专利名称：用于风力涡轮机叶片根部的嵌入件的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于风力涡轮机叶片根部的嵌入件。
背景技术：
在风力涡轮机叶片生产历史中，曾作出过各种努力以开发一种坚固、紧凑且便宜 的根部嵌入件。曾经难以以有效和可靠的方式将玻璃纤维/树脂、木纤维/树脂或碳纤维 /树脂的复合结构固定到钢心轴上。 直到现在，这一行业中所用的方法都可以落入以下两类中的一种。 现有技术类型1 第一类型的代表有 參US7， 163， 378B2 參W02004/110862A1/EP1486415A1 參US4， 420， 354A 在这些技术中，通过一种措施或其他措施将基本上圆形金属嵌件通过粘附方式结 合到叶片根部中。通过在结合粘合剂中调动剪切而实现负载转移。 现有技术类型2 作为在叶片根部处的固定系统，经常使用的第二种类型从没有被授予过专利权。 但是，曾经授予过一项专利权用于使用同样的方法将两半式叶片结合起来 參US7， 186， 086B2 在这种方法中，首先在叶片结构中沿轴向和径向钻 L。然后，将螺母捕获在层压物 中，将双头螺栓沿轴向方向插入。这样不需要结构粘合剂结合。通过层压表面上被捕获的 螺母直接承受压縮而实现负载转移。 现有技术类型1的缺陷 在现有技术类型1的设计的情况下，叶片根部嵌入件的尺寸的限制因素是将金属 嵌入件结合到复合叶片根部的结合粘合剂的允许剪切应力。这种结合通常具有普通的疲劳 特性，并且因此需要较长的嵌入件以提供足够的结合区域。 此外，在现有技术类型1所建议的圆形嵌入件的情况下，难以将复合材料层紧密 地包裹在嵌入件周围。 US7， 163，378B2的主要目的是引入一种更有效的方法，用于填充嵌入件周围的空 间，以避免需要将复合材料层手动地包括到三角形空隙中。但是，所提议的填充不见的制造 方法复杂且昂贵。 W02004/110862A1的目的是引入一种星形垫片装置，其可用于帮助围绕嵌入件包 裹和布置复合材料层。但是，垫片装置必须留在叶片根部内，并且不能在生产完成之后取 出。因此，这种垫片装置增加了额外的成本。即使利用存在的垫片装置，仍然需要花费很大 力气手动地将材料层包裹在叶片根部的内侧表面上。这增加了产生气泡一起其他缺陷的可 能性。[0019] 现有技术类型2的缺陷 与现有技术类型2公开的结合方式类似的根部设计(其由螺母和被捕获的双头螺 栓构成)就材料消耗而言根本无效。由于在叶片中钻孔导致的应力集中，层压件必须比在 不钻孔的情况厚得多。
实用新型内容为了解决上述问题，本实用新型提供了一种用于风力涡轮机叶片根部的嵌入件， 其整体地具有三个部分，即第一部分、第二部分和第三部分，其特征在于所述第一部分是扁 平的叶片状，第二部分是从第三部分过渡到第一部分的颈縮过渡部，第三部分具有扩大的 横截面。 优选地，第三部分具有当嵌入件安装在叶片根部中时用于与双头螺栓接合的孔。 优选地，基于面积加权，所述第一部分的平均厚度小于其总长度的30%。 优选地，基于面积加权，所述第一部分的平均厚度小于其平均宽度的30%。 优选地，所述第一部分的表面覆盖有一层复合层压物界面层。 优选地，所述第三层覆盖有防腐蚀涂料。 优选地，所述涂料是一层环氧树脂基涂料随后一层聚氨酯的双组分顶部涂层。 优选地，所述嵌入件由锻造钢制成。 优选地，所述第一部分从两侧经受喷丸变形。 本实用新型消除了现有技术的这些例子中存在的缺陷。由于其扁平形状，本实用 新型显著减小了每个嵌入件之间难以填充的空间的尺寸。因此，可以通过使用本实用新型 使得叶片根部生产过程自动化。 利用本实用新型，组装好的叶片的总重量以及原材料成本能显著降低，这将显著 降低叶片成本。
参考附图能够更好地理解本实用新型，附图中 图1显示根据本实用新型的用于风力涡轮机叶片根部的嵌入件； 图2是图1的嵌入件的剖视图； 图3是图1的嵌入件的沿垂直于图2剖得的另一剖视图； 图4以分解透视图的形式显示具有本实用新型的嵌入件的风力涡轮机叶片根部； 图5显示图4的风力涡轮机叶片根本的端视图； 图6显示嵌入件安装在风力涡轮机叶片根部中的状态。
具体实施方式现在将参考附图详细描述本实用新型。首先，参考图l，其显示用于风力涡轮机叶 片根部的本实用新型的嵌入件10的透视图，其包括具有用于与双头螺栓接合的孔1的扩大 部分2、扁平叶片状部分4和颈部过渡部分3。应注意，所述孔以下述方式钻出，即其并不延 伸到过渡部分3中很远。 部分2被显著扩大，并将在嵌入件安装到叶片根部后从叶片根部的结构部件突出出来(见图6)，该部分具有矩形、圆形或其它形状。该扩大部分2设计成使得交变疲劳应力 保持在较低水平，这是需要的，原因在于所加工出来的必须为了接合双头螺栓而提供的孔l 的应力升高角部。 扩大部分2将经由颈部过渡部分3而向下颈縮到叶片状部分4，该叶片状部分4将 接合在叶片根部的结构材料内并将交变负载通过剪切力转移到结构结合点。叶片状部分4 应该经可能宽，从而使得相邻嵌入件之间的间隙最小(图4和图5)，以便使得可用结合面积 最大。 叶片状部分4的厚度应该根据所用的钢材料的疲劳强度选择。越高的疲劳强度将 导致越薄的部分4。希望使得叶片状部分尽可能薄，原因在于为了在叶片状部分的表面(即 嵌入件表面)上获得均匀的剪切应力，整个叶片根部的柔顺性应当在嵌入件负载转移区的 轴向长度上相等。因此，越高的嵌入件刚度将需要提供更多的层压材料，以便确保柔顺性匹 配。结合设计由钢部分的疲劳强度驱动，且复合材料的疲劳强度始终远远不够。因此，非常 需要改进嵌入件的疲劳强度并因而降低其厚度。 优选地，基于面积加权(area weighted)，嵌入件10的叶片状部分4具有比其总长 度的30%小的平均厚度，以及优选地，基于面积加权，嵌入件10的叶片状部分4具有小于其 平均宽度的30%的平均厚度。 为了改善嵌入件的疲劳强度，有利地利用钢球对其进行喷丸处理，以便在嵌入件 表面引入残余压縮应力。为了防止在喷丸变形处理期间翘曲，需要同时对嵌入件的两侧进 行喷丸变形处理。这可以通过将嵌入件竖直地固定到一基板上并从两个喷嘴同时对嵌入件 两侧进行喷丸而实现。在喷丸变形之后，需要利用细沙进行喷沙处理，以形成用于粘附结合 的更好的表面。例如，如果由钢锻造而成，则嵌入件具有至少600N/mm2的疲劳强度。 在喷沙结束之后，嵌入件表面必须立即防止腐蚀。这通过立即用一层符合层压物 界面层来覆盖它而实现。 嵌入件从叶片根部突出出来的部分(例如扩大部分2)应该用适当的涂料防止腐
蚀。最优选地是一层环氧树脂基涂料随后一层聚氨酯的双组分顶部涂层。 当对嵌入件适当处理之后，可以利用用于获得正确定位的固定板将其安装在叶片
根部中，如图6所示。薄的渐縮的板状部分4将在叶片的结构部分内通过剪切力实现负载
转移。如图4和5所示，预施加的复合材料层20安装在嵌入件的叶片状部分4上下，并且
然后插入到叶片根部的安装孔中并结合到其上，以构成叶片根部的结构部件100。叶片根部
的安装孔的实际截面形状可以是矩形、三角形、卵形或其它形状，但应该非常扁平，使得其
或多或少类似于带状形状，以便与嵌入件的叶片状部分4的形状配合。 通过使用本实用新型的嵌入件，组装好的叶片的总重量和原材料成本将显著降
低。例如，通过在40. 3m长、用于1. 5兆瓦的风力涡轮机的叶片上使用本实用新型的嵌入件
代替螺母和双头螺栓捕获系统，可以减少超过200kg的重量。
权利要求一种用于风力涡轮机叶片根部的嵌入件，其整体地具有三个部分，即第一部分、第二部分和第三部分，其特征在于，所述第一部分是扁平的叶片状，第二部分是从第三部分过渡到第一部分的颈缩过渡部，第三部分具有扩大的横截面。
2. 如权利要求1所述的嵌入件，其特征在于，第三部分具有当嵌入件安装在叶片根部 中时用于与双头螺栓接合的孔。
3. 如权利要求1所述的嵌入件，其特征在于，基于面积加权，所述第一部分的平均厚度 小于其总长度的30%。
4. 如权利要求1所述的嵌入件，其特征在于，基于面积加权，所述第一部分的平均厚度 小于其平均宽度的30%。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的嵌入件，其特征在于，所述第一部分的表面覆盖有 一层复合层压物界面层。
6. 如权利要求1-4中任一项所述的嵌入件，其特征在于，所述第三部分覆盖有防腐蚀 涂料。
7. 如权利要求6所述的嵌入件，其特征在于，所述涂料是一层环氧树脂基涂料随后一 层聚氨酯的双组分顶部涂层。
8. 如权利要求1-4中任一项所述的嵌入件，其特征在于，所述嵌入件由锻造钢制成。
9. 如权利要求1-4中任一项所述的嵌入件，其特征在于，所述第一部分从两侧经受喷 丸变形。
专利摘要本实用新型提供了一种用于风力涡轮机叶片根部的嵌入件，其整体地具有三个部分，即第一部分、第二部分和第三部分，其特征在于所述第一部分是扁平的叶片状，第二部分是从第三部分过渡到第一部分的颈缩过渡部，第三部分具有扩大的横截面；本实用新型显著减小了每个嵌入件之间难以填充的空间的尺寸；可以通过使用本实用新型使得叶片根部生产过程自动化；利用本实用新型，组装好的叶片的总重量以及原材料成本能显著降低，这将显著降低叶片成本。
文档编号B29C70/86GK201539357SQ20092017427
公开日2010年8月4日 申请日期2009年9月23日 优先权日2009年9月23日
发明者米盖比 申请人:苏州红枫风电模具有限公司