專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片，其具有帶多個連接元件的細(xì)長(或稱伸長)葉片基體，每個連接元件包括至少一個軸向延伸的連接部分，其適于與風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子輪轂的至少一個相應(yīng)連接部分相連接。
背景技術(shù)：
用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片通常構(gòu)造為纖維增強(qiáng)中空復(fù)合結(jié)構(gòu)。因此，轉(zhuǎn)子葉片通常是通過分別以鑄塑或樹脂材料滲入各個排列和定向好的纖維或纖維簇制成。具有相應(yīng)連接部分(諸如螺紋孔)的呈樁栓或類似物形狀的相應(yīng)連接元件結(jié)合于鑄塑材料中，以便提供接口，用于與轉(zhuǎn)子輪轂的各自相應(yīng)的連接部分(諸如螺栓或類似物)機(jī)械連接。因此，由于特別是在葉片的環(huán)狀形狀的根部區(qū)域中可能由于轉(zhuǎn)子葉片的自重而產(chǎn)生橢圓形，因此從模具中拿出鑄塑好的轉(zhuǎn)子葉片通常是有問題的。相應(yīng)的橢圓形狀或變形的轉(zhuǎn)子葉片難以用機(jī)器制造，特別是難以安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)的相應(yīng)轉(zhuǎn)子輪轂上。已經(jīng)提出在模塑時或模塑之前，通過在轉(zhuǎn)子根部的區(qū)域中插入相應(yīng)的金屬環(huán)來增強(qiáng)葉片根部。提高機(jī)械特性特別是葉片根部的硬度的另一提議是提供具有葉片根部的笨重的圓板。由于圓板損害了用于注射鑄塑材料的相應(yīng)心軸的插入，此原理在真空注射制造工藝中是特別不利的。另一提議是在葉片根部提供具有附加材料的葉片根部，即提高壁厚等。提高相應(yīng)葉片根部的相應(yīng)方法被認(rèn)為是相對麻煩、費(fèi)用高的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種在葉片根部區(qū)域中具有構(gòu)造上設(shè)計(jì)簡單并且機(jī)械特性增強(qiáng)的轉(zhuǎn)子葉片。這是通過如一開始描述的轉(zhuǎn)子葉片實(shí)現(xiàn)的，其中相應(yīng)的連接元件連接到至少兩個周向延伸的連接部件，連接部件被相鄰設(shè)置在周向方向，以便構(gòu)建出環(huán)形形狀。本發(fā)明基本這樣的思想，即通過與相應(yīng)的連接元件(即樁栓或類似物)相連接的至少兩個相應(yīng)的連接部件，提供具有增強(qiáng)的機(jī)械特性，即特別增強(qiáng)的硬度的轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部。連接部件在模塑時被插入到轉(zhuǎn)子葉片的相應(yīng)的纖維和/或鑄塑材料之間。在使用分段模具或兩個半模具例如用于單獨(dú)地模塑制造大規(guī)模轉(zhuǎn)子葉片通常所需的轉(zhuǎn)子葉片的兩個半部分時，相應(yīng)的連接部件是特別有利的。連接部件在模塑之前可能必須用機(jī)器制造。相應(yīng)的連接部件充當(dāng)將相應(yīng)的連接元件排列成給定的幾何關(guān)系的連接裝置。每個連接部件被優(yōu)選配置有相應(yīng)數(shù)目的連接元件。有利的是，連接元件的總數(shù)一致地分布在相應(yīng)的連接部件，即在兩個連接部件的示例性情況下，每個連接部件與全部的連接元件的一半相連接。 通常，相應(yīng)的連接部件被設(shè)置在葉片根部的區(qū)域中。但，相應(yīng)連接部件的具體位置可變化，因此根據(jù)連接部件關(guān)于轉(zhuǎn)子葉片的中心軸的徑向位置，可達(dá)到不同的增強(qiáng)效果。通常，相應(yīng)連接部件給葉片根部提供附加的機(jī)械穩(wěn)定性，即特別是硬度，使橢圓化或變形效應(yīng)被避免或至少被減輕。具體地，相應(yīng)連接部件適于將相應(yīng)從外部施加的負(fù)荷傳遞和/或分布到轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部結(jié)構(gòu)中。在任何一種情況下，相應(yīng)的連接部件在周向上相鄰設(shè)置，以便構(gòu)建成環(huán)狀形狀。因此，在相應(yīng)的連接部件之間可提供微小的周向間隙，或者連接部件可作為關(guān)節(jié)放置，即放置成直接周向鄰接。連接部件可具有圓柱體區(qū)段特別是半圓柱體區(qū)段或環(huán)形區(qū)段特別是半環(huán)形區(qū)段形狀。以此方式，連接部件具有能夠?qū)垢鱾€從外部施加的力，并且能夠抑制葉片根部的任何變形或橢圓化效應(yīng)的環(huán)形區(qū)段狀的橫截面。具有相應(yīng)形狀的連接部件提供巨大表面，使得相應(yīng)負(fù)荷可分布在擴(kuò)大的面積上，導(dǎo)致應(yīng)力降低。此外，由于相應(yīng)連接部件的大的表面面積，提高了來自葉片根部中的連接部件的剪切力的傳送。因此，連接部件適于傳遞轉(zhuǎn)子葉片的葉片根部中從外部施加的負(fù)荷，特別是剪切負(fù)荷。連接元件可以與相應(yīng)的連接部件一體地(或稱整體地)制成或者連接元件可以安 裝到相應(yīng)的連接部件。在任何一種情況下，提供相應(yīng)的連接部件和相應(yīng)的連接元件的機(jī)械穩(wěn)定連接。根據(jù)連接部件和連接元件的材料，可以實(shí)現(xiàn)連接部件和連接元件的一體化構(gòu)造，特別是鑄塑，這帶來了額外的機(jī)械穩(wěn)定性。替代性地，相應(yīng)的連接裝置可被安裝，即牢固地附連到相應(yīng)的連接部件。在此情況下，提供相應(yīng)的對應(yīng)連接部分以獲得連接部件和連接元件的機(jī)械穩(wěn)定連接。此連接可以是可拆卸的或不可拆卸的。例如，焊接或螺栓連接適于提供例如連接部件和相應(yīng)的連接元件的連接。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，相應(yīng)的連接部件可包括徑向間隔開的連接元件，籍此連接元件被設(shè)置在相應(yīng)的連接部件之間。因此，提供夾層構(gòu)造，從而通常成形為環(huán)形或圓柱體形區(qū)段的連接部件元件用作外層，在徑向方向互連連接部件元件的連接元件用作設(shè)置在外層之間的空間中的相應(yīng)的中間層。此實(shí)施例由于給連接部件區(qū)段和可填充轉(zhuǎn)子葉片的相應(yīng)鑄塑材料的連接元件配備多個孔或類似物進(jìn)一步帶來關(guān)于在轉(zhuǎn)子葉片的鑄塑材料中并入連接部件的優(yōu)點(diǎn)。相應(yīng)的夾層結(jié)構(gòu)給葉片根部提供附加的硬度，使得可避免橢圓化和變形效應(yīng)。葉片根部環(huán)可附連到相應(yīng)的連接部件的至少一個表面?zhèn)龋员憬o相應(yīng)的連接部件提供附加硬度。葉片根部環(huán)用來連接相應(yīng)的周向鄰接的連接部件，使它們在機(jī)械行為方面基本表現(xiàn)出類似閉合環(huán)。當(dāng)然，連接元件的兩個表面?zhèn)瓤膳渲糜邢鄳?yīng)的葉片根部環(huán)，以便進(jìn)一步提高連接部件和葉片根部作為一個整體的硬度。連接部件的至少一個表面?zhèn)瓤梢耘渲糜泄P直形狀和/或弧形形狀部分。此實(shí)施例主要指圓柱體區(qū)段形狀的相應(yīng)連接裝置，從而表面?zhèn)燃聪鄳?yīng)的連接部件的橫向區(qū)的設(shè)計(jì)可在其側(cè)邊緣或邊框區(qū)域配置相應(yīng)形狀的設(shè)計(jì)。因此，旨在給連接部件提供一種幾何結(jié)構(gòu)，允許與封裝連接部件的轉(zhuǎn)子葉片的相應(yīng)鑄塑材料有牢固的形式閉合。因此，相應(yīng)的弧形或底切形狀的部分或類似物提供連接部件在葉片根部內(nèi)的特別是在施加的剪切力方面的機(jī)械牢固放置或錨定。基本上，通過給連接部件的表面提供三維結(jié)構(gòu)，特別是軸向延伸的凹槽和/或徑向孔形狀，可獲得相同效果。因此，通過將連接部件錨定在轉(zhuǎn)子葉片的鑄塑材料中，可以改進(jìn)此連接，即連接部件與轉(zhuǎn)子葉片的鑄塑材料的附著。要理解的是，在此背景下適用相應(yīng)的連接部件的許多種不同形狀的凹槽、突起、孔等。如果需要，這同樣適用于相應(yīng)的連接元件以及葉片根部環(huán)，即它們的外表面還可配置有三維結(jié)構(gòu)。連接部件優(yōu)選由金屬或塑料材料特別是纖維增強(qiáng)塑料材料制成。通常，如果需要與并入的連接元件一起，構(gòu)造諸如特定的可鑄塑金屬或塑料的鑄塑材料的連接部件是有利的，可以簡單制造相應(yīng)的連接部件。所有種類的金屬和塑料鑄塑材料都適用，因此在后一種情況下，可以使用纖維增強(qiáng)熱固或熱塑塑料。因此，只要將高性能的纖維，如特別是碳纖維并入在塑料材料內(nèi)，甚至可以考慮通過注射模塑來制造相應(yīng)的連接部件。如果需要，這同樣適用于相應(yīng)的連接元件以及葉片根部環(huán)，即這些零件還優(yōu)選由金屬或塑料材料特別是纖維增強(qiáng)塑料材料制成。此外，本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)，特別是直驅(qū)型風(fēng)力渦輪機(jī)，包括具有附連到其上的至少一個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子輪轂。轉(zhuǎn)子葉片如之前描述的類型。


在下文中，參照附圖，更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中
圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的前視 圖2示出了圖I的轉(zhuǎn)子葉片的放大細(xì)節(jié) 圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的局部透視 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的放大細(xì)節(jié) 圖5-圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的局部俯視 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的連接部件的局部俯視圖；和 圖10示出了圖9的透視圖。
具體實(shí)施例方式圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片I的前視圖。轉(zhuǎn)子葉片I的葉片根部2包括兩個沿周向排列的半圓柱體形狀的連接部件3，每個部件延伸大約180°角。如可觀察的，連接部件3被設(shè)置成在周向上相鄰地排列。連接部件3包括相應(yīng)的連接元件4，每個連接元件包括呈螺紋孔形狀的軸向延伸的連接部分5。連接部分5適于與風(fēng)力渦輪機(jī)，特別是直驅(qū)型風(fēng)力渦輪機(jī)(未示出)的轉(zhuǎn)子輪轂的對應(yīng)連接部分即螺栓或類似物相連接。因此，相應(yīng)的連接元件4連接到鄰近設(shè)置在周向方向的相應(yīng)的周向延伸的連接部件3，以便構(gòu)建成環(huán)狀形狀。因此，連接部件3被設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片I (參照圖2、圖3)的纖維增強(qiáng)鑄塑或樹脂材料中。相應(yīng)的連接部件3由鑄塑材料，如可鑄塑金屬或纖維增強(qiáng)塑料材料制成。當(dāng)使用高性能的纖維如碳纖維時，連接部件3甚至可通過注射模塑來制造。因此，連接部件3可用預(yù)鑄塑組件構(gòu)建，帶來相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片I的制造時間的降低。在通常制造成彼此頂部和底部設(shè)置的模具的大規(guī)模轉(zhuǎn)子葉片I的情況下，連接部件3是特別有利的。連接部件3給葉片根部提供機(jī)械穩(wěn)定性，特別是硬度，使由于轉(zhuǎn)子葉片I的自重引起的(參照圖I中的指示箭頭F的力)通常出現(xiàn)的轉(zhuǎn)子葉片I的葉片根部2的橢圓化或變形效應(yīng)被有效避免，或至少被減輕。如從圖2中特別觀察到的，連接部件3包括軸向遠(yuǎn)離相應(yīng)的連接部件3延伸的沿周向排列的連接元件4。連接元件4可并入在相應(yīng)的葉片狀或圓柱體區(qū)段狀的部分6中，或者與其一體構(gòu)造。另外，不再需要諸如圓板或類似物的加強(qiáng)組件。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片I的放大細(xì)節(jié)圖。在此實(shí)施例中，相應(yīng)的連接部件3包括兩個徑向間隔開的連接部件元件7、8，每個具有相應(yīng)的圓柱體區(qū)段形狀。連接元件4被設(shè)置在相應(yīng)的連接部件元件7、8之間，即連接元件4將連接部件元件7、8互連。以此方式，連接部件3包括夾層結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的連接部件元件7、8用作相應(yīng)的外層，連接元件4與填充夾層結(jié)構(gòu)的所有相應(yīng)孔的轉(zhuǎn)子葉片I的鑄塑材料一起用作中間層。夾層結(jié)構(gòu)給葉片根部2分別提供附加的機(jī)械穩(wěn)定性或硬度。具體地，源于轉(zhuǎn)子葉片I的自重的 相應(yīng)的力被抵消。圖5-圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片I的局部俯視圖。圖5示出了圓柱體區(qū)段形狀的連接部件3，其具有沿周向分布的連接元件4。連接部件的軸向邊 緣和末端都被直接切掉。如可觀察的，連接元件4在軸向方向延伸。圖6、圖7示出了右軸向邊緣或末端具有凸面或凹面弧形形狀的相應(yīng)的連接部件3。以此方式，具體在剪切力方面，連接部件3可被牢固地附連在轉(zhuǎn)子葉片I的鑄塑材料內(nèi)。圖8示出了另一可替代實(shí)施例，其不同于前面的實(shí)施例之處在于葉片根部環(huán)9被附連到相應(yīng)的連接部件3的左表面?zhèn)?。葉片根部環(huán)9被閉合，使它提供沿周向相鄰設(shè)置的連接部件3的周向連接。因此，轉(zhuǎn)子葉片I的葉片根部2具有另外的機(jī)械穩(wěn)定性。葉片根部環(huán)9可認(rèn)為是葉片根部2的底板。圖5-圖8中所示的實(shí)施例的連接部件3的圓柱體區(qū)段狀部分6與相應(yīng)的連接元件4的交替連接可理解為相應(yīng)的鴨腳。以此方式，相應(yīng)負(fù)荷可分布在放大的面積上，導(dǎo)致葉片根部2或轉(zhuǎn)子葉片I中應(yīng)力降低，進(jìn)一步有效傳遞外部施加的負(fù)荷。圖9、圖10示出了本發(fā)明的另一可替代實(shí)施例。在此情況下，連接部件3不構(gòu)造為圓柱體區(qū)段，而是環(huán)形區(qū)段，連接元件4是連接部件3的軸向延伸?？梢砸哉w組件或通過牢固地將相應(yīng)的連接元件4附連到相應(yīng)形狀的連接部件3來制造相應(yīng)的連接部件3。在任一情況下，連接部件3以及連接元件4及相應(yīng)的葉片根部環(huán)9 (只要給出)的表面可配置有三維結(jié)構(gòu)，特別是軸向延伸的凹槽和/或徑向孔的形狀。以此方式，可進(jìn)一步改進(jìn)轉(zhuǎn)子葉片I的鑄塑材料的粘合，即連接部件3和轉(zhuǎn)子葉片I的鑄塑材料之間的連接。
權(quán)利要求
1.用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其具有細(xì)長葉片基體，所述細(xì)長葉片基體具有多個連接元件(4),每個連接元件包括至少一個軸向延伸的連接部分(5),所述軸向延伸的連接部分適于與風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子輪轂的至少一個相應(yīng)連接部分相連接，其中相應(yīng)的連接元件(4)連接到至少兩個周向延伸的連接部件(3)，所述連接部件相鄰設(shè)置在周向方向上以便構(gòu)建成環(huán)狀形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述連接部件(3)具有圓柱體區(qū)段特別是半圓柱體區(qū)段的形狀，或者具有環(huán)形區(qū)段特別是半環(huán)形區(qū)段的形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述連接部件(3)適于傳遞外部施加在轉(zhuǎn)子 葉片(I)的葉片根部(2)的負(fù)荷，特別是剪切負(fù)荷。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述連接元件(4)與相應(yīng)的連接部件(3)—體地構(gòu)建而成，或被安裝到相應(yīng)的連接部件(3)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述相應(yīng)的連接部件(3)包括兩個徑向間隔開的連接部件元件(7，8)，籍此所述連接元件(4)被設(shè)置在所述相應(yīng)的連接部件元件(7，8)之間。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述相應(yīng)的連接部件(3)的至少一個表面?zhèn)雀竭B有葉片根部環(huán)(10)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述連接部件(3)的至少一個表面?zhèn)扰渲糜泄P直形狀和/或彎曲形狀部分。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述連接部件(3)的表面至少部分地被配置有三維結(jié)構(gòu)，特別是軸向延伸的凹槽和/或徑向孔的形狀。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片，其中所述連接部件(3)由金屬特別是鋼制 成，或者由塑料材料特別是纖維增強(qiáng)塑料材料制成。
10.一種風(fēng)力渦輪機(jī)，包括轉(zhuǎn)子輪轂，轉(zhuǎn)子輪轂具有附連于其上的至少一個根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的轉(zhuǎn)子葉片(I)。
全文摘要
用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其具有細(xì)長葉片基體，所述細(xì)長葉片基體具有多個連接元件(4)，每個連接元件包括至少一個軸向延伸的連接部分(5)，所述軸向延伸的連接部分適于與風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子輪轂的至少一個相應(yīng)連接部分相連接，其中相應(yīng)的連接元件(4)連接到至少兩個周向延伸的連接部件(3)，連接部件(3)相鄰設(shè)置在周向方向上以便構(gòu)建成環(huán)狀形狀。
文檔編號F03D11/00GK102817791SQ20121018795
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者E.格羅夫-尼爾森 申請人:西門子公司