CN114729621A - 一种根部衬套、其衬套插入件、包括该根部衬套的风力发电机叶片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及根部衬套、根部衬套插入件、风力发电机叶片和制造风力发电机叶片的方法。根部衬套包括具有外表面的衬套壳体和主螺栓腔。外表面设置有外螺纹部分，外螺纹部分布置在距第一端一定距离处。主螺栓腔具有布置在距第一端一定距离处的内螺纹部分。帽元件定位在衬套壳体内距第二端一定距离处，并将主螺栓腔与根部插入件腔隔开。根部插入件腔具有弯曲的内表面，这使得树脂能够填充内表面与插入元件的端部之间的空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于嵌入风力发电机叶片的根部部分中的根部衬套和衬套插入件，其中根部衬套具有带螺纹的外表面和用于容纳主螺栓的主螺栓腔。
本发明还涉及一种风力发电机叶片和制造该风力发电机叶片的方法。
背景技术
众所周知，风能生产在过去几十年中迅速增长，并被普遍认为是一种清洁且经济的可再生能源。为了满足对能源生产不断增长的需求，风力发电机变得越来越大以降低能源成本(COE)。这增加了其部件的重量和成本，特别是增加了风力发电机叶片的尺寸和重量。这增加了对节省材料并降低风力发电机叶片的总重量的解决方案的需求。
随着风力发电机叶片尺寸增大，风力发电机叶片的根部外直径也增大。这增加了所需的加固材料量和沿根端的周界分布的主螺栓的总数。这进而还需要轮毂具有增大的叶片根部法兰尺寸以匹配风力发电机叶片的增大的根端。
EP2917568B1公开了根部衬套的各种横截面椭圆形轮廓，其中根部衬套的总厚度大于相邻插入件的厚度，从而增加了与内纤维层和外纤维层的接触表面积。EP3697603A1公开了布置在根部衬套之间的骨形插入件的各种横截面轮廓，其中在插入件的侧表面与相邻衬套的外表面之间形成间隔。在这些实施例中，骨形插入物可以由单件或多个子工件形成。
EP3111083B1公开了一种用于嵌入在风力发电机叶片中的根部衬套，其中衬套壳体设置有波纹外表面。波纹形状为各个峰和谷，每个都围绕衬套壳体的周界延伸。峰和谷对称布置，并起到在层压板与衬套之间提供机械自锁连接的作用。该根部衬套设置有内部通孔，然而这需要将其封闭以防止树脂进入主螺栓腔。需要耗时的铣磨工艺来形成对称的峰和谷，这可能会在衬套壳体中引入热应力，从而导致衬套断裂或失效。
WO2019/110070A1和WO2019/110071A1公开了一种通过将预固化的插入件本体在对角方向上切割成两个相同工件来生产预制的两个衬套插入件的方法。衬套壳体具有带有凹槽的外表面，凹槽由脊隔开。凹槽和脊被成形为波浪形，其中凹槽浅且节距大。这允许过渡纤维层被容易地拉入凹槽内并通过一个或多个绕组锚定。然后将拉挤元件相对于缠绕的衬套壳体布置以形成矩形或梯形横截面轮廓。然后将整个干式结构放入插入件模具中并灌注树脂，最后固化形成插入件主体。之后，在对角线上切割插入件主体以形成一对衬套插入件。
在该方案中，凹槽可以成形为各个圆周凹槽或螺旋形连续凹槽。然而，这种设计还需要复杂且耗时的加工，这可能会在衬套壳体中引入热应力。
WO2019/110070A1和WO2019/110071A1进一步公开了主螺栓腔通过塞子与芯腔隔开。据称，塞子可以集成到衬套壳体中。该塞子也可以作为单独的元件添加，但没有提供关于该配置的进一步细节、或如何固定所述单独塞子的进一步细节。
CN209705035U公开了一种用于风力发电机叶片的根部衬套，其中外表面包括布置在两个平面端部之间的中间螺纹部分。在一端处，形成了凹槽，以便能够接触端部塞子。通过凹陷将防水填充材料引入内孔中，然后通过压紧工具将端部塞子压入以与凹槽牢固连接。当主螺栓旋入衬套时，螺栓端部将接触防水填充材料。
另一种现有技术的衬套设计包括具有螺纹部分的外表面，其中谷具有半圆形横截面轮廓和相邻谷之间的尖峰。这种设计还需要复杂且耗时的加工。因此，需要一种改进的衬套设计，以实现更快和更便宜的生产。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种克服现有技术的上述问题的衬套、衬套插入件、风力发电机叶片以及方法，或者至少提供一种替代解决方案。
本发明的一个目的是提供一种允许更快生产并降低生产成本的衬套、衬套插入件、风力发电机叶片和方法。
本发明的一个目的是提供一种允许更容易地铺设叶片根部加强件的根部衬套、衬套插入件、风力发电机叶片以及方法。
发明内容
本发明的一个目的通过根据权利要求1所述的用于风力发电机叶片的根部衬套来实现，其包括具有外表面的衬套壳体，其中主螺栓腔布置在第一端处的衬套壳体内，并且外表面包括根部部分和外螺纹部分，其中外螺纹部分被成形为具有ISO公制横截面轮廓的螺旋螺纹。
这提供了可以更快生产并降低生产成本的根部衬套。由此可以使用标准铣刀和最少的加工步骤来制造外螺纹表面，而无需定制工具或使用不同工具的多个加工步骤。本发明的衬套设计还降低了生产期间衬套壳体中出现热应力的风险。这又保证了更高的生产质量并降低了操作过程中发生结构故障的风险。
在此，术语“ISO公制”是根据国际标准定义的，例如ISO68-1。本发明的螺纹具有对称的横截面轮廓，优选地是对称的V形或基本上V形的轮廓。本螺纹形成围绕衬套壳体的外表面的连续或螺旋螺纹。
根部衬套包括具有外表面的衬套壳体，该外表面从第一端延伸到第二端。当嵌入到风力发电机叶片中时，第一端可以布置在风力发电机叶片的根端并且第二端可以面对风力发电机叶片的尖端。衬套壳体可以由金属或金属合金制成，例如由钢或钢合金制成。
衬套壳体具有分别沿纵向和厚度方向测量的外长L和外径Do。外长L也可以定义为1的相对距离，而外径Do也可以定义为1的相对厚度/直径。外部ISO公制螺纹的尺寸可以选择为衬套壳体外径的函数。例如但不限于，总长度L可以在350mm至380mm之间。例如但不限于，外径Do可以在60mm至70mm之间。例如，但不限于，外部ISO公制螺纹的尺寸可以在M60–M70之间。
第一内孔或主螺栓腔布置在第一端并朝向第二端延伸。第一内孔适用于在安装风力发电机叶片期间容纳和保持主螺栓。第一内孔具有第一深度和第一内径。与传统的根部衬套相比，本发明允许使用更短的螺栓和/或更薄的螺栓。
根据一个实施例，外螺纹部分从第一起始位置延伸到衬套壳体的第二端，其中第一起始位置被确定为距第一端的相对距离为Lo并且Lo在0至0.25选择。
根部衬套可以具有布置在第一端的根部部分并且可以延伸到外螺纹部分的第一起始位置。外螺纹部分可以从第一起始位置延伸到第二端。根部可以具有平坦的外表面，即没有任何凹槽或螺纹。根部部分可以被配置为在运行期间在它被螺栓连接压缩时吸收压缩载荷。该螺纹部分可以被配置为在预张紧期间和风力发电机运行期间在衬套与叶片外壳之间传递载荷。
根部和外螺纹部分都具有局部外径。优选地，外螺纹部分的局部外径可以等于根部部分的局部外径。因此，根部衬套可以沿其长度具有恒定的外径。这节省了材料并进一步降低了生产成本。
传统的根部衬套，例如在WO2019/110070A1和WO2019/110071A1中，通常具有扩大的根部部分，其外径大于相邻外螺纹部分的外径。这会导致材料浪费增加和机器加工时间增加。
第一起始位置可以确定为距第一端的相对距离，优选地确定为根部部分的局部长度Lo与衬套壳体的总长度L的比率。例如但不限于，第一起始位置可以在0至0.25选择。
根据一个实施例，帽元件和根部插入件腔进一步布置在衬套壳体内，其中根部插入件腔布置在衬套壳体的第二端，并且帽元件被配置为将主螺栓腔与根部插入件腔隔开，并且其中帽元件的位置由与第二端的相对距离Lw确定，并在0至0.35选择。
第二内孔或根部插入件腔可以布置在衬套壳体的第二端并且可以朝向第一端延伸。第二内孔可适用于容纳由芯材制成的插入元件的端部。芯材可由金属、泡沫或木材制成，例如但不限于轻木、PVC(聚氯乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚氨酯(PU)或聚合物(例如纤维增强聚合物、FRP)。第二内孔可以具有第二内径和第二深度。
根据一个实施例，衬套壳体具有在第二端测量的局部壁厚Dw，其中局部壁厚Dw在0.5mm至5mm选择。
第二内孔可以具有从第二端向内突出的内表面。第二内孔可具有整体锥形轮廓，其中最大内径可位于第二端。根部衬套可具有在第二端测量的局部壁厚Dw。该局部壁厚Dw可以确定为相对壁厚或第二内孔的内径与衬套壳体的外径之间的差。例如但不限于，局部壁厚Dw可以在0.5mm至5mm选择。
帽元件可以在衬套壳体内布置在第一内孔与第二内孔之间以将两个腔分开。帽元件可以定位在距一端的一定距离处，从而形成内帽。帽元件可以由金属或金属合金制成，例如由钢或钢合金、聚合物材料或闭孔泡沫材料制成。这可以防止树脂基体材料在灌注过程中进入主螺栓腔。
帽元件的位置可以确定为距第二端的相对距离，优选地确定为距离Lw与衬套壳体的总长度L的比率。例如，但不限于，帽元素的相对位置可以在0至0.35选择。
根据一个实施例，帽元件被集成到衬套壳体中或者被提供为单独的元件，单独的元件被成形为在相对距离Lw处能够嵌入衬套壳体中。
帽元件可以简单地集成到衬套壳体中，从而在两个腔之间形成永久密封。因此，当机器加工根部衬套的主螺栓腔和根部插入件腔时，可以产生这种密封。
帽元件可替代地成形为单独的元件，其可固定在衬套壳体内。第一内孔和第二内孔因此可以成形为形成从第一端延伸到第二端的连续内孔。这允许更快的生产和更好的公差控制。
帽元件可以通过压力配合或形状配合固定到衬套壳体。可替代地，帽元件可以通过螺纹连接固定。帽元件可以设置有外螺纹，该外螺纹可以与衬套壳体上的内螺纹咬合。该内螺纹可以是单独的内螺纹或形成用于主螺栓的内螺纹部分的一部分。
帽元件可以可选地包括适用于接触衬套壳体上的匹配肩部的肩部。衬套壳体上的肩部可以相对于根部插入件腔的底部布置。这定义了帽元件的停止。
根据一个实施例，主螺栓腔包括从第二起始位置延伸到停止位置的内螺纹部分，其中帽元件布置为邻近内螺纹部分或在内螺纹部分内，其中第二起始位置被确定为距第一端的相对距离Lc，并在0至0.5选择。
衬套壳体还可包括布置在第一内孔内的内螺纹部分。该内螺纹部分可以从第二起始位置延伸到停止位置，因此具有局部长度。内螺纹部分也可以是螺旋螺纹，优选具有如上定义的ISO公制横截面轮廓。可以作为第一内孔或主螺栓腔的内径的函数来选择该内部的ISO公制螺纹的尺寸。这允许主螺栓连接到根部衬套。
第二起始位置可以确定为距第一端的相对距离，优选地确定为第一内孔的一部分的局部长度Lc与衬套壳体的总长度L的比率。例如但不限于，第二起始位置可以在0至0.5选择。
帽元件可以布置在该内螺纹部分附近，即不定位在所述螺纹部分上。可选地，帽元件可以在内螺纹部分内布置在停止位置处。可替代地，帽元件可定位在距内螺纹部分一定距离处。这允许帽元件的定位适应主螺栓腔的配置。
根据一个实施例，根部插入件腔具有从第二端向内延伸的内表面，其中内表面是半径R为至少500mm的曲面。
第二内孔的内表面在纵向上看可以是平面的。可替代地，内表面可以是弯曲的以形成朝向第二端的平滑过渡。第二端因此将具有良好的结构强度并使树脂基体材料能够填充插入元件的端部与根部插入件腔的内表面之间的空间。根部插入件腔因此可以通过弧机器加工形成，这有助于更快的生产时间。
可以例如作为第二深度、最大内径和/或最小内径的函数确定内表面的曲率。例如但不限于，内表面的曲率可以具有500mm或更大的半径R。
根据一个实施例，衬套壳体具有外径并且主螺栓腔具有在内螺纹部分处测量的内径，其中外径与内径的比率在1.7至1.9选择。
可以在内螺纹部分处测量主螺栓腔的内径Dt。该测量还定义了内部的ISO公制螺纹的尺寸。
根部衬套的尺寸可以确定为衬套壳体的外径Do与内螺纹部分的内径Dt之比。例如但不限于，该比率可以在1.7至1.9选择。这允许在铺设过程中更好地对齐并且将更多的纤维材料被添加到风力发电机叶片的根端，这又可以减小更大的风力发电机叶片的根部外径。
根据一个实施例，至少一组绕组布置在外表面上的螺纹部分处。
纱线可以缠绕根部衬套的外表面的至少一部分。优选地，纱线缠绕根部衬套的螺纹部分。一层或多层绕组可沿外表面布置。在一个实施例中，至少一层第一绕组可以直接布置在螺纹部分上。这改善了灌注过程并提高了接合质量。
可选地，至少一个纤维层和/或至少一层第二绕组可以布置在一层或多层第一绕组上。这可以进一步改善灌注工艺和接合质量。
本发明的目的还通过根据权利要求10所述的用于风力发电机叶片的根部衬套插入件来实现，其包括具有根部插入件腔的根部衬套和适用于插入到根部插入件腔中的插入元件，其中根部衬套是如上所述配置的。
本发明的根部衬套可以在第二端处装配有插入元件以形成根部衬套插入件。插入元件可以通过摩擦或形状配合简单地保持在适当位置。插入元件可替代地通过在接触表面之间施加粘合剂而接合到根部衬套。粘合剂可以是压敏粘合剂。
插入元件可具有适于插入衬套壳体的根部插入件腔的端部。端部可以具有带有平面或曲面的锥形轮廓，所述轮廓优选地遵循根部插入件腔的轮廓。插入元件可以朝着相对端逐渐变细以在风力发电机叶片的内纤维层与外纤维层之间形成平滑过渡。
可选地，至少一组绕组和/或至少一个纤维层布置在衬套和/或插入元件的外表面的至少一部分上。
缠绕衬套的外表面的螺纹部分的上述纱线可以沿着插入元件的外表面的至少一部分进一步延伸。此外，上述一层或多层绕组可以沿着插入元件的外表面进一步延伸。可替代地，可以将各个纱线缠绕衬套和插入元件以形成各个绕组层。
可选地，至少一层纤维层和/或至少一层第二绕组可以布置在插入元件上的绕组的层上。这可以进一步改善灌注工艺和接合质量。
可替代地，纱线可以仅缠绕插入元件或衬套。
根据一个实施例，一个或多个附加插入元件相对于根部衬套和插入元件定位，其中所述一个或多个附加插入元件沿着根部衬套和插入元件的外表面延伸。
两个或更多个附加插入元件可以沿着根部衬套和/或插入元件的外表面延伸。附加插入元件可以沿着根部衬套和/或插入元件的周界分布，以形成根部衬套插入件的所期望的横截面轮廓。附加插入元件可由能够将剪切载荷传递到衬套的任何结构材料制成，例如拉挤元件、纤维棒、干纤维或它们的任何组合。
在风力发电机叶片模具中的铺设过程期间，附加插入元件可以相对于根部衬套和/或插入元件布置。这使得根部衬套插入件能够直接组装在风力发电机叶片模具中。
可替代地，附加插入元件可以与风力发电机叶片模具分开地固定到根部衬套和/或插入元件以形成干式结构。附加插入元件可以通过粘合或通过缠绕附加插入元件、根部衬套和插入元件的带、纱线或至少一个纤维层来固定。可选地，附加插入元件可以布置在第一绕组的层与上述纤维层和/或第二绕组的层之间。然后可以在铺设过程中将干式结构提升到风力发电机叶片模具上的位置。
本发明的目的还通过根据权利要求12所述的用于风力发电机的风力发电机叶片实现，其包括具有根端和尖端的叶片壳体，其中将多个根部衬套或根部衬套插入件嵌入在叶片外壳的根部部分中，其中根部衬套或根部衬套插入件是如上所述配置的。
本发明的根部衬套允许根部衬套与根部部分的纤维层之间更好的粘合。因此可以使用更短和/或更薄的螺栓，并且可以将额外的纤维层的层添加到根部部分。特别是对于大型风力发电机叶片而言，这增加了根部部分的结构强度并允许减小主螺栓圆直径。
根据一个实施例，楔形元件布置在一对相邻的根部衬套或根部衬套插入件之间，其中该楔形元件具有垂直于纵向方向的不对称或对称的横截面轮廓。
楔形元件可以布置在每对根部衬套之间。楔形元件可以沿着根部衬套和插入元件在纵向方向上延伸。楔形元件可以具有整体的狗骨形(dog-bone shaped)横截面轮廓。楔形元件可以是拉挤元件和/或由单个工件或由多个子工件形成。楔形元件可以由纤维层或层压材料制成。
楔形元件可以具有围绕垂直于纵向的对称线的对称或不对称的横截面轮廓。对称线可以平行于圆周方向或厚度方向布置。楔形元件可以具有沿厚度方向的局部高度，该局部高度可以基本上等于或小于根部衬套的局部高度。这增加了与纤维层的总表面接触面积，这允许改善纤维层与根部衬套之间的粘附性。这也降低了在纤维层中形成褶皱的风险，特别是在插入元件和楔形元件的末端处。
根据一个实施例，根部部分包括第一根部衬套和至少第二根部衬套，其中第一根部衬套的内螺纹部分的起始位置不同于至少第二根部衬套的内螺纹部分的起始位置。
本发明还可以包括用于风力发电机叶片的根部衬套或衬套插入件的组集(set)。该组集可包括旨在布置在风力发电机叶片的根部部分中的多个根部衬套或衬套插入件。各个根部衬套的数量可以对应于形成风力发电机叶片的根部部分所需的根部衬套的数量。
优选地，内螺纹部分的起始位置Lc可以在该组集的各个根部衬套与衬套插入件之间变化。可替代地，根部衬套或衬套插入件可以布置成各个组，每组具有内螺纹部分的相同起始位置Lc。例如，第一根部衬套的内螺纹部分的起始位置(例如，Lc/L比率)可以不同于至少第二根部衬套的内螺纹部分的起始位置(例如，Lc'/L比率)。可选地，根部部分还可以包括第三根部衬套、第四根部衬套等，每个都具有内螺纹部分的与第一根部衬套和/或第二根部衬套的内螺纹部分的起始位置不同的唯一起始位置。第一根部衬套或第一根部衬套的组集和第二根部衬套或第二根部衬套的组集可以沿根部部分的周界方向以可替代的顺序或另一预定顺序布置。例如，具有较短起始位置Lc的根部衬套可以定位在具有较长起始位置Lc的相邻一对根部衬套之间，反之亦然。
因此，内螺纹部分的起始位置在根部部分的所有根部衬套之间不重合，而是错开。这导致优化的剪切应力分布并允许两个相邻衬套之间的材料更少，由此进一步导致叶片根部能够在相同的主BCD(螺栓圆直径)上容纳更多的根部衬套/衬套插入件。
本发明的目的还通过根据权利要求15所述的制造风力发电机叶片的方法来实现，其包括以下步骤：
-在叶片模具中铺设一个或多个第一纤维层；
-在第一纤维层上设置多个根部衬套或根部衬套插入件，其中根部衬套或根部衬套插入件是如上所述配置的；
-可选地，在根部衬套或根部衬套插入件之间布置多个楔形元件；
-在根部衬套或根部衬套插入件以及可选的楔形元件的顶部铺设一个或多个第二纤维层，
-用树脂基体材料灌注至少第一纤维层和第二纤维层；
-使灌注的结构固化以形成叶片外壳部件。
这允许本发明的根部衬套或根部衬套插入件在铺设期间布置在风力发电机叶片模具中，并且与风力发电机叶片的其余部分一起灌注。本发明的根部衬套还允许在铺设期间使根部衬套更好地对齐并且允许添加更多的纤维层。由此，可以制造具有减小的主螺栓直径的大型风力发电机叶片。
风力发电机叶片模具最初是为成型工艺准备的。然后，将形成叶片外表皮的一个或多个第一纤维层铺设在模制表面上。然后叶片加强件沿着风力发电机叶片的长度定位在第一纤维层上。这包括在根部部分上布置多个根部衬套和插入元件。可选地，楔形元件可以布置在每对根部衬套之间。之后，将形成内表皮的一个或多个第二纤维层铺设在根部衬套上，并且可选地铺设在楔形元件上。
铺设完成后，将真空泵和树脂混合系统的入口通道和出口通道设置在该结构上，并将该结构封闭在真空袋中。该结构、例如纤维层可以随后被灌注树脂基体材料。树脂基体材料可以是例如但不限于环氧树脂、乙烯基酯、聚氨酯或热塑性塑料。在灌注过程完成后，经灌注的结构然后被设置为固化。一旦固化，就将该结构从风力发电机叶片模具中取出。
根据一个实施例，该方法还包括将纱线缠绕衬套或衬套插入件的外表面的至少一部分的步骤，其中该纱线形成至少一层绕组。
在衬套或衬套插入件的铺设之前，可以将纱线缠绕衬套外表面的至少螺纹部分和/或沿着插入元件的外表面的一部分缠绕。这可以通过手动过程或自动化过程来实现。纱线可以用预定的力缠绕以保证与衬套或插入元件的外表面紧密接触。这改善了灌注过程并提高了粘合质量。
如果需要，可以在铺设之前将另外的绕组层和/或纤维层缠绕衬套或插入元件。
附图说明
本发明仅通过示例并参考附图进行描述，其中：
图1示出了风力发电机的示例性实施例；
图2示出了根据本发明的风力发电机叶片的实施例；
图3示出了根部部分的第一实施例；
图4示出了根部部分的第二实施例；
图5a-b示出了根据本发明的衬套插入件的两个示例性实施例；
图6示出了楔形元件的示例性实施例；
图7示出了根据本发明的具有帽元件的根部衬套的第一实施例；
图8示出了图7的根部衬套的外表面；
图9示出了根部衬套第二端的增强视图；
图10示出了图7的不带帽元件的根部衬套；
图11示出了外表面螺纹部分的放大图；
图12a-b示出了帽元件的两个示例性实施例；
图13示出了根部衬套和帽元件的第二实施例；以及
图14示出了根部衬套和帽元件的第三实施例。
具体实施方式
在下文中，将对附图进行一一说明，在附图中看到的不同部分和位置在不同的附图中将用相同的编号进行编号。并非特定图中指示的所有部件和位置都一定与该图一起讨论。
图1示出了风力发电机1的示例性实施例，该风力发电机1包括风力发电机塔架2，机舱3设置在风力发电机塔架2的顶部，并且转子相对于机舱3可旋转地设置。转子包括轮毂4，轮毂4连接到至少两个风轮机叶片5。在此，示出了三个风轮机叶片5。
图2示出了风力发电机叶片5的一个实施例，在此仅示出了一个叶片外壳部件。叶片外壳部件布置在风力发电机叶片模具6中。风力发电机叶片5从根端7延伸到尖端8并且进一步从前缘9延伸到后缘10。
风力发电机叶片5的根部部分11包括根部加强件阵列，如图3-6所示。
图3示出了从根端7来看的根部部分11的第一实施例。根部部分11包括一个或多个第一纤维层12，其定义了风力发电机叶片5的外表皮。在第一纤维层12的顶部布置了多个根部衬套13。楔形元件14布置在每对根部衬套13之间。定义风力发电机叶片5的内表皮的一个或多个第二纤维层15布置在根部衬套13和楔形元件14的顶部。
在此，楔形元件14具有围绕平行于厚度方向的对称线16的对称截面轮廓。可选地，楔形元件14还可以具有围绕平行于周界方向的另一对称线17的对称截面轮廓。
图4示出了从根端7来看的根部部分11的第二实施例。在此，楔形元件14'具有围绕对称线16的不对称截面轮廓。可替代地或附加地，楔形元件14'也可以具有围绕另一对称线17的不对称横截面轮廓。
图5a-b示出了根据本发明的衬套插入件18的两个示例性实施例。衬套插入件18包括根部衬套13和插入元件19。插入元件19具有适于插入到根部衬套13的主螺栓腔(见图9)中的端部20。
端部20可以通过摩擦或粘合剂固定到根部衬套13。
附加插入元件21相对于根部衬套13和插入元件19的外表面布置。附加插入元件21沿着根部衬套13和插入元件19的长度延伸。
图6示出了楔形元件14、14'的示例性实施例。楔形元件14、14'沿根部衬套13和插入元件19的长度延伸。楔形元件14、14'具有锥形端部，该锥形端部被成形为在根部部分11的内外表皮之间形成平滑过渡。
图7示出了根据本发明的具有帽元件22的根部衬套13的第一实施例。根部衬套13具有从第一端延伸至第二端的衬套壳体23。主螺栓腔24设置在第一端并朝向第二端延伸。主螺栓腔24具有内螺纹部分25，当插入主螺栓腔24时，该内螺纹部分25适于与主螺栓咬合。
根部插入件腔26布置在第二端并且朝向第一端延伸。根部插入件腔26适于容纳插入元件19的端部20。
外表面27具有根部部分(28)和螺纹部分(29)，螺纹部分(29)从第一起始点(见图10)延伸到第二端。
图8示出了根部衬套13的外表面27。在此，清楚地示出了外螺纹部分(29)是螺旋螺纹。
图9示出了根部衬套13的第二端的增强视图，其中清楚地示出了根部插入件腔26。根部插入件腔26具有从第二端朝向第一端延伸的内表面30。内表面30是曲面并且具有500mm或更大的曲面半径。
通过围绕着衬套13的外表面27缠绕纱线，至少一层绕组35可选地布置在螺纹部分29上。绕组35位于螺纹部分29的螺纹中。
图10示出了没有帽元件22的根部衬套13。衬套壳体23具有总长度L和外径Do。外螺纹部分29的第一起始位置31可以确定为根部28的局部长度Lo与衬套壳体23的总长度L的比率。外螺纹部分29从第一起始位置31处延伸到第二端。
内螺纹部分25的第二起始位置32定位在与第一端相距距离Lc处。内螺纹部分25从第二起始位置32延伸到停止位置33。第二起始位置32被确定为第一内孔的外部部分的局部长度Lc与衬套壳体23总长度L的比率。
帽元件22定位在距第二端距离Lw处。衬套壳体23可选地包括肩部34，该肩部34适于接触帽元件22上的匹配肩部(见图12a)。帽元件22的位置可以确定为距离Lw与衬套壳体23的总长度L的比率。
根部衬套13的尺寸被确定为衬套壳体23的外径Do与内螺纹部分25的内径Dt的比率。根部衬套13具有在第二端处测量的局部壁厚Dw。
可选地，本发明还包括用于风力发电机叶片5的根部衬套13、13'的组集，其包括第一根部衬套13和至少一个第二根部衬套13'。第一根部衬套13的内螺纹部分25的第二起始位置32与至少第二根部衬套13'的内螺纹部分25'的第二起始位置32'不同。
图11示出了外表面27的螺纹部分29的放大图。螺纹部分29成形为具有ISO公制横截面轮廓的螺旋螺纹。
螺纹具有螺距p和高度h以及底部宽度d和倾斜角α。这些值是根据国际标准确定的。
图12a-b示出了适于固定在衬套壳体23内的帽元件22、22'的两个示例性实施例。
帽元件22具有局部肩部，所述局部肩部被成形为接触衬套壳体23上的肩部34。帽元件22通过压力配合或形状配合固定。
帽元件22'具有布置在侧面的外螺纹并且适于固定到衬套壳体23的内螺纹。
图13示出了根部衬套13'和帽元件22'的第二实施例。在此，内螺纹部分25'延伸到根部插入件腔26。因此帽元件22'在停止位置33固定到内螺纹部分25'。
图14示出了根部衬套13”和帽元件22”的第三实施例。在此，主螺栓腔24和根部插入件腔26被帽元件22”隔开。帽元件22”被集成到衬套壳体23中。
Claims (16)
1.一种用于风力发电机叶片(5)的根部衬套，包括具有外表面(27)的衬套壳体(23)，其中主螺栓腔(24)在第一端处布置在衬套壳体(23)内，外表面(27)包括根部部分(28)和外螺纹部分(29)，其中外螺纹部分(29)被成形为具有ISO公制横截面轮廓的螺旋螺纹。
2.根据权利要求1所述的根部衬套，其特征在于，所述外螺纹部分(29)从第一起始位置(31)延伸至所述衬套壳体(23)的第二端，其中所述第一起始位置(31)被确定为与第一端的相对距离L0，并在0至0.25选择。
3.根据权利要求1或2所述的根部衬套，其特征在于，在所述衬套壳体(23)内还设置有帽元件(22)和根部插入件腔(26)，其中所述根部插入件腔(26)设置在衬套壳体(23)的第二端，帽元件(22)被配置为将主螺栓腔(24)与根部插入件腔(26)分开，并且其中帽元件(22)的位置被确定为与第二端的相对距离Lw，并在0至0.35选择。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的根部衬套，其特征在于，所述衬套壳体(23)具有在所述第二端测量的局部壁厚Dw，其中所述局部壁厚Dw在0.5mm至5mm选择。
5.根据权利要求3或4所述的根部衬套，其特征在于，所述帽元件(22)被集成到所述衬套壳体(23)中或者被设置为单独的元件，所述单独的元件被成形为在相对距离Lw处固定到所述衬套壳体中(23)。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的根部衬套，其特征在于，所述主螺栓腔(24)包括从第二起始位置(32)延伸到停止位置(33)的内螺纹部分(25)，其中帽元件(22)被布置为与内螺纹部分(25)相邻或者布置在内螺纹部分(25)内，其中第二起始位置(32)被确定为距第一端的相对距离Lc并且在0至0.5选择。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的根部衬套，其特征在于，所述根部插入件腔(26)具有从所述第二端向内延伸的内表面(30)，所述内表面(30)为曲面，其半径R为至少500mm。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的根部衬套，其特征在于，所述衬套壳体(23)具有外径(Do)，并且所述主螺栓腔(26)具有在所述内螺纹部分(25)处测量的内径(Dt)；其中外径(Do)与内径(Dt)的比率在1.7至1.9选择。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的根部衬套，其特征在于，在所述外表面(27)的外螺纹部分(29)处设置有至少一组绕组。
10.一种用于风力发电机叶片(5)的根部衬套插入件(18)，包括具有根部插入件腔(26)的根部衬套(13)和适于插入到根部插入件腔(26)中的插入元件(19)，其中根部衬套(13)是根据前述权利要求中的任一项配置的。
11.根据权利要求10所述的根部衬套插入件(18)，其特征在于，一个或多个附加插入元件(21)相对于所述根部衬套(13)和所述插入元件(19)定位，其中所述一个或多个附加插入元件(21)沿着根部衬套(13)和插入元件(19)的外表面延伸。
12.一种用于风力发电机(1)的风力发电机叶片(5)，包括具有根端(7)和尖端(8)的叶片外壳，其中多个根部衬套(13)或根部衬套插入件(18)嵌入到叶片外壳的根部部分(11)中，其中根部衬套(13)或根部衬套插入件(18)是根据前述权利要求中的任一项配置的。
13.根据权利要求12所述的风力发电机叶片，其特征在于，楔形元件(14、14')设置在一对相邻的根部衬套(13)或根部衬套插入件(18)之间，其中楔形元件(14、14')具有垂直于纵向的不对称或对称横截面轮廓。
14.根据权利要求12或13所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述根部部分(11)包括第一根部衬套(13)和至少第二根部衬套(13')，其中第一根部衬套(13)的内螺纹部分(25)的起始位置(32)与至少第二根部衬套(13')的内螺纹部分(25')的起始位置(32')不同。
15.一种制造风力发电机叶片(5)的方法，包括以下步骤：
-在叶片模具(6)中铺设一个或多个第一纤维层(12)；
-在第一纤维层上布置多个根部衬套(13)或根部衬套插入件(18)，其中根部衬套(13)或根部衬套插入件(18)是根据权利要求1至11中任一项配置的；
-可选地，在根部衬套(13)或根部衬套插入件(18)之间布置多个楔形元件(14、14')；
-在根部衬套(13)或根部衬套插入件(18)和可选的楔形元件(14、14')的顶部铺设一个或多个第二纤维层(15)；
-用树脂基体材料灌注至少第一纤维层和第二纤维层(12、15)；
-使灌注的结构固化以形成叶片外壳。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：将纱线缠绕所述衬套或衬套插入件的外表面的至少一部分，其中所述纱线形成至少一层绕组。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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