CN114593008A - 用于风力涡轮叶片的根部部分 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及用于风力涡轮叶片的根部部分。根部部分包括联接凸缘，其构造成用于将根部部分联接到风力涡轮的毂。根部部分还包括至少一个支承元件，其固定地附接到联接凸缘。至少一个支承元件限定用于接触运输和/或存储表面的支承平面。本公开内容还涉及包括此类根部部分的风力涡轮叶片以及用于定位风力涡轮叶片的方法。

Description

用于风力涡轮叶片的根部部分
技术领域
本公开内容涉及用于风力涡轮叶片的根部部分、包括此类根部部分的风力涡轮叶片，以及用于定位和用于运输和存储所述风力涡轮叶片的方法。
背景技术
现代风力涡轮通常用来向电网中供应电力。该类的风力涡轮大体上包括塔架和布置在塔架上的转子。转子(其典型地包括毂和多个叶片)在风对叶片的影响下进行旋转。所述旋转生成转矩，该转矩通常(normally)通过转子轴直接或通过使用齿轮箱传递到发电机。这样，发电机产生可向电网供应的电力。
由于增加现代风力涡轮尺寸的大体趋势以及叶片的尺寸和重量上的对应增加，风力涡轮叶片的存储和运输变为越来越有挑战性的任务。现代风力涡轮的叶片可超过70或80米或甚至超过100米长。在安装之前以及在制造之后，风力涡轮叶片可能必须暂时存储并进一步运输到安装地点。一旦叶片运输到安装地点或运输到风场(其可为离岸的)，可朝转子毂升高风力涡轮叶片。
在本领域中，叶片特定的支承托架可设在相应的运输和/或存储器件上。那些叶片特定的支承托架适于叶片的外部形状(在根部部分和/或末端部分处)且意在预先限定的定向下接收叶片。然而，在应运输或存储不同类型的涡轮叶片的情况下，叶片特定的支承托架是昂贵的且需要大量地重新整备相应的运输和/或存储器件。
此外，在本领域中，使用圆弓形状的(circular-bow-shaped)支承托架。当使用所述圆弓形状的支承托架时，可在基本任何角度定向下接收叶片。然而，由于叶片可具有显著的曲率(包括扭曲和弯曲(sweep))，且为了能够正确地支承叶片的末端部分，叶片根部需要以给定的定向相当精确地定位在托架中。
因为涡轮叶片的根部部分典型地具有基本圆形的形状，难以使涡轮叶片的根部部分准确地放置在预先限定的角度定向下来实现末端部分的期望的角度定向。在关于使末端部分定向的公差必须设定得低以避免运输和/或存储损坏的情况下，特别是这样。
本公开内容提供至少部分地解决前面提到的缺点的用于风力涡轮叶片的根部部分、涡轮叶片以及用于运输和/或存储风力涡轮叶片的方法。
发明内容
在本公开内容的第一方面，一种用于风力涡轮叶片的根部部分，包括：联接凸缘，其构造成用于将根部部分联接到风力涡轮的毂；以及至少一个支承元件，其固定地附接到联接凸缘，其中至少一个支承元件限定用于接触运输和/或存储表面的支承平面。
如本公开内容各处所使用的用语支承元件应被认为是由于材料属性、结构或形状造成形成支承平面的任何结构。运输和/或存储表面典型地设在运输和/或存储器件上，其不同于根部部分和风力涡轮叶片。如本公开内容各处所使用的运输和/或存储表面可为在运输和存储期间在它与由至少一个支承元件限定的支承平面进行接触时支承根部部分和/或风力涡轮叶片的任何表面，特别为平坦表面。
由于支承元件固定地附接到联接凸缘，支承平面相对于叶片的根部是固定的。叶片因此可放置或定位在支承元件、固定装置或底板或地面上，且支承平面确保这发生在给定的叶片定向上，从而保证末端部分也可受合适的支承(如果必要)。
在另一方面，一种风力涡轮叶片，其包括叶片根部，该叶片根部具有联接凸缘，该联接凸缘构造成用于将根部联接到风力涡轮的毂，该联接凸缘包括一个或多个支承元件，该一个或多个支承元件限定用于接触运输和/或存储表面的基本平坦的支承区域。
根据该方面，平坦的支承区域因此结合于风力涡轮叶片中，使得叶片可以以已知的叶片定向简单地放置在底板或地面区域上。
在又另外的方面，提供一种用于定位风力涡轮叶片的方法。方法包括提供风力涡轮叶片，该风力涡轮叶片包括叶片根部安装凸缘，该叶片根部安装凸缘限定用于将风力涡轮叶片安装到风力涡轮毂的环形安装表面，该叶片根部安装凸缘包括突出超过环形安装表面的一个或多个部分。方法包括使风力涡轮叶片放置在存储表面上以便由突出超过环形安装凸缘的安装凸缘的部分所支承。
用语联接凸缘和安装凸缘在本文中可互换地使用。用语联接凸缘或安装凸缘用来表示用来附接到风力涡轮的另一构件(且特别为风力涡轮毂或风力涡轮毂的变桨轴承)的风力涡轮叶片的根部部分的一部分。
技术方案1. 一种用于风力涡轮叶片的根部部分，包括：
联接凸缘，其构造成用于将所述根部部分联接到风力涡轮的毂，以及
至少一个支承元件，其固定地附接到所述联接凸缘，其中
所述至少一个支承元件限定用于接触运输和/或存储表面的支承平面。
技术方案2. 根据技术方案1所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述联接凸缘包括外周边，且其中
所述支承元件从所述联接凸缘的外周边沿径向延伸。
技术方案3. 根据技术方案1或2所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述支承元件的支承平面由设在所述支承元件上的平坦表面限定。
技术方案4. 根据技术方案3所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述平坦表面与所述联接凸缘的外周边相切。
技术方案5. 根据技术方案1-4中任一个所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述支承元件的支承平面由设在第一支承元件上的至少一个第一支承点和设在不同于所述第一支承元件的第二支承元件上的第二支承点限定。
技术方案6. 根据技术方案1-5中任一个所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述根部部分包括多个支承元件，
其中至少两个支承元件在所述联接凸缘的外周边处彼此在直径上对置地设置，或
其中所述支承元件围绕所述联接凸缘的外周边均等地分布。
技术方案7. 根据技术方案1-6中任一个所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述支承元件包括一个或多个孔，所述一个或多个孔构造成用于附接到提升工具。
技术方案8. 根据技术方案1-7中任一个所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述支承元件由与所述联接凸缘相同的材料构成。
技术方案9. 根据技术方案1-8中任一个所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述至少一个支承元件焊接到所述联接凸缘。
技术方案10. 根据技术方案1-9中任一个所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，其中所述至少一个支承元件和所述联接凸缘整体地形成。
技术方案11. 根据技术方案1-10中任一个所述的用于风力涡轮叶片的根部部分，还包括至少一个紧固件，其固定地附接到所述联接凸缘且从所述联接凸缘的外周边沿径向延伸，以及
可选地其中所述紧固件包括以下中的至少一个：通孔、底切、轨道、用于夹持工具的对应物、摩擦连接器件、螺纹孔和/或凹槽。
技术方案12. 一种风力涡轮叶片，其包括根据技术方案1-11中任一个所述的叶片根部。
技术方案13. 一种用于定位风力涡轮叶片的方法，所述方法包括：
提供风力涡轮叶片，所述风力涡轮叶片包括叶片根部安装凸缘，所述叶片根部安装凸缘限定用于将所述风力涡轮叶片安装到风力涡轮毂的环形安装表面，所述叶片根部安装凸缘包括突出超过所述环形安装表面的一个或多个部分，以及
使所述风力涡轮叶片放置在存储表面上以便由突出超过所述环形安装凸缘的所述安装凸缘的部分所支承。
技术方案14. 根据技术方案13所述的方法，其中突出超过所述环形安装表面的所述部分限定所述安装凸缘相对于存储表面的围绕中心轴线的定向。
技术方案15. 根据技术方案13或14所述的方法，还包括将所述风力涡轮叶片的末端部分设在末端托架上。
附图说明
在下文中，相对于附图，详细地描述本公开内容的方面。
图1示意性地示出风力涡轮的一个示例的透视图；
图2示意性地示出图1的风力涡轮的机舱的一个示例的简化内部视图；
图3示意性地示出风力涡轮叶片的根部部分的示例；
图4A-4D示意性地示出带有不同支承元件的根部部分的另外的示例；
图5示意性地示出风力涡轮叶片的示例；以及
图6示意性地示出用于定位风力涡轮叶片的方法的示例的流程图。
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其一个或多个示例在图中示出。每个示例以本发明的解释的方式提供，不作为本发明的限制。事实上，对本领域技术人员将明显的是，可在本发明中进行各种修改和变化，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示出或描述为一个实施例的部分的特征可与另一实施例使用，以产生还另外的实施例。因此，意在使本发明覆盖如归于所附权利要求书和其等同物的范围内的此类修改和变化。
图1示出风力涡轮160的一个示例的透视图。如示出的，风力涡轮160包括从支承表面150延伸的塔架170、安装在塔架170上的机舱161，以及联接到机舱161的转子115。转子115包括可旋转毂110，以及联接到毂110且从毂110向外延伸的至少一个转子叶片120。例如，在示出的实施例中，转子115包括三个转子叶片120。然而，在备选实施例中，转子115可包括多于或少于三个转子叶片120。每个转子叶片120可围绕毂110间隔，以便于旋转转子115来使动能能够从风转换为可用的机械能，且随后转换为电能。例如，毂110可以可旋转地联接到定位在机舱161内的发电机162(图2)，以允许产生电能。
图2示出图1的风力涡轮160的机舱161的一个示例的简化内部视图。如示出的，发电机162可设置在机舱161内。大体上，发电机162可联接到风力涡轮160的转子115，以用于从由转子115生成的旋转能来生成电功率。例如，转子115可包括主转子轴163，主转子轴163联接到毂110以用于与其旋转。发电机162然后可联接到转子轴163，使得转子轴163的旋转驱动发电机162。例如，在示出的实施例中，发电机162包括发电机轴166，发电机轴166通过齿轮箱164可旋转地联接到转子轴163。
应了解的是，转子轴163、齿轮箱164和发电机162大体上可通过定位在风力涡轮塔架170顶上的支承框架或台板165来支承在机舱161内。
机舱161通过偏航系统20可旋转地联接到塔架170，使得机舱161能够围绕偏航轴线YA旋转。偏航系统20包括偏航轴承，该偏航轴承具有两个轴承构件，其构造成相对于另一个旋转。塔架170联接到轴承构件中的一个，且机舱161的台板或支承框架165联接到另一轴承构件。偏航系统20包括环形齿轮21以及多个偏航驱动器22，该多个偏航驱动器22带有马达23、齿轮箱24以及小齿轮25，小齿轮25用于与环形齿轮21啮合以用于使轴承构件中的一个相对于另一个旋转。
叶片120利用在叶片120与毂110中间的变桨轴承100来联接到毂110。变桨轴承100包括内环和外环。风力涡轮叶片可附接在内轴承环处或在外轴承环处，而毂连接在另一个处。当变桨系统107促动时，叶片120可执行相对于毂110的相对旋转运动。内轴承环因此可执行相对于外轴承环的旋转运动。图2的变桨系统107包括小齿轮108，小齿轮108与设在内轴承环上的环形齿轮109啮合，以使风力涡轮叶片围绕变桨轴线PA进行旋转。
图3示出包括联接凸缘11的用于风力涡轮叶片120的根部部分10的示例。联接凸缘11构造成用于将根部部分联接到风力涡轮160的毂110(例如经由变桨轴承)。联接凸缘11可承载多个紧固件，该多个紧固件可适于与在风力涡轮160的毂110处的对应紧固件(诸如孔或类似物)配合。紧固件可例如为销、螺栓或螺柱(stud)。特别地，这些紧固件可引入变桨轴承环的对应孔中。另一变桨轴承可附接到毂。
联接凸缘11可为圆形凸缘。此外，联接凸缘11可由焊接在一起的两个对称半部构成。
至少一个支承元件13a、13b限定用于接触运输和/或存储表面200的支承平面16a、16b。支承元件13a、13b的支承平面16a、16b可由设在支承元件13上的平坦表面限定。如果支承平面16a是基本平坦的，风力涡轮叶片的根部部分可例如定位在底板或地面表面上，而不需要任何特定的托架或任何特别准备的存储或运输工具。
如图3示出，根部部分10可包括外周边，且至少一个支承元件可从联接凸缘的所述外周边沿径向延伸。
此外，根部部分10可包括至少一个紧固元件12，其包括运输器件和/或处置(handle)器件18。至少一个紧固元件12从联接凸缘11的外周边沿径向延伸。
在图3的示例中，根部部分10还包括两个支承元件13a、13b，该两个支承元件13a、13b设置在联接凸缘的外周边处彼此在直径上对置的位置处。每个支承元件13固定地附接到联接凸缘11。如例如图4A至图4D中示出的，其它示例可包括不同支承元件13和其布置。在一些示例中，支承元件13可围绕联接凸缘11的外周边均等地分布，且还可包括至少一个运输特征和/或处置特征14。
至少一个紧固元件12和/或支承元件16a、16b的运输特征和/或处置特征14、18可包括以下中的至少一个：通孔、底切、轨道、用于夹持工具的对应物、摩擦连接器件、螺纹孔和/或凹槽。在示出的示例中，孔14、18可用于附接提升设备，例如，集成或附接到起重机的提升设备。这可使得能够更容易地处置和安装叶片。
支承元件13可由与联接凸缘11相同的材料构成。支承元件和联接凸缘的材料可为金属的，诸如钢或其它金属基合金。此外，支承元件13和联接凸缘11可整体地形成，例如通过铸造。在另外的方面，联接凸缘11和支承元件可从单个部分(例如金属基元件)切割、磨削或以其它方式机加工。此外，支承元件可通过焊接来附接到凸缘部分11。
图3中示出的支承元件13a、13b限定两个支承平面16a、16b，其中相应支承元件13a的第一支承平面16a接触运输和/或存储表面200。第二支承平面16b布置成与第一支承平面对置(基本平行于其)且当前不在使用中。
支承平面16a、16b在该示例中由设在支承元件13a、13b上的平坦表面限定。存在带有不同支承元件13的其它示例，其中至少一个支承元件13限定用于接触运输和/或存储表面200的支承平面16。支承元件13中的每个可与相应支承平面16相关联。此外，支承平面可由不同支承元件中的至少两个来限定。通过限定多于一个支承平面，且特别地在直径上对置的位置处，叶片可在不同的定向上定位或存储。特别地，叶片可在不同的定向上堆叠。
当支承平面16a与相应的运输和/或存储表面200接触时，支承元件13a还可限定联接凸缘11相对于运输和/或存储表面200的围绕联接凸缘11中心轴线17的角度15。
图4A-4D示意性地示出结合支承元件13的风力涡轮叶片和根部部分10的另外的示例。
在图4A的示例中，单个支承元件13可结合于风力涡轮叶片的根部的联接凸缘中。在该示例中，支承元件13限定风力涡轮叶片可靠置在其上的基本平坦的支承平面。支承平面与凸缘的环形安装表面11的外周边在一点处基本重合。换句话说，支承平面与联接凸缘11的外周边相切。
图4B示出另一示例，其中当叶片支承在它的支承平面16a上时，包括支承元件13的安装凸缘相对于通过根部中心的水平轴线是对称的。在该特定的示例中，安装凸缘是旋转对称的。在该示例中，安装凸缘的外周边是六边形的。
至少两个支承平面16a、16b由安装凸缘限定。
在图4C的示例中，安装凸缘包括突出超过环形安装表面的突出部13。提供带有基本三角形形状的支承件13。风力涡轮叶片的根部部分10可由支承平面16所支承，形成三角形形状的底部。
如图4D中的另一示例中示出的，支承元件13的支承平面16可由在第一支承元件13a上的第一支承点和设在不同于第一支承元件的第二支承元件13b上的第二支承点限定。
图5示出风力涡轮叶片120，风力涡轮叶片120包括具有联接凸缘的叶片根部10，该联接凸缘构造成用于将根部联接到风力涡轮的毂。联接凸缘包括一个或多个支承元件，该一个或多个支承元件限定用于接触运输和/或存储表面的基本平坦的支承区域。
如可在图5中看到的，风力涡轮叶片120可包括在第一位置处的第一支承元件以及在第二位置处的第二支承元件，第二位置与第一位置在直径上对置。
在一些示例中，支承元件可与联接凸缘整体地形成。在一些示例中，叶片还可包括板，该板部分地封闭风力涡轮叶片的内部。此类板可增强和加固叶片根部部分。板可包括允许接入叶片内部的一个或多个人孔。
叶片壳大体上限定前缘、后缘、压力表面和吸力表面，可由复合材料(诸如玻璃纤维复合物、碳纤维复合物或其组合)构成。此外，安装凸缘可附接到叶片壳，作为树脂灌注或注射过程的部分。在固化发生之后，复合材料的叶片壳然后牢固地附接到联接凸缘。联接凸缘包括前面提到的支承元件13。
叶片可包括多段，其可联接以形成相应的风力涡轮叶片120。叶片部分20的长度可在从30 m至150 m的范围内，或在从50 m至120 m的范围内，或在从60 m至110 m的范围内。
图6示出用于定位风力涡轮叶片120的方法2000的流程图。方法包括在框2100处提供风力涡轮叶片，该风力涡轮叶片包括叶片根部安装凸缘，该叶片根部安装凸缘限定用于将风力涡轮叶片120安装到风力涡轮毂的环形安装表面。叶片根部安装凸缘包括突出超过环形安装表面的一个或多个部分。
如之前指出的，叶片根部安装凸缘可通过变桨轴承间接地附接到风力涡轮的毂。
方法然后包括在框2200处使风力涡轮叶片120放置在存储表面200上以便由突出超过环形安装凸缘的安装凸缘的部分所支承。
在一些示例中，突出超过环形安装表面的部分限定安装凸缘11相对于存储表面200的定向。
方法还可包括在框2300处将风力涡轮叶片的末端部分设在末端托架上。如果叶片根部的环形安装表面外部的突出部限定支承平面，可确保叶片的末端部分正确地定向成使得它可定位在用于支承末端部分的托架内。
方法然后可包括在框2400处，运输叶片，或存储且可选地随后运输叶片。可使用任何合适的运输装置，诸如，例如起重机、卡车、轻型装载机、拖车、牵引交通工具、海运容器和/或船舶。
在到达地点处之后，叶片可安装在风力涡轮的毂上。延伸超过根部的环形安装凸缘的突出部不需要在风力涡轮操作之前去除。
在本文中公开的示例中的任何示例中，风力涡轮叶片可为(但不需要为)分段式叶片。分段式叶片是其中根部部分和末端部分(以及可选的另外的叶片部分)分别地制造和运输的叶片。根部部分然后可在安装之前附接到末端部分。
在本文中公开的示例中的任何示例中，叶片可直接地或间接地附接到风力涡轮叶片毂。间接的附接在本文中可理解为利用在叶片与毂中间的另一元件(特别为变桨轴承)的附接。更特别地，变桨轴承可包括内轴承环和外轴承环，其在中间带有一排或多排滚动元件(滚子、滚珠或其它)。外轴承环和内轴承环中的一个可附接到毂，且内轴承环和外轴承环中的另一个可附接到风力涡轮叶片。
尽管用于处置和升高的紧固件、提升附接件等的一些特征仅相对于图3来示出，应清楚的是，相同或类似的特征也可包括于图4和图5的示例中的任何示例中。
该书面描述使用示例来公开本发明(包括优选实施例)，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何结合的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求书限定，且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的紧固元件，或如果它们包括与权利要求书的字面语言带有非实质性差异的等同紧固元件，此类其它示例意在处于权利要求书的范围内。来自所描述的各种实施例的方面以及对于每个此类方面的其它已知的等同物可由本领域的普通技术人员混合和匹配，以根据该申请的原理来构造额外的实施例和技术。如果与图相关的参考符号放置在权利要求中的括号中，它们只是为了试图增加权利要求的可理解性，且不应被解释为限制权利要求的范围。
参考符号列表
10 根部部分
11 联接凸缘
12 包括运输和/或处置特征的紧固元件
13 支承元件
13a 第一支承元件
13b 第二支承元件
14 运输和/或处置特征
15 旋转角度
16 支承平面
16a 第一支承平面
16b 第二支承平面
17 中心轴线
18 运输和/或处置器件
19 附接线
20 叶片部分
100 变桨轴承
107 变桨系统
108 小齿轮
109 环形齿轮
110 风力涡轮的毂
115 转子
120 风力涡轮叶片(转子叶片)
150 支承表面
160 风力涡轮
161 机舱
162 发电机
163 转子轴
164 齿轮箱
165 支承框架
166 发电机轴
170 塔架
200 运输和/或存储表面
2000 用于定位风力涡轮叶片的方法
2100 提供风力涡轮叶片
2200 使风力涡轮叶片放置在运输和/或存储表面上
2300 使叶片的末端部分支承在末端托架中
2400 存储和/或运输风力涡轮叶片。

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，包括：
联接凸缘(11)，其构造成用于将所述根部部分联接到风力涡轮(160)的毂(110)，以及
至少一个支承元件(13)，其固定地附接到所述联接凸缘(11)，其中
所述至少一个支承元件(13)限定用于接触运输和/或存储表面(200)的支承平面(16)。
2.根据权利要求1所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述联接凸缘包括外周边，且其中
所述支承元件(13)从所述联接凸缘(11)的外周边沿径向延伸。
3.根据权利要求1或2所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述支承元件(13)的支承平面(16)由设在所述支承元件(13)上的平坦表面限定。
4.根据权利要求3所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述平坦表面与所述联接凸缘(11)的外周边相切。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述支承元件(13)的支承平面由设在第一支承元件(13a)上的至少一个第一支承点和设在不同于所述第一支承元件的第二支承元件(13b)上的第二支承点限定。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述根部部分包括多个支承元件(13a、13b)，
其中至少两个支承元件(13a、13b)在所述联接凸缘(11)的外周边处彼此在直径上对置地设置，或
其中所述支承元件(13)围绕所述联接凸缘(11)的外周边均等地分布。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述支承元件(13)包括一个或多个孔，所述一个或多个孔构造成用于附接到提升工具。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述支承元件(13)由与所述联接凸缘(11)相同的材料构成。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述至少一个支承元件(13)焊接到所述联接凸缘(11)。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于风力涡轮叶片(120)的根部部分(10)，其中，所述至少一个支承元件(13)和所述联接凸缘(11)整体地形成。
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