用于风力发电机的叶片的制作方法

专利名称：用于风力发电机的叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风力发电机的叶片，该叶片被横向细分成两个 或更多的独立部分，所述独立部分中的每一个包括一个坚固的纵向结构 体以及一个空气动力外壁部或壳体，其相对的端部装配有连接构件。10背景技术现今风力发电机被设计成获取更高级别的功率。在部件当中对风轮 机的功率产生影响的是包括转子的叶片。叶片的空气动力特性和尺寸对 于提高风轮机的功率是根本方面。为此，现今所生产的是较长的叶片。由于风力发电机通常设立在难以接近的地方，因此叶片的运输通常 15造成很大的问题，特别是由于叶片的长度。为了解决该问题，将叶片横 向细分成两个或更多独立部分的技术已是公知技术，其中所述独立部分 的相对部位上具有连接构件。这一方面可引证EP1244873，该专利描述了一种用于风轮机转子的叶 片，其被横向细分成通过多个板件联结在一起的部分，所述多个板件连 20接连续的部分的相对的边缘。连接系统造成预拉伸，使得组成部件通过 压縮操作，其迫使每一连接机构的负载受到限制，从而造成需要增加沿 着整个空气动力轮廓分布的连接点的数量。另外，连接元件从空气动力 表面突出，因而造成风轮机效率的损失。EP1184566描述一用于风轮机的叶片，该叶片由两个或更多的、能够 25按顺序连接在一起的纵向部分组成，所述纵向部分中的每一个包括一个
由碳纤维管构成的横梁，该碳纤维管上具有一系列横向碳纤维或玻璃纤 维肋条。 一个由碳纤维或玻璃纤维壳体构成的罩体安置在所述组件上。 管子的构成横梁的部分具有在内外地连接在其端部上的衬套，所述衬套 起到一用于连接连续部分的机构的作用。叶片部分的横梁由碳纤维管构 5成，其与叶片部分的直径相比具有小的直径部分。因此，需要设置也是 由碳纤维构成的横向肋条，以提供持续强固的结构。上述设置肋条的要 求想必会相当复杂以及增加叶片的生产成本，特别是有关于组装和粘合 过程。另外，由于上述情况，即相对于叶片部分加固横梁部分较小，以 及由于叶片部分之间的连接通过连接到横梁上的衬套进行，因此，在衬 10套和连续部分的加固横梁之间需要更多数量的、环绕着整个衬套边界锚 定点，这进而意味着有可能通过螺钉连接的某些特定的连接点会难以接 近，因而，在必需在风轮机安装现场进行的组装方面产生了问题。另外， 由于连接栓件的位置并未与稳定材料对准，因此在衬套和稳定横梁上均 会产生第二负载。15 其申请人与本申请同的专利申请EP4380080描述一种风力发电机叶片，该叶片被横向细分成两个或更多的独立部分，所述独立部分包括外 空气动力壁部或壳体以及一纵向内部加固结构体。所述部分在其端部部 位上装配有连接构件，其中所述构件包括联结到纵向内部加固结构体上 的凸耳，另外，所述凸耳具有容纳连接螺钉和栓件的孔口。凸耳沿轴向20方向从纵向内部加固结构体的端部部位上突出，大概平行于所述纵向内部加固结构体的轴，并且在连续部分上位于相匹配的位置，以容纳穿过 每一对相对的凸耳的孔口的连接构件。凸耳毗连在一起并通过螺钉、栓 件或类似固定件而连接到纵向内部加固结构体的壁部上。这需要在纵向 内部加固结构体的壁部上以及在包括叶片的部分上增加钻孔的数量，以25使连接螺钉和栓件能够定位。这么做想必会增加生产过程的成本以及减
少纵向内部加固结构体的壁部部分，因而随之发生的是使所述纵向内部 加固结构体弱化。发明内容5 本发明的目的为通过一种被细分成两个或更多的独立部分的叶片来 消除上述问题，所述独立部分包括一个在其端部部位上装配有连接构件 的纵向内部加固结构体，所述连接构件则包括相对小数量的连接点，另 夕卜，所述连接点易于接近，因而有利于在风轮机安装现场进行组装操作。 另外，连接元件并未相对于空气动力表面突出。10 本发明的另一目的为采用这样的方式将所述部分的连接构件与纵向 加固结构体的特定构形结合在一起，所述方式使得能够在所述部分之间 获得非常稳固的连接，而几乎不会造成纵向内部加固结构体的壁部部分 的任何减少。此外，连接构件通过认定为几乎不会增加叶片的生产成本 的工艺锚定到纵向内部加固结构体的端部部位上。15 本发明确保连接栓件能够定位成与加固材料成一直线，因而消除了造成第二负载的风险。本发明的叶片为暴露型叶片，其被横向细分成两个或更多的独立部 分，所述独立部分包括外部的空气动力壁部或壳体以及一个纵向内部加 固结构体，所述结构体包括壁部，所述壁部邻接并且通过粘合剂连接到20所述部分的空气动力壳体上，所述结构体还具有位于其端部部位上的连 接构件，该连接构件包括用于接收固定螺钉和栓件的相对的孔口 。特别地，本发明致力于获得这样的连接构件，即其具有相对小数量 的连接点以及所述点容易接近，因而利于在风轮机安装现场进行组装作 业。本发明还设计一种特殊的内部加固结构体的壁部的构形，因而使一25个系统能够通过认定为几乎不会增加叶片成本的工艺将连接构件联结到
所述壁部上。因此，连接构件由金属插入件构成，所述金属插入件被轴向地收容 和固定在纵向内部加固结构体的壁部内部，并沿着所述壁部的自由边缘 并被定位在匹配位置。 5 优选地，金属插入件被布置在纵向内部加固结构体的与空气动力壁部或壳体毗连的壁部上，它们还可以定位在所述结构体的中间壁部上。纵向加固结构体的壁部可可以由夹层体形成，所述夹层体则由加固 纤维层，优选为碳纤维，和一个中间核心体组成。依据一个实施方式，例如，金属插入件可以沿着纵向内部加固结构 10体的壁部的自由边缘定位在所述壁部内机加工的孔洞中，并且通过粘合 剂固定到加固纤维层上。在该实施方式，形成壁部的所述夹层体转换成 端部部位，在该端部部位上，金属插入件定位在例如碳纤维或玻璃纤维 的加固纤维的实心板上，用于插入件的孔洞机加工在所述实心板上。依据一种变化的实施方式，管状碳纤维轮廓体沿着纵向内部加固结 15构体的壁部的自由边缘定位在所述壁部上，如夹层体的核心体一样，该 核心体与所述夹层体的碳纤维层形成接触并联结到其上。这些轮廓体收 容金属插入件，这些插入件具有与轮廓体的内部部分相同的外部部分， 金属插入件通过粘合剂固定到所述轮廓体上。在全部实例中，固定是通过粘合剂的方式进行，其固化可以与或可 20以不与纵向内部加固结构体的壁部的粘合固化在同一时间进行。金属插入件可以在其外部部位具有用于接收连接栓件的相对的轴向 钻孔，所述连接栓件通过处于牵引作用下的螺母进行紧固。在该情形中， 所述插入件中的一个的钻孔可以车有螺纹，以紧固所述栓件的一个端部， 同时相对的钻孔未车螺纹并且直径稍微大于栓件，使得所述栓件的一部 25分能够在相对侧面突出，用于接收一个锁定螺母。
金属插入件在外部部位上还具有凸耳，每一个凸耳具有一个孔口并 且被定位成使得当两个连续的部分联结时相对的插入件的凸耳与相对的 孔口相邻以接收连接栓件，该连接栓件将被定位成垂直于所述部分的纵 向轴并且通过螺母紧固，其中，所述栓件处于剪应力的作用下。


通过下文中的参照附图所进行的描述部分，能够更好理解所有上述 特征，其中所述附图示出了本发明的非限制性实施例，所述附图为 图1为显示成被横向细分为两个独立部分的风轮机叶片的视图；10 图2所示为包括图1所示叶片的部分的相邻轮廓的前视图；图3所示为图2的剖面图，即包括图1所示叶片的部分的剖面图； 图4为叶片部分的纵向内部加固结构体的壁部的局部布置剖面图； 图5为类似于图4的视图，示出了实施方式的一种变体； 图6为包括在如图5所示的部分中的、用于联接和固定构成连接构15件的金属插入件的轮廓体的视图；图7为纵向内部加固结构体的壁部的局部布置剖面图，示出实施方 式的一种变体；图8所示为金属插入件的一种可能的实施方式的视图； 图9为类似于图8的视图，示出金属插入件实施方式的一种变体； 20 图10所示为金属插入件的外端部的实施方式的一种变体；图11和12分别为包括图1所示叶片的部分的连接机构的侧视图和 平面图，其具有图IO所示的插入件；图13为图1所示的更大比例的详细视图；图14为壳体的沿图13所示A-B方向的横向剖面图。图1所示为一种被横向细分成两个部分的具有传统构形的风力发电 机的叶片，所述两个部分以标号1和2指代。这些部分具有匹配的相对 部位，如在图2和3中以平面图和立体图方式所示。部分1和2中的每一部分均包括一个以标号3指代的外空气动力壁 5部或壳体以及一个以标号4指示的纵向内部加固结构体，在附图所示的 例子中，所述纵向内部加固结构体被设想为一个沿着所述部分延伸的箱 形横梁，其中所述箱形横梁具有毗连壳体3并形成壳体3的一部分的壁 部5以及具有中间壁部6。部分1和2在其相对的部位上具有连接构件，所述装置位于纵向内 io部加固结构体4的相邻的端部部位上。优选地，将前述连接构件定位成 与纵向内部加固结构体4的壁部5重合。在长度大的叶片上，为了满足特定的刚度和重量的要求，碳纤维被 用来形成纵向内部加固结构体4的壁部，至少在壁部5上是如此。如果 碳纤维的比刚度非常高，则厚度稍微比使用成本小的玻璃纤维时小些。 15因此，由碳纤维制成的壁部的弯曲度变得更加重要，重要到该弯曲度变 成定尺寸的标准。为了避免该问题以及随之发生的所需碳纤维数量的增 力口，因而使用夹层结构体代替实心层，如同其它类型的薄结构元件一样。图4所示为具有夹层结构的壁部的一部分的简图，所述壁部包括碳 纤维板层7和中间核体8，所述中间核体8为大体上较不昂贵和较轻的制 20品，比如轻质木材、泡沫等等。采用该构造方式，可减少碳纤维的数量，使得能够实现由所述数量 减少所带来的成本节省和重量减轻，同时获得这样的厚度，使作为定尺 寸的标准的壁部弯曲度能够被消除。依据本发明的另一特征，连接构件由金属插入件组成，所述金属插25入件沿着纵向内部加固结构体的壁部的自由边缘轴向地收容和固定在纵 向内部加固结构体的壁部内，它们所处位置使得部分1和2的相对的部位相匹配。特别地，金属插入件布置在纵向内部结构体4的壁部5上。依据图5和6所示的实施方式，沿着纵向内部结构体4的壁部，至 少沿着壁部5，碳纤维9的碳纤维矩形截面轮廓体以与壁部的核心体8(见5图4)成一直线的方式结合，从而沿着壁部的整个宽度或者在特定的点或 区域上以这些轮廓体替代该核心体。轮廓体9的高度将大概与核心体8 的厚度相同，使得所述轮廓体与碳板层7形成接触，其中所述轮廓体通 过粘合剂或通过板层与轮廓体的共同固化工艺联结到所述碳板层7上。 举例说明，轮廓体9可通过拉挤成型工艺制造。io 金属插入件10位于这些轮廓体内部，并且通过粘合剂粘合到轮廓体的内表面上。逻辑上，金属插入件10必须具有与轮廓体9的内部部分相 同的外部部分。插入件10可在将轮廓体9结合到向纵向内部结构体之前 粘合到轮廓体9上，在此情况下，被结合在结构体4的壁部中的部分将 如图6所示地构造。15 将金属插入件10结合在纵向加固结构体4的壁部中也可可以通过沿着所述壁部的自由边缘在壁部内机加工出孔腔来实现，所述孔腔的尺寸 设计用于收容所述插入件。为此，纵向内部加固结构体4的壁部必须， 至少在环绕将要机加工出孔腔的区域，具有一个允许插入件通过粘合剂 得以固定的实心板层。因此，如图7所示，由两个板层7和8组成的夹20层结构体11必须被一个实心板层12所替代，该实心板层12可以是碳纤 维或碳纤维层13和成本较低的玻璃纤维层14。在自由边缘15上机加工 有正确地定好尺寸的孔腔16，以收容插入件IO。在该实施方式中，优选 为一圆形插入件部分，如下文所述。不管插入件具有的结构和它们结合到横梁上的方法如何，根据位于25剪应力或张力下的将要进行连接的叶片部分的插入件之间的连接元件的 不同，连接构思是不同的。举例说明，连接元件可由在端部车有螺纹的栓件组成。在该情况下， 位于两个部分上的插入件可不同，以允许栓件的组装和预加张力，如图8 和9所示。5 在图8中，金属插入件10可由具有U形结构的金属部件17和18组成，所述部件17和18具有中心区域，部件18上的较厚的中心区域具有 一个螺纹孔19，栓件的端部中一个可以拧入该螺纹孔19中。相对的部件 17可以具有一个厚度较小的中间壁部，该中间壁部具有一不带螺纹的钻 孔20，该钻孔20的直径稍微大于栓件的直径，以使所述栓件能够自由穿io过该钻孔且栓件的一部分突出部件17， 一锁定螺母或埋头螺母即紧固到 该突出部分上。取决于将要用于螺母的预加张力方法、上紧力矩、拉拔力矩等等， 必须实施不同的细节以收容螺母。作为上述选择的一种变体，可以通过两个插入件，比如在图8中以 15标号17指代的插入件，进行连接，在该情况下，必须包括两个拉紧螺母 和埋头螺母或者其它类似装置，以防止螺母松动。可理解地，在使用非矩形轮廓体的情况下，插入件的轮廓可以改变， 适应方法为转换到实心板层。在该情况下，孔洞通过钻孔方式完成，从 而优选地，栓件将具有圆形形状，如前所述；举例说明，大概为如图9 20中所示的半圆柱形。在该实施方式中，部件17'和18'对应于图8中的 部件17和18，它们具有相应的钻孔，即螺纹钻孔19和非螺纹钻孔20。 图IO所示为一种不同的实施方式，其中，连接元件在剪应力下起作 用。在该情况下，金属插入件10装配有一个带有一个孔口 22的凸耳21。 叶片的部分1和2的相对的插入件的凸耳21稍微地不成直线，使得当所 25述部分联结在一起时，相对的插入件的凸耳21能够彼此相邻，如图11
和12所示，其孔口 22对准以使剪切型的锁定栓件23能够插入。部分1和2的腔室的分隔区可以通过罩件24封闭，见图13和14， 罩件24由一个联接在由壳体3的边缘所界定形成的底座25上的带件组 成，其中，所述壳体3在由纵向内部加固结构体4所占据的区域将包括 5 —较宽的部分25，该较宽的部分与由纵向内加固结构体4所占据的区域 相对应。该罩件可通过公知的方法固定，例如通过拧入螺母27内的螺钉26， 所述螺母27可以固定到壳体3的壁部的内表面上或者可以形成与底座25 对准的、固定到壳体3的壁部的内表面上的一个带件或辅助接片28的一 io 部分。空气动力表面或壳体3可以由非结构性的罩件或者说由一个第二结 构罩件组成，其包括部分1和2的部分27和28，见图2，并占据未与纵 向内部加固结构体4成一直线的区域。为此，纵向内部加固结构体4的 壁部5将具有一曲率，其与部分27和28 —同限定形成一个与所要求的 15叶片轮廓相对应的连续表面。
权利要求
1、一种用于风轮发电机的叶片，该叶片被横向细分成一个或更多的独立部分，所述独立部分中的每一个由空气动力壁部或壳体和一个纵向内部加固结构体组成，所述纵向内部加固结构体包括邻接的壁部，所述壁部通过粘合剂联结到空气动力壳体上，叶片的所述独立部分在其端部部位上装配有连接构件，所述连接构件具有用于接收锚定栓件或销钉的相对的孔口，其特征在于，所述连接构件由金属插入件组成，所述金属插入件沿着所述纵向内部加固结构体的壁部的自由边缘轴向地收容和固定在纵向内部加固结构体的壁部的内部，并位于与连续独立部分的相对的部位对准的位置。
2、 根据权利要求l所述的叶片，其特征在于，所述金属插入件位于 其上的纵向内部加固结构体的壁部由，至少在其长度的一部分上， 一夹15层体组成，所述夹层体由加固纤维层和一个中间核心体组成，所述金属 插入件联结到加固纤维层上，以通过所述层传递应力。
3、 根据权利要求2所述的叶片，其特征在于， 一些碳纤维管状轮廓体按照沿着所述纵向内部加固结构体的壁部的自由边缘并且与所述中间20核心体成一直线的方式定位在所述纵向内部加固结构体的壁部上，其中， 所述碳纤维管状轮廓体限定形成夹层体的核心体，并且与所述夹层体的 加固纤维层形成接触并且联结到其上，所述金属插入件位于所述轮廓体 上，所述插入件具有与它们通过粘合剂联结到其上的所述轮廓体的内部 部分相同的外部部分。
4、 根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述纵向加固结构体 的壁部的夹层体在所述金属插入件所定位的端部部位转换为一个加固纤 维的实心板层，用于所述插入件的孔洞机加工在所述加固纤维的实心板 层上，所述插入件通过粘合剂固定到加固纤维上。
5、 根据权利要求l所述的叶片，其特征在于，所述金属插入件在它们的外部部位上具有相对的轴向钻孔，用于接收连接栓件，所述连接栓 件通过使用螺母进行锚定并在张力下起作用。
6、 根据权利要求5所述的叶片，其特征在于，所述插入件的其中一 个的钻孔车有螺纹，用于紧固一个栓件的一个端部，同时相对的钻孔未 车螺纹且其直径稍微大于栓件，使得所述栓件能够穿过并且突出一部分 以接收一个锁定螺母。
7、 根据权利要求l所述的叶片，其特征在于，所述金属插入件在它 们的外部部位上具有凸耳，所述凸耳与相对的插入件稍微地不成直线， 使得当两个连续的部分联结时所述凸耳彼此相邻，所述凸耳在相邻位置 上具有相对的孔口，以在垂直于所述部分的纵向轴的方向上接收一个剪 切型连接栓件或销钉。
全文摘要
本发明涉及一种用于风力发电机的叶片。该具有创造性的叶片被横向分成两个或更多独立的部分，每一部分包括空气动力外壳或壁部(3)以及一个内部纵向加固结构体(4)。另外，上述部分的端部装配有包括金属插入件(10)的连接构件，所述金属插入件(10)轴向地收容和固定在内部纵向加固结构体的壁部的内部。
文档编号F03D1/06GK101151458SQ200680010809
公开日2008年3月26日 申请日期2006年3月20日 优先权日2005年3月31日
发明者何塞·伊格纳西奥·略伦特·冈萨雷斯, 塞尔希奥·贝莱斯·奥里亚 申请人:歌美飒创新技术公司