CN117561376A - 用于制造风力涡轮机叶片的根部端部组件 - Google Patents

用于制造风力涡轮机叶片的根部端部组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种根部端部组件(100)，用于在模制操作期间将多个紧固构件(74)结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中。根部端部组件(100)包括具有多个孔口(72)的安装板(70)和多个护套构件(83)，每个护套构件设置在多个孔口(72)中的相应孔口中。连接构件(78)接收在护套构件(83)中，并且多个所述紧固构件(74)能够释放地附接到多个连接构件(78)中的相应连接构件，使得紧固构件(74)基本上垂直于安装板(70)的第一表面(77)延伸。孔口(72)的尺寸设计成允许护套构件(83)在相应的孔口(72)中的平移移动。

Description

用于制造风力涡轮机叶片的根部端部组件
技术领域
本公开涉及用于将多个紧固构件结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中的根部端部组件，并且涉及使用根部端部组件制造风力涡轮机叶片壳部分的方法。
背景技术
风电提供清洁且环境友好的能源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。风力涡轮机叶片利用已知的翼型原理捕获风的动能。风力涡轮机叶片通常通过由织造织物或纤维和树脂的层或层片形成两个壳部分或壳半部来制造。
从WO 2014/191046 A1已知，提供具有根部端部插件的风力涡轮机叶片的壳半部，该根部端部插件包括多个紧固构件，这些紧固构件嵌入壳的外部纤维层与内部纤维层之间。这些紧固构件能够从壳部分的根部端部接近，使得风力涡轮机叶片可安装到风力涡轮机的毂。在此过程中，安装板能够用来便于紧固构件的集成，其中多个衬套设置在安装板上，与楔形插件交替。在完成制造过程之后，可以移除根部端部组件的安装板，并且剩余部分构成用于附接到毂的根部端部插件。
然而，附接到安装板的紧固构件的正确对准和布置方式可能是有挑战性的。即使相对于纤维层的角度和位置上的微小偏差也可能导致玻璃织物的不期望的位移，从而导致叶片壳层压件内的褶皱形成和/或弯曲。此外，如果根部端部插件以不正确的角度放置，则与紧固构件结合使用的任何楔形插件的末梢与纤维层之间可能会形成间隙。这可能导致昂贵的修理操作。
这些已知方法的一个特别的挑战是，由于在树脂灌注和/或树脂固化期间的收缩，紧固构件在内部纤维蒙皮或外部纤维蒙皮内发生不期望的移动。这种不期望的位移可能导致紧固构件加上可选的固持构件与蒙皮的纤维层之间的未对准。这继而会导致任何固持元件的端部处的过渡蒙皮区中的褶皱，这将不利地影响根部端部的结构性能。由于树脂灌注和固化步骤期间的收缩，观察到不期望的褶皱形成，特别是在紧固构件和固持构件的远侧端部附近。此外，这可能导致叶片根部变成卵圆形，由于多个原因，叶片根部变成卵圆形是不期望的。
因此，在树脂灌注和/或固化过程期间，存在消除或减少纤维层与紧固构件之间不期望的相对移动的需要。还存在消除导致根部端部板上损坏的叶片壳层压件中的力的需要。此外，存在对于一种能够补偿叶片制造过程期间出现的任何收缩的根部端部组件的需要。
因此，本发明的一目的是提供一种克服上述问题的用于叶片模制过程的改进的根部端部组件。
本发明的另一目的是提供一种制造带有根部端部插件的叶片壳部分的更高效的过程，该过程减少未对准的量和不期望的修理操作。
发明内容
已经发现，上述目的中的一个或多个能够通过用于将多个紧固构件结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中的根部端部组件来获得，该根部端部组件包括：安装板，其包括第一表面、相对的第二表面和从第一表面延伸穿过安装板到第二表面的多个孔口；多个护套构件，每个护套构件设置在多个孔口中的相应孔口中；多个连接构件，每个连接构件接收在多个护套构件中的相应护套构件中；以及多个所述紧固构件，每个紧固构件能够释放地附接到多个连接构件中的相应连接构件，使得紧固构件从安装板的第一表面、优选地基本上垂直于所述第一表面延伸，其中孔口或孔口的至少一子集的尺寸设计成允许护套构件在相应的孔口中的平移移动。
已经发现，这种布置方式导致未对准、褶皱形成的显著减少，和减少的修理操作的必要性和成本。在叶片模制过程期间，特别是在树脂灌注和/或树脂固化期间，紧固构件的位置可能相对于安装板改变，特别是由于树脂灌注纤维叠层的收缩。本发明的根部端部组件通过护套构件和接收在护套构件中的连接构件的平移移动实现紧固构件的这种平移移动，从而减少在树脂灌注和固化期间产生的未对准的量。
在优选的实施例中，将多个紧固构件结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中是风力涡轮机叶片模制过程的部分。在操作期间，根部端部组件可以能够释放地附接到叶片模具，用于形成风力涡轮机叶片壳部分。风力涡轮机叶片壳部分优选地为叶片壳半部，诸如压力侧壳半部或吸力侧壳半部，每个壳半部具有后缘和相对的前缘，以及根部端部和相对的末梢端部。模具典型地包括支撑结构，诸如框架，用于接收模制表面，模制表面限定风力涡轮机叶片壳部分的外部形状。叶片模具通常具有在模具的末梢端部与根部端部之间延伸的纵向方向，以及后缘侧和前缘侧。
可以使用合适的下降装置来承载根部端部组件和朝向模具的模制表面下降根部端部组件。下降装置能够附接到模具，并且可以包括用于承载根部端部组件的框架。框架能够设置有用于承载根部端部组件的承载机构。这为在下降装置的框架上布置和承载根部端部组件提供简单的解决方案。承载机构可以例如包括钩，钩适于接收根部端部组件的安装板上的销或杆。根部端部组件的安装板因此可以搁置在钩上。
根部端部组件的紧固构件适于结合在壳部分或壳半部的根部端部内。在优选的实施例中，紧固构件是衬套，优选地是具有内螺纹的衬套。衬套通常具有大体上中空的圆柱形主体。紧固构件优选地能够从风力涡轮机叶片壳的端部接近，使得最终的风力涡轮机叶片中的紧固构件能够用于将风力涡轮机叶片的根部端部安装到风力涡轮机的毂。根部端部组件还可以有利地包括布置在紧固构件之间的多个中间固持插件，所述固持插件优选地包括用于布置在壳部分的上部和下部纤维层或层片之间的楔形区段。因此，紧固构件和固持插件可一起形成根部端部插件，该根部端部插件嵌入叶片根部端部的整个横截面中，从而在完成的风力涡轮机叶片壳中形成基本上圆形的插件。中间插件和紧固构件优选地包括彼此抵接的侧向侧。
根据有利的实施例，该组件还包括楔形延伸构件，该楔形延伸构件布置在紧固构件的纵向延伸部中，朝向它们的远侧端部渐缩。楔形延伸构件可以例如由泡沫聚合物或轻木制成。楔形延伸构件优选地被布置成使得它具有靠近紧固构件的端部的最厚部分和远离紧固构件的端部的最薄部分。这确保根部端部组件具有到外部纤维层和内部纤维层的逐渐过渡，进而确保叶片根部没有急剧或不连续的刚度过渡。
因此，楔形延伸构件可在完成的风力涡轮机叶片壳的纵向方向上提供逐渐的刚度过渡。如本文所用，术语“近侧”和“远侧”用于描述诸如紧固构件或楔形延伸构件的特定部件的相对轴向端部。术语“近侧”以其常规含义用于指最靠近根部端部组件的安装板的部件的端部，而术语“远侧”以其常规含义用于指离根部端部组件的安装板最远的部件的端部。
紧固构件有利地位于壳部分的最终的复合结构中，嵌入在(一个或多个)外部纤维层/层片与(一个或多个)内部纤维层/层片之间。紧固构件优选地能够从壳部分的根部端部接近，使得风力涡轮机叶片可安装到风力涡轮机的毂。根据优选的实施例，紧固构件是衬套。衬套优选地布置成使得衬套的开口能够从叶片壳的根部端部接近，使得最终的风力涡轮机叶片可通过使用插入衬套的开口中的支撑螺栓安装到风力涡轮机的毂。
在一些实施例中，通过锁定销接合相应紧固构件的外部表面和/或锁定销被接收在相应紧固构件的外部表面中设置的凹部中，防止紧固构件(优选地衬套)相对于安装板旋转。优选地，所述锁定销布置在安装板上或安装板内。在优选的实施例中，锁定销布置在安装板的第一表面处或第一表面内的每个孔口处，其中锁定销关于孔口在径向方向上延伸。
安装板包括第一表面和相对的第二表面。所述第一表面和第二表面典型地是安装板的最大表面。第一表面和第二表面通常由根部端部叶片的厚度延伸部分开。在根部端部组件的操作期间，第一表面典型地将面朝向叶片模具，并且第二表面将背离叶片模具。多个孔口从第一表面穿过安装板延伸到第二表面。因此，孔口典型地是延伸穿过安装板的通孔，诸如狭槽或环形狭槽。孔口的至少一子集，诸如孔口中的至少6个、或至少12个、或至少24个、或在一些实施例中所有孔口的尺寸设计成允许护套构件在相应孔口中的平移移动。因此，优选的是，孔口的至少一子集的尺寸设计成允许相应护套构件在安装板内的相应的孔口中并且相对于安装板的平移移动。
因此，优选地，孔口具有超过护套构件的宽度和/或长度的宽度和/或长度。优选地，根部端部组件的所有护套构件具有相同的尺寸。优选地，孔口的尺寸沿着安装板变化。因此，有利地，本发明的根部端部组件能够实现护套构件、接收在护套构件中的连接构件以及附接到连接构件的紧固构件的平移移动。
护套构件在其相应的孔口内的平移移动将典型地是护套构件在孔口内的径向移动。优选的是，护套构件被布置在它们相应的孔口内，使得防止护套构件的任何轴向移动。在一些实施例中，护套构件中一个或多个的平移移动的范围为至少2mm，诸如至少3mm或至少5mm。在优选的实施例中，孔口提供预定的轨道用于护套构件在安装板内沿着所述轨道的平移移动。
在特别优选的实施例中，所允许的护套构件在其相应孔口内的优选的平移移动是护套构件在其相应孔口内的径向移动。因此，优选地，孔口或其至少一子集的尺寸设计成用于允许护套构件在相应的孔口中的平移移动，其中所述平移移动是径向移动，优选地关于孔口或关于护套构件的基本上圆形横截面的径向移动。
优选地，安装板包括至少10个，更优选地至少20个，最优选地至少30个孔口。类似地，根部端部组件优选地包括至少10个，更优选地至少20个，最优选地至少30个紧固构件，诸如衬套。
护套构件中每个设置在、优选地可移动地设置在多个孔口中的相应孔口中。典型地，每个护套构件具有延伸穿过其长度的通道或内孔，其中连接构件，例诸如支撑螺栓，被接收在护套构件的通道或内孔中。护套构件可以由诸如聚合物材料的柔性材料制成。在其他实施例中，护套构件由诸如刚性聚合物或金属材料的刚性材料制成。在一个实施例中，护套构件具有基本上圆形的横截面。典型地，护套构件成形为中空圆柱形主体。
在优选的实施例中，护套构件是圆柱形管、优选地中空圆柱形管。在一些实施例中，护套构件被设置为套管或圆柱形衬里。
在优选的实施例中，护套构件在其一个端部或两个端部处包括凸缘，诸如圆形凸缘。优选地，安装板的第一表面和/或第二表面包括一个或多个凹进部分，诸如圆形凹进部分，每个凹进部分围绕多个孔口中的相应孔口，优选地使得安装板表面内的孔口的开口被凹进部分围绕，其中护套构件的凸缘设置在安装板的凹进部分中。这种配置能够被采用以避免护套构件从安装板非故意拆离。
根部端部组件还包括多个连接构件，优选地包括外部螺纹，诸如支撑螺栓，其中每个连接构件接收在多个护套构件中的相应护套构件中。在优选的实施例中，每个连接构件以适贴配合布置方式接收在相应护套构件中。优选地，连接构件接收在护套构件中，使得防止连接构件相对于护套构件的相对平移移动，同时允许连接构件相对于护套构件的旋转移动。优选地，连接构件是螺纹连接构件，诸如支撑螺栓。
每个紧固构件(优选地具有内螺纹的衬套)能够释放地附接(例如拧)到多个连接构件中的相应连接构件(优选地支撑螺栓)，使得紧固构件基本上垂直于安装板的第一表面延伸。在一些实施例中，紧固构件可以与第一表面(即在根部端部组件的操作期间面朝向模制表面的表面)接触。在一些实施例中，支撑螺栓从安装板的第二侧插入，并穿过布置在孔口中的护套构件。紧固构件可以由诸如铸铁或不锈钢的金属制成。
在一些实施例中，在将连接构件从紧固构件拆离之后，护套构件能够手动复位到它们的初始或第一位置。在另一实施例中，安装板还包括多个偏压构件，诸如弹簧或弹簧圈，每个偏压构件至少部分地延伸到多个孔口中的相应孔口中，其中每个偏压构件与相应护套构件接合，用于将护套构件朝向相应孔口内的第一位置偏压。因此，安装板内的通道可以设置成从孔口径向地延伸，该通道适于接收偏压构件的至少部分。因此，在优选的实施例中，根部端部组件的护套构件中的一个或多个是弹簧加载的。
典型地，护套构件包括侧向壁，例如圆柱形护套构件的侧向圆柱壁，其中优选的是，优选地当护套构件相对于安装板平移地移动时，偏压构件适于在护套构件的所述侧向壁上施加力。在优选的实施例中，护套构件的平移移动是在护套构件在其相应的孔口内的第一位置与第二位置之间。第一位置可对应于树脂灌注和/或固化之前的护套构件的位置，并且第二位置可对应于树脂固化和壳半部的根部端部部分的相关联收缩之后的护套构件的位置。
在优选的实施例中，偏压构件包括弹簧、液压或气动致动器或弹性构件，诸如包括硫化橡胶的弹性构件。
在优选的实施例中，孔口沿着路径、优选地弧形路径(诸如半圆形路径或圆形路径)布置在安装板中。在优选的实施例中，孔口的尺寸沿着路径变化。在优选的实施例中，路径是弧形路径，并且其中孔口的尺寸从弧的端部点朝向弧的中点减小。例如，在弧的端部点处的孔口能够成形为狭槽，诸如线性狭槽，或者能够具有椭圆形横截面。在弧的中点或中心处的孔口可以具有基本上圆形的横截面。在典型的树脂灌注和固化操作期间，如与更远离前缘/后缘的区段相比，靠近壳半部的前缘和后缘的叶片部分表现出更大程度的收缩或相对移动。
在优选的实施例中，多个孔口包括具有第一形状的孔口和具有第二形状的孔口，其中第一形状不同于第二形状。在一些实施例中，多个孔口包括具有第一尺寸的孔口和具有第二尺寸的孔口，其中第一尺寸超过第二尺寸。在优选的实施例中，孔口中的一个或多个形成为狭槽，诸如环形狭槽。在优选的实施例中，孔口中的一个或多个形成为圆形孔。
在优选的实施例中，安装板适于在叶片模制过程之后被移除。在优选的实施例中，连接构件已经从安装板的第二表面插入，并穿过孔口中的护套构件。在优选的实施例中，该组件还包括布置在紧固构件之间的多个固持插件。固持插件典型地包括具有蝶形横截面的区段和相邻的楔形区段。在一些实施例中，根部端部组件还包括布置在紧固构件的纵向延伸部中的楔形延伸构件。
在优选的实施例中，安装板设置有附接装置，附接装置用于将安装板附接到下降装置。在一些实施例中，附接装置是销或杆，其可以匹配或搁置在下降装置上设置的钩上。
在另一方面，本发明涉及一种用于将多个紧固构件结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中的根部端部组件，该根部端部组件包括：安装板，该安装板包括第一表面、相对的第二表面和从第一表面延伸穿过安装板到第二表面的多个孔口；多个护套构件，每个护套构件设置在多个孔口中的相应孔口中；多个连接构件，每个连接构件接收在多个护套构件中的相应护套构件中；以及多个所述紧固构件，每个紧固构件能够释放地附接到多个连接构件中的相应连接构件，使得紧固构件从安装板的第一表面、优选地基本上垂直于所述第一表面延伸，其中孔口中的每个孔口或者孔口的子集中的至少每个孔口形成轨道，用于相应护套构件在该轨道内的受引导的移动。上文关于第一方面的根部端部组件讨论的所有特征和实施例同样适用于本发明的此方面的根部端部组件。
在另一方面，本发明涉及一种制造风力涡轮机叶片壳部分的方法，其中该方法包括以下步骤：
a)将一个或多个外部纤维层布置在模具表面上，该一个或多个外部纤维层限定风力涡轮机叶片壳部分的外部表面，
b)提供根据本发明的根部端部组件，
c)将根部端部组件的多个紧固构件布置在模具的根部端部区段处的一个或多个外部纤维层的顶部上，同时紧固构件能够释放地附接到根部端部组件的相应连接构件，
d)将一个或多个内部纤维层布置在多个紧固构件的顶部上，
e)将树脂供应到外部纤维层和内部纤维层，并且优选地供应到多个紧固构件，
f)允许树脂固化以形成复合结构，
g)将连接构件从紧固构件拆离，并移除安装板。
在优选的实施例中，在步骤e)和/或f)期间，紧固构件的至少一子集经历相对于安装板的平移移动。在优选的实施例中，所述平移移动是在相应紧固构件相对于安装板的第一位置与第二位置之间。
在优选的实施例中，安装板还包括多个偏压构件，每个偏压构件与相应护套构件接合，用于将护套构件朝向其相应孔口内的第一位置偏压，并且其中在将连接构件从紧固构件拆离之后，优选地通过由相应偏压构件施加在护套构件上的力，相应护套构件返回到所述第一位置。
在优选的实施例中，提供根部端部组件还包括在紧固构件之间安装固持插件的步骤。诸如蝶形楔的固持插件固持紧固构件，并进一步确保紧固构件以正确的相互间距布置。在实践中，紧固构件和固持插件可通过优选地沿着安装板上的圆形或半圆形路径交替地布置紧固构件和插件而布置在根部端部组件上。在优选的实施例中，纤维材料(有利地为非织造纤维材料)、诸如玻璃棉，围绕紧固构件缠绕。
固持插件可以有利地由纤维增强复合结构、例如包括拉挤玻璃纤维或碳纤维的纤维拉挤件制成。在一个实施例中，纤维材料围绕紧固构件缠绕。纤维材料可以有利地是非织造纤维材料，诸如玻璃棉。紧固构件典型地由诸如铸铁或不锈钢的金属制成，并且通过围绕紧固构件缠绕纤维材料(例如玻璃纤维)，确保紧固构件恰当地结合到内部和外部纤维层/层片。
在优选的实施例中，楔形延伸构件布置在紧固构件的纵向延伸部中。在一些实施例中，固持插件布置在紧固构件之间。在一些实施例中，固持插件包括渐缩部分或楔形部分。在一些实施例中，纤维材料被织造在紧固构件的楔形件与插件的楔形部分之间。在一些实施例中，在根部端部组件被布置在模具中之前，纤维层(诸如纤维垫)围绕多个紧固构件和可选的插件缠绕。在一个实施例中，(一个或多个)外部纤维层包括双轴纤维垫。在另一实施例中，(一个或多个)内部纤维层包括三轴纤维垫。
安装板可以在制造壳部分之后保持在风力涡轮机叶片壳部分的根部端部上，并且仅在安置到风力涡轮机毂上之前被移除。因此，刚性安装板确保叶片的根部端部在储存期间不会变形。在其中叶片壳经由诸如吸力侧壳部分和压力侧壳部分的两个或更多个叶片壳部分制造的制造方法中，安装板也可在叶片壳部分胶合到彼此的步骤期间保持附接到叶片壳部分。当已经移除根部端部组件的安装板时，剩余部分构成根部端部插件。可通过首先卸下连接构件(诸如支撑螺栓)，并且然后从风力涡轮机叶片壳部分的根部端部移除安装板，而从根部端部移除安装板。
向外部纤维层和内部纤维层供应树脂的步骤可以通过真空辅助树脂传递模制(VARTM)来进行。
在另一方面，本发明涉及一种能够通过本发明的方法获得的风力涡轮机叶片。这种叶片的特征在于紧固构件和可选地固持插件在纤维层之间改进的对准，这样提供了更稳定的结构和机械强度更高的叶片。
在另一方面，本发明涉及一种用于将多个紧固构件结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中的根部端部组件，该根部端部组件包括：安装板，该安装板包括第一表面、相对的第二表面和从第一表面延伸穿过安装板到第二表面的多个孔口；多个护套构件，每个护套构件设置在多个孔口中的相应孔口中；多个连接构件，每个连接构件接收在多个护套构件中的相应护套构件中；以及多个所述紧固构件，每个紧固构件能够释放地附接到多个连接构件中的相应连接构件，使得紧固构件从安装板的第一表面、优选地基本上垂直于所述第一表面延伸，其中，通过接合每个紧固构件、优选地紧固构件的外部表面的相应锁定销，防止紧固构件、优选地衬套相对于安装板旋转。
在优选的实施例中，每个紧固构件包括设置在其外部表面中用于接收所述锁定销的凹部。优选地，所述锁定销布置在安装板上或安装板内。在优选的实施例中，锁定销布置在安装板的第一表面处或第一表面内的每个孔口处，其中锁定销关于孔口在径向方向上延伸。
如本文所使用的，术语“护套构件”意指可以至少部分地围住诸如连接构件的物体的中空管或覆盖物。
上文关于本发明的根部端部组件讨论的所有特征和实施例同样适用于制造风力涡轮机叶片壳部分的方法，并且反之亦然。
附图说明
下面将关于附图更详细地描述本发明的公开内容的实施例。附图示出实施本发明的一种或多种方式，并且不应被解释为对落入所附权利要求集的范围内的其他可能的实施例的限制。
图1示出了风力涡轮机，
图2示出了风力涡轮机叶片的示意图，
图3示出了风力涡轮机叶片的横截面示意图，
图4示出了用于制造风力涡轮机叶片壳部分的模具的示意图，
图5和图6示出了用于安装根部端部插件的已知安装板的示意图，
图7是设置有下降装置的已知模具的示意性侧视图，
图8是示意性横截面视图，其图示了布置在上部纤维层与下部纤维层之间的楔形插件的远侧点，
图9是根据本发明的根部端部组件的局部透视绘图，
图10是处于第一构造的根据本发明的根部端部组件的示意性前视图，
图11是处于第二构造的根据本发明的根部端部组件的示意性前视图，
图12是图示了本发明的根部端部组件的不同方面的局部平面图和局部透视图，以及
图13是根据本发明的根部端部组件的部分的横截面视图。
具体实施方式
图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6和转子，转子具有基本上水平的转子轴。转子包括毂8和从毂8径向地延伸的三个叶片10，每个叶片具有最靠近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片末梢14。转子的半径表示为R。
图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括最靠近毂的根部区域30、离毂最远的成型区域或翼型区域34以及在根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂上时，前缘18面向叶片10的旋转方向，后缘20面向前缘18的相反方向。
翼型区域34(也称为成型区域)具有关于生成升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10安装到毂更容易和更安全。根部区域30的直径(或弦)沿着整个根部区30可以是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状向翼型区域34的翼型轮廓逐渐变化的过渡轮廓。过渡区域32的弦长典型地随着距毂增加的距离r而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂增加的距离r而减小。
叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40典型地设置在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。图2还图示了叶片的纵向范围L、长度或纵向轴线。
应该注意的是，叶片的不同区段的弦通常不位于共同平面中，因为叶片可能扭曲和/或弯曲(即预弯)，从而为弦平面提供相对应地扭曲和/或弯曲的路线，这是最常见的情况，以便补偿取决于距毂的半径的叶片的局部速度。
叶片典型地由压力侧壳部分36和吸力侧壳部分38制成，压力侧壳部分36和吸力侧壳部分38沿着叶片20的前缘18与后缘处的结合线胶合到彼此。
图3示出了沿着图2中所示的线I-I的叶片的横截面的示意图。如先前所提到的，叶片10包括压力侧壳部分36和吸力侧壳部分38。压力侧壳部分36包括翼梁帽41，也称为主层压件，其构成压力侧壳部分36的承载部分。翼梁帽41包括多个纤维层42，纤维层42主要包括沿着叶片的纵向方向对准的单向纤维，以便为叶片提供刚度。吸力侧壳部分38还包括翼梁帽45，翼梁帽45包括多个纤维层46。压力侧壳部分36还可包括夹层芯材料43，该夹层芯材料典型地由轻木或泡沫聚合物制成，并夹在多个纤维增强蒙皮层之间。夹层芯材料43用于为壳提供刚度，以便确保壳在叶片的旋转期间基本上维持其空气动力学轮廓。类似地，吸力侧壳部分38也可包括夹层芯材料47。
压力侧壳部分36的翼梁帽41和吸力侧壳部分38的翼梁帽45经由第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55连接。在所示实施例中，抗剪腹板50、55成形为基本上I形腹板。第一抗剪腹板50包括抗剪腹板主体和两个腹板脚凸缘。抗剪腹板主体包括夹层芯材料51，诸如轻木或泡沫聚合物，被由多个纤维层制成的多个蒙皮层52覆盖。
叶片壳36、38可在前缘和后缘处包括另外的纤维增强。典型地，壳部分36、38经由胶合凸缘结合到彼此。
风力涡轮机叶片10被制造为纤维增强复合结构，包括嵌入聚合物基体中的纤维增强材料。单独的叶片10包括空气动力学壳，并且空气动力学壳的吸力侧和压力侧经常在模具23中作为单独的部分制造，如图4中所示。叶片壳部分11通过在模具的模具表面22上布置纤维增强材料以及典型地还有诸如泡沫聚合物或轻木的夹层芯材料来单独制造。纤维增强材料作为重叠堆叠在模具表面22上的单独的纤维垫24铺开。叶片10的承载结构可制造为集成在叶片壳中的翼梁帽，也称为主层压件，其中抗剪腹板布置在压力侧壳部分的翼梁帽与吸力侧壳部分的翼梁帽之间。备选地，承载结构可以形成为翼梁或桁杆，并且空气动力学壳粘附到承载结构。这两个叶片壳部分也胶合到彼此，例如通过使用内部凸缘部分。纤维垫24可以手动或者通过使用纤维垫铺设系统铺设在模具表面22上，在这种情况下，纤维垫24可以自动或半自动地铺设。
图5和图6图示安装板70，该安装板70用于为壳部分准备已知的根部端部组件，板70包括呈衬套74的形式的多个紧固构件和呈布置在衬套74之间的蝶形楔76的形式的固持插件。安装板70可用于将根部端部组件布置在模具20的模具表面22上，并且在那之后在将叶片附接到风力涡轮机毂上之前可被移除。
安装板70包括第一侧77和第二侧79。安装板70设置有多个贯通孔口72或孔。在图5和图6中，仅示出了几个孔口72。然而，在实践中，它们沿着安装板70的整个半圆等距布置。衬套74安装到安装板70。衬套74设置有带内螺纹75的中心内孔。因此，可以通过从安装板70的第二侧插入支撑螺栓78并穿过安装板70的内孔72来固持衬套74。然后，衬套将从安装板的第一侧77延伸，并且定向成基本上垂直于安装板70的平面。
可以通过首先将第一衬套74安装在安装板上，并且然后将第一插件76布置成紧邻并抵接第一衬套来准备根部端部组件。之后，第二衬套74被布置成紧邻第一插件76，并且第二插件76紧邻第二衬套74。然后继续此程序，直到衬套74和插件76沿着安装板上的整个半圆布置，例如通过如图5中所图示从左到右布置衬套74和插件76。由于插件76的蝶形形状，固持插件76可以布置在衬套74之间。
安装板70还设置有多个突起73，诸如销或杆，它们从安装板70的侧部延伸。这些突起73可以用作连接部分，用于向下降装置的框架上的对应部分提供匹配连接，以将根部端部组件布置在模具20的表面22上。
图7图示已知的下降装置85，其可以有利地附接到模具20的侧部。下降装置85包括框架86，框架86设置有呈钩93的形式的运载机构，钩93可以接合安装板70的突起73，使得安装板连接到框架86或搁置在框架86上。框架86包括前引导狭槽89和后引导狭槽90，它们分别接合前引导辊87和后引导辊88。下降装置还包括呈伸缩活塞缸91的形式的驱动机构，该驱动机构连接在下降装置85的静止部分与框架86之间。伸缩活塞缸91可以有利地铰接地连接到静止部分和框架86。引导狭槽89、90成形为使得框架86以及因此还有具有根部端部组件的安装板70根据期望的运动而移动。
图7示出处于安装位置的下降装置85，在安装位置，安装板70与根部端部组件一起布置在下降装置85的框架86上。安装板70以基本上竖直的定向安装在框架86上。当伸缩活塞缸91开始缩回活塞时，框架86经由引导狭槽89、90在引导辊87、88上移动。如所看出的，引导狭槽各自包括水平狭槽部分和成角度的狭槽部分。框架86能够朝向模具的模制表面22下降，同时框架86和安装板70倾斜，使得根部端部组件在模具的纵向方向上向上成角度(未示出)。使倾斜运动下降可以继续，直到根部端部组件基本上接触模具20的模制表面22，在此之后为第二运动步骤，其中具有安装板70的框架86和根部端部组件枢转，直到安装板86定向成基本上竖直地布置，并且根部端部组件搁置在模具20的模制表面22上(未示出)。之后，能够在根部端部组件的顶部上布置多个内部纤维层。
这在图8a中图示，图8a示出楔形插件的远侧端部，楔形插件是整个根部端部组件的部分，布置在上部纤维层与下部纤维层之间。然而，将根部端部组件布置在模具中的已知方法可能导致不期望的褶皱82形成，特别是在衬套和固持插件在树脂灌注和/或树脂固化期间相对于纤维层移动的情况下(见图8b)。
图9是本发明的根部端部组件100的局部透视绘图。在叶片模制过程期间，根部端部组件能够用于将多个紧固构件74结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中。如在图9中看出的，根部端部组件100包括安装板70，安装板70具有在模制过程期间面朝向叶片模具23的第一表面77。在图9中所图示的布置方式中，安装板70能够释放地布置在模具23的根部端部处，使得紧固构件74(这里描绘为衬套74)延伸到模制表面22上或上方。在图示的实施例中，楔形延伸构件99布置在紧固构件的纵向延伸部中。楔形延伸构件99可以例如由泡沫聚合物或轻木制成。如在图9中看出的，楔形延伸构件99被布置成使得它具有靠近紧固构件的端部的最厚部分和远离紧固构件的端部的薄部分。衬套74和楔形延伸构件用于布置在下部纤维层与上部纤维层之间，以形成叶片的根部端部。
安装板70包括从第一表面77延伸穿过安装板70到相对的第二表面79的多个孔口72。多个护套构件83设置在孔口72中。图9还图示了连接构件78，参见放大图，该连接构件78接收在相应护套构件83中，用于连接到衬套74，即，为了更好地图示，放大区段中的上部衬套已经被移除。紧固构件/衬套74基本上垂直于安装板70的第一表面77延伸。
还如在图9中看出的，通过锁定销102接合衬套74的外部表面104和/或衬套74的外部表面104中设置的凹部，能够防止衬套74相对于安装板70旋转。每个锁定销102能够布置在安装板70上或安装板70内，以关于其相应的孔口72在径向方向上延伸。
如在图10和图11的前视图中最佳地看出的，孔口72的至少一子集的尺寸设计成用于允许护套构件83在相应孔口72中的平移移动。在这些图中还可以看出，孔口72沿着弧形半圆形路径96布置在安装板70中，其中孔口72的尺寸沿着所述路径96变化。
在叶片模制过程期间，特别是在树脂灌注和/或树脂固化期间，衬套74的位置可相对于安装板70变化，特别是由于收缩。本发明的根部端部组件借助于护套构件和接收在护套构件中的连接构件的平移移动而允许衬套74的这种平移移动。护套构件83的这种平移移动可以在护套构件在其相应孔口内的第一位置(图10)与第二位置(图11)之间。由于根部端部几何形状，护套构件和连接的衬套74相对于安装板70的平移移动的范围可以在沿着弧形路径96的不同位置之间变化。典型地，在弧形路径的相对端部点处看到最大的移动量，而移动的范围朝向弧形的中点、即朝向弧形路径的最低点减小。
另外的细节在图12和图13中示出，其中图13是沿着图12a中的线B-B的横截面视图，其中为了图示的目的，图13比图12包含更多的细节。图12图示如从模具看时安装板70内的孔口，即示出面朝向模具的第一表面77。孔口72的尺寸设计成允许护套构件83在孔口内的平移移动，如由图12中的双箭头所指示的。护套构件83具有用于接收连接构件的中心开口或内孔84。
如在图12和图13中看出的，安装板70包括至少部分地延伸到孔口72中的偏压构件94，这里图示为弹簧，其中偏压构件94与护套构件83接合，用于将护套构件83朝向相应孔口内的第一位置偏压。所述第一位置在图13a的横截面视图中图示。连接构件接收在护套构件83中，优选地以适贴配合布置方式穿过护套构件83的中心开口84，在安装板70的第一表面77处或超过第一表面77连接到紧固构件/衬套74。衬套74延伸到壳部分的根部端部的纤维叠层/复合材料95中，并且要通过树脂灌注而集成并紧固到纤维叠层/复合材料95。图13a图示树脂灌注和固化之前的情况，而图13b图示了脂灌注/固化之后的情况。
如在图13b中看出的，由于灌注/固化过程中的收缩，衬套74、附接的连接构件78和护套83已经朝右移动，如由图13b中的箭头所指示的。同时，弹簧94被这种平移移动压缩。当树脂已经固化时，连接构件78能够从衬套74释放，此时护套83返回到其初始、第一位置，如由图13c中的箭头所指示的。
还如在图13中所看出的，安装板的第一表面77和第二表面79包括凹进部分71a、71b，每个凹进部分围绕孔口72。此外，护套构件83包括凸缘97a、97b，凸缘97a、97b设置在安装板的凹进部分中。这可以防止护套构件83从安装板70的拆离。
本发明不限于本文描述的实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行修改或调整。
参考标号列表
4 塔架
6 机舱
8 毂
10 叶片
11 叶片壳部分
14 叶片末梢
16 叶片根部
18前缘
20后缘
22模具表面
23模具
24纤维垫
25模具的根部端部
26模具的末梢端部
27框架
30根部区域
32过渡区域
34翼型区域
36压力侧壳部分
38吸入侧壳部分
40肩部
41翼梁帽
42纤维层
43夹层芯材料
45翼梁帽
46纤维层
47夹层芯材料
50第一抗剪腹板
51芯构件
52蒙皮层
55第二抗剪腹板
56第二抗剪腹板的夹层芯材料
57第二抗剪腹板的蒙皮层
60填充绳
70安装板
71凹部
72孔口
73突起/销/杆
74衬套/紧固构件
75带内螺纹的中心内孔
76插件/蝶形楔
77安装板的第一表面
78连接构件/支撑螺栓
79安装板的第二表面
80上部纤维层
81下部纤维层
82褶皱
83护套构件
84护套构件中的中心开口
85下降装置
86下降装置的框架
87前引导辊
88后引导辊
89前引导狭槽
90后引导狭槽
92垫圈
93钩
94偏压构件
95壳复合材料
96孔口的路径
97凸缘
98护套构件的侧向壁
99楔形延伸构件
100根部端部组件
102锁定销
104衬套的外部表面
L 长度
r 距毂的距离
R转子半径

Claims (15)

1.一种用于将多个紧固构件(74)结合到风力涡轮机叶片壳部分的根部端部中的根部端部组件(100)，所述根部端部组件(100)包括：
安装板(70)，所述安装板(70)包括第一表面(77)、相对的第二表面(79)和从所述第一表面(77)延伸穿过所述安装板(70)到所述第二表面(79)的多个孔口(72)，
多个护套构件(83)，每个护套构件设置在所述多个孔口(72)中的相应孔口中，
多个连接构件(78)，每个连接构件接收在所述多个护套构件(83)中的相应护套构件中，
多个紧固构件(74)，每个紧固构件能够释放地附接到所述多个连接构件(78)中的相应连接构件，使得所述紧固构件(74)基本上垂直于所述安装板(70)的所述第一表面(77)延伸，
其中所述孔口(72)的至少一子集的尺寸设计成允许所述护套构件(83)在所述相应孔口(72)中的平移移动。
2.根据权利要求1所述的根部端部组件(100)，其中，所述安装板(70)还包括多个偏压构件(94)，每个偏压构件至少部分地延伸到所述多个孔口(72)中的相应孔口中，其中，每个偏压构件(94)与相应护套构件(83)接合，用于将所述护套构件朝向所述相应孔口内的第一位置偏压。
3.根据权利要求2所述的根部端部组件(100)，其中，所述偏压构件包括弹簧、液压或气动致动器或弹性构件，诸如包括硫化橡胶的弹性构件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的根部端部组件(100)，其中，所述平移移动是在所述护套构件在其相应孔口内的第一位置与第二位置之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的根部端部组件(100)，其中，所述孔口(72)沿着路径(96)布置在所述安装板(70)中，所述路径优选地为弧形路径，诸如半圆形路径或圆形路径。
6.根据权利要求5所述的根部端部组件(100)，其中，所述孔口(72)的尺寸沿着所述路径(96)变化。
7.根据权利要求5或6任一项所述的根部端部组件(100)，其中，所述路径(96)是弧形路径，并且其中所述孔口(72)的尺寸从所述弧的端部点朝向所述弧的中点减小。
8.根据前述权利要求中任一项所述的根部端部组件(100)，其中，所述多个孔口(72)包括具有第一形状的孔口(72)和具有第二形状的孔口(72)，其中所述第一形状不同于所述第二形状。
9.根据前述权利要求中任一项所述的根部端部组件(100)，其中，所述安装板的所述第一表面(77)和/或所述第二表面(79)包括一个或多个凹进部分(71a，71b)，每个凹进部分围绕所述多个孔口中的相应孔口，并且其中所述护套构件(83)中的一个或多个包括凸缘(97a，97b)，所述凸缘设置在所述安装板的所述凹进部分中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的根部端部组件(100)，其中，每个连接构件以适贴配合布置方式接收在相应护套构件中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的根部端部组件(100)，其中，所述紧固构件(74)是衬套。
12.一种制造风力涡轮机叶片壳部分的方法，其中所述方法包括以下步骤：
a)将一个或多个外部纤维层布置在模具表面上，所述一个或多个外部纤维层限定所述风力涡轮机叶片壳部分的外部表面，
b)提供根据权利要求1至11中任一项所述的根部端部组件(100)，
c)将所述根部端部组件(100)的所述多个紧固构件(74)布置在所述模具的根部端部区段处的一个或多个外部纤维层的顶部上，同时所述紧固构件(74)能够释放地附接到所述根部端部组件(100)的所述相应连接构件(78)，
d)将一个或多个内部纤维层布置在所述多个紧固构件(74)的顶部上，
e)向所述外部纤维层和内部纤维层供应树脂，
f)允许所述树脂固化以形成复合结构，
g)将所述连接构件(78)从所述紧固构件(74)拆离，并移除所述安装板(70)。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在步骤e)和/或f)期间，所述紧固构件(74)的至少一子集经历相对于所述安装板(70)的平移移动。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述平移移动是在所述相应紧固构件(74)相对于所述安装板(70)的第一位置与第二位置之间。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述安装板(70)还包括多个偏压构件(94)，每个偏压构件与相应护套构件接合，用于将所述护套构件朝向其相应孔口内的第一位置偏压，并且其中在将所述连接构件(78)从所述紧固构件(74)拆离之后，所述相应护套构件(83)返回到所述第一位置。
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