風(fēng)力渦輪機(jī)葉片到輪轂的固定的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明可被包括在風(fēng)力禍輪機(jī)葉片(wind turbine blade)的技術(shù)領(lǐng)域中，更具體地涉及用于將葉片接合到渦輪機(jī)輪轂的接合手段。
[0002]描述了一種風(fēng)力渦輪機(jī)，該風(fēng)力渦輪機(jī)包括設(shè)置有孔的插入件，所述孔被設(shè)計成接收將葉片連接到渦輪機(jī)輪轂的固定元件，其中提供了纖維帶的額外加入，該纖維帶以包封的方式抓持插入件并且設(shè)置成被插入葉片疊層中，從而建立所述插入件的牢固和阻力固定，也有利于葉片和輪轂之間的應(yīng)力的漸進(jìn)傳輸。
【背景技術(shù)】
[0003]近年來，可再生能源發(fā)電市場已要求越來越大的風(fēng)力渦輪機(jī)的開發(fā)以滿足不斷增長的需求。這種開發(fā)意味著技術(shù)問題的出現(xiàn)，所述技術(shù)問題來源于特別是內(nèi)置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，主要是內(nèi)置在需要接合到風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂的纖維增強(qiáng)塑料中的巨大結(jié)構(gòu)。
[0004]然而，纖維增強(qiáng)塑料在高應(yīng)力集中的條件下，諸如在將葉片根部接合到輪轂時出現(xiàn)的條件下效果并不佳，因?yàn)閷τ谀承┤~片尺寸，通常出現(xiàn)主要由于大量的葉片負(fù)載循環(huán)所致的疲勞問題。
[0005]風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常是層壓復(fù)合材料，其由通過樹脂接合并且固化以加固葉片的若干層增強(qiáng)材料形成。為了確保將葉片中的每一個固定到輪轂，通常采取將在葉片制造期間引入的內(nèi)部螺紋金屬插入件與輪轂的固定螺桿接合的解決方案，所述螺桿旋入葉片的這些插入件中，從而建立輪轂與葉片的連接。
[0006]文獻(xiàn)US 4915590是該類型的接合的一個示例，由于其示出內(nèi)部嵌入葉片根部的若干插入件，所述插入件平行于葉片軸設(shè)置，其中每個插入件包括設(shè)計成接收輪轂的螺桿的縱向螺紋孔，使得因此引入插入件中的螺桿建立葉片和輪轂之間的固定。
[0007]文獻(xiàn)US 7530168涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造方法以及由此獲得的葉片，詳細(xì)說明了葉片根部包括設(shè)置有內(nèi)部螺紋區(qū)段的多個插入件或襯套，所述內(nèi)部螺紋區(qū)段被設(shè)計成接收將葉片連接到輪轂的螺桿。在這種情況下，已提供插入件具有兩個節(jié)段，或者插入件由兩個接合部分形成，其中接合部分中的一個具有圓柱形管狀配置并且一體化螺紋區(qū)段，并且另一個具有倒角管狀配置，其具有逐漸減小的節(jié)段直到其遠(yuǎn)端。
[0008]該文獻(xiàn)公開了形成葉片根部的過程，該過程包括以下階段:提供具有被設(shè)計成容納插入件的間隔凹槽的保持件，將第一層纖維放置在保持件上，使插入件位于所述凹槽中，并且然后在插入件上提供附加的纖維層，以纖維加固階段結(jié)束。
[0009]文獻(xiàn)ES 2382439示出了上述插入件類型，其中所述插入件在葉片的圓弧上顯示分開，并且也觀察到位于插入件之間的間隔元件，其中墊片通過一個外部疊層和另一個內(nèi)部疊層與插入件連接。
[0010]此外，現(xiàn)已知葉片和輪轂之間的其他接合方案，諸如文獻(xiàn)D6:US 2009/0263250中所示的解決方案，其中可以觀察到葉片根部具有設(shè)置在葉片的縱向軸的徑向位置或橫向位置的橫向銷，所述橫向銷具有平行于葉片的縱向軸的螺紋孔，其中螺栓是螺紋的，該螺栓也橫貫輪轂的區(qū)段，從而通過聯(lián)接在螺栓中的螺母建立輪轂和葉片之間的緊固。這些橫向銷的使用構(gòu)成了縱向插入件的另選解決方案，并且特別適合于葉片具有小的厚度的情況。
[0011]文獻(xiàn)US 20070231146也提供了橫向銷的使用，其中相鄰的橫向銷位于距根部邊緣不同的距離處，因此有助于應(yīng)力的更佳分配。
[0012]在另一方面，現(xiàn)已知插入件的不同幾何形狀，諸如在文獻(xiàn)US2012/0207607中所示的幾何形狀，其具有其中限定螺紋孔的近端和幾乎平坦的楔形配置的伸長端，該伸長端有利于葉片根部的層壓操作。
[0013]然而，上述輪轂和葉片之間的接合解決方案可以被最優(yōu)化，因?yàn)樵谠擃愋偷慕雍现?，在葉片操作期間產(chǎn)生分離的應(yīng)力，其導(dǎo)致影響葉片使用壽命的疲勞問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力禍輪機(jī)，該風(fēng)力禍輪機(jī)包括層壓構(gòu)造元件(laminatedconstruct1n elements)，該層壓構(gòu)造元件由空氣動力學(xué)部分、葉片和根部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或加強(qiáng)芯部以及用于將葉片接合到風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂的接合裝置組成，所述接合裝置包括設(shè)置有用于安裝固定元件的內(nèi)部孔的多個插入件，固定元件建立葉片與風(fēng)力渦輪機(jī)輪轂的可拆卸聯(lián)接。不同于先前部分所述的解決方案，用于將葉片接合到輪轂的接合裝置從根本上來說是突出的，因?yàn)樗鼈兞硗獍ɡw維帶，優(yōu)選為無方向的，纖維帶抓持插入件并且在葉片層壓期間被設(shè)置成插入。
[0015]所包括的抓持在層壓片材之間的插入件的這些纖維帶使分配至其的負(fù)載成為可能，插入件受制于較大區(qū)域并且減少局部應(yīng)力，其導(dǎo)致葉片生命周期的延長和制造較大葉片的可能性，以及有利于葉片層壓的構(gòu)造過程。
[0016]一般來說，插入件包括抓持區(qū)段，該抓持區(qū)段構(gòu)成被設(shè)計成由纖維帶抓持的插入件的區(qū)域。
[0017]纖維帶具有伸長、壓實(shí)和包封的配置，并且示出上節(jié)段、中間節(jié)段和下節(jié)段，其中下節(jié)段和上節(jié)段從所述帶的后側(cè)開始直到相對側(cè)或前側(cè)，其中存在具有通常彎曲配置的中間節(jié)段，其抓持插入件的抓持區(qū)段，部分覆蓋該區(qū)段。
[0018]纖維可以平行分配的方式或以扇狀物和/或互補(bǔ)性互連的方式從插入件的區(qū)域分配直到后側(cè)。
[0019]這些纖維帶與抓持所述纖維帶的插入件、在稍后的層壓操作中將嵌入葉片中的配置組件結(jié)合。
[0020]本發(fā)明提出的纖維帶與插入件的整合有利于在葉片的正常操作期間出現(xiàn)在輪轂和葉片之間，更具體地出現(xiàn)在固定元件和插入件之間的應(yīng)力的平滑和漸進(jìn)的傳輸，因此有助于葉片的更大穩(wěn)定性。
[0021]一方面，本發(fā)明思考出用于將葉片接合到輪轂的第一解決方案，其中本發(fā)明的接合裝置連接到葉片根部，特別是葉片根部的外部覆蓋物。
[0022]另一方面，本發(fā)明思考出用于將葉片接合到輪轂的第二解決方案，其中本發(fā)明的接合裝置連接到存在于葉片根部區(qū)域中的葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的端部。
[0023]根據(jù)這兩重接合解決方案，針對葉片插入件的配置和定位，以及針對將輪轂連接到葉片插入件的固定元件的配置和定位，可思考出若干實(shí)施例。
[0024]在第一可能實(shí)施例中，插入件平行于葉片的縱向軸設(shè)置，并且主體的孔是螺紋盲孔和縱向孔。抓持區(qū)段由限定在主體的側(cè)面中的手柄形成，該手柄與螺紋孔的開口相對，并且固定元件由被設(shè)計成旋入螺紋孔中的螺紋螺桿組成。
[0025]在第二可能實(shí)施例中，如上所述，插入件平行于葉片的縱向軸設(shè)置，并且主體的孔縱向于主體，該孔是螺紋盲孔。與前述實(shí)施例不同，抓持區(qū)段由在插入件的主體的兩側(cè)上垂直延伸的不同側(cè)向延伸部形成，該抓持區(qū)段被設(shè)計成由纖維帶的纖維的各部分抓持，并且固定元件由被設(shè)計成旋入螺紋孔中的螺紋螺桿組成。
[0026]在第三可能實(shí)施例中，不同于先前的實(shí)施例，插入件由不同主體限定，所述不同主體由橫向于葉片的縱向軸設(shè)置的相對襯套組成，其中所述主體中的每一個具有縱向孔。抓持區(qū)段由所述主體的外部圓柱形表面形成，該抓持區(qū)段被設(shè)計成由纖維帶抓持，并且固定元件由被設(shè)計成橫貫兩個主體的螺紋螺桿組成。
[0027]對于以上所述的用于將葉片接合到輪轂的兩種解決方案中任一個，無論是對于將根部覆蓋物接合到輪轂的情況還是對于將葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)接合到輪轂的情況，當(dāng)用插入件定位纖維帶時，纖維帶不僅抓持插入件，而且在通過根部接合的情況下，纖維帶將在上節(jié)段和下節(jié)段之間另外抓持覆蓋根部的主體的至少一個層壓片材的端部，或在通過葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的其他接合的情況下，纖維帶將在上節(jié)段和下節(jié)段之間抓持葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的至少一個層壓片材的端部，使得在兩種情況下，纖維帶的上節(jié)段將定位在片材的外面上，并且下節(jié)段將位于所述片材的內(nèi)部面上。
[0028]在前述段落中的可替換配置中，抓持插入件的纖維帶靠在片材的一面上，使得纖維帶的上節(jié)段和下節(jié)段將在片材的相同側(cè)上，在該情況下，并且為了將上節(jié)段與下節(jié)段分開，接合裝置將另外包括中間塊，纖維帶的上節(jié)段和下節(jié)段相應(yīng)的接觸表面構(gòu)成該塊的上面和下面，因此有利于纖維帶圍繞插入件的抓持區(qū)段的合適定位，以及確保纖維帶的配置及其位置的穩(wěn)定性。
[0029]中間塊優(yōu)選地為楔形形狀，該中間塊定位成使其最高側(cè)接觸或靠近插入件的抓持區(qū)段，并且隨插在纖維帶的上節(jié)段和下節(jié)段之間的傾角減小而延伸。在這種情況下，其考慮了所述帶的上節(jié)段的后側(cè)和下節(jié)段的前側(cè)從相同線開始的可能性。
[0030]另一方面，為了有利于插入件和纖維帶之間的側(cè)向連續(xù)性，提供包括插入塊，所述插入塊將填充插入件之間的間距并且也有助于橫向負(fù)載的分配和傳輸。
【附圖說明】
[0031]為了使所作出的說明完整并且為了幫助更好地理解本發(fā)明的特點(diǎn)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)際實(shí)施例的優(yōu)選示例，所附的一組附圖作為所述說明書的組成部分，其中以下附圖以例示的方式和非限制性方式給出:
[0032]圖1示出葉片根部的細(xì)節(jié)的透視圖，插入件位于該葉片根部中，并且根據(jù)插入件的第一實(shí)施例配置，其中插入件縱向間隔設(shè)置并且由在下片材和上層壓片材之間的纖維帶抓持。
[0033]圖2示出前述圖的由纖維帶抓持的插入件的實(shí)施例的視圖。
[0034]圖3示出僅前述圖的插入件的透視圖。
[0035]圖4示出接合插入件的第二實(shí)施例的透視圖。
[0036]圖5示出表示插入件的第二實(shí)施例的視圖，其中纖維帶抓持側(cè)向抓持區(qū)段。
[0037]圖6示出葉片根部的細(xì)節(jié)的透視圖，根據(jù)第二實(shí)施例配置的插入件位于該葉片根部中，其中也示出位于插入件之間的插入塊。
[0038]圖7示出前述圖的放大細(xì)節(jié)。
[0039]圖8示出與圖1相似的視圖，其中不像前者，插入塊已被并入插入件之間。
[0040]圖9示出葉片根部的細(xì)節(jié)的透視圖，根據(jù)第三實(shí)施例配置的插入件位于該葉片根部中，其中插入件顯示為相對于葉片的縱向軸橫向設(shè)置。
[0041]圖10示出與前述圖類似的視圖，其中為了更好地觀察到抓持插入件的纖維帶，已部分地去除了上層壓片材。
[0042]圖11示出第三實(shí)施例的透視圖，其中觀察到抓持形成插入件的襯套的纖維帶，其中銷被引入所述襯套。
[0043]圖12示出根據(jù)橫截面A-A的圖11的詳細(xì)視圖。
[0044]圖13示出透視圖，其中觀察到葉片的根部和葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或芯部，其中已包括插入件的第三實(shí)施例，其中纖維帶抓持葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的端部。
[0045]圖14示出透視圖，其中觀察到葉片的根部和葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或芯部，其中已示出插入件的第三實(shí)施例，其中纖維帶在葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同片材之間。
【具體實(shí)施方式】
[0046]根據(jù)附圖，描述本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一系列優(yōu)選實(shí)施例。
[0047]葉片包括空氣動力部分、根部(I)以及葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(