专利名称：风轮机叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风轮机叶片，该叶片被横断地细分成两个或多个独立的区间段(span)，其中所述区间段在其可正对的端部节段设置有连接装置。
背景技术：
将风轮机设计成可获得不断增大的功率。干扰影响风轮机功率的部件有形成转子的叶片。对于增大风轮机的功率来说，叶片的空气动力特征和尺寸为根本要素。出于该原因，制造出了不断增长的叶片。
由于风轮机通常被装配在难以到达的地方，因此叶片的运输往往成为问题，主要是因为其长度。
为了解决所出现的问题，将叶片横断地细分成两个或更多的独立的区间段或模件的技术已经公知，所述区间段或模件在其可正对的节段设置有联结装置。
这一方面可引用欧洲专利第EP1,244,873号，该专利披露了一种风轮机转子叶片，所述叶片被横断地细分成通过多个板彼此联结在一起的若干节段，其中所述多个板接连连续的节段的可正对的边缘。所述板与需要进行连接的所述节段的边缘的联结可通过螺栓进行，其中所述螺栓沿着所述节段的边缘安置在所述节段的表面上。在考虑连接工作必须在工具有限的野外进行的事实时，该系统具有存在大量连接点的缺点。另一方面，大多接附点被布置在具有抵抗性的内框架(resistant inner frame)的外部，这样降低所述接附点的抵抗性，这又将导致需要大量的接附点。
德国专利第DE 3,109,566号揭露了一种被细分成至少两个节段的风轮机转子叶片，所述至少两个节段通过可调螺钉彼此联结。考虑到进行组装操作的条件，这些螺钉的安置同样也相当困难。
美国专利第US4,389,162号则披露了一种被横断地细分成若干节段的风轮机转子叶片。其联结装置由具有高抗拉强度的纵向元件构成，例如，在叶片不同节段的内部延伸的、并被固定到布置在端部节段上的固定件上的缆线。该系统具有如同前述的组装缺点，并同样也需要不同部件的特殊构造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风轮机叶片，该叶片由一个内部纵向加固结构件及联结到该结构件上的外部空气动力壳体或盒体构成，所述叶片被横断地细分成两个或更多的节段或模件，所述节段或模件通过数量较少的、易于进行连接的连接点而彼此固定在一起，由于联结点的特征以及联结点的数量较少，有利于在野外对叶片进行组装，进而使得模件可以互换。
由于将叶片细分成具有确定长度的模件，使得运到风轮机组装地点的运输变得便利。
另一方面，由于联结点数量减少以及由于将所述联结点构造成能够在野外易于进行联结，因此减少了组装时间。这一点不仅完全使得物流问题可通过本发明而得以解决，而且还使得能够达到物流最优化的目标。
内部纵向加固结构件可由结构匣形横梁构成，而外部空气动力盒体或壳体则联结到结构横梁相对壁部的其中两个壁部上，两者均可由性质不同的纤维增强树脂构成。由横梁和壳体构成的叶片被横断地细分成模件，所述模件在其正对边缘上设置有连接装置。
依据本发明，将连接装置布置成与内部纵向加固结构件的端部节段相叠合，而且所述连接装置由在叠合位置上从所述端部节段的边缘上轴向突出的凸片构成，使得当连续的模件联接在一起时，所述模件的凸片邻接或彼此正对，以容纳联结元件。
优选地，所述凸片设置有一个端部孔口，当模件联接而凸片邻接时，每一对邻接凸片的所述孔口对准，以容纳连接螺钉或联结铆钉。当凸片彼此正对而并未邻接时，设置有可与所述凸片的孔口对准的孔口的中间板布置在每一对正对的凸片上，以引入连接螺钉或联结铆钉。
形成叶片的模件具有界定形成一个凹口的缺口，其中所述缺口始于自由边缘并且优选为位于将要布置连接装置的区域，另外，当两个连续的模件联接时，可通过所述凹口布置和/或操作连接螺钉或联结铆钉和/或对其进行操作。该开口可制成于盒体上，接近模件的自由边缘，从而为连接螺钉的组装提供通道。
上述联结方式的主要特征在于可互换性、野外组装便易性、质量，这些特征仅在接附点很少时才会发生。
对于这一方面，凸片可以布置成平行于端部节段的任一条轴线，在该情形下，连接装置可由最大数量的六个凸片构成，所述凸片固定在内部纵向加固结构件与壳体或盒体在其内相叠合并联结的区间段内并固定于在壳体或盒体之间延伸的、所述结构件的间隔部分上。在每一间隔部上均存在有凸片使得能够吸收联结点载荷的所有分量。
作为一可供选择的方案，凸片布置可以在并不平行于端部节段的任一条轴线的位置上，在该情形下，则布置四个凸片即足够，通过改变凸片的布置方式，也可吸收联结点载荷的所有分量。
在任一种情形中，由于内部纵向加固结构件是保证叶片结构完整性的主要元件，因此，联结元件必须布置成使得联结元件能够为将要进行连接的模件中的每一个模件的加固结构件提供连续性。
凸片与模件之间的联结可通过螺钉进行。这些联结在制造工厂中进行，因此，模件由叶片节段以及不同的组装凸片构成。随后，两个模件之间的联结将通过构成联结元件的贯穿螺钉或螺栓在野外进行。
最后，通过一个非结构性、或者说一个间接结构性套环，在连续的模件之间封住空气动力表面。套环联结到模件上为通过螺纹方式拧紧。为此，在制造工厂中，在模件的每一个上装配一个包含有连接螺母的扁平状杆件，其中所述杆件始于端部节段并位于所述模件的内表面上。因而，当在野外进行联结时，操作人员将仅仅需要定位套环并从外部引入螺钉即可，而不需要把握螺母。
通过以下给出的具体实施方式
部分，将能更好地理解本发明的特征和优点，其中所述具体实施方式
部分参照附图进行描述，而所述附图则显示出非限制性的实施方式，所述附图包括图1所示为依据本发明所构造的、设置有连接装置的、模件的可连接的端部的立体图；图2所示为如图1所示的模件的俯视平面图，图中所述模件已经联结在一起、并且通过套环封住所述模件的空气动力表面；图3所示为连续的模件之间的联结点沿图2所示的剖面线III-III的剖面图；图4所示为封住空气动力表面的套环沿图2所示的剖面线IV-IV的纵向剖面图；图5所示为形成本发明的连接装置的一部分的凸片的其中一个的纵向剖面图；图6所示为类似于图1的视图，图中示出了实施方式的一个变化形式；图7所示为类似于图2的视图，对应于如图6所示的实施方式的变化形式；图8所示为类似于图3的视图，但是沿着如图7所示的剖面线VIII-VIII进行剖切；图9所示为所述模件的其中一个的端部节段的示意性立体图，图中的凸片布置方式不同于如图1所示的布置方式；图10所示为类似于图9的视图，图中示出了有关凸片的布置方式的
具体实施例方式
对于被横断地细分成模件的风轮机叶片而言，所引发的第一个问题为依据不同的因素而应当将叶片分成多少个模件，在这些不同的因素中，制造手段、运输可行性等可以考虑在内。例如，可将叶片细分成三个模件，然而依据其他因素，也可决定将其细分成数量更多的、长度更短的模件，或者将其细分成数量更少的、长度更长的模件。
图1所示为风轮机叶片的两个连续的模件1和2的可正对(faceable)的端部节段的立体图。这些叶片主要由内部加固结构件以及联结到横梁3上的空气动力壳体或盒体4构成，两者中的任一部件可由性质不同的纤维增强树脂构成，在所述实施例中，所述内部加固结构件采用结构横梁3的形式。
端部节段设置有连接装置，该连接装置由固定到每一区间段(span)或模件1和2上并从其上轴向突出的凸片构成，这些凸片在模件1中以标号5和6指代，在模件2中则以标号7和8指代，所有凸片均被布置成与结构横梁3的端部节段叠合，位于两个模件中的每一个凸片被布置在叠合位置。
在图1所示的实例中，连接装置由六个凸片构成，其中以标号5和7指代的四个凸片固定在与壳体或盒体4叠合的、结构横梁3的间隔部分(spans)上，在沿着所述间隔部分的轨道的每一侧上安置两个凸片，而以标号6和8指代的另外两个凸片则固定于在壳体或盒体4相对壁部之间延伸的、结构横梁3的间隔部分的每一侧上，作为所述间隔部分的延伸部分。
所有凸片均在从模件边缘突出的部分上设置有一个孔口9。此外，凸片具有这样的长度，亦即当彼此邻接时，模件1和2的端部节段局部重叠，从而使得相邻接的凸片的孔口9对准，以容纳连接螺钉或螺栓10，见图3。
如图3所示，凸片7在端部部分裂成两个分片11，相对模件1的凸片5插入在该两个分片11之间，分片的孔口9与凸片5的孔口9对准，以供连接螺钉或螺栓10穿过。
如图1所示，凸片5和7具有近似的矩形轮廓而且它们邻接在结构横梁的内表面处，即通过埋头螺钉12固定到所述横梁和壳体4的壁部上，见图3，以防止它们从空气动力表面突出，其中，所述固定是在工厂中进行。
凸片6为扁平状且为双层，每一个也是通过螺钉固定在结构横梁的相应壁部的一个表面上。对于凸片8，则如图5所示，图5是这些凸片的其中一个的纵向剖面图，凸片8设置有一个中间横向弯曲部13并且通过螺钉在间隔段14处与结构横梁的相应壁部邻接并固定到其上，彼此邻接的每一对凸片的端部间隔段15延伸以被引入相对的凸片对之间，每一个凸片的孔口9彼此正对，以引入连接螺钉或螺栓。
在图1所示的实施例中，模件中的一个，即以标号2指代的模件，设置有一个始于自由边缘并界定一个开口的缺口16，其中当模件1和2联接在一起时，可通过该开口引入构成位于不同凸片之间的联结元件的螺钉或螺母。用于引进联结元件的开口可位于盒体上，接近模件的自由边缘。此外，两个模件还可以具有始于自由端部节段的周边台阶17，当所述模件联结时，该周边台阶17界定形成一个周边底座(seating)，在该周边底座处布置有一个封住空气动力表面并形成一个间接结构性套环的条带。该套环18通过埋头螺钉19联结到模件上，见图2和4，为了实现该目的，在模件的每一个上装配一个包含有联结螺母21的扁平状杆件20，所述杆件20位于所述模件的内表面处并始于其自由边缘。因而，当在野外进行所述联结时，操作人员只须简单地定位套环18并从外部引入螺钉19，而不需要把握螺母。
在图6所示的实施方式中，凸片5和7具有更短的长度，使得当模件1和2邻接时，所述凸片并未重叠，正对的凸片的孔口9彼此间隔开一定距离。在该实例中，通过中间板23和24进行所述联结，将所述中间板23和24中的第一个安置在外部，第二个安置在内部，将这些板的尺寸设计成可在正对的凸片5和7上进行联结，在该实例中的凸片具有相等的构造，即扁平状构形。板23和24设置有分别正对着凸片5和7的孔口9的孔口25和26，以容纳连接螺钉或螺栓10’，见图7和8。该系统使得能够降低有关如图1所示的母凸片7的成本，该母凸片7成本高昂，原因为其是通过机械加工方法制造。在如图6所示的实施方式中，由于凸片5和7具有相等的构造，因而没有公凸片和母凸片。如图所示，中间板23和24之间以及它们与凸片的联结也是通过螺栓或销钉进行。虽然在该实例中联结点的数量看似是双倍的(doubled)，但在现实中并非如此，原因为中间板与若干模件的联结可在工厂中进行。
此外，在如图6所示的实施方式中，有关凸片5、6、7和8的固定以及形成套环的条带18的布置方式则与关于图1所述的一致。
如果想要避免联结点靠近空气动力表面，可将四个凸片安置于在壳体或盒体4之间延伸的、结构横梁3的间隔部分上，如图9中的标记8所指代。而每一侧上各设一个的、在附图中未示出的另外两个凸片则被布置成与结构横梁3的、与盒体4相叠合的间隔部分相叠合。
在图1和6所示的实例以及在图9所示的实例中，必须将凸片布置在与盒体4叠合的、结构横梁3的间隔部分上以及将凸片布置于在所述盒体之间延伸的、结构横梁3的间隔部分上，由于凸片之间的平行，不能够吸收联结点载荷的所有分量(components)。然而，通过稍微改变横梁3的几何形状，使凸片8不平行，联结系统可以仅通过如图10所示的四个点解决。在该实例中，仅布置四个凸片28，附图中仅显示出所述四个凸片28中的一个。所述四个凸片不平行于模件的端部节段的任一轴线，该模件的端部节段能够使用类似于图1所示的凸片6、8的凸片系统并且具有用于通过非埋头螺钉固定或接附到横梁上的相同系统，因为它们不会影响到空气动力表面。
在图6所示的实施方式中，两个模件1和2设置有始于端部节段的边缘的、界定形成一开口的缺口16，其中当所述模件邻接时，板23和24在该开口处联接，所述板设置有中心开口29，两个板上的中心开口29正对，以引入连接螺钉和联结螺母。
权利要求
1.一种风轮机叶片，该叶片被横断地细分成两个或更多的独立的模件(1-2)，该模件包括外部空气动力壁部或盒体(4)以及内部纵向加固结构件，所述模件在其端部节段设置有连接装置，所述连接装置由凸片(5-7、6-8)构成，所述凸片固定到所述内部纵向加固结构件上并且设置有用于容纳联结元件的孔口(9)，其特征在于，所述凸片在叠合位置按大致平行于模件轴线的方式从端部节段上轴向突出，用于容纳联结装置，所述联结装置由垂直于模件轴线的连接螺钉或螺栓组成，所述螺栓按剪切方式起作用并穿过每一对正对的凸片的孔口。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述连续的模件的可正对节段的凸片(5-7、6-8)在其端部部分横向地移位，其位移距离大致等于所述凸片的厚度，使得当两个连续的模件邻接时，正对的凸片搭接，使孔口对准以容纳连接螺钉或螺栓。
3.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，安置成与壳体或盒体相叠合的连续的模件的相邻的节段的凸片(5-7)并未从所述壳体的边缘上突出并以这样的方式布置，亦即使得正对的凸片位于一个单平面上，使其孔口(9)彼此间隔开一定距离，联结装置由中间板(23-24)构成，所述中间板被安置在每一对正对着的凸片(5)上并且设置有孔口(26-27)，所述孔口(26-27)可以与所述凸片的孔口对准，以容纳连接螺钉或螺栓(10’)。
4.根据前述任一项权利要求所述的叶片，其特征在于，所述壳体或盒体及内部纵向加固结构件设置有可正对的缺口(16)，这些缺口始于自由边缘并位于叠合的间隔部分上，其界定形成凹口，当连续的模件邻接时，位于正对着的凸片之间的联结元件布置成穿过所述凹口。
5.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，连续的模件的可正对的边缘在壁部或盒体上具有一个外部周边缺口(17)，当所述模件邻接并联结在一起时，该外部周边缺口界定形成一个周边底座，在该周边底座上布置有一个条带或套环(18)，用于封住空气动力表面，该条带或套环通过螺钉(19)固定到两个缺口的底部。
6.根据权利要求5所述的叶片，其特征在于，所述模件设置有一个固定到其内表面上的扁平状杆件(20)，该扁平状杆件始于节段或端部节段并具有用于拧入连接螺钉(19)以固定所述条带或套环的螺母(21)。
7.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述凸片与模件的内表面邻接，该凸片始于其自由边缘并且通过螺钉(12)联结到所述模件上。
全文摘要
一种风轮机叶片，该叶片被横断地细分成两个或更多的单独的模件(1－2)，这些模件由外部空气动力壁部或壳体(4)以及内部纵向加固结构件(3)组成。该模件包括位于所述纵向加固结构件(3)的端部的联接装置，该装置由凸片(5－7、6－8)组成，所述凸片从相应的部分突出并具有用于容纳联接元件的可对准的孔口(9)。
文档编号F03D1/06GK1957178SQ200580016547
公开日2007年5月2日 申请日期2005年3月31日 优先权日2004年4月7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:歌美飒风电有限公司