发明的各个方面的公开，其彼此参照或者可以彼此参照。
根据本发明的第一方面，该目的通过一种用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部部分来解决，其中，所述根部部分包括多个第一螺栓，所述第一螺栓布置在所述根部部分内并且从所述根部部分的根部附接面中向外延伸，以用于将所述根部附接面附接到轴承或轮毂法兰，并且其中，所述根部部分包括固定地布置在所述根部部分内的多个第一连接装置，其中，所述多个第一螺栓借助于所述第一连接装置来连接到所述根部部分，以用于经由所述多个第一连接装置而将力从所述多个第一螺栓传递到所述根部部分，其中，所述第一连接装置沿所述根部部分布置在第一排中，并且多个第二连接装置中的每一个被固定地布置在所述根部部分内并且沿根部部分布置在第二排中，其中，所述第一连接装置中的每一个被连接到所述第二连接装置中的一个或多个，其中，所述第一排比所述第二排更靠近所述根部附接面。
在本发明的根部部分中，压缩应力和载荷沿根部部分分布在两排之间，并且由此，分布在根部部分的更大部分上。由此，增加了设计选择。例如，可容易地制造具有根据本发明的根部部分的更大的风力涡轮机叶片。此外，还降低了故障的可能性，并且增加了风力涡轮机叶片的使用寿命。
特别地，所述第一排可沿根部部分的第一周界延伸，并且所述第二排可沿根部部分的第二周界延伸。所述第一周界可大于所述第二周界。
特别地，所述第一螺栓可在其外周界上具有螺纹。借助于这些外螺纹，它们可与螺接的附接装置的内螺纹互锁。特别地，所述多个第一螺栓可彼此平行地布置。
所述根部部分可以特别地是风力涡轮机叶片的圆柱形形状的根部部分。所述根部部分的剖面可具有圆形或椭圆形的形状。
所述根部部分可由纤维复合材料、特别是纤维复合叠层制成。例如，所述纤维复合材料可具有玻璃纤维和/或碳纤维。
所述多个第一螺栓可借助于螺母抵靠轴承或轮毂法兰固定。这是将轴承或轮毂法兰固定到根部部分的特别简单且容易的方法。
优选的是，所述第一连接装置和/或所述第二连接装置具有圆柱形形状。借助于所述圆柱形形状优化了从第一连接装置和/或第二连接装置到根部部分上的载荷分布。
此外，优选的是，所述第一连接装置是衬套和/或带螺纹的插入件。所述第一螺栓可被驱动到所述衬套和带螺纹的插入件中，并且由此，特别容易地与它们连接。
此外，还优选的是，所述第一连接装置中的每一个借助于所述多个第一螺栓中的一个来连接到所述第二连接装置中的一个。由此，可实现用于将作用在第一螺栓上的力分配到第二连接装置的稳定连接。
替代地或附加地，优选的是，所述第一连接装置中的每一个借助于两个法兰板和/或两个第二螺栓来连接到所述第二连接装置中的一个。所述两个法兰板和/或所述两个第二螺栓可被布置在第一连接装置和第二连接装置的相对的纵向侧处。所述两个法兰板和/或所述两个第二螺栓可被布置在根部部分的外部。由此，可改善向第二连接装置的力分配。
其中，优选的是，所述第二连接装置是将所述两个法兰板彼此连接的第三螺栓。所述第三螺栓可以是穿过所述两个法兰板延伸的贯穿螺栓。由此，简化了根部部分的制造，并且实现了改善的应力分布。
进一步优选的是，所述第一连接装置中的每一个在所述根部部分的外部连接到所述第二连接装置中的一个。特别地，所述两个法兰板和/或所述两个第二螺栓可位于根部部分的外部。由此，在将第一螺栓、第一连接装置和第二连接装置插入根部部分中之后，第一连接装置和第二连接装置可容易地彼此连接。
还优选的是，所述第一连接装置和所述第二连接装置中的每一个借助于第四螺栓彼此连接，其中，所述第四螺栓被布置为可调螺栓，使得所述第一连接装置和所述第二连接装置之间的张力可借助于所述第四螺栓来调整。由此，可借助于所述可调螺栓来调整根部部分内的剪切应变分布。
此外，还优选的是，所述第一连接装置和所述第二连接装置以Z字形形式彼此连接。所述Z字形形式可借助于将第一连接装置与第二连接装置连接的螺栓、双头螺栓或类似物来提供。由此，可有助于第一连接装置和第二连接装置之间的力分布。
另外，可能优选的是，第三连接装置中的每一个被固定地布置在所述根部部分内，并且沿所述根部部分的周界布置在第三排中，其中，所述第二连接装置中的每一个被连接到所述第三连接装置中的一个。此外，可设置具有相对应的连接装置的第四排、第五排等。由此，剪切应变可分布在风力涡轮机叶片的根部部分的更大部分之中，由此减小了有害的局部剪切应变。
根据本发明的第二方面，所述目的通过一种风力涡轮机叶片来解决，所述风力涡轮机叶片包括根据本发明的第一方面的根部部分。
根据本发明的第三方面，所述目的通过一种根部组件来解决，所述根部组件包括根据本发明的第二方面的风力涡轮机叶片以及所述轴承或所述轮毂法兰，其中，所述轴承或所述轮毂法兰借助于所述多个第一螺栓来连接到所述根部部分。借助于将螺母附接到所述第一螺栓，所述轴承或轮毂法兰可抵靠所述根部部分固定。
根据本发明的第四方面，所述目的通过一种风力涡轮机来解决，所述风力涡轮机包括至少一个根据本发明的第三方面的风力涡轮机叶片。
附图说明
本发明的其他优点、特征和细节从下面的描述中展现，在下面的描述中，通过参考附图图1至图9，详细地描述了本发明的实施例。由此，来自权利要求的特征以及说明书中提到的特征单独采用或按任意组合采用对于本发明而言可能是必不可少的。在附图中，示意性地示出了：
图1示出了风力涡轮机的侧向透视图，
图2示出了根据现有技术的实施例的风力涡轮机叶片的根部部分的侧向透视图，
图3示出了根据本发明的第一实施例的风力涡轮机叶片的根部部分的一部分的侧向透视图，
图4示出了图3的根部部分的连接部分的侧向透视图，
图5示出了根据本发明的第二实施例的风力涡轮机叶片的根部部分的一部分的局部视图，
图6示出了用于图5的根部部分的替代性连接部分的侧向透视图，
图7示出了用于图5的根部部分的另一替代性连接部分的侧向透视图，
图8示出了根据本发明的第三实施例的根部部分的一部分的侧向透视图，以及
图9示出了根据本发明的第四实施例的根部部分的一部分的前视图。
图1至图9中的相同对象标有相同的附图标记。如果在一个图中存在多于一个相同种类的对象，则这些对象以升序编号，其中对象的升序号以点与其附图标记分开。附图中的特征和部分的具体尺寸是示例性的，并且可被放大以仅便于参考。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括转子2，该转子2具有连接到轮毂3的三个风力涡轮机叶片5.1、5.2、5.3。然而，风力涡轮机叶片5的数量可为至少一个风力涡轮机叶片5、两个风力涡轮机叶片5或多于三个风力涡轮机叶片5，并且可根据风力涡轮机1的特定设置的需要来选择。
轮毂3被连接到布置在机舱4内的发电机（未示出）。在风力涡轮机1的操作期间，风力涡轮机叶片5被风驱动以旋转，并且风的动能通过机舱4中的发电机转换成电能。
机舱4被布置在风力涡轮机1的塔架8的上端处。塔架8竖立在例如单桩或三桩之类的基础9上。基础9被连接到地面或海床和/或打入到地面或海床中。
每个风力涡轮机叶片5.1、5.2、5.3都具有根部部分6.1、6.2。这些根部部分6.1、6.2借助于轴承7.1、7.2或轮毂法兰7.1、7.2来连接到轮毂3。在此特定视图中，风力涡轮机叶片5.3的根部部分6和轴承7或轮毂法兰7被轮毂3覆盖。
图2示出了根据现有技术的实施例的风力涡轮机叶片5的根部部分6的侧向透视图。
多个连接装置11沿根部部分6的周界布置成排。螺栓10被连接到这些连接装置11。如图1中所示的轮毂法兰7或轴承7可被连接到根部部分6的根部附接面61，例如，这是借助于将螺栓10插入到轮毂法兰7或轴承7中，并且借助于螺母来固定它。
图3示出了根据本发明的第一实施例的风力涡轮机叶片5的根部部分6的一部分的侧向透视图。
这里，多个第一连接装置11沿根部部分6的第一周界固定地布置在第一排R1中，并且多个第二连接装置12沿根部部分6的第二周界固定地布置在第二排R2中。每个第一连接装置11借助于第一螺栓10来连接到第二连接装置12中的一个，该第一螺栓10延伸穿过第一连接装置11和第二连接装置12并延伸到根部附接面61的外部，其中，第一排R1比第二排R2更靠近根部附接面61。
借助于将连接装置11、12设置在两个分开的排R1、R2中，当将轴承7或轮毂法兰7抵靠根部部分6固定时发生的压缩应变和在风力涡轮机1的操作期间发生的载荷分布在根部部分6的更大部分上。由此，与图2的根部部分6相比，图3的根部部分6具有更多设计选择、更长的使用寿命、进一步的优化，并且较不易于出现故障。
在该实施例中，第一连接装置11和第二连接装置12被设计为具有内螺纹的衬套，以用于接收具有其外螺纹的第一螺栓10。第一连接装置11和第二连接装置12两者均具有圆柱形形状，从而优化了载荷到它们所插入的腔的分布。
图4示出了连接部分的侧向透视图，该连接部分具有如插入到图3的根部部分6中的第一螺栓10以及与该第一螺栓10连接的第一连接装置11和第二连接装置12。第一连接装置11和第二连接装置12以它们的纵向延伸部彼此平行。
图5示出了根据本发明的第二实施例的风力涡轮机叶片5的根部部分6的一部分的局部视图，其中，第一连接装置11和第二连接装置12仅借助于第二螺栓14.1、14.2来连接。
在该第二实施例中，第一连接装置11和第二连接装置12除了第一螺栓10之外还借助于第二螺栓14.1、14.2来连接。第一连接装置11和第二连接装置12以它们的两端延伸到根部部分6的外部。第二螺栓14.1、14.2被附接到第一连接装置11和第二连接装置12在根部部分6的外部的端部部分。
图6示出了用于图5的根部部分6的替代性连接部分的侧向透视图。代替第二螺栓14，法兰板15.1、15.2将第一连接装置11与第二连接装置12连接。法兰板15.1、15.2也可位于根部部分6自身的外部。此外，第一连接装置11和第二连接装置12可包括用于将法兰板15.1、15.2附接到其的周向槽。
图7示出了用于图5的根部部分6的另一替代性连接部分的侧向透视图。这里，第一连接装置11借助于两个法兰板15.1、15.2与第二连接装置12和第三连接装置13连接。第一连接装置11被设计为衬套，而第二连接装置12和第三连接装置13被设计为第三螺栓，特别是设计为贯穿螺栓。所使用的贯穿螺栓的具体数量不限于两个，而是可设置任何数量和形状。
图8示出了根据本发明的第三实施例的根部部分6的一部分的侧向透视图。这里，第一连接装置11和第二连接装置12借助于第四螺栓彼此连接。该第四螺栓被布置为可调螺栓，使得第一连接装置11和第二连接装置12之间的张力可借助于该第四螺栓16来调整。
图9示出了根据本发明的第四实施例的根部部分6的一部分的前视图。这里，第一连接装置11和第二连接装置12以Z字形形式彼此连接。此外，该Z字形形式可与本发明的例如具有法兰板15、第四螺栓16或其他的实施例一起使用。

Claims (13)

1.用于风力涡轮机（1）的风力涡轮机叶片（5）的根部部分（6），其中，所述根部部分（6）包括多个第一螺栓（10），所述第一螺栓（10）布置在所述根部部分（6）内并且从所述根部部分（6）的根部附接面（61）中向外延伸，以用于将所述根部附接面（61）附接到轴承（7）或轮毂法兰（7），并且其中，所述根部部分（6）包括固定地布置在所述根部部分（6）内的多个第一连接装置（11），其中，所述多个第一螺栓（10）借助于所述第一连接装置（11）来连接到所述根部部分（6），以用于经由所述多个第一连接装置（11）而将力从所述多个第一螺栓（10）传递到所述根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）沿所述根部部分（6）布置在第一排（R1）中，并且多个第二连接装置（12）中的每一个被固定地布置在所述根部部分（6）内并且沿根部部分（6）布置在第二排（R2）中，其中，所述第一连接装置（11）中的每一个被连接到所述第二连接装置（12）中的一个或多个，其中，所述第一排（R1）比所述第二排（R2）更靠近所述根部附接面（61）。
2.根据权利要求1所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）和/或所述第二连接装置（12）具有圆柱形形状。
3.根据权利要求1或2所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）是衬套和/或带螺纹的插入件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）中的每一个借助于所述多个第一螺栓（10）中的一个来连接到所述第二连接装置（12）中的一个。
5.根据前述权利要求中任一项所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）中的每一个借助于两个法兰板（15）和/或两个第二螺栓（14）来连接到所述第二连接装置（12）中的一个。
6.根据权利要求5所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第二连接装置（12）是将所述两个法兰板（15）彼此连接的第三螺栓。
7.根据前述权利要求中任一项所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）中的每一个在所述根部部分（6）的外部连接到所述第二连接装置（12）中的一个。
8.根据前述权利要求中任一项所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）和所述第二连接装置（12）中的每一个借助于第四螺栓（16）彼此连接，其中，所述第四螺栓（16）被布置为可调螺栓，使得所述第一连接装置（11）和所述第二连接装置（12）之间的张力可借助于所述第四螺栓（16）来调整。
9.根据前述权利要求中任一项所述的根部部分（6），
其特征在于，
所述第一连接装置（11）和所述第二连接装置（12）以Z字形形式彼此连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的根部部分（6），
其特征在于，
第三连接装置（13）中的每一个被固定地布置在所述根部部分（6）内并且沿所述根部部分（6）的周界布置在第三排（R3）中，其中，所述第二连接装置（12）中的每一个被连接到所述第三连接装置（13）中的一个。
11.风力涡轮机叶片（5），其包括根据前述权利要求中任一项所述的根部部分（6）。
12.根部组件，其包括根据权利要求11所述的风力涡轮机叶片（5）以及轴承（7）或轮毂法兰（7），其中，所述轴承（7）或所述轮毂法兰（7）借助于多个第一螺栓（10）来连接到根部部分（6）。
13.风力涡轮机（1），其包括至少一个根据权利要求12所述的根部组件。
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