專利名稱：葉片插入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風力渦輪機葉片的插入件。
背景技術(shù)：
風力渦輪機葉片通常通過機械式多點連接方式，如應力螺釘連接到該風 力渦輪機的輪轂上。同樣地，被分成多個模塊的葉片可以通過在稱為插入件 的金屬部件之間的機械連接進行裝配。葉根連接元件和中間連接元件的基本 功能是傳輸來自葉片迭層結(jié)構(gòu)的牽引和/或壓縮負荷。
最接近的現(xiàn)有技術(shù)是專利EP18789155,其金屬插入件沿軸向裝在葉片模 塊壁內(nèi)，該壁由帶有一系列孔的復合層構(gòu)成。復合材料層與插入件之間的結(jié) 構(gòu)連接是通過化學方法(粘合劑)來實現(xiàn)的，并定義為單剪切力式連接，因 為插入件的每一側(cè)都與復合材料層中孔的側(cè)面之一接觸。
然而，由風力作用產(chǎn)生在葉片上的負荷所引起的葉片迭層結(jié)構(gòu)上牽引和 /或壓縮負荷的傳輸非常大。這一問題可以通過用更多纖維和大的插入件加強 模塊壁來解決，但是葉片過重將增加風力渦輪的負荷，這是不期望出現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)恰當?shù)呢摵蓚鬏?，提供一專門的插入件，其以雙剪切力式連接 的方式安裝在葉片迭層結(jié)構(gòu)中。
插入件由兩個限定部分構(gòu)成，即頭部和主體，頭部設計成將插入件旋入 另一結(jié)構(gòu)(例如，風力渦輪轂軸承或與另一葉片模塊對應的另一插入件)， 而主體包括具有圓錐內(nèi)腔的圓柱形或圓錐形區(qū)域，用以將該插入件化學地連 接至該迭層結(jié)構(gòu)。
插入件與迭層結(jié)構(gòu)之間的連接包括兩個替代方式-
-第一種方式，插入件通過化學方式(粘合劑)在已固化的迭層結(jié)構(gòu)內(nèi)的 一機加工的腔內(nèi)與迭層結(jié)構(gòu)相連。
-第二種方式，在層壓步驟中將該插入件與一內(nèi)部部分連在一起嵌入迭層 結(jié)構(gòu)。在該迭層結(jié)構(gòu)固化期間，該復合材料樹脂通過化學方式將該迭層結(jié)構(gòu)粘接到插入件上。
我們正在討論的插入件的頭部根據(jù)其使用場合具有兩種替代方式，即用 于連接中間葉片部分的插入件或葉根插入件；
-第一替代方式，插入件具有一帶有通孔的金屬配件頭部； -第二替代方式，插入件頭部完全層壓并具有內(nèi)部螺紋區(qū)域。


下面的附圖用以解釋插入件的連接
圖l示出按照第一實施例的插入件連接和葉片壁迭層結(jié)構(gòu)的截面圖。 圖2示出了相應于上圖的插入件和迭層結(jié)構(gòu)之間連接的橫斷面； 圖3示出按照第二實施例的插入件連接和葉片壁迭層結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖4示出了相應于上圖的插入件和迭層結(jié)構(gòu)之間連接的橫斷面； 圖5和6示出了連接的一個截面，顯示了按照內(nèi)部所用的材料的剛性的負 荷傳輸；
圖7和8示出了按照本發(fā)明中葉片面積的插入件頭部的兩個實施例；這兩
個實施例的插入件分別用于葉片的不同部位；
圖9示出了按照圖7中實施例的兩個不同結(jié)構(gòu)插入件之間的連接； 圖10示出了按照圖7中實施例的金屬配件、插入件和螺栓之間插入連接
的截面圖11示出了用于圖7中實施例的固緊工具的實施例。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及葉片，其主要的迭層結(jié)構(gòu)(位于空氣動力翼型的頂部和底部 的中心區(qū)域)由固體疊片制成，其描述了一種葉片插件，其特征在于可以以 雙剪切力式連接使用在葉片上。
如圖1所示，本發(fā)明的葉片插入件包括兩個不同部分，頭部2和主體3， 頭部2設計成可通過錨固件9將插入件旋連至另一結(jié)構(gòu)1'、 2'、 3'，主體3設計 成通過粘合劑4固定于葉片迭層結(jié)構(gòu)1。
插入件主體3具有一帶有內(nèi)錐形空腔的圓柱形或圓錐形，而頭部，如圖 7和圖8所示，具有一螺旋區(qū)域或一帶有通孔的鑄鐵頭部區(qū)域，這取決于其 是作為一插入件安裝在葉片根部，還是作為葉片中間連接插入件。
這樣，在第一實施例中，插入件主體3和葉片迭層結(jié)構(gòu)1之間的連接通過加厚該連接點附近的迭層結(jié)構(gòu)l來實現(xiàn)，當該迭層結(jié)構(gòu)已經(jīng)固化后，可以將 其加工成旋轉(zhuǎn)幾何結(jié)構(gòu)，形成一與該插入件主體3的形狀相適配的錐形空腔， 且該主體3插在粘合劑4中，參見圖1和圖2。
在另一個連接實施例中，插入件嵌入葉片迭層結(jié)構(gòu)中，因此一粘結(jié)到插 入件主體3上的內(nèi)部部分5也被插入，如圖3所示，這就允許從葉片迭層結(jié)構(gòu) 到插入件頂部形成連續(xù)迭壓的復合材料層。
內(nèi)部部分5具有兩段， 一個是用粘合劑4與插入件主體3的圓錐內(nèi)腔的表 面粘接的圓錐形5.1，另一個是圓柱形空腔5.2及倒角。
內(nèi)部部分5可根據(jù)各應用所需的連接強度采用不同的材料。例如，當有 高強度的需求時則采用玻璃纖維這樣的剛性材料，當需要低強度時則采用如 泡沫或木材這樣較輕且剛性較低的材料。
各情況下的負荷傳輸8是不同的，如圖5和6所示，當剛性材料用于內(nèi)部 部分5時， 一部分負荷直接從插入件傳輸至迭層結(jié)構(gòu)l，而另一部份負荷從插 入件傳輸至內(nèi)部部分5，并隨后經(jīng)內(nèi)部部分5的表面?zhèn)髦廖挥诓迦爰獾牡鼘?結(jié)構(gòu)l，通過這種方式構(gòu)成了雙剪切力式連接，而當采用較輕且剛性較低的 材料時，插入件和該迭層結(jié)構(gòu)1之間的負荷傳輸8主要經(jīng)插入件的外側(cè)進行。
最后，將在插入件之間引入一些分隔件(6)，其可以用玻璃纖維或泡沫 制成。
將插入件緊靠內(nèi)部部分5設置的方法的特點在于采用了帶有波紋表面的 模具7，從而將該迭層結(jié)構(gòu)l與插入件的圓柱形狀相適配。將復合材料的一系 列層迭壓在該波紋表面上(玻璃纖維或碳纖維)，并在其上設置已經(jīng)預先粘 接內(nèi)部部分5的插入件。如上所述的分隔件6位于插入件之間，最后將其余的 復合材料層迭壓在插入件上。
該層壓工藝可采用預浸漬的材料，即該材料已經(jīng)預先浸漬在樹脂中，也 可以采用干織物，然后浸漬樹脂。
如前所述，根據(jù)連接的特點(是作為葉根插入件還是連接中間部件的插 入件來進行安裝)，插入件的頭部2是不同的，如果插入件與法蘭(葉根連接) 相連，頭部2則具有一內(nèi)部螺旋區(qū)域并嵌入葉片的迭層結(jié)構(gòu)1，如果插入件是 與另一結(jié)構(gòu)上的相同插入件相連，則其具有一帶有未嵌入迭層結(jié)構(gòu)l的通孔 的金屬配件頭部2 (分別參見圖7和8)。
圖9所示的是將插入件與另一個結(jié)構(gòu)1 '、 2'、 3'的相同插入件相連的另一替代方式，預先插入一輔助金屬配件io，該配件具有至少一個非螺旋通孔 11,該通孔容納兩個插入件結(jié)構(gòu)l、 2、 3; l'、 2'、 3'的錨固螺栓9、 9'的緊 固頭12。
這些螺栓9、 9'具有內(nèi)部"逆時針"螺紋13、外部"順時針"螺紋14和位于 螺栓9、 9'末端的緊固頭12。緊固頭(12)之后是螺母15，其具有與螺栓9嚙 合的"順時針"螺紋，如圖10所示。在螺母15和輔助金屬配件10之間是一墊圈 20。
固緊過程基于在螺母15外表面上施加轉(zhuǎn)矩，使該螺母達到螺栓9的緊固 頭12。當施加該轉(zhuǎn)矩時，如果螺栓9的兩個螺紋13、 14做了正確的潤滑，在 頭部2、輔助金屬配件10和螺母15之間不會產(chǎn)生相對運動。施加轉(zhuǎn)矩的結(jié)果 是，螺栓9沿著該頭部2的螺紋在一個方向上前進，并在相反方向上在螺母的 15的螺紋上旋轉(zhuǎn)，從而在螺栓的9上形成一預緊力。
根據(jù)此優(yōu)選實施例來進行固緊時采用如圖11所示的工具。該工具優(yōu)選由 兩個不同部分構(gòu)成 一固定扳手16和一活動扳手17，固定扳手用于在固緊 過程中支撐螺母15，活動扳手包括與固定扳手16 —體連接的固定導軌18和 將轉(zhuǎn)矩施加于螺栓9的緊固頭12上的活動導軌19。
權(quán)利要求
1、葉片插入件，其連接在位于葉片空氣動力部分的頂部或底部的中心部分的固體迭層結(jié)構(gòu)中，其特征在于-該插入件由頭部(2)和主體(3)構(gòu)成，所述頭部設計成可將插入件旋入另一結(jié)構(gòu)(1’、2’、3’)，所述主體用于連接至迭層結(jié)構(gòu)(1)，該疊層結(jié)構(gòu)具有帶內(nèi)部圓錐孔的圓柱或圓錐形狀；-插入件和迭層結(jié)構(gòu)(1)之間的連接通過粘合劑以化學的雙剪切力式連接(4)實現(xiàn)，即，位于插入件主體(3)的外表面和內(nèi)表面。
2、 如權(quán)利要求1所述的葉片插入件，其特征在于為了實現(xiàn)插入件主 體(3)與迭層結(jié)構(gòu)(1)之間的連接，將固化后的迭層結(jié)構(gòu)(1)機加工成， 使其具有與插入件主體(3)形狀相適配的旋轉(zhuǎn)幾何體。
3、 如權(quán)利要求1所述的葉片插入件，其特征在于該插入件嵌入葉片 迭層結(jié)構(gòu)(l)，并包括至少一個粘到該插入件主體(3)內(nèi)部的內(nèi)部部分(5)。
4、 如權(quán)利要求1所述的葉片插入件，其特征在于在插入件之間插入 一些由玻璃纖維或泡沫制成的分隔件(6)。
5、 如權(quán)利要求3所述的葉片插入件，其特征在于內(nèi)部部分(5)具有 兩段， 一個是用粘合劑(4)粘接于插入件主體(3)的圓錐內(nèi)腔的表面的圓 錐形(5.1)，另一個是圓柱形空腔(5.2)及倒角。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的葉片插入件，其特征在于在內(nèi)部部分(5) 的制造過程中，如果需要高強度，則采用如玻璃纖維這樣的剛性材料。
7、 如權(quán)利要求3所述的葉片插入件，其特征在于在內(nèi)部部分(5)的 制造過程中，如果需要低強度，則采用如泡沬或木材這樣輕質(zhì)的且剛性較低 的材料。
8、 插入件在葉片迭層結(jié)構(gòu)中的安裝方法，其特征在于插入件和迭層結(jié)構(gòu)(1)之間的連接使得插入件被嵌入其中，包括如下步驟-采用具有波紋表面的模具(7)，從而使得迭層結(jié)構(gòu)(1)與插入件的圓柱形主體(3)相適配；-將一系列復合材料層迭壓在所述表面上(玻璃纖維或碳纖維)，-在迭層結(jié)構(gòu)(1)上設置已經(jīng)預先粘接內(nèi)部部分(5)的插入件， -在插入件之間設置一些分隔件(6)， -將其余的復合材料層迭壓在插入件和分隔件(6)上。
9、 如權(quán)利要求8所述的插入件在葉片迭層結(jié)構(gòu)中的安裝方法，其特征 在于采用預浸層壓工藝，即，材料已經(jīng)預先浸漬以樹脂。
10、 如權(quán)利要求8所述的插入件在葉片迭層結(jié)構(gòu)中的安裝方法，其特征 在于采用干織物層壓工藝，然后浸入樹脂。
11、 如權(quán)利要求l所述的葉片插入件，其特征在于該插入件完全嵌入 在迭層結(jié)構(gòu)(1)中并包括主體(3)和用于將該插入件旋入另一結(jié)構(gòu)(1，、 2， 、 3，)的頭部(2)，所述連接包括具有至少一個非螺旋通孔(11)的輔助 金屬配件(10)和各被連接結(jié)構(gòu)的至少一個錨固螺栓(9、 9')。
12、 如權(quán)利要求ll所述的葉片插入件，其特征在于錨固螺栓(9)具 有"逆時針"內(nèi)螺紋(13)、"順時針"外螺紋(14)和位于該螺栓(9、 9')末 端且外部旋有螺母(15)的緊固頭(12)。
13、 如權(quán)利要求ll所述的葉片插入件，其特征在于旋在插入件的螺栓 (9)上的螺母(15)具有"順時針"螺紋。
14、不同結(jié)構(gòu)之間插入件的連接方法，其特征在于采用一工具固緊螺 栓(9、 9，)，該工具具有固定扳手(16)和活動扳手(17)，固定板手在固緊 過程中固持所述螺母(15)，所述活動扳手包括與固定扳手(16)整體連接 的固定導軌(18)和將轉(zhuǎn)矩施加于螺栓(9)的緊固頭(12)上的活動導軌(19)。
全文摘要
葉片插入件和葉片迭層結(jié)構(gòu)之間的連接為雙剪切力式連接。插入件包括兩限定部分，即頭部(2)和主體(3)，頭部設計成將插入件旋入另一結(jié)構(gòu)(2′)中，主體為具有圓錐內(nèi)腔的圓柱形或圓錐形。實施例中，該插入件設計成通過粘合劑(4)與葉片的迭層結(jié)構(gòu)(1)相連。在另一個實施例中，該插入件嵌入葉片迭層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部粘接于插入件主體(3)。
文檔編號F03D1/06GK101614184SQ20091015152
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者埃奈凱奧·桑斯·帕斯卡, 桑德拉·阿羅斯·科拉多, 約恩·阿羅賽納·德拉魯阿 申請人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司