CN115596602A - 风力涡轮叶片组件和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于风力涡轮的叶片根部组件，所述组件包括具有根部部分的叶片和叶片根部凸缘。叶片根部部分包括多个容座，所述容座构造成接收紧固件，以将叶片根部部分与风力涡轮转子毂联接。

Description

风力涡轮叶片组件和方法
技术领域
本公开涉及一种风力涡轮叶片组件和用于提供风力涡轮叶片组件的方法，并且更特别地涉及一种包括叶片根部凸缘的风力涡轮叶片组件。
背景技术
风力涡轮广泛地用来将风能转换成电力。生成的电力可被供应到电力网和定向消费者。风力涡轮大体上包括塔架，机舱安装在塔架的顶部上。包括转子毂和多个叶片的转子大体上安装在所述机舱中，在转子和机舱之间限定可旋转联接。多个叶片利用风生成的空气动力以在旋转轴上产生净正扭矩，导致机械功率的产生，该机械功率随后在发电机中转化成电力。
叶片可直接连接到转子毂，或者可通过变桨轴承连接。变桨系统可使叶片沿着其纵向轴线旋转，从而允许改变风力涡轮叶片相对于引入的空气流的攻角。由此可控制作用在叶片上的空气动力。
风力涡轮在过去的数十年里迅速演化，并有明显的尺寸增大趋势。由风力涡轮生成的功率与转子扫掠面积成正比，并且因此与叶片长度的平方成正比。因此，更高的塔架和更长的叶片已经被实现，其目的是从风中提取更多的能量，从而导致更高的发电量。多年来尺寸的增加导致了作用在风力涡轮部件上的负载的显著增加，并对包括尤其(amongothers)机械、电力、材料和土木工程等在内的广泛学科提出了新的挑战。
典型地，叶片由复合材料(即，可用树脂结合到彼此并固化以硬化的增强纤维)制成。诸如玻璃纤维-环氧树脂或其它组合的复合材料减轻了叶片的总重量，然而它们可能不具有用以提供到转子毂的可靠固定机构的结构完整性，其中紧固件(例如螺栓)可能直接联接。因此，风力涡轮叶片大体上包括在平行于叶片的纵向轴线的方向上嵌入叶片根部中的金属插入件、容座或衬套。这些插入件可与诸如螺柱、螺栓或杆之类的紧固件结合，以实现转子毂(或变桨轴承)和叶片之间的可靠连接。然而，为了有利于风力涡轮叶片安装到转子毂的过程，保持叶片根部部分为圆形，从而与叶片根部将被连接到的转子毂对应物的几何形状匹配是非常重要的。
在风力涡轮的复合材料叶片的制造过程期间，通常的实践是在单个模制步骤中制造完整的叶片或将两个半部连结在一起并相对快速地从模具中移除它们。在这些情况下，当叶片从模具中取出时，树脂可能未完全固化，并且所得到的叶片可能仍然相对柔软。此外，在叶片安装在风力涡轮中之前，还存在可能改变叶片的最终几何形状的其它因素。复合材料在固化期间表现出收缩行为，并且长时间的叶片储存导致由于叶片的自身重量而作用在叶片上的大且持续的力。事实上，已经发现，作用在叶片根部部分上的叶片自身的重力可导致圆形叶片根部安装表面的卵形化。
叶片的和更确切地叶片根部部分的所述潜在变形可阻碍叶片安装过程，在时间上延长该过程。此外，叶片根部卵形化还可能导致至转子毂的不太可靠的连接，其中某些紧固件可能与平行于叶片的纵向轴线的方向不完全对齐。
本公开提供了至少部分地克服上述缺点中的一些的方法和系统。
发明内容
在本公开的一个方面，提供了一种用于风力涡轮的叶片组件。该风力涡轮叶片组件包括叶片和叶片根部凸缘，该叶片包括叶片根部部分，其中，叶片根部部分包括嵌入在叶片根部部分中的多个容座。容座构造成接收毂紧固件，以将叶片根部部分联接到转子毂，并且叶片根部凸缘通过容座联接到叶片根部部分。
根据该方面，叶片根部凸缘通过适合于接收毂紧固件的相同容座联接到叶片根部部分的事实允许具有减小厚度的叶片根部部分的紧凑叶片根部设计。与备选方案相比，叶片根部部分的厚度方面的减小可减轻叶片的重量。如先前已经讨论的那样，重量方面的减小表示由于其自身重量而作用在叶片上的力的减小，这些力已被发现在储存期间对叶片变形和叶片根部卵形化具有相当大的影响。
此外，以这种方式，凸缘和叶片根部之间的连接与稍后在其处将引入毂紧固件的相同位置对齐，并且因此可显著地减少在将叶片安装到转子毂时的不对齐问题。
在本公开的另一个方面，提供了一种风力涡轮叶片组件；该组件包括包含叶片根部部分的叶片、叶片根部凸缘和用于将叶片根部凸缘连接到叶片根部部分的多个紧固件，其中，叶片根部部分包括嵌入在叶片根部部分中的多个容座。容座构造成接收紧固件以将叶片根部凸缘与叶片根部部分连接。
在另外的方面，提供了一种用于提供风力涡轮组件的方法。该方法包括：提供叶片根部凸缘；在由纤维增强复合材料制成的风力涡轮叶片的根部部分中为所述叶片提供多个嵌入式容座；将叶片根部凸缘抵靠叶片的根部部分定位；以及将一个或多个凸缘紧固件联接到容座，以将叶片根部凸缘联接到风力涡轮叶片。
根据该另外的方面，该方法使得能够将凸缘联接到叶片根部而无需像本领域已知那样还要使用公制螺栓对叶片根部部分进行穿孔。此外，该方法提供了叶片根部凸缘和嵌入式容座之间的直接对齐，该容座将稍后接收毂紧固件。
对于本领域技术人员而言，在审阅说明书之后，本发明的实施例的另外的目的、优点和特征将变得显而易见，或者可通过实践本发明而被习知。
在整个本公开中，并且关于本文中公开的各种示例，应当注意，毂紧固件可将叶片根部部分直接联接到转子毂、转子毂延伸器、变桨轴承或转子毂的任何其它元件。即，本公开旨在涵盖叶片到毂的直接连接以及通过一个或多个另外的部件的叶片到毂的间接连接两者。
技术方案1. 一种风力涡轮叶片组件，包括：
叶片(22)，其包括叶片根部部分(24)；和
叶片根部凸缘(300)，其中
所述叶片根部部分(24)包括嵌入所述叶片根部部分(24)中的多个容座(200)，所述容座(200)构造成接收毂紧固件(400)，以将所述叶片根部部分(24)联接到转子毂(20)，并且其中，所述叶片根部凸缘(300)通过所述容座(200)联接到所述叶片根部部分(24)。
技术方案2. 根据技术方案1所述的风力涡轮叶片组件，还包括凸缘紧固件(400,500)，以将所述叶片根部凸缘(300)附接到所述叶片根部部分(24)。
技术方案3. 根据前述技术方案中任一项所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘(300)是环形或圆形凸缘。
技术方案4. 根据前述技术方案中任一项所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是第一衬套。
技术方案5. 根据技术方案4所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是包括第一内螺纹(201)的带螺纹的第一衬套。
技术方案6. 根据技术方案4所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是带螺纹的第一衬套，所述带螺纹的第一衬套包括第一内螺纹(201)和比所述第一内螺纹(201)具有更大直径的第二内螺纹(202)。
技术方案7. 根据技术方案4所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是带螺纹的第一衬套，所述带螺纹的第一衬套包括第一内螺纹(201)和比所述第一内螺纹(201)具有更大直径的第一外螺纹(203)。
技术方案8. 根据技术方案5至7中任一项所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘(300)的所述凸缘紧固件(400, 500)中的一个或多个包括与所述带螺纹的第一衬套的所述第一内螺纹(201)匹配的螺纹(401)。
技术方案9. 根据技术方案6所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘的所述凸缘紧固件(500)中的一个或多个是第二衬套，所述第二衬套包括与所述带螺纹的第一衬套的所述第二内螺纹(202)匹配的外螺纹(501)和具有与所述带螺纹的第一衬套的所述第一内螺纹(201)至少相同的尺寸的通孔(510)。
技术方案10. 根据技术方案7所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘(300)的所述凸缘紧固件(500)中的一个或多个是第二衬套，所述第二衬套包括与所述带螺纹的第一衬套的所述第一外螺纹(203)匹配的内螺纹(502)和具有与所述带螺纹的第一衬套的所述第一内螺纹(201)至少相同的尺寸的通孔(510)。
技术方案11. 一种风力涡轮转子组件，包括：
转子毂(20)，和
多个根据前述技术方案中任一项所述的风力涡轮叶片组件。
技术方案12. 一种方法，包括：
提供叶片根部凸缘(300)；
在由纤维增强复合材料制成的风力涡轮叶片(22)的根部部分(24)中为所述叶片提供多个嵌入式容座(200)，其中，所提供的所述嵌入式容座(200)包括至少具有内螺纹(201)的带螺纹的衬套；
将所述叶片根部凸缘(300)抵靠所述叶片(22)的所述根部部分(24)定位；和
将一个或多个紧固件(400, 500)联接到所述容座(200)，以将所述叶片根部凸缘(300)附接到所述风力涡轮叶片(22)，其中，所述紧固件(400, 500)至少包括外螺纹(401,501)。
技术方案13. 根据技术方案12所述的方法，其中，所述方法还包括：
将所述叶片组件沿塔架向上提升，
将所述叶片组件与转子毂(20)对齐，
松开所述紧固件(400)中的一个或多个，和
通过将一个或多个转子螺柱引入到所述容座中而将所述叶片组件附接到所述转子毂(20)。
技术方案14. 根据技术方案12或13中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
将所述叶片组件沿塔架向上提升，
将所述叶片组件与转子毂(20)对齐，和
通过将一个或多个转子螺柱引入到所述容座(200)中而将所述叶片组件附接到所述转子毂(20)，其中
所提供的所述嵌入式容座(200)包括带螺纹的衬套，所述带螺纹的衬套具有第一内螺纹(201)和比所述第一内螺纹(201)具有更大直径的第二内螺纹(202)，并且
所提供的所述凸缘紧固件(500)包括带螺纹的衬套，所述带螺纹的衬套具有与所述容座(200)的所述第二内螺纹(202)匹配的外螺纹(501)和具有与所述容座(200)的所述第一内螺纹(201)至少相同的直径的通孔(510)，使得转子螺柱能够穿过所述凸缘紧固件(500)。
技术方案15. 根据技术方案12至14中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括：
将所述叶片组件沿塔架向上提升，
将所述叶片组件与转子毂(20)对齐，和
通过将一个或多个转子螺柱引入到所述容座(200)中而将所述叶片组件附接到所述转子毂(20)，其中
所提供的所述嵌入式容座(200)包括带螺纹的衬套，所述带螺纹的衬套具有第一内螺纹(201)和比所述第一内螺纹(201)具有更大直径的第一外螺纹(203)，并且
所提供的所述凸缘紧固件(500)包括带螺纹的衬套，所述带螺纹的衬套具有与所述容座(200)的所述第一外螺纹(203)匹配的内螺纹(502)和具有与所述容座(200)的所述第一内螺纹(201)至少相同的直径的通孔(510)，使得转子螺柱能够穿过所述凸缘紧固件(500)。
附图说明
图1示意性地图示风力涡轮的一个示例的透视图；
图2图示风力涡轮的毂和机舱的示例；
图3示意性地图示风力涡轮叶片组件的示例的分解视图；
图4示意性地图示通过平面A-A'的图3的风力涡轮叶片组件的截面的详细视图，但包括不同紧固件；
图5示意性地图示通过平面A-A'的风力涡轮叶片组件的另一个示例的截面的详细分解视图；
图6示意性地图示通过平面A-A'的风力涡轮叶片组件的又一个示例的截面的详细分解视图；和
图7示意性地图示用于提供风力涡轮叶片组件的方法的示例的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明的方式被提供，而不是作为对本发明的限制。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，意图是，本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
图1是风力涡轮10的示例的透视图。在该示例中，风力涡轮10是水平轴式风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖直轴式风力涡轮。在该示例中，风力涡轮10包括从在地面12上的支撑系统14延伸的塔架15、安装在塔架15上的机舱16以及联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转的毂20和至少一个转子叶片22，至少一个转子叶片22联接到毂20并从毂20向外延伸。在该示例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架15可由管状钢制成，以在支撑系统14和机舱16之间限定空腔(图1中未示出)。在备选实施例中，塔架15是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。根据备选方案，该塔架可为混合塔架，其包括由混凝土制成的部分和管状钢部分。另外，塔架可为部分格构(lattice)塔架或全格构塔架。
转子叶片22围绕毂20间隔开，以便于旋转转子18，从而使动能能够从风能转换成可用的机械能，并随后转换成电能。转子叶片22通过在多个负载转移区域26处将叶片根部部分24联接到毂20而配合到毂20。负载转移区域26可具有毂负载转移区域和叶片负载转移区域(图1中均未示出)。诱导至转子叶片22的负载经由负载转移区域26转移到毂20。
在示例中，转子叶片22可具有从约15米(m)至约90 m或更多的长度。转子叶片22可具有使得风力涡轮10能够如本文中所述那样起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的非限制性示例包括20 m或更短、37 m、48.7 m、50.2 m、52.2 m或大于91 m的长度。当风从风向28冲击转子叶片22时，转子18围绕旋转轴线30旋转。当转子叶片22旋转并受到离心力时，转子叶片22也受到各种力和力矩。照此，转子叶片22可从中性或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。
此外，转子叶片22的变桨角度(即确定转子叶片22相对于风向的取向的角度)可由变桨系统32改变，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角向位置来控制由风力涡轮10产生的负载和功率。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮10的操作期间，变桨系统32可特别地改变转子叶片22的变桨角度，使得转子叶片(的部分)的攻角减小，这有利于减小旋转速度和/或有利于转子18的停止。
在该示例中，每个转子叶片22的叶片变桨由风力涡轮控制器36或变桨控制系统80单独控制。备选地，所有转子叶片22的叶片变桨可由所述控制系统同时控制。
此外，在该示例中，随着风向28改变，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片22。
在该示例中，风力涡轮控制器36示出为集中在机舱16内，然而，风力涡轮控制器36可为遍布风力涡轮10、在支撑系统14上、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器36包括处理器40，处理器40配置成执行本文中描述的方法和/或步骤。此外，本文中描述的许多其它部件包括处理器。
如本文中所用，术语“处理器”不限于在本领域中被称为计算机的集成电路，而是广泛地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换地使用。应当理解，处理器和/或控制系统也可包括存储器、输入通道和/或输出通道。
图2是风力涡轮10的一部分的放大截面视图。在该示例中，风力涡轮10包括机舱16和能够旋转地联接到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱46、高速轴48和联轴器50能够旋转地联接到定位在机舱16内的发电机42。在该示例中，主轴44设置成至少部分与机舱16的纵向轴线(未示出)同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后通过将转子18和主轴44的相对较慢的旋转移动转化为高速轴48的相对较快的旋转移动来驱动高速轴48。高速轴48借助于联轴器50连接到发电机42，用于产生电能。此外，变压器90和/或合适的电子设备、开关和/或逆变器可布置在机舱16中，以便将具有400 V至1000V之间的电压的由发电机42生成的电能变换成具有中压(10-35 KV)的电能。所述电能经由电力电缆从机舱16传导到塔架15中。
齿轮箱46、发电机42和变压器90可由机舱16的主支撑结构框架支撑，该主支撑结构框架任选地实施为主框架52。齿轮箱46可包括通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52的齿轮箱壳体。在该示例中，机舱16还包括主前支撑轴承60和主后支撑轴承62。此外，发电机42可通过脱离支撑装置54安装到主框架52，特别是为了防止发电机42的振动被引入到主框架52中，并因此导致噪声发射源。
任选地，主框架52构造成承载由转子18和机舱16的部件的重量以及由风和旋转负载导致的全部负载，并且进一步将这些负载引入到风力涡轮10的塔架15中。转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联轴器50以及任何相关联的紧固、支撑和/或固定设备(包括但不限于支撑件52以及前支撑轴承60和后支撑轴承62)，有时被称为传动系64。
在一些示例中，风力涡轮可为没有齿轮箱46的直接驱动风力涡轮。在直接驱动风力涡轮中，发电机42以与转子18相同的旋转速度操作。因此，它们大体上具有比具有齿轮箱46的风力涡轮中使用的发电机大得多的直径，以用于提供与具有齿轮箱的风力涡轮相似量的功率。
机舱16还可包括偏航驱动机构56，偏航驱动机构56可用于使机舱16旋转，并且因此也使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。
为了相对于风向28适当地定位机舱16，机舱16还可包括至少一个气象测量系统58，该系统可包括风向标和风速计。气象测量系统58可向风力涡轮控制器36提供信息，该信息可包括风向28和/或风速。在该示例中，变桨系统32至少部分地布置为毂20中的变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68和至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接到相应的转子叶片22(在图1中示出)，用于沿着变桨轴线34调制转子叶片22的变桨角度。图2中仅示出了三个变桨驱动系统68中的一个。
在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，该变桨轴承72联接到毂20和相应的转子叶片22(图1中示出)，用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。变桨驱动系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接到变桨驱动齿轮箱76，使得变桨驱动马达74将机械力施加到变桨驱动齿轮箱76。变桨驱动齿轮箱76联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78由变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78的旋转导致变桨轴承72的旋转。
变桨驱动系统68联接到风力涡轮控制器36，用于在从风力涡轮控制器36接收到一个或多个信号时调节转子叶片22的变桨角度。在该示例中，变桨驱动马达74是由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达，其使得变桨组件66能够如本文中所述那样起作用。备选地，变桨组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或部件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从毂20的旋转惯量和/或向风力涡轮10的部件供应能量的存储能量源(未示出)提取的能量驱动。
变桨组件66还可包括一个或多个变桨控制系统80，用于在特定的优先情况下和/或在转子18超速期间根据来自风力涡轮控制器36的控制信号来控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨控制系统80，该变桨控制系统80通信地联接到相应的变桨驱动系统68，用于独立于风力涡轮控制器36控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨控制系统80联接到变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36可控制变桨驱动系统68来调节转子叶片22的变桨角度。
根据实施例，例如包括电池和电容器的功率发生器84布置在毂20处或毂20内，并且联接到传感器70、变桨控制系统80和变桨驱动系统68，以向这些部件提供功率源。在该示例中，功率发生器84在风力涡轮10的操作期间向变桨组件66提供持续的功率源。在备选实施例中，功率发生器84仅在风力涡轮10的电功率损失事件期间向变桨组件66提供功率。电功率损失事件可包括电力网损失或下降、风力涡轮10的电气系统的故障和/或风力涡轮控制器36的故障。在电功率损失事件期间，功率发生器84操作以向变桨组件66提供电功率，使得变桨组件66可在电功率损失事件期间操作。
在该示例中，变桨驱动系统68、传感器70、变桨控制系统80、电缆和功率发生器84各自定位在由毂20的内表面88限定的空腔86中。在备选实施例中，所述部件相对于毂20的外表面定位，并且可直接地或间接地联接到外表面。
图3是风力涡轮叶片组件的示例的分解示意图。图3示出包括叶片根部部分24的风力涡轮叶片22，其中多个容座200位于叶片根部部分24中。根据本公开的方面，提供了一种风力涡轮叶片组件。该风力涡轮叶片组件包括叶片22和叶片根部凸缘300，该叶片22包括叶片根部部分24。叶片根部部分24包括嵌入在叶片根部部分中的多个容座200，该容座构造成接收毂紧固件400，以将叶片根部部分24联接到转子毂。叶片根部凸缘300通过容座200联接到叶片根部部分24。
在该示例中，嵌入在叶片根部部分中的容座200是第一衬套。此外，在该示例中，衬套200以径向对称的方式围绕叶片根部部分24分布。容座200可基本上平行于叶片22的变桨轴线R延伸。如在该示例中所示，衬套200可为或可包括例如带螺纹的衬套、螺旋衬套、模内成型(mold-in)衬套、压配合衬套或灌封衬套以及其它类型的容座。
此外，在图3的示例中，叶片根部凸缘300呈环形凸缘的形式。通孔301可与容座200以相同的间距间隔地分布在叶片根部中。
在其它示例中，可使用具有其它几何形状的叶片根部凸缘，诸如圆形凸缘。容座200和通孔301的图示构造允许毂紧固件400穿过通孔301，并通过容座200将毂的一部分与叶片根部部分24联接。在该图中图示的毂紧固件400是在每个端部处包括带螺纹表面的柱头螺栓(stud bolt)，但也可使用其它紧固件。
图4是图3中图示的示例组件(但包括不同紧固件400)横跨平面A-A'的部分截面视图。在图4中的示例中，带螺纹螺栓400用作紧固件，以用于将凸缘300附接到叶片根部部分24。该图示出了嵌入在叶片根部部分24中的容座200的详细视图。
叶片根部部分24可由具有嵌入在树脂中的纤维的复合材料制成，并且容座200可在叶片模制期间嵌入纤维中。备选地，容座200可在模制后应用本领域中已知的机械技术插入叶片根部部分24中。
图4中的截面视图示出，容座200是包括外光滑面的衬套，然而这仅仅是说明性示例，并且其它类型的容座(诸如其中外表面包括凹槽和/或为锯齿状或带螺纹的衬套)也是可能的。具有不同光洁度的外表面可比光滑面提供更大的接触面积，增加复合材料和容座之间的相对联接和摩擦。
此外，图4还示出，容座200是包括具有第一内螺纹201的内表面的带螺纹的第一衬套。内螺纹201可沿着容座的内表面的整个长度形成。备选地，第一内螺纹201可形成在内表面的特定位置上，如当前在图4中所示。在图4中的本示例中，容座200还包括比内螺纹201具有更大直径的中心部段204和近侧部段205，其中容座的内径增加直到容座的口部206。口部206的近侧部分示出为具有恒定的直径。
在图4中所示的示例中，凸缘300具有与容座200一致的通孔301，该通孔301至少具有与第一内螺纹201相同的直径。在当前示例中，通孔301具有与容座的口部206基本上相同的直径，但也可使用其它尺寸。此外，该示例示出了作为紧固件的带螺纹螺栓400，其包括与容座200的第一内螺纹201匹配的第一螺纹401、具有与第一螺纹401基本上相同的直径的中心部段402、以及具有分别与容座的中心部段204和口部206基本上相同的直径的两个连续部段403、404。此外，带螺纹螺栓400包括头部405，当紧固件400联接到容座200时，头部405在凸缘300上施加压力。容座200的内径的公开的布置和紧固件400的外径的相应变化可帮助在组装期间紧固件的对齐。然而，也可使用具有不同内部几何形状的其它容座以及具有不同外部几何形状的紧固件。另外，紧固件400可能不一定与转子毂对应物匹配。
如图4中所示，风力涡轮叶片组件可包括凸缘紧固件，以将叶片根部凸缘附接到叶片根部部分。凸缘紧固件还可包括与容座200或带螺纹的第一衬套的第一内螺纹201匹配的螺纹。这将允许使用叶片根部部分中的现有容座来紧固凸缘，但可能意味着，在凸缘紧固件不适合与转子毂(或变桨轴承)联接的情况下，凸缘紧固件可能需要在将叶片组件安装到转子毂之前被移除以将转子螺柱引入容座中。
图5是风力涡轮叶片组件的另一个示例的分解的示意性截面视图。图5示出了风力涡轮叶片组件，该组件包括包含叶片根部部分24的叶片、叶片根部凸缘300和用于将叶片根部凸缘300连接到叶片根部部分24的紧固件500，其中叶片根部部分24包括嵌入在叶片根部部分24中的多个容座200。图5中的容座200构造成接收紧固件500、400，以将叶片根部凸缘300与叶片根部部分24连接。
在图5中，容座200是带螺纹的第一衬套，其包括第一内螺纹201和另外的第二内螺纹202。第二内螺纹202具有比第一内螺纹201大的直径。第二内螺纹202定位成比第一内螺纹更靠近叶片的根部。在该示例中，风力涡轮叶片组件还包括凸缘紧固件500，该凸缘紧固件500是第二衬套，该第二衬套包括与容座200或带螺纹的第一衬套的第二内螺纹202匹配的外螺纹501。因此，凸缘紧固件500可与容座200配合并将凸缘固定到叶片根部。凸缘紧固件500可为具有通孔的中空衬套，该通孔具有与带螺纹的第一衬套200的第一内螺纹201至少相同的尺寸。
在图示示例中，凸缘紧固件500可具有凸缘511，该凸缘511构造成当紧固件500联接到衬套200时在凸缘300上施加压力。
此外，凸缘紧固件500还包括具有与衬套200的第一内螺纹201至少相同的直径的通孔510。通孔的尺寸允许毂紧固件(或任何其它紧固件)穿过并螺纹连接在容座200的第一内螺纹201上，而不需要松开凸缘紧固件500。
尽管在图5的示例中在第一内螺纹201和第二内螺纹202之间的几何过渡已经被例示为内径方面的急剧变化，但其它内部几何形状也是可能的，诸如提供直径方面的渐进变化或光滑的弯曲过渡的渐缩边缘。
图6是风力涡轮叶片组件的又一个示例的分解示意图。在图6的示例中，嵌入在叶片根部部分24中的容座或第一衬套200包括第一内螺纹201和比第一内螺纹201具有更大直径的第一外螺纹203。图中示出，尽管围绕第一内螺纹201的衬套200的外表面与叶片根部部分24的纤维直接接触，但在第一外螺纹203和纤维的内壁之间存在间隙241。围绕衬套200的该间隙旨在容纳凸缘紧固件500。因此，本示例描绘了凸缘紧固件或第二中空衬套500，其包括与带螺纹的第一衬套200的第一外螺纹203匹配的内螺纹502和具有与带螺纹的第一衬套200的第一内螺纹201至少相同的尺寸的通孔510。
图6还示出了毂紧固件400，其具有比凸缘紧固件500的通孔510小的直径，以穿过组件并将凸缘300与叶片根部部分24联接。
在本公开的一个方面，提供了一种风力涡轮转子组件，该风力涡轮转子组件包括转子毂20和根据任何前述示例中的多个风力涡轮叶片组件。
在本公开的另一个方面，提供了一种方法600。方法600适合于提供风力涡轮叶片组件。方法600在图7中示意性地图示。
该方法包括：在框601，提供叶片根部凸缘300。叶片根部凸缘可具有各种形态，如例如环形或圆形形状。因此，叶片根部凸缘300可为环形或圆形凸缘。方法600还包括：在框602，在由纤维增强复合材料制成的风力涡轮叶片22的根部部分24中为叶片22提供多个嵌入式容座200。嵌入式容座200可为简单的套筒、带螺纹的衬套、螺旋衬套、模内成型衬套、压配合衬套、灌封衬套或其它类型的容座。方法600在框603包括将叶片根部凸缘300抵靠叶片22的根部部分24定位。并且，在框604，一个或多个紧固件400、500可联接到容座200，以将叶片根部凸缘300附接到风力涡轮叶片24。
在示例中，用于提供叶片根部组件的方法600可包括提供带螺纹的衬套作为至少具有内螺纹201的容座200以及具有外螺纹401的紧固件400。如图4中所看到的，所提供的紧固件400可稍后在将风力涡轮叶片组件安装到转子毂期间被替换为毂紧固件。
此外，方法600还可包括以下步骤：将叶片组件沿塔架向上(uptower)提升到风力涡轮塔架的顶部上的转子毂；将叶片组件与转子毂20对齐；松开紧固件中的一个或多个；以及通过将一个或多个转子螺柱引入容座200中来将叶片组件附接到转子毂。如所讨论的，在叶片组件和转子毂之间的连接可为直接连接或通过诸如变桨轴承72、延伸器或其它部件之类的其它风力涡轮部件进行。
在这个方面，方法600可备选地还包括：将叶片组件沿塔架向上提升到风力涡轮塔架的顶部上的转子毂；将叶片组件与转子毂20对齐；以及通过在不移除凸缘紧固件500的情况下将一个或多个转子螺柱400引入容座200中来将叶片组件附接到转子毂20，如图5和图6中所看到的。为该示例提供的嵌入式容座200可包括带螺纹的衬套，该带螺纹的衬套具有第一内螺纹201和比第一内螺纹201具有更大直径的第二内螺纹202，并且提供的凸缘紧固件500可包括带螺纹的衬套，该带螺纹的衬套具有与容座200的第二内螺纹202匹配的外螺纹501和具有与容座200的第一内螺纹201至少相同的直径的通孔510，使得转子螺柱400能够穿过凸缘紧固件500。
在另一个示例中，上述方法600还可包括：将叶片组件沿塔架向上提升到风力涡轮塔架的顶部上的转子毂；将叶片组件与转子毂20对齐；以及通过将一个或多个转子螺柱400引入容座200中来将叶片组件附接到转子毂20，其中，所提供的嵌入式容座200包括具有第一内螺纹201和比第一内螺纹201具有更大直径的第一外螺纹203的带螺纹的衬套，并且所提供的凸缘紧固件500包括带螺纹的衬套，该带螺纹的衬套具有与容座200的第一外螺纹203匹配的内螺纹501和具有与容座200的第一内螺纹201至少相同的直径的通孔510，使得转子螺柱400能够穿过凸缘紧固件500。如前所述，并且对于本文中提供的所有示例，叶片组件和转子毂20之间的连接可为直接连接或通过诸如变桨轴承72、延伸器或其它部件之类的其它风力涡轮部件进行。
本书面描述使用示例来公开本发明，包括优选实施例，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有与权利要求书的字面语言没有区别的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有无实质性差异的等同结构要素，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。本领域普通技术人员可混合和匹配所描述的各种实施例的方面以及每个这样的方面的其它已知等同物，以根据本申请的原理构造另外的实施例和技术。如果与附图相关的参考标记被置于权利要求中的括号中，那么它们仅仅是为了试图增加权利要求的可理解性，而不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (10)

1. 一种风力涡轮叶片组件，包括：
叶片(22)，其包括叶片根部部分(24)；和
叶片根部凸缘(300)，其中
所述叶片根部部分(24)包括嵌入所述叶片根部部分(24)中的多个容座(200)，所述容座(200)构造成接收毂紧固件(400)，以将所述叶片根部部分(24)联接到转子毂(20)，并且其中，所述叶片根部凸缘(300)通过所述容座(200)联接到所述叶片根部部分(24)。
2. 根据权利要求1所述的风力涡轮叶片组件，还包括凸缘紧固件(400, 500)，以将所述叶片根部凸缘(300)附接到所述叶片根部部分(24)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘(300)是环形或圆形凸缘。
4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是第一衬套。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是包括第一内螺纹(201)的带螺纹的第一衬套。
6.根据权利要求4所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是带螺纹的第一衬套，所述带螺纹的第一衬套包括第一内螺纹(201)和比所述第一内螺纹(201)具有更大直径的第二内螺纹(202)。
7.根据权利要求4所述的风力涡轮叶片组件，其中，嵌入在所述叶片根部部分(24)中的所述容座(200)中的一个或多个是带螺纹的第一衬套，所述带螺纹的第一衬套包括第一内螺纹(201)和比所述第一内螺纹(201)具有更大直径的第一外螺纹(203)。
8. 根据权利要求5至7中任一项所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘(300)的所述凸缘紧固件(400, 500)中的一个或多个包括与所述带螺纹的第一衬套的所述第一内螺纹(201)匹配的螺纹(401)。
9.根据权利要求6所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘的所述凸缘紧固件(500)中的一个或多个是第二衬套，所述第二衬套包括与所述带螺纹的第一衬套的所述第二内螺纹(202)匹配的外螺纹(501)和具有与所述带螺纹的第一衬套的所述第一内螺纹(201)至少相同的尺寸的通孔(510)。
10.根据权利要求7所述的风力涡轮叶片组件，其中，所述叶片根部凸缘(300)的所述凸缘紧固件(500)中的一个或多个是第二衬套，所述第二衬套包括与所述带螺纹的第一衬套的所述第一外螺纹(203)匹配的内螺纹(502)和具有与所述带螺纹的第一衬套的所述第一内螺纹(201)至少相同的尺寸的通孔(510)。
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