CN113137329A - 风能设备、风能设备转子叶片和用于风能设备的叶片支承装置 - Google Patents

风能设备、风能设备转子叶片和用于风能设备的叶片支承装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风能设备，其包括：毂，其具有空心柱形的区域，所述区域具有中间的环周UN；至少一个可旋转地支承在毂处的转子叶片，其具有叶片层压板，所述叶片层压板至少部段地构成具有中间的环周UR的空心柱；和至少一个叶片支承装置，其用于将转子叶片支承在毂上，其特征在于，第一法兰连接装置具有至少一个设置在环周UNB上的毂纵向螺栓，第二法兰连接装置具有至少一个设置在环周URB上的转子叶片纵向螺栓。本发明通过如下方式实现其目的，即在环周UN和环周UNB之间构成第一径向偏移V1和/或在环周URB和环周UR之间构成第二径向偏移V2。本发明在另一方面通过风能设备转子叶片和转子叶片支承装置实现其目的。

Description

风能设备、风能设备转子叶片和用于风能设备的叶片支承 装置
技术领域
本发明涉及一种风能设备，其包括：毂，其具有空心柱形的区域，所述空心柱形的区域具有中间的环周UN；至少一个可旋转地支承在毂处的转子叶片，所述转子叶片具有叶片层压板，所述叶片层压板沿转子叶片的纵向方向延伸并且至少部段地构成具有中间的环周UR的空心柱；和至少一个叶片支承装置，其用于将转子叶片支承在毂上，所述叶片支承装置具有在毂侧设置的第一轴承环，所述第一轴承环借助于第一法兰连接装置与转子毂法兰连接，所述转子毂法兰构成在毂的转子叶片侧的端部部段处，其中第一法兰连接装置具有至少一个毂纵向螺栓，所述毂纵向螺栓与叶片支承装置同轴地设置在环周UNB上；和在转子叶片侧上设置的第二轴承环，其借助于第二法兰连接装置与转子叶片法兰连接，所述转子叶片法兰构成在转子叶片的毂侧的端部部段处，其中第二法兰连接装置具有至少一个转子叶片纵向螺栓，所述转子叶片纵向螺栓与叶片支承装置同轴地设置在环周URB上。
背景技术
风能设施是普遍已知的。所述风能设施具有至少一个转子叶片，所述转子叶片可旋转地借助于叶片支承装置支承在毂上。转子叶片朝向风相对于毂的迎角在此通常借助于桨距驱动器确定。叶片轴承的决定性的负荷是弯曲力矩，所述弯曲力矩由自重负荷和风荷载引起。弯曲力矩例如沿冲击方向经由在叶片层压板的区域中的叶片皮带作为纵向力被接收。
在这种叶片支承装置中，尤其在滚动支承装置中，在此在外部的纵向力中产生径向偏移。所述偏移产生力矩，所述力矩使轴承以及邻接的构件“卷曲”并且造成提高的负荷。在轴承直径以及转子叶片直径大的情况下，可以忽略局部的取决于纵向力的力矩。然而如果转子叶片直径例如出于运输原因或为了材料节约而选择为对于相应的叶片长度非常小的，那么提高纵向力从而提高由于偏移引起的局部的力矩，使得法兰连接装置和尤其是法兰连接装置的螺栓会超负荷。
发明内容
因此，本发明的目的是，在开头提到类型的风能设备中，尽可能很大程度地克服在现有技术中发现的缺点。本发明的目的尤其是，提高开头提到类型的风能设备的叶片支承装置的承载能力，使得在负载水平相同时可使用较小的法兰直径。至少，本发明的目的是，提出一种替选的风能设备。
在作为优先权基础的德国申请中，德国专利商标局检索到如下文件：DE 10 2005026 141 A1、DE 10 2016 203 269 A1、DE 10 2018 110 925 A1、US 2014/0003946 A1、US2014/0010660 A1、US 2015/0086359 A1、US 2018/0230965 A1、US 2019/0072083 A1和WO2007/098759 A2。
本发明通过提出具有本发明的特征的风能设备实现基本目的。尤其是，本发明在开头提到类型的风能设备中提出，在环周UN和环周UNB之间构成第一径向偏移V1和/或在环周URB和环周UR之间构成第二径向偏移V2。
由此，与相应的轴承环连接的法兰主动地卷曲从而跟随支承装置的运动。因为这两个组件然而根据本发明沿同一方向扭转，所以法兰连接装置的要传递的卷曲力矩降低，由此使所述法兰连接装置减荷。
这有利于提高转子叶片和/或转子毂和支承装置以及与其耦联的构件之间的法兰连接装置的承载能力。
卷曲力矩由在通过相应的法兰连接装置的螺栓传递的力流和沿转子叶片层压板或毂的空心柱的区域的径向方向的重心位置之间的偏心率得出。卷曲力矩是平坦的系统垂直于其平面的负荷并且作为唯一的切削变量产生弯曲力矩，由此所述弯曲力矩在旋转对称的轴承中分为拉力和压力，所述拉力和压力使轴承变形离开其平面。
通过空心柱的区域减少材料使用。毂法兰在此提供与叶片轴承的有承载能力的连接装置，尤其是法兰连接装置。由于环周UN和UNB不同，螺旋机构借助于叶片轴承和毂之间的第一法兰连接装置的毂纵向螺栓容易被触及并且可以充分地拉紧。
优选地，第一轴承环是外部的轴承环并且第二轴承环是设置在外部的轴承环中的内部的轴承环，并且环周URB大于环周UR。
由此，尤其转子叶片法兰主动地卷曲从而跟随支承装置的运动。因为这两个组件然而根据本发明沿同一方向扭转，所以法兰连接装置的要传递的卷曲力矩降低，由此使所述法兰连接装置减荷。
优选地，第二轴承环是外部的轴承环而第一轴承环是设置在外部的轴承环中的内部的轴承环，并且环周URB小于环周UR。
由此，尤其毂法兰主动地卷曲从而跟随支承装置的运动。因为这两个组件然而根据本发明沿同一方向扭转，所以法兰连接装置的要传递的卷曲力矩降低，由此使所述法兰连接装置减荷。
还优选的是，叶片支承装置，尤其是第二轴承环具有用于延长转子叶片纵向螺栓的夹紧长度的延长部段。
本发明在此利用的认知是，通过支承装置的，优选与转子叶片连接的轴承环的转子叶片侧的延长提高了轴承相对于卷曲变形的刚度。在转子叶片纵向螺栓和毂纵向螺栓之间的偏移具有对轴承的卷曲变形的显著影响，然而出于结构性的原因不会减少。由此，根据本发明至少通过轴承的增强抵抗卷曲变形并且提高轴承的承载负荷。
轴承环和延长部段特别优选材料配合地连接或构成为整体的构件。还优选的是，替选地或附加地也进行形状配合或力配合的连接。
根据本发明的一个优选的改进方案，延长部段具有延长部段的转子叶片侧的第一接触面和轴承侧的第二接触面，其中延长部段的第一接触面大于或等于轴承侧的第二接触面。
轴承防止卷曲的加固以及支承面的叶片侧的增大可实现轴承的材料投入的减少。
优选地，转子叶片侧的第一接触面对应于转子叶片法兰的接触面地构成，而轴承侧的第二接触面对应于叶片轴承的接触面，尤其是第二轴承环的接触面地构成。
在减少叶片法兰直径时明显地提高纵向力，由此还提高了在叶片法兰处的材料强度。这造成，叶片法兰的厚度超过轴承环的宽度并且所述叶片法兰不再完全放置在轴承的表面上。通过将轴承朝叶片法兰的方向拓宽或朝支承装置的方向渐缩，即使在轴承直径小的情况下也完全地支撑叶片法兰。由此减少了材料投入并且进一步提高了轴承的卷曲刚性。
两个面彼此对应地构成在此理解为这两个面优选全等地构成，或至少投影面全等地构成并且面相互支撑。
优选地，叶片支撑装置构成为滚动支承装置，优选滚子支承装置，特别优选圆柱滚子支承装置/调心滚子支承装置/圆锥滚子支承装置。通过滚子支承装置提供沿径向方向具有高的承载能力的支承装置。
根据一个替选的优选的实施方式，滚动支承装置是单列或多列的四点支承装置。通过将四点支承装置用作为叶片支承装置，可以接收沿两个方向的轴向负荷和弯曲力矩。在此优选使用单列或两列的四点轴承，并且与驱动器设计，尤其是桨距驱动器的设置方式相关地构成为具有内齿部、外齿部或不具有齿部。
四点轴承表示滚动轴承和尤其径向推力球轴承的特殊形式，具有α≈35°的压力角。存在滚动体与滚道的四个接触点。通过分开的内环或外环可以在尺寸较小的情况下使用多个球。出于所述原因，沿两个方向的可接收的轴向的以及径向的力提高。
本发明在上文中在第一方面关于风能设备进行描述，在另一方面本发明还涉及风能设备转子叶片，其具有端部部段，所述端部部段具有用于在毂侧安装在叶片支承装置处的转子叶片法兰，所述转子叶片法兰设立为用于，借助于法兰连接装置与风能设备的叶片支承装置的轴承环连接，和叶片层压板，其沿转子叶片的纵向方向延伸并且在第二端部部段的区域中构成具有中间的环周UR的空心柱，其中法兰连接装置具有至少一个转子叶片纵向螺栓，所述转子叶片纵向螺栓与叶片支承装置同轴地设置在环周URB上。
本发明在这种风能设备转子叶片中通过在环周URB和/或环周UR之间构成径向偏移V2的方式实现开头提到的目的。根据本发明的风能设备转子叶片利用与根据第一方面的风能设备相同的优点和优选实施方式，以至于为了避免重复参照上述实施方案。
在另一方面，本发明还涉及用于将转子叶片支承在风能设备的毂上的叶片支承装置，所述叶片支承装置具有毂侧设置的第一轴承环，所述第一轴承环借助于第一法兰连接装置与转子叶片毂连接，具有转子叶片侧设置的第二轴承环，所述第二轴承环借助于第二法兰连接装置与转子叶片法兰连接。
本发明在这种叶片支承装置中通过叶片支承装置，尤其第二轴承环具有用于延长第二法兰连接装置的夹紧长度，尤其第二法兰连接装置的转子叶片纵向螺栓的夹紧长度的延长部段的方式实现开头提到的目的。
根据本发明的叶片支承装置利用与根据第一方面的风能设备相同的优点和优选实施方式，以至于为了避免重复参照上述实施方案。
附图说明
下面，参照附图根据优选的实施例详细说明本发明。在此示出：
图1示出风能设备的示意立体视图；
图2示出根据图1的风能设备的局部的剖面图；
图3示出根据一个替选的优选实施方式的风能设备的局部；以及
图4示出根据图2的剖面图的俯视图。
具体实施方式
图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和导流罩110。转子叶片108以其转子叶片法兰设置在转子毂处。转子106在运行中由风置于旋转运动中进而驱动吊舱104中的(未示出的)发电机。
图2示出根据图1的风能设备的局部的剖面图。转子叶片108在此借助于叶片支承装置10可旋转地支承在转子毂114处。
转子叶片108和毂114与轴承10同轴地且围绕旋转轴线15对称地构成。
转子叶片108包括转子叶片法兰112和叶片层压板116，所述叶片层压板沿转子叶片108的纵向方向延伸。叶片层压板116优选由纤维复合材料构成为具有中间的环周UR的空心柱。转子叶片法兰112在此具有朝叶片轴承10的方向增加的直径并且在轴承侧上至少部段地构成为具有中间的环周URB的空心柱。
转子毂114包括毂法兰115和具有中间的环周UN的空心柱形地构成的区域120。
叶片支承装置10包括第一轴承环16和第二轴承环20，所述第一轴承环借助于第一法兰连接装置12与转子毂法兰115连接并且所述第二轴承环借助于第二法兰连接装置14与转子叶片法兰112连接。
叶片支承装置10构成为四点支承装置。第一轴承环16和第二轴承环20借助于两排滚动体26可旋转地支承在彼此上。第二轴承环20在此具有比第一轴承环16更小的直径并且可旋转地支承在所述第一轴承环中。
可选地，在第一轴承环16的外侧上或在第二轴承环20的内侧上构成有齿轮，所述齿轮可与驱动器形成接合，用于再调整桨距角。
由叶片支承装置10的第一轴承环16和毂法兰115构成的第一法兰连接装置12包括转子毂纵向螺栓18，用于将毂法兰115和第一轴承环16力配合连接。转子毂纵向螺栓18沿着环周UNB设置。转子毂纵向螺栓18沿着环周UNB设置。环周UNB在此小于毂114的空心柱形构成的区域120的中间的环周UN。
第二法兰连接装置14在转子叶片法兰112和叶片轴承10的第二轴承环20之间构成。叶片法兰112与轴承环20借助于转子叶片纵向螺栓24力配合地连接。转子叶片纵向螺栓24沿着环周URB设置。环周URB在此大于在叶片层压板的空心柱形构成的区域中的中间的环周UR。第二轴承环20包括在其叶片侧的端部处的延长部段22。延长部段22具有叶片侧增大的接触面。通过增大的接触面，转子叶片法兰112整面地放置在轴承环20的延长部段22上。
图3示出根据一个替选的优选实施方式的风能设备的局部。
转子叶片108在此借助于叶片支承装置10’可旋转地支承在转子毂114处。转子叶片108和毂114根据图2中示出的实施例构成。
叶片支承装置10’包括第一轴承环16’和第二轴承环20’，所述第一轴承环借助于第一法兰连接装置12’与转子毂法兰115连接而所述第二轴承环借助于第二法兰连接装置14’与转子叶片法兰112连接。
第一轴承环16’在此设置在外部的第二轴承环20’中，使得转子毂114在转子叶片108中可旋转地借助于叶片支承装置10’支承。
转子毂法兰115借助于转子毂纵向螺栓18与叶片支承装置10’的内部的轴承环16’连接并且形成第一法兰连接装置12’。
第二法兰连接装置14’由外部的第二轴承环20’和转子叶片法兰112构成，所述第二轴承环和转子叶片法兰借助于转子叶片纵向螺栓24连接。转子叶片纵向螺栓24沿着环周URB设置。环周URB在此小于环周UR，环周UR构成叶片层压板116的中间的环周。
图4示出根据图2的风能设备的剖面图的局部的俯视图。转子叶片108包括转子叶片法兰112和具有中间的环周UR的转子叶片层压板116。转子叶片108借助于叶片支承装置10可旋转地支承在转子毂114处。转子毂114包括转子毂法兰115和具有中间的环周UN的空心柱形构成的区域120。
如尤其图4示出那样，在根据图2的实施方式中第一法兰连接装置12的转子毂纵向螺栓18在环周UNB上设置，所述环周小于转子毂114的空心柱形构成的区域120的中间的环周UN。
转子毂法兰115借助于转子毂纵向螺栓18与叶片支承装置10的外部的轴承环16连接。在外部的轴承环16中借助于多个滚动体26可旋转地支承内部的轴承环20。
第二法兰连接装置14由内部的轴承环20和转子叶片法兰112构成，所述内部的轴承环和转子叶片法兰借助于转子叶片纵向螺栓24连接。转子叶片纵向螺栓24沿着环周URB设置。环周URB在此大于环周UR，环周UR构成叶片层压板116的中间的环周。

Claims (11)

1.一种风能设备，包括：
-毂(114)，其具有空心柱形的区域(120)，所述空心柱形的区域具有中间的环周UN；
-至少一个可旋转地支承在所述毂(114)处的转子叶片(108)，所述转子叶片具有叶片层压板(116)，所述叶片层压板沿所述转子叶片(108)的纵向方向延伸并且至少部段地构成具有中间的环周UR的空心柱；和
-至少一个叶片支承装置(10，10’)，其用于将所述转子叶片(108)支承在所述毂(114)上，所述叶片支承装置具有：
在毂侧设置的第一轴承环(16、16’)，所述第一轴承环借助于第一法兰连接装置(12、12’)与转子毂法兰(115)连接，所述转子毂法兰构成在所述毂(114)的转子叶片侧的端部部段处，其中所述第一法兰连接装置(12、12’)具有至少一个毂纵向螺栓(18)，所述毂纵向螺栓与所述叶片支承装置(10、10’)同轴地设置在环周UNB上，
在转子叶片侧上设置的第二轴承环(20、20’)，其借助于第二法兰连接装置(14、14’)与转子叶片法兰(112)连接，所述转子叶片法兰构成在所述转子叶片(108)的毂侧的端部部段处，其中所述第二法兰连接装置(14、14’)具有至少一个转子叶片纵向螺栓(24)，所述转子叶片纵向螺栓与所述叶片支承装置(10、10’)同轴地设置在环周URB上，
其特征在于，在所述环周UN和所述环周UNB之间形成第一径向偏移V1和/或在所述环周URB和所述环周UR之间形成第二径向偏移V2。
2.根据权利要求1所述的风能设备，
其中所述第一轴承环是外部的轴承环(16)并且所述第二轴承环是设置在所述外部的轴承环(16)中的内部的轴承环(20)，并且环周URB大于环周UR。
3.根据权利要求1所述的风能设备，
其中所述第二轴承环是外部的轴承环(20’)并且所述第一轴承环是设置在所述外部的轴承环(20’)中的内部的轴承环(16’)，并且环周URB小于环周UR。
4.根据上述权利要求中任一项所述的风能设备，
其中所述叶片支承装置(10、10’)，尤其所述第二轴承环(20、20’)具有用于延长所述转子叶片纵向螺栓(24)的夹紧长度的延长部段(22、22’)。
5.根据权利要求4所述的风能设备，
其中所述延长部段(22)具有转子叶片侧的第一接触面和轴承侧的第二接触面，
其中所述第一接触面大于或等于轴承侧的第二接触面。
6.根据权利要求5所述的风能设备，
其中所述延长部段(22)的转子叶片侧的所述第一接触面对应于所述转子叶片法兰(112)的接触面地构成，并且
所述延长部段的轴承侧的所述第二接触面对应于叶片轴承的所述第二轴承环(20、20’)的接触面地构成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的风能设备，
其中叶片支承装置(10、10’)是滚动支承装置，优选是滚子支承装置，特别优选是圆柱滚子/调心滚子/圆锥滚子支承装置。
8.一种风能设备转子叶片(108)，具有
-端部部段，其具有用于在毂侧安装在叶片支承装置(10、10’)处的转子叶片法兰(112)，所述转子叶片法兰设立为用于，借助于法兰连接装置(14、14’)与风能设备的叶片支承装置(10、10’)的轴承环(20、20’)连接，和
-叶片层压板(116)，其沿所述转子叶片(108)的纵向方向延伸并且在第二端部部段的区域中构成空心柱，所述空心柱具有中间的环周UR，
其中所述法兰连接装置(14、14’)具有至少一个转子叶片纵向螺栓(24)，所述转子叶片纵向螺栓与所述叶片支承装置(10、10’)同轴地设置在环周URB上，
其特征在于，在所述环周URB和/或所述环周UR之间形成径向偏移V2。
9.一种用于将转子叶片支承在毂处的转子叶片支承装置(10、10’)，具有
-在毂侧设置的第一轴承环(16、16’)，其借助于第一法兰连接装置(12、12’)与转子叶片毂连接，
-在转子叶片侧设置的第二轴承环(20、20’)，其借助于第二法兰连接装置(14、14’)与转子叶片法兰(112)连接，
其特征在于，所述叶片支承装置(10、10’)，尤其所述第二轴承环(20、20’)具有延长部段(22、22’)，所述延长部段用于延长所述第二法兰连接装置(14、14’)的夹紧长度，尤其所述第二法兰连接装置(14、14’)的转子叶片纵向螺栓(24)的夹紧长度。
10.根据权利要求9所述的转子叶片支承装置(10、10’)，
其中所述延长部段(22)具有转子叶片侧的第一接触面和具有第二接触面，其中所述第一接触面大于或等于所述第二接触面。
11.根据权利要求9或10所述的转子叶片支承装置(10、10’)，
其中转子叶片侧的所述第一接触面对应于所述转子叶片法兰(112)的接触面地构成，和
所述第二接触面对应于叶片轴承(10、10’)、尤其所述第二轴承环(20、20’)的接触面地构成。
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