NO329056B1 - Rotorbladtilkopling - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen angår et rotorblad for et vindkraftanlegg, omfattende flere i området for rotorbladroten anordnede hull som er utformet som gjennomgangshull og som strekker seg i hovedsaken på tvers av rotorbladets lengdeakse, tverrbolter som er innsatt i hullene, og strekkelementer som kan forbindes med tverrboltene. Ifølge den kjente teknikk forløper strekkelementene inne i rotorbladroten og svekker således materialet i dette område For å eliminere denne ulempe ved hjelp av en konstruktiv forenkling, er rotorbladet ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved strekkelementer som forløper utenfor rotorbladroten. Oppfinnelsen er basert på den erkjennelse at området for rotorbladroten ved navet dermed riktignok endres på en aerodynamisk ugunstig måte, men at dette ikke har noen skadelig innvirkning på den akustiske oppførsel og de øvrige egenskaper til anlegget, da dette område av rotorbladet enten er dekket av rotorbladhetten eller i det minste befinner seg i den mest langsomt roterende del av rotoren.

Description

Oppfinnelsen angår et rotorblad for et vindkraftanlegg, omfattende flere i området for rotorbladroten anordnede hull som er utformet som gjennomgangshull som strekker seg i hovedsaken på tvers av rotorbladets lengdeakse, tverrbolter som er innsatt i hullene, og strekkelementer som kan forbindes med tverrboltene, idet tverrboltene har innergjenger og strekkelementene har yttergjenger passende til innergjengenes diameter, og strekkelementene er sammenskrudd med tverrboltene.

Fra DE 197 33 372 Cl er det kjent et rotorblad som omfatter flere i området for rotorbladroten anordnede hull som strekker seg i hovedsaken på tvers av rotorbladets lengdeakse, tverrbolter som er innsatt i hullene, og strekkelementer som kan forbindes med tverrboltene. Disse hull er utformet som blindhull.

Fra boken "Vindkraftanlegg" av Erich Hau, 2. opplag, Springer-Verlag, 1996, side 202, som betraktes som den nærmestliggende kjente teknikk, er det kjent et rotorblad av den innledningsvis angitte type. Ved dette kjente rotorblad forløper et strekkelement (der betegnet som strekkanker) fra tverrboltene frem til en flens. På denne måte kan rotorbladet festes til flensen, f.eks. rotornavet.

Den kjente teknikk viser strekkelementer som forløper inne i rotorbladroten. Følgelig må det i rotorbladrotens materiale foreligge kanaler i hvilke strekkelementene er innsatt. 1 overensstemmelse med den materialsvekkelse som dette medfører, må materialet i området for rotorbladroten forsterkes ved hjelp av passende konstruktive foranstalt-ninger, slik at den nødvendige styrke er sikret.

For å eliminere disse ulemper ved hjelp av en konstruktiv forenkling, er rotorbladet ifølge oppfinnelsen kjennetegnet ved at strekkelementene forløper utenfor rotorbladroten.

Til grunn for oppfinnelsen ligger her den erkjennelse at området for rotorbladroten ved navet dermed riktignok endres på en aerodynamisk ugunstig måte, men at dette likevel ikke har noen ugunstig innvirkning på den akustiske oppførsel og de øvrige egenskaper til anlegget, på grunn av at dette område av rotorbladet enten er dekket av "spinneren" (rotornavhetten) eller i det minste befinner seg i den del av rotoren som rotorer mest langsomt.

Rotorbladet ifølge oppfinnelsen har den fordel at rotorbladets materiale i området for rotorbladroten på den ene side ikke er svekket av kanaler, og at strekkelementene til enhver tid kan underkastes en visuell kontroll uten at en demontering er nødvendig for dette formål. Av denne grunn kan f.eks. begynnende korrosjon straks erkjennes og elimineres.

Videre er også en utskifting av et strekkelement mulig på enkel måte.

Særlig ved anvendelse av fiberforsterket epoksyharpiks-komposittmateriale som lett og samtidig robust materiale for rotorblader, kan en varig forankring av tverrboltene i rotorbladroten realiseres. Derved fremkommer en gunstig kraftoverføring fra en tverrbolt inn i rotorbladets epoksyharpiks-komposittmateriale.

På hensiktsmessig måte er flere innbyrdes atskilte hull for opptakelse av flere tverrbolter anordnet i rotorbladet, da styrken av rotorbladtilkoplingen derved kan økes vesentlig, hvilket er nødvendig særlig ved meget store vindkraftanlegg. Hullene kan ha en slik innbyrdes avstand at materialet bare svekkes uvesentlig på grunn av hullene.

En særlig foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er en utførelse ved hvilken rotorbladet i området for rotorbladroten oppviser et utvidet tverrsnitt og hullet eller hullene er anordnet i området for dette utvidede tverrsnitt. Også ved hjelp av denne foranstaltning kan bæreevnen til forbindelsen mellom rotorblad og rotornav økes vesentlig, da rotorbladet på grunn av tverrsnittsutvidelsen i området for rotorbladroten utsettes for vesentlig mindre spenninger og således kan påvirkes av større krefter. Ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen av hullene i området for det utvidede tverrsnitt, er en gunstig kraftoverføring fra tverrbolten til rotorbladets materiale mulig over en tilsvarende forstørret flate, mens et vesentlig mindre flatetrykk opptrer ved grenseflaten mellom tverrbolten og uttakingens eller hullets innerflate. Derved kan tverrsnittsutvidelsen ha en markert mindre utstrekning enn ved et kjent rotorblad, da det ikke må kompenseres for boringer for strekkelementer som forløper inne i rotorbladet.

Ifølge en særlig foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen utvider rotorbladets tverrsnitt seg på begge sider i retning mot et endeavsnitt av rotorbladet på navsiden. På denne måte realiseres en symmetrisk kraftoverføring fra tverrboltene til rotorbladet.

Ifølge en foretrukket videreutvikling av dette utførelseseksempel oppviser rotorbladet to i ett stykke med dette utformede, overfor hverandre beliggende fortykningsavsnitt, og hullene er i det minste delvis anordnet i området for fortykningsavsnittet. Fortykningsavsnittene som bidrar til tverrsnittsutvidelsen, kan på enkel og kjent måte formes ved laminering på rotorbladet av flere sjikt av fiberkomposittmateriale og epoksyharpiks.

Særlig foretrukket er videre en utførelsesform ved hvilken rotorbladet i området for rotorbladroten oppviser et i hovedsaken rørformet lengdeavsnitt i hvilket flere hull er utformet. Et rørformet endeavsnitt kan festes til rotornavet på særlig ensartet og enkel måte, og er fordelaktig særlig ved meget store vindkraftanlegg ved hvilke det opptrer ekstreme krefter, og hvis rotorblader går over fra det rørformede endeavsnitt for befestigelse til et vingeproiflavsnitt.

En stor letthet av materialet forbundet med en stor styrke fremkommer ved en utførelsesform ved hvilken rotorbladet i det vesentlige består av et glassfiberforsterket epoksyharpiks-komposittmateriale.

For oppnåelse av en bedre lastoverføring er tverrboltene fortrinnsvis innklebet i hullet. I tillegg fremkommer den fordel at tverrboltene kan holdes på pålitelig måte i den forutbestemte posisjon, også mens strekkelementene innbygges.

Særlig foretrukket kan det konsentrisk med hullet (hhv. tverrboltens) lengdeakse være anordnet en metallskive ved minst én, men fortrinnsvis begge ender av hullet. Disse skiver, som i sin form kan sammenliknes med underlagsskiver, anbringes i flukt med rotorbladrotens overflate i området for hullet og hindrer beskadigelse av hullkanten.

I en ytterligere foretrukket utførelsesform er det i hullet innsatt eller innklebet en hylse. Denne hylse er av et metallisk materiale og hindrer friksjon mellom veggen av hullet og tverrbolten. En eventuelt oppstående friseksjon finner sted mellom tverrbolten og hylsen.

De foran omtalte fordeler med et rotorblad ifølge oppfinnelsen fremkommer på liknende måte med en rotor for et vindkraftanlegg av den innledningsvis angitte type, hvor rotoren er utstyrt med et rotorblad ifølge oppfinnelsen. For unngåelse av gjentakelse henvises det derfor til den foregående beskrivelse med hensyn til de fordelaktige virkninger.

En foretrukket videreutvikling av rotoren ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at rotornavet oppviser et omløpende flensavsnitt med i hovedsaken T-formet tverrsnitt for tilkopling av rotorbladet, og at rotorbladet er sammenskrudd med flensavsnittet ved hjelp av flere strekkelementer som er forbundet med tverrbolter som er anbrakt på rotorbladet. Ved hjelp av det hensiktsmessig symmetriske, T-formede flensavsnitt kan det realiseres en symmetrisk kraftoverføring fra rotorbladet til navet, idet det i de to i hovedsaken i ett plan beliggende, frie avsnitt av det T-formede flensavsnitt er utformet gjennomgangsboringer som strekkelementene griper gjennom. På hensiktsmessig måte er de flere strekkelementer anordnet parvis i forhold til hverandre og i det vesentlige i to innbyrdes konsentrisk anordnede rekker.

Fordelene ifølge oppfinnelsen realiseres også ved et vindkraftanlegg som er utstyrt med en rotor og/eller et rotorblad av den foran beskrevne type. Med hensyn til de på denne måte oppnåelige fordeler ifølge oppfinnelsen henvises det til den foregående beskrivelse i forbindelse med et rotorblad og en rotor ifølge oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives på grunnlag av et utførelseseksempel på en rotor i et vindkraftanlegg under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser en forenklet fremstilling av et vindkraftanlegg ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser en snittfremstilling av befestigelsen ifølge oppfinnelsen av et rotorblad til et rotornav i et vindkraftanlegg,

fig. 3 viser et detaljriss av fig. 2, og

fig. 4 viser en snittfremstilling av en alternativ utførelse av oppfinnelsen.

Det på fig. 1 viste vindkraftanlegg 1 omfatter i det vesentlige et tårn 3 og en til dette festet gondol 5 for opptakelse av en generator 7 og en med denne direkte forbundet rotor 9. Rotoren 9 oppviser et rotornav 11 og tre til rotornavet 11 festede rotorblader 2. Ved hjelp av de på rotorbladets 2 virkende vindkrafter settes rotornavet 11 i rotasjon for å drive generatoren 7.

Den som ringgenerator formede generator 7 oppviser en stator 13 og en rotor 15. Rotoren 15 er sammen med rotornavnet 11 ved hjelp av hovedlagre 17 lagret på en akseltapp 19 som er fast forbundet med en såkalt maskinbærer 21. Maskinbæreren 21 er under formidling av et (ikke vist) dreielager svingbart lagret på tårnet 3 ved hjelp av asimutmotorer 23. Til maskinbæreren 21 er det videre festet en anordning 27 med anemomenter og vindfløy/værhane.

Fig. 2 viser en snittfremstilling av et avsnitt ved bladrotsiden av et rotorblad 2 i et vindkraftanlegg 1 ved hvilket det eksempelvis kan dreie seg om et såkalt horisontalakse-vindkraftanlegg, som vist på fig. 1.

Det på fig. 2 delvis viste rotorblad 2 er fremstilt som en lettvektskonstruksjon av et glassfiberforsterket epoksyharpiks-komposittmateriale og er ved hjelp av en rotorbladtilkopling 29 (fig. 1) ifølge oppfinnelsen forbundet med rotornavet 11, idet rotorbladet 2 er sammenskrudd med en tverrsnitt T-formet, omløpende eller periferisk forløpende flens 4 som på sin side er utformet i ett stykke med rotornavet 11. Det på fig. 1 viste avsnitt av rotorbladet 2 er - liksom flensen 4 - periferisk forløpende og i det vesentlige rørformet utformet, og går med økende avstand fra rotornavet 11 over i den (ikke viste) aerodynamisk virksomme rotorbladprofil. Mellom rotorbladtilkoplingen 29 og rotornavet 11 kan det være anordnet en bladadapter 31. Ved hjelp av en bladinnstillings-motor kan rotorbladet 2 sammen med bladtilkoplingen 29 og bladadapteren 31 dreies om rotorbladets 2 lengdeakse.

Fig. 2 viser den ifølge oppfinnelsen tilveiebrakte, tosidige utvidelse av rotorbladets 2 tverrsnitt i området for rotorbladroten 6, dvs. i utførelseseksempelets endeområde av det i hovedsaken rørformede avsnitt av rotorbladet 2 som i montert tilstand ligger an mot rotornavets 11 flens 4. På motsatt beliggende sideområder av rotorbladroten 6 er det dannet fortykningsavsnitt 8, 10 som sørger for en utvidelse av rotorbladets 2 avsnitt i retning mot rotorbladets 2 endeområde i området for rotorbladroten 6. Ved hjelp av det utvidede tverrsnitt oppnås det der en stor styrke. Fortykningsavsnittene 8, 10 kan eksempelvis fremstilles ved anbringelse av ekstra epoksyharpiks- og fibersjikt i ett stykke på rotorbladroten 6.

I området for rotorbladroten 6 er det anordnet gjennomgangshull 12 som er fordelt over rotorbladrotens omkrets. I disse hull 12 er det innsatt tverrbolter 16 av metall som forankringselementer inne i rotorbladet 2.

Tverrboltene 16 har en lengde som går utenfor tykkelsen av rotorbladroten 6, og i disses endeområder utenfor rotorbladroten 6 er gjennomgangshull anordnet på begge sider av rotorbladroten. Disse kan f.eks. oppvise (ikke viste) innergjenger. Disse samvirker med strekkelementer 20, 22 i form av sylindriske bolter av metalll. Disse strekkelementer 20, 22 kan være forsynt med en yttergjenge med hvilken de innskrues i den passende innergjenge i tverrbolten 16.

Strekkelementene 20, 22 strekker seg utenfor rotorbladet 2 på begge sider av rotorbladroten gjennom boringer 28, 30 i flensen 4. Ved hjelp av en på en (ytterligere) yttergjenge på strekkelementene 20, 22 påskrubar mutter 32, 34 under mellomkopling av en hylse eller en underlagsskive 36, 38 kan strekkelementene 20, 22 påvirkes med store strekkrefter, og således kan rotorbladet 2 trekkes fast mot flensen 4 og således rotornavet 11, slik at det frembringes en fast forbindelse mellom rotorbladet 2 og rotornavet 11.

Fig. 3 viser i forstørret målestokk et utsnitt av fig. 2. Det kan her særlig godt innses hvordan hylsen 15 er anordnet i hullet 12, tverrboltene 16 er anordnet i hylsen 15 og en skive 17 er anordnet rundt tverrboltene.

For at strekkelementene 20, 22 skal forløpe så nær overflaten av rotorbladets 2 rotområde 6 som mulig, anordnes skivene 17 i flukt med overflaten av rotorbladets 2 rotområde 6.

På liknende måte som tverrboltene 16 kan være innklebet i hullet 12, kan hylsen 15 være innklebet i hullet. Dermed kan bevegelser mellom tverrbolten 16 og veggen av hullet 12 unngås. Disse fremkommer i stedet mellom hylsen 15 og tverrbolten 16. Også når disse bevegelser på grunn av den faste innspenning av tverrbolten 16 ved hjelp av strekkelementene 20, 22 bare kan være ytterst små (såkalte mikrobevegelser), kan det på grunn av den varige belastning ellers likevel oppstå skader.

På fig. 4 er det vist en alternativ, enklere utførelse av oppfinnelsen. I denne utførelse forløper tverrboltene 16 alene inne i hullet 12 uten noen hylse. Tverrboltene 16 kan selvsagt igjen være innklebet i hullet 12, for å hindre en bevegelse mellom de to komponenter og dermed en avslipning av materialet i rotorbladroten 6, og samtidig holde tverrboltene 16 i sin forutbestemte posisjon under monteringen.

Den videre oppbygning svarer til oppbygningen av den kjente utførelsesform. Strekkelementene 20, 22 forløper gjennom flensen 4 og er under formidling av skiver 36, 38 festet med muttere 32, 34.

Ved realisering av rotorbladene ved vindkraftanlegg er det særlig fordelaktig når vindkratfanlegget er et anlegg ved hvilket rotorbladet bæres av en rotor og rotorbladene ved hjelp av styringskontroll kan innstilles i sin vinkel i forhold til vinden. Det kan her også være særlig fordelaktig dersom stigningsdrivanordningen ikke består bare av en, men av to eller tre stigningsdrivanordninger.

Claims (13)

1. Rotorblad (2) for et vindkraftanlegg (1), omfattende flere i området for rotorbladroten anordnede hull som er utformet som gjennomgangshull som strekker seg i hovedsaken på tvers av rotorbladets lengdeakse, tverrbolter (16) som er innsatt i hullene, og strekkelementer (20, 22) som kan forbindes med tverrboltene, idet tverrboltene har innergjenger og strekkelementene (20, 22) har yttergjenger passende til innergjengenes diameter, og strekkelementene er sammenskrudd med tverrboltene, karakterisert ved strekkeelementene (20, 22) forløper utenfor rotorbladroten (6).

2. Rotorblad ifølge krav 1, karakterisert ved at det er anordnet flere innbyrdes atskilte hull (12) for opptakelse av flere tverrbolter (16).

3. Rotorblad ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at rotorbladet (2) i området for rotorbladroten (6) har et utvidet tverrsnitt, og at hullet (12) eller hullene (12) er anordnet i området for det utvidede tverrsnitt.

4. Rotorblad ifølge krav 3, karakterisert ved at rotorbladets (2) tverrsnitt utvider seg på begge sider i retning mot et på navsiden beliggende endeavsnitt av rotorbladet.

5. Rotorblad ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at rotorbladet (2) i området for rotorbladroten (6) har et i hovedsaken rørformet endeavsnitt i hvilket flere hull (12) er utformet.

6. Rotorblad ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at det i hovedsaken består av et glassfiberforsterket epoksyharpiks-komposittmateriale.

7. Rotorblad ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at tverrboltene (16) er innklebet i hullene (12).

8. Rotorblad ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at en hylse (15) er anordnet i hullet (12), og at tverrbolten (16) er anordnet inne i hylsen (15).

9. Rotorblad ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at en metallskive (17) er anordnet konsentrisk med hullets (12) lengdeakse ved minst én ende av hullet.

10. Rotor for et vindkraftanlegg, omfattende et rotornav og minst ett til rotornavet festet rotorblad, karakterisert ved at det minst ene rotorblad (2) er utformet i overensstemmelse med ett av de foregående krav.

11. Rotor ifølge krav 10, karakterisert ved at rotornavet (11) har en periferisk forløpende, i tverrsnitt i hovedsaken T-formet flens (4) for tilkopling av rotorbladet (2), og at rotorbladet (2) er fastskrudd til flensen (4) ved hjelp av flere strekkelementer (20, 22) som er forbundet med tverrbolter (16), anordnet i rotorbladet (2).

12. Rotor ifølge krav 11, karakterisert ved at strekkelementene (20, 22) er anordnet parvis parallelt med hverandre og er anordnet i to i hovedsaken innbyrdes konsentriske anordnede rekker.

13. Vindkraftanlegg, karakterisert ved et rotorblad (2) ifølge ett av de foregående krav og/eller karakterisert ved en rotor (9) ifølge ett av de foregående krav.