具有漸細(xì)的根部套管的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制作方法
【專利摘要】一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的殼體結(jié)構(gòu)且包括根部區(qū)和翼型區(qū)。根部區(qū)具有環(huán)形橫截面，且包括具有內(nèi)螺紋(22)的多個(gè)長形套管(7)，且套管(7)有空隙地嵌入纖維增強(qiáng)聚合物中，以便基本順應(yīng)根部區(qū)的圓周，且允許從外側(cè)接近內(nèi)螺紋(22)。套管(7)形成為從其第二端朝其第一端成錐形地漸細(xì)，套管(7)的第一端布置在根部區(qū)的端面處。
【專利說明】具有漸細(xì)的根部套管的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括輪轂，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片當(dāng)安裝到輪轂上時(shí)從輪轂延伸，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的殼體結(jié)構(gòu)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括嵌入聚合物基體(polymer matrix)中的纖維,風(fēng)力渦輪機(jī)葉片沿縱向方向延伸，且具有包括壓力側(cè)和吸力側(cè)以及前緣和后緣的成型輪廓，所述緣限定所述緣之間的弦平面，當(dāng)沿縱向方向看時(shí)，該成型輪廓包括具有根部端面的根部區(qū)、翼型區(qū)以及根部區(qū)與翼型區(qū)之間的可選擇的過渡區(qū)，該根部區(qū)具有帶有外表面和內(nèi)表面的環(huán)形橫截面，根部區(qū)包括多個(gè)長形緊固構(gòu)件，長形緊固構(gòu)件設(shè)有緊固裝置且相互間隔開地嵌入纖維增強(qiáng)聚合物中以便基本順應(yīng)根部區(qū)的圓周，且允許從外側(cè)接近用于將葉片安裝到輪轂上的緊固裝置，緊固構(gòu)件包括布置在根部端面處的第一端、與其第一端相對(duì)的第二端，以及包括外表面、內(nèi)表面、第一側(cè)面和相對(duì)的第二側(cè)面的外周界。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力渦輪機(jī)葉片且由此同樣其根部區(qū)通常通過沿弦平面組裝實(shí)質(zhì)上分別對(duì)應(yīng)于吸力側(cè)和壓力側(cè)的兩個(gè)葉片半(blade halves)制成。然而，葉片還可通過所謂的中空模制(hollow moulding)來以其整體模制。
[0003]根部區(qū)包括形成外層和內(nèi)層的纖維層，在外層與內(nèi)層之間放置了采用套管形式的緊固構(gòu)件。分開形成的插入件可放置在每對(duì)相鄰的套管之間，由此套管通過插入件相互分開。已知的插入件由嵌入適合的樹脂中的玻璃纖維制成。
[0004]與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片有關(guān)的潛在問題為從根部區(qū)的纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)到風(fēng)力渦輪機(jī)的輪轂的負(fù)載轉(zhuǎn)移。從葉片到輪轂的連接和負(fù)載轉(zhuǎn)移特別地通過由將螺栓擰入放置在根部中的套管中或借助于擰到擰入套管中的雙頭螺栓上的螺母將葉片安裝到輪轂上來提供。在螺栓數(shù)目且由此套管數(shù)目必須增大以應(yīng)對(duì)給定的負(fù)載的情況下，套管之間的纖維復(fù)合材料的剩余面積減小。這可導(dǎo)致根部連接未被足夠地支承以承受負(fù)載，由此葉片根部與輪轂之間的連接可能失效，是因?yàn)樘坠芪幢蛔銐虻毓坛衷趶?fù)合材料中且因此從根部區(qū)的復(fù)合材料中被拉出。這在使用長的且由此重的葉片時(shí)尤其成問題。
[0005]WO 2010/018225提供了一種制造包括鋼線或鋼纖維增強(qiáng)聚合物基體的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法。然而，該文獻(xiàn)沒有解決如何將根部區(qū)設(shè)計(jì)成承受葉片根部與輪轂之間的連接中的極端負(fù)載的問題。
[0006]EP 2 138 716描述了一種設(shè)在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的層疊結(jié)構(gòu)(lamination)中的葉片插入件。該插入件由兩部分組成，即，頭部和本體。頭部設(shè)計(jì)成以便能夠?qū)⒉迦爰Q到另一個(gè)結(jié)構(gòu)上。本體具有圓柱形外部且具有圓錐形的腔。由此，本體提供了到葉片層疊結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)過渡。
[0007]WO 03/057457公開了一種包括具有設(shè)在套管延伸部中的楔形件的根部端套管的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
[0008]GB 2 191 249公開了一種用于RAM的空氣渦輪機(jī)的葉片。該葉片為與金屬材料的座整體結(jié)合地形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種具有根部區(qū)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其克服現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺陷或至少提供一種有用的備選方案。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，所描述的類型的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的根部區(qū)設(shè)有至少一定數(shù)目的長形緊固構(gòu)件，長形緊固構(gòu)件形成以具有縱向區(qū)段，在該縱向區(qū)段中，外周界沿從緊固構(gòu)件的第二端朝第一端的方向在緊固構(gòu)件的縱向范圍的至少10%漸細(xì)。
[0011]緊固構(gòu)件的外周界可提供縱向上的漸細(xì)區(qū)段。換言之，外周界的區(qū)段形成緊固構(gòu)件的縱向上的漸細(xì)區(qū)段。在緊固構(gòu)件具有局部波狀(corrugated)表面的情況下，該漸細(xì)可由外周界的包絡(luò)線(envelope)形成，即，順著波狀表面的頂點(diǎn)的線。
[0012]在風(fēng)力渦輪機(jī)的使用期間，嵌入聚合物基體中的緊固構(gòu)件受到趨于將緊固構(gòu)件從根部區(qū)中拉出的力。然而，由于緊固構(gòu)件形成為以便成漸細(xì)的或具有外周界的包絡(luò)線，該外周界的包絡(luò)線設(shè)有沿從第二端朝第一端的方向漸細(xì)的縱向上的漸細(xì)區(qū)段，緊固構(gòu)件的形狀趨于在受到上述力時(shí)防止緊固構(gòu)件被拉出。換言之，縱向上的漸細(xì)區(qū)段趨于將緊固構(gòu)件固持在根部區(qū)中。
[0013]由下文而清楚的是，外周界或換言之，緊固構(gòu)件(優(yōu)選為套管)的外部朝葉片的根部端漸細(xì)。因此，用語〃外表面"、〃徑向外表面"、〃內(nèi)表面〃和〃徑向內(nèi)表面〃僅限定分別面朝殼體結(jié)構(gòu)的外表面和內(nèi)表面的外部側(cè)面(exterior side)。因此，緊固構(gòu)件或套管的外部漸細(xì)增大了抗拉出強(qiáng)度(pull-out strength)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，相鄰的緊固構(gòu)件可被布置使得相鄰的緊固構(gòu)件的縱向上的漸細(xì)區(qū)段面向彼此。
[0015]該漸細(xì)區(qū)段可線性地漸細(xì)。然而，應(yīng)注意的是，漸細(xì)區(qū)段可以以任何方式漸細(xì)，例如，階梯式。
[0016]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在縱向上的漸細(xì)區(qū)段的縱向范圍內(nèi)，緊固構(gòu)件的縱向上的漸細(xì)區(qū)段可在緊固構(gòu)件的整個(gè)圓周延伸。
[0017]因此，縱向上的漸細(xì)區(qū)段在其橫截面為圓形的情況下，可具有圓錐形狀。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，縱向上的漸細(xì)區(qū)段可在緊固構(gòu)件的縱向范圍的至少20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100% 延伸。
[0019]當(dāng)漸細(xì)區(qū)段在緊固構(gòu)件的整個(gè)范圍延伸并且當(dāng)漸細(xì)區(qū)段在緊固構(gòu)件的整個(gè)圓周延伸時(shí)，獲得了緊固構(gòu)件的最佳固持。
[0020]此外，縱向上的漸細(xì)區(qū)段的外表面可為基本平滑的。然而，應(yīng)注意的是，縱向上的漸細(xì)區(qū)段的外表面還可為波狀的或具有趨于改善根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的緊固構(gòu)件的固持的別的表面結(jié)構(gòu)。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，長形緊固構(gòu)件的任何橫截面都可實(shí)質(zhì)上為垂直其縱軸線的圓形。
[0022]結(jié)果，緊固構(gòu)件的制造由于緊固構(gòu)件的整體圓形形狀而相對(duì)簡單。
[0023]此外，緊固構(gòu)件的漸細(xì)區(qū)段可包括相對(duì)地布置的平坦表面，平坦表面向著彼此會(huì)聚(converging)。[0024]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，緊固構(gòu)件可為套管，而緊固裝置可為套管中的開孔中的螺紋。
[0025]可選擇地，緊固構(gòu)件可為桿，而緊固裝置可為桿的外螺紋。
[0026]在有利的實(shí)施例中，根部區(qū)還可包括分開的預(yù)先制成的插入件，該插入件由纖維增強(qiáng)聚合物形成且布置在緊固構(gòu)件的相鄰側(cè)面之間的區(qū)中，優(yōu)選為在緊固構(gòu)件的相鄰側(cè)面之間的每個(gè)區(qū)中，所述插入件包括基本對(duì)應(yīng)于相鄰緊固構(gòu)件的側(cè)面之間的區(qū)的第一插入件部分。
[0027]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第一插入件部分的相對(duì)的側(cè)面基本鄰接相鄰緊固構(gòu)件的縱向上的漸細(xì)區(qū)段。
[0028]優(yōu)選地，緊固構(gòu)件的鄰接側(cè)面和第一插入件部分形成為與彼此基本互補(bǔ)，使得它們實(shí)質(zhì)上在其整個(gè)范圍彼此鄰接。換言之，當(dāng)緊固構(gòu)件的外側(cè)面為凸面時(shí)，第一插入件部分的外側(cè)面為凹面。
[0029]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，面朝根部區(qū)的外表面的第一插入件部分的徑向外部面(outerface)和面朝根部區(qū)的內(nèi)表面的第一插入件部分的徑向內(nèi)部面(inner face)可為基本平坦的。
[0030]根據(jù)另外的實(shí)施例，第一插入件部分可至少在相鄰的緊固構(gòu)件的整個(gè)縱向范圍延伸。
[0031]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，插入件還可包括第二插入件部分，第二插入件部分為延伸超過相鄰緊固構(gòu)件的第二端的第一插入件部分的楔形的漸細(xì)延伸部。
[0032]插入件可包括金屬纖維，優(yōu)選為鋼纖維。
[0033]因此，與僅包括嵌入聚合物基體中的非金屬纖維(如，玻璃纖維和/或碳纖維)的插入件相比，該插入件的剛性被改善。改善的剛性提供了改善的緊固構(gòu)件的固持，且由此提供了改善的緊固構(gòu)件的抗拉出強(qiáng)度。
[0034]插入件可包括包括金屬纖維的第一層和包括與金屬纖維不同類型的纖維(優(yōu)選為玻璃纖維和/或碳纖維)的中間第二層。
[0035]此外，金屬纖維(優(yōu)選為鋼纖維)可牢固地固定到緊固構(gòu)件上，以便從其延伸，金屬纖維優(yōu)選地至少固定到緊固構(gòu)件的第二端上。
[0036]從緊固構(gòu)件延伸的金屬纖維改善了根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的緊固構(gòu)件的固持，且由此改善了緊固構(gòu)件的抗拉出強(qiáng)度。
[0037]纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的聚合物基體可為樹脂，如，環(huán)氧樹脂、聚酯或乙烯基酯，且如以上所提到的，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的纖維可基于玻璃纖維和/或碳纖維和/或金屬纖維。然而，應(yīng)注意的是，可使用任何類型的纖維。此外，應(yīng)注意的是，任何類型的聚合物可用于聚合物基體。
[0038]盡管優(yōu)選的是，長形緊固構(gòu)件具有圓形的橫截面，但應(yīng)注意的是，它們具有任何橫截面，例如，矩形或正方形。
[0039]在有利的實(shí)施例中，根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維按體積的至少20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%或100%為金屬纖維，其余的纖維優(yōu)選為玻璃纖維和/
或碳纖維。
[0040]金屬纖維可具有在0.04mm到1.0mm之間的范圍內(nèi)或在0.07到0.75mm之間的范圍內(nèi)或在0.1到0.5mm之間的范圍內(nèi)的橫截面尺寸。[0041]短語〃金屬纖維〃在這里覆蓋了金屬纖維本身、金屬絲以及金屬線。
[0042]此外，金屬纖維、金屬絲或金屬線可涂有另一種金屬，以便改善纖維、絲或線與聚合物基體之間的粘附性。舉例來說，鋼纖維可涂有鋅或黃銅。
[0043]有利的是，緊固構(gòu)件(或套管)被結(jié)合到根部區(qū)的復(fù)合材料中。更有利的是，緊固構(gòu)件被層疊至根部區(qū)的復(fù)合材料中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]下文參照附圖更詳細(xì)地闡釋了本發(fā)明，在附圖中 圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)，
圖2為根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意性透視圖，
圖3為根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的第一實(shí)施例的根部區(qū)的一部分的透視的縱截面視圖，其包括緊固構(gòu)件的第一實(shí)施例，
圖4示出了圖3中示出的根部區(qū)的一部分，
圖5為長形緊固構(gòu)件的第二實(shí)施例的示意性視圖，
圖6A示出了長形緊固構(gòu)件的第三實(shí)施例，
圖6B示出了長形緊固構(gòu)件的第四實(shí)施例，
圖7示出了長形緊固構(gòu)件的第五實(shí)施例，
圖8示出了長形緊固構(gòu)件的第六實(shí)施例，
圖9以放大的比例示出了圖3的細(xì)節(jié)且公開了挨著分開的預(yù)先制成的插入件布置的采用套管形式的緊固構(gòu)件，
圖1Oa至圖1Od示出了包括縱向上的漸細(xì)區(qū)段的長形緊固構(gòu)件的四個(gè)不同實(shí)施例，以
及
圖1Oe至圖1Og示出了不同的縱向上的漸細(xì)區(qū)段的四個(gè)不同橫截面。
【具體實(shí)施方式】
[0045]圖1示出了根據(jù)所謂的〃丹麥概念(Danish concept) 〃的常規(guī)現(xiàn)代逆風(fēng)型風(fēng)力渦輪機(jī)24，其具有塔架36、機(jī)艙25和具有基本水平的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括輪轂23和從輪轂23徑向延伸的三個(gè)葉片2，各個(gè)葉片均具有最靠近輪轂的葉片根部31和離輪轂23最遠(yuǎn)的葉片末梢32。
[0046]如從圖2明顯地看到，葉片2包括具有最靠近輪轂的根部端面29的根部區(qū)26、離輪轂最遠(yuǎn)的翼型區(qū)27以及根部區(qū)26與翼型區(qū)27之間的過渡區(qū)域28。翼型區(qū)27具有理想的或幾乎理想的葉片形狀，而根部區(qū)26具有基本圓形的橫截面，這減少了風(fēng)暴負(fù)載且使得將葉片2安裝到輪轂23上更容易且更安全。優(yōu)選地，葉片根部31的直徑沿整個(gè)根部區(qū)26為恒定的。過渡區(qū)28具有從根部區(qū)26的圓形形狀到翼型區(qū)27的翼型外形逐漸變化的形狀。過渡區(qū)28的寬度隨著與輪轂23的距離增大而基本線性地增大。
[0047]葉片通常由通過基本沿葉片的弦平面35被膠合或螺栓栓接在一起來組裝的兩個(gè)葉片半制成。葉片2包括在葉片2安裝到輪轂23上時(shí)面向葉片2的旋轉(zhuǎn)方向的前緣34和面向前緣34的相反方向的后緣33。弦平面35在葉片2的前緣34與后緣33之間延伸。應(yīng)注意的是，弦平面不必然在其整個(gè)范圍筆直地延展(run)，由于葉片可扭曲和/或彎曲，因此為弦平面提供對(duì)應(yīng)的扭曲和/或彎曲的進(jìn)程(course)，這是最常見的情況，以便補(bǔ)償取決于距輪轂的半徑的葉片的局部速度。由于圓形的橫截面，根部區(qū)26不對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)的產(chǎn)出做貢獻(xiàn)，且事實(shí)上，由于風(fēng)阻力其略微降低了產(chǎn)出。
[0048]如圖3和圖4中所示，包括根部區(qū)26的葉片形成為殼體結(jié)構(gòu)。根部區(qū)26的殼體結(jié)構(gòu)為環(huán)形的，且包括外表面3和相對(duì)地布置的內(nèi)表面4,外表面3由有利地為玻璃纖維和/或碳纖維的纖維增強(qiáng)聚合物基體和樹脂(如，環(huán)氧樹脂、聚酯或乙烯基酯)的外層5形成，而內(nèi)表面4由與外層5相同材料制成的內(nèi)層6形成。具有緊固裝置22的長形緊固構(gòu)件7放置在層5、6之間。緊固構(gòu)件設(shè)有縱向上的漸細(xì)區(qū)段15。
[0049]有利的是，長形緊固構(gòu)件7為具有圓形橫截面的套管，且包括具有內(nèi)螺紋22作為緊固裝置的中心開孔12。套管7包括第一端9和相對(duì)地布置的第二端10。套管7的第一端9放置在根部區(qū)的根部端面29處。套管7布置成相互間隔開的，以便基本順應(yīng)根部區(qū)的圓周，且允許從外側(cè)接近緊固裝置22，即，用于將葉片安裝到輪轂上的螺紋。如圖9中所示，相對(duì)于根部區(qū)來看，緊固構(gòu)件7的外周界11包括徑向外表面11a、相對(duì)的徑向內(nèi)表面lib、第一側(cè)面11c，以及相對(duì)的側(cè)面lid。
[0050]包括金屬纖維13的中間固持裝置布置在緊固構(gòu)件7( S卩，本實(shí)例中的套管)的相鄰的有空隙的側(cè)表面IlcUld之間的每個(gè)區(qū)中。此外，在本實(shí)施例中，中間固持裝置由分開制造的插入件39形成。如從圖9中所呈現(xiàn)的那樣，插入件39包括第一插入件部分40和第二插入件部分41。第一插入件部分40實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于相鄰的套管7的側(cè)面IlcUld之間的區(qū)，且設(shè)有與相鄰的套管7的側(cè)面IlcUld互補(bǔ)地形成的相對(duì)的側(cè)面42、43。當(dāng)沿周向方向看時(shí)，插入件39基本延伸到挨著相鄰的套管。此外，如圖9中清楚地看到，第一插入件部分40從套管7的第一端延伸，且延伸超過其第二端。第二插入件部分41為第一插入件部分40的楔形的漸細(xì)延伸部。
[0051]插入件39具有面朝根部區(qū)內(nèi)表面的內(nèi)表面64和面朝根部區(qū)外表面的外表面65。表面64、65在第一插入件部分40中平行,而在第二插入件部分41中內(nèi)表面64朝著外表面65漸細(xì)。
[0052]如圖9中所示，由分開制造且預(yù)先形成的插入件39形成的中間固持裝置包括一定數(shù)目的包括金屬纖維的第一層16和包括不同于金屬纖維的第二纖維材料38的中間第二層37。包括金屬纖維13的第一層16可由包括金屬纖維的墊形成。金屬纖維優(yōu)選為具有玻璃纖維的彈性模量的至少兩倍的(優(yōu)選為三倍)彈性模量的材料。用于金屬纖維的優(yōu)選材料為鋼。鋼纖維或鋼絲還可形成為鋼線，鋼線具有在0.04mm到1.0mm之間的范圍內(nèi)，或在
0.07mm到0.75mm之間的范圍內(nèi)，在0.1mm到0.5mm之間的范圍內(nèi)的橫截面尺寸。包括與金屬纖維不同的類型的纖維的第二層37優(yōu)選為包括玻璃纖維和/或碳纖維。層37可由纖維墊形成。在插入件39的制造期間，包括金屬纖維的層和包括不同于金屬纖維的第二類型的纖維的層嵌入適合的樹脂中，如，聚酯、環(huán)氧樹脂或乙烯基酯。
[0053]特別如圖3中所示，金屬纖維13在鄰近套管7的第二端10處牢固地固定到套管
7。在圖3中，金屬纖維13固定到套管7的端面上，而圖9中的金屬纖維13固定到鄰近套管7的第二端9的套管7的外表面11上。
[0054]如圖9中所示，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15沿套管7的整個(gè)范圍延伸，以便套管7的全部外表面11從套管7的第二端10到套管7的第二端9漸細(xì)。因此，圖9中示出的套管7在其整個(gè)范圍具有圓錐形狀和圓形橫截面。然而，應(yīng)注意的是，在其它實(shí)施例中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15可具有較短的范圍，以便沿套管7的縱向范圍的至少10%、至少25%、至少50%或至少75%延伸。就圖9而言，還應(yīng)注意的是，如沿周向方向所見，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15沿周向方向在360°延伸。然而，應(yīng)注意的是，當(dāng)沿周向方向看時(shí)，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15可僅在周界的一部分延伸。
[0055]此外，在圖9中示出的實(shí)施例中，套管7的外周界或表面11鄰接插入件39的第一插入件部分40的相鄰側(cè)面43。盡管未在圖9中示出，但另外一個(gè)套管的外表面鄰接第一插入件部分40的相對(duì)的側(cè)面43。側(cè)面42、43與鄰接的套管7的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15互補(bǔ)地形成。因此，在本實(shí)施例中，第一插入件部分40的側(cè)面42、43具有與套管7的外部圓錐形狀互補(bǔ)的形狀。如以上所提到的，套管7的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15在套管7的整個(gè)范圍延伸。然而，區(qū)段15可具有小于套管7的整個(gè)范圍的其第一端66與其第二端67之間的范圍。
[0056]縱向上的漸細(xì)區(qū)段15的漸細(xì)角度可在?。到45°之間或7°到30°之間。此外，應(yīng)注意的是，包括其縱向上的漸細(xì)區(qū)段15的套管7可被包裹在玻璃纖維中或金屬纖維(例如，金屬絲線(metal wool))中，以便增大套管7與根部的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的粘附性。
[0057]如圖3中所指出的，沿葉片的縱向方向看，楔形元件17可布置在套管7后面。該元件17的第一端18布置成與套管7的第二端鄰接，而該元件17的第二端19是漸細(xì)的。楔形元件17由輕木或硬聚合物泡沫或另一種類似的材料制成。在縱截面視圖中，套管7和鄰接的楔形元件17具有對(duì)應(yīng)于插入件39形狀的形狀，使得根部區(qū)的壁厚沿葉片的縱向方向逐漸減小。
[0058]如之前所提到的，圖3和圖9公開了牢固地固定到套管7上的金屬纖維13。
[0059]然而，如圖4中更加清楚地示出，套管7設(shè)有金屬纖維13，該金屬纖維13具有牢固地固定到套管7的第二端10上、尤其是固定到套管7的端面上的第一纖維端201和終止于相對(duì)的第二纖維端202的向外延伸的部分203。如所提到的，金屬纖維13可固定到套管7的端面上和/或在套管7的外表面11處靠近套管7的端面。
[0060]如圖4中所示，纖維13以扇形的方式從套管7的第二端10延伸，以便相鄰纖維的第二纖維端202之間的距離超過相鄰纖維的第一端201之間的距離。金屬纖維13的向外延伸的部分203嵌入根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的聚合物基體中。除金屬纖維13外，根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括另外的纖維，其也可為金屬纖維和/或除金屬纖維外的纖維，如，碳纖維和/或玻璃纖維。優(yōu)選地，金屬纖維為鋼纖維，且取決于所考慮的最適合的方法，以及還取決于纖維和套管7的材料，金屬纖維可通過焊接、鑄造、膠合、軟釬焊或硬釬焊而牢固地固定到套管7上。然而，金屬纖維還可通過機(jī)械裝置牢固地固定到套管7上。舉例來說，金屬纖維13的第一纖維端可牢固地夾持在套管7的部分之間，如，夾持在套管7中的經(jīng)壓縮的開口中。
[0061]圖5示出了包括牢固地固定到套管7的外周界11上的金屬纖維13的套管7的第二實(shí)施例的一部分。套管7的外周界11為波狀的，以增大其表面面積。此外，套管7包括沿從套管7的第二端10朝其第一端(未示出)的方向漸細(xì)的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15。
[0062]圖6A示出了設(shè)有縱向上的漸細(xì)區(qū)段15和向外延伸的金屬纖維13的套管7的第三實(shí)施例。金屬纖維13布置成單向的纖維束204。各個(gè)束204均牢固地固定到套管7的第二端10上。束204以分開的環(huán)列(circular row)形式固定到第二端10上。第一環(huán)列放置在第二端10的周界附近，而第二環(huán)列放置在第一列內(nèi)。套管7和纖維束204嵌入根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的聚合物基體中。另外的纖維，如，鋼纖維或不同于金屬材料的纖維，優(yōu)選放置在束204之間的區(qū)域中。如所示的，套管7設(shè)有從套管7的第二端10朝其第一端(未示出)漸細(xì)的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15。
[0063]圖6B示出了包括縱向上的漸細(xì)區(qū)段15和金屬纖維13的套管7的第四實(shí)施例。金屬纖維13單向地布置，且各纖維分開地牢固地固定到套管7上。套管7設(shè)有從套管7的第二端10朝其第一端(未示出)漸細(xì)的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15。
[0064]圖7示出了包括縱向上的漸細(xì)區(qū)段15和金屬纖維13的套管7的第五實(shí)施例。金屬纖維13成束204地牢固地固定到第二端10上，且被多向地布置。如圖所示，不同于金屬纖維的第二纖維材料38的層布置在從套管7的第二端10延伸的纖維束204之間，使得基本形成扇形。然而，如所示的，一些金屬纖維13可橫穿且經(jīng)過不同于金屬纖維的第二纖維材料38的層。如以上所提到的，套管7、金屬纖維13和第二纖維材料38嵌入根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的聚合物基體中。優(yōu)選地，第二纖維材料38的層由玻璃纖維和/或碳纖維制成。
[0065]套管7設(shè)有從套管7的第二端10朝其第一端(未示出)漸細(xì)的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15。
[0066]圖8示出了設(shè)有金屬纖維13的長形套管7的第六實(shí)施例。金屬纖維13布置在金屬纖維13的分開的層205中，所述層采用纖維束、纖維墊或纖維條的形式。纖維束、纖維墊或纖維條的第一端牢固地固定到套管7的第二端10上。在金屬纖維13的層205之間，布置了不同于金屬的第二纖維材料的層206。金屬纖維的層205和第二纖維材料的層206嵌入根部區(qū)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的聚合物基體中。
[0067]套管7設(shè)有周向的波狀外表面，該外表面設(shè)有從套管7的第二端10朝其第一端(未示出)漸細(xì)的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15。
[0068]金屬纖維、金屬絲或金屬線可具有在0.04mm到1.0mm之間的范圍內(nèi)，或在0.07mm到0.75mm之間的范圍內(nèi)，或在0.1mm到0.5mm之間的范圍內(nèi)的橫截面尺寸。在縱向的緊固構(gòu)件(如，套管7)的一些實(shí)施例中，金屬纖維可形成為纖維墊、纖維條或纖維束，其可為單向的墊、條或束，多向的墊、條或束，織造的墊或條或包括短切纖維(chopped fibre)的墊或條。此外，金屬纖維、金屬絲或金屬線可被并入包括不同于金屬纖維的類型的纖維(如，碳纖維和/或玻璃纖維)的墊、條或束中，即，金屬纖維可被并入所謂的混合墊、條或束中。
[0069]墊、條或束的金屬纖維按體積的百分比可為20%，30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%或100%，其余的纖維為不同類型的纖維，優(yōu)選為玻璃纖維和/或碳纖維。對(duì)應(yīng)地，在提供了金屬纖維的根部區(qū)中的金屬纖維按體積的百分比可為20%’ 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%或100%，其余的纖維為不同類型的纖維，優(yōu)選為玻璃纖維和/或碳纖維。
[0070]圖1Oa至圖1Oc示出了包括縱向上的漸細(xì)區(qū)段15的長形套管7的另外的不同實(shí)施例。
[0071]在圖1Oa中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15當(dāng)沿套管7的縱向方向看時(shí)放置在套管7的中心部分處，且在套管7的縱向范圍的大約50%延伸。套管7和/或縱向上的漸細(xì)區(qū)段15的橫截面可具有圖1Od至圖1Og中示出的任何橫截面或任何其它橫截面?？v向上的漸細(xì)區(qū)段15沿從套管7的第二端10朝套管7的第一端9的方向漸細(xì)?？v向上的漸細(xì)區(qū)段15不必在其整個(gè)圓周漸細(xì)。此外且如以上提到的，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15不必在套管7的整個(gè)范圍延伸。
[0072]在圖1Ob中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15在套管7的縱向范圍的大約10%到15%延伸?？v向上的漸細(xì)區(qū)段15布置在套管7的中心部分中且布置在鄰近套管7的第二端10的套管7的第一部分與在套管7的第一端處且具有比第一部分更小的橫截面尺寸的套管7的第二部分之間。
[0073]在圖1Oc中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15在套管7的縱向范圍的大約50%延伸且布置在套管7的第一端9處?？v向上的漸細(xì)區(qū)段15沿從套管7的第二端10朝套管7的第一端9的方向漸細(xì)。
[0074]圖1Od至圖1Og中示出的橫截面為套管7的縱向上的漸細(xì)區(qū)段15的不同的可能的橫截面。
[0075]在圖1Od中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15具有在其整個(gè)縱向范圍實(shí)質(zhì)上正方形的橫截面。
[0076]在圖1Oe中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15具有在其整個(gè)范圍的橢圓形橫截面，區(qū)段15的相對(duì)的側(cè)部分具有實(shí)質(zhì)上圓形的形狀，以便鄰接相鄰的插入件39的互補(bǔ)地形成的側(cè)面。漸細(xì)區(qū)段15還具有相對(duì)的平坦表面。
[0077]在圖1Of中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15還具有包括相對(duì)的實(shí)質(zhì)上圓形的面和相對(duì)的平坦面的實(shí)質(zhì)上橢圓形的橫截面。在該實(shí)施例中，相對(duì)的平坦面適于鄰接相鄰的插入件的平坦的側(cè)面。
[0078]在圖1Og中，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15具有在其整個(gè)縱向范圍的圓錐形狀。
[0079]盡管縱向上的漸細(xì)區(qū)段15已經(jīng)示為連續(xù)地漸細(xì)的，但應(yīng)注意的是，縱向上的漸細(xì)區(qū)段15還可沿從所公開的實(shí)施例中的示為套管7的長形緊固構(gòu)件的第二端朝第一端的方向階梯式地漸細(xì)。
[0080]參考標(biāo)記清單 2風(fēng)力渦輪機(jī)葉片 3根部的外表面
4根部的內(nèi)表面 5外層 6內(nèi)層
7長形緊固構(gòu)件(套管)
9緊固構(gòu)件的第一端 10緊固構(gòu)件的第二端 11緊固構(gòu)件的外周界 Ila徑向外表面 Ilb徑向內(nèi)表面 Ilc第一側(cè)面 Ild第二側(cè)面 12中心開孔13金屬纖維15縱向上的漸細(xì)區(qū)段16包括金屬纖維的第一層17楔形元件18元件的第一端19元件的第二端22緊固裝置(內(nèi)螺紋)
23輪轂
24風(fēng)力渦輪機(jī)
25機(jī)艙
26根部區(qū)
27翼型區(qū)
28過渡區(qū)
29根部端面
31葉片根部
32葉片末梢
33后緣
34前緣
35弦平面
36塔架
37第二層
38第二纖維材料
39插入件
40第一插入件部分
41第二插入件部分
42插入件的側(cè)面
43插入件的側(cè)面
64插入件的內(nèi)表面
65插入件的外表面
66區(qū)段15的第一端
67區(qū)段15的第二端
201第一纖維端
202第二纖維端
203金屬纖維的向外延伸部分
204金屬纖維束
205金屬纖維的分開的層
206第二纖維材料的層
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括輪轂，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片當(dāng)安裝到所述輪轂上時(shí)從所述輪轂延伸，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的殼體結(jié)構(gòu)，所述纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括嵌入聚合物基體中的纖維，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片沿縱向方向延伸，且具有包括壓力側(cè)和吸力側(cè)以及前緣和后緣的成型輪廓，所述緣限定在所述緣之間的弦平面，當(dāng)沿所述縱向方向看時(shí)，所述成型輪廓包括具有根部端面的根部區(qū)，翼型區(qū)以及所述根部區(qū)與所述翼型區(qū)之間的可選擇的過渡區(qū)， 所述根部區(qū)具有帶有外表面和內(nèi)表面的環(huán)形橫截面， 所述根部區(qū)包括多個(gè)長形緊固構(gòu)件，所述長形緊固構(gòu)件設(shè)有緊固裝置且相互間隔開地嵌入所述纖維增強(qiáng)聚合物中以便基本順應(yīng)所述根部區(qū)的圓周，且允許從所述外側(cè)接近用于將所述葉片安裝到所述輪轂上的所述緊固裝置， 所述緊固構(gòu)件包括布置在所述根部端面處的第一端、與其所述第一端相對(duì)的第二端，以及包括外表面、內(nèi)表面、第一側(cè)面和相對(duì)的第二側(cè)面的外周界， 其特征在于，至少一定數(shù)目的所述長形緊固構(gòu)件形成以具有縱向上的漸細(xì)區(qū)段，在所述漸細(xì)區(qū)段中，所述外周界沿從所述緊固構(gòu)件的所述第二端朝所述第一端的方向在所述緊固構(gòu)件的縱向范圍的至少10%漸細(xì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，相鄰的緊固構(gòu)件布置成使得相鄰的緊固構(gòu)件的縱向上的漸細(xì)區(qū)段面向彼此。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，在所述縱向上的漸細(xì)區(qū)段的縱向范圍內(nèi)，所述緊固構(gòu)件的所述縱向上的漸細(xì)區(qū)段在所述緊固構(gòu)件的整個(gè)圓周延伸。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述縱向上的漸細(xì)區(qū)段在所述緊固構(gòu)件的縱向范圍的至少20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 100%延伸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述縱向上的漸細(xì)區(qū)段的所述外周界為基本平滑的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述長形緊固構(gòu)件的任何橫截面為垂直于其縱軸線的圓形。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述緊固構(gòu)件的所述縱向上的漸細(xì)區(qū)段包括相對(duì)地布置的平坦表面，所述平坦表面向著彼此會(huì)聚。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述緊固構(gòu)件為套管且所述緊固裝置為所述套 管中的開孔中的螺紋。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述根部區(qū)還包括插入件，所述插入件分開地由纖維增強(qiáng)聚合物形成且布置在所述緊固構(gòu)件的相鄰側(cè)面之間的區(qū)中，優(yōu)選地布置在所述緊固構(gòu)件的相鄰側(cè)面之間的每個(gè)區(qū)中，所述插入件包括基本對(duì)應(yīng)于相鄰的所述緊固構(gòu)件的側(cè)面之間的區(qū)的第一插入件部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述第一插入件部分的相對(duì)的側(cè)面基本鄰接相鄰的所述緊固構(gòu)件的所述縱向上的漸細(xì)區(qū)段。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求9至10中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，面朝所述根部區(qū)的所述外表面的所述第一插入件部分的徑向外部面和面朝所述根部區(qū)的所述內(nèi)表面的所述第一插入件部分的徑向內(nèi)部面為基本平坦的。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述第一插入件部分至少在相鄰的所述緊固構(gòu)件的整個(gè)縱向范圍延伸。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述插入件還包括第二插入件部分，所述第二插入件部分為延伸超過相鄰的所述緊固構(gòu)件的所述第二端的所述第一插入件部分的楔形的漸細(xì)延伸部。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述插入件包括優(yōu)選地為鋼纖維的金屬纖維。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，優(yōu)選地為鋼纖維的金屬纖維牢固地固定到所述緊固構(gòu)件上，以便從所述緊固構(gòu)件延伸，所述金屬纖維優(yōu)選為至少固定到所述緊固構(gòu)件的所述第二端上。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述 的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中，所述緊固構(gòu)件被層疊至所述根部區(qū)的復(fù)合材料中。
【文檔編號(hào)】B29C70/86GK103648754SQ201280028636
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月11日
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