专利名称：叶片插入件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的插入件。
背景技术：
风力涡轮机叶片通常通过机械式多点连接方式，如应力螺钉连接到该风 力涡轮机的轮毂上。同样地，被分成多个模块的叶片可以通过在称为插入件 的金属部件之间的机械连接进行装配。叶根连接元件和中间连接元件的基本 功能是传输来自叶片迭层结构的牵引和/或压縮负荷。
最接近的现有技术是专利EP18789155,其金属插入件沿轴向装在叶片模 块壁内，该壁由带有一系列孔的复合层构成。复合材料层与插入件之间的结 构连接是通过化学方法(粘合剂)来实现的，并定义为单剪切力式连接，因 为插入件的每一侧都与复合材料层中孔的侧面之一接触。
然而，由风力作用产生在叶片上的负荷所引起的叶片迭层结构上牵引和 /或压缩负荷的传输非常大。这一问题可以通过用更多纤维和大的插入件加强 模块壁来解决，但是叶片过重将增加风力涡轮的负荷，这是不期望出现的。
发明内容
为了实现恰当的负荷传输，提供一专门的插入件，其以双剪切力式连接 的方式安装在叶片迭层结构中。
插入件由两个限定部分构成，即头部和主体，头部设计成将插入件旋入 另一结构(例如，风力涡轮毂轴承或与另一叶片模块对应的另一插入件)， 而主体包括具有圆锥内腔的圆柱形或圆锥形区域，用以将该插入件化学地连 接至该迭层结构。
插入件与迭层结构之间的连接包括两个替代方式-
-第一种方式，插入件通过化学方式(粘合剂)在已固化的迭层结构内的 一机加工的腔内与迭层结构相连。
-第二种方式，在层压步骤中将该插入件与一内部部分连在一起嵌入迭层 结构。在该迭层结构固化期间，该复合材料树脂通过化学方式将该迭层结构粘接到插入件上。
我们正在讨论的插入件的头部根据其使用场合具有两种替代方式，即用 于连接中间叶片部分的插入件或叶根插入件；
-第一替代方式，插入件具有一带有通孔的金属配件头部； -第二替代方式，插入件头部完全层压并具有内部螺纹区域。
下面的附图用以解释插入件的连接
图l示出按照第一实施例的插入件连接和叶片壁迭层结构的截面图。 图2示出了相应于上图的插入件和迭层结构之间连接的横断面； 图3示出按照第二实施例的插入件连接和叶片壁迭层结构的截面图； 图4示出了相应于上图的插入件和迭层结构之间连接的横断面； 图5和6示出了连接的一个截面，显示了按照内部所用的材料的刚性的负 荷传输；
图7和8示出了按照本发明中叶片面积的插入件头部的两个实施例；这两
个实施例的插入件分别用于叶片的不同部位；
图9示出了按照图7中实施例的两个不同结构插入件之间的连接； 图10示出了按照图7中实施例的金属配件、插入件和螺栓之间插入连接
的截面图11示出了用于图7中实施例的固紧工具的实施例。
具体实施例方式
本发明涉及叶片，其主要的迭层结构(位于空气动力翼型的顶部和底部 的中心区域)由固体叠片制成，其描述了一种叶片插件，其特征在于可以以 双剪切力式连接使用在叶片上。
如图1所示，本发明的叶片插入件包括两个不同部分，头部2和主体3， 头部2设计成可通过锚固件9将插入件旋连至另一结构1'、 2'、 3'，主体3设计 成通过粘合剂4固定于叶片迭层结构1。
插入件主体3具有一带有内锥形空腔的圆柱形或圆锥形，而头部，如图 7和图8所示，具有一螺旋区域或一带有通孔的铸铁头部区域，这取决于其 是作为一插入件安装在叶片根部，还是作为叶片中间连接插入件。
这样，在第一实施例中，插入件主体3和叶片迭层结构1之间的连接通过加厚该连接点附近的迭层结构l来实现，当该迭层结构已经固化后，可以将 其加工成旋转几何结构，形成一与该插入件主体3的形状相适配的锥形空腔， 且该主体3插在粘合剂4中，参见图1和图2。
在另一个连接实施例中，插入件嵌入叶片迭层结构中，因此一粘结到插 入件主体3上的内部部分5也被插入，如图3所示，这就允许从叶片迭层结构 到插入件顶部形成连续迭压的复合材料层。
内部部分5具有两段， 一个是用粘合剂4与插入件主体3的圆锥内腔的表 面粘接的圆锥形5.1，另一个是圆柱形空腔5.2及倒角。
内部部分5可根据各应用所需的连接强度采用不同的材料。例如，当有 高强度的需求时则采用玻璃纤维这样的刚性材料，当需要低强度时则采用如 泡沫或木材这样较轻且刚性较低的材料。
各情况下的负荷传输8是不同的，如图5和6所示，当刚性材料用于内部 部分5时， 一部分负荷直接从插入件传输至迭层结构l，而另一部份负荷从插 入件传输至内部部分5，并随后经内部部分5的表面传至位于插入件外的迭层 结构l，通过这种方式构成了双剪切力式连接，而当采用较轻且刚性较低的 材料时，插入件和该迭层结构1之间的负荷传输8主要经插入件的外侧进行。
最后，将在插入件之间引入一些分隔件(6)，其可以用玻璃纤维或泡沫 制成。
将插入件紧靠内部部分5设置的方法的特点在于采用了带有波纹表面的 模具7，从而将该迭层结构l与插入件的圆柱形状相适配。将复合材料的一系 列层迭压在该波纹表面上(玻璃纤维或碳纤维)，并在其上设置已经预先粘 接内部部分5的插入件。如上所述的分隔件6位于插入件之间，最后将其余的 复合材料层迭压在插入件上。
该层压工艺可采用预浸渍的材料，即该材料已经预先浸渍在树脂中，也 可以采用干织物，然后浸渍树脂。
如前所述，根据连接的特点(是作为叶根插入件还是连接中间部件的插 入件来进行安装)，插入件的头部2是不同的，如果插入件与法兰(叶根连接) 相连，头部2则具有一内部螺旋区域并嵌入叶片的迭层结构1，如果插入件是 与另一结构上的相同插入件相连，则其具有一带有未嵌入迭层结构l的通孔 的金属配件头部2 (分别参见图7和8)。
图9所示的是将插入件与另一个结构1 '、 2'、 3'的相同插入件相连的另一替代方式，预先插入一辅助金属配件io，该配件具有至少一个非螺旋通孔 11,该通孔容纳两个插入件结构l、 2、 3; l'、 2'、 3'的锚固螺栓9、 9'的紧 固头12。
这些螺栓9、 9'具有内部"逆时针"螺纹13、外部"顺时针"螺纹14和位于 螺栓9、 9'末端的紧固头12。紧固头(12)之后是螺母15，其具有与螺栓9啮 合的"顺时针"螺纹，如图10所示。在螺母15和辅助金属配件10之间是一垫圈 20。
固紧过程基于在螺母15外表面上施加转矩，使该螺母达到螺栓9的紧固 头12。当施加该转矩时，如果螺栓9的两个螺纹13、 14做了正确的润滑，在 头部2、辅助金属配件10和螺母15之间不会产生相对运动。施加转矩的结果 是，螺栓9沿着该头部2的螺纹在一个方向上前进，并在相反方向上在螺母的 15的螺纹上旋转，从而在螺栓的9上形成一预紧力。
根据此优选实施例来进行固紧时采用如图11所示的工具。该工具优选由 两个不同部分构成 一固定扳手16和一活动扳手17，固定扳手用于在固紧 过程中支撑螺母15，活动扳手包括与固定扳手16 —体连接的固定导轨18和 将转矩施加于螺栓9的紧固头12上的活动导轨19。
权利要求
1、叶片插入件，其连接在位于叶片空气动力部分的顶部或底部的中心部分的固体迭层结构中，其特征在于-该插入件由头部(2)和主体(3)构成，所述头部设计成可将插入件旋入另一结构(1’、2’、3’)，所述主体用于连接至迭层结构(1)，该叠层结构具有带内部圆锥孔的圆柱或圆锥形状；-插入件和迭层结构(1)之间的连接通过粘合剂以化学的双剪切力式连接(4)实现，即，位于插入件主体(3)的外表面和内表面。
2、 如权利要求1所述的叶片插入件，其特征在于为了实现插入件主 体(3)与迭层结构(1)之间的连接，将固化后的迭层结构(1)机加工成， 使其具有与插入件主体(3)形状相适配的旋转几何体。
3、 如权利要求1所述的叶片插入件，其特征在于该插入件嵌入叶片 迭层结构(l)，并包括至少一个粘到该插入件主体(3)内部的内部部分(5)。
4、 如权利要求1所述的叶片插入件，其特征在于在插入件之间插入 一些由玻璃纤维或泡沫制成的分隔件(6)。
5、 如权利要求3所述的叶片插入件，其特征在于内部部分(5)具有 两段， 一个是用粘合剂(4)粘接于插入件主体(3)的圆锥内腔的表面的圆 锥形(5.1)，另一个是圆柱形空腔(5.2)及倒角。
6、 根据权利要求3所述的叶片插入件，其特征在于在内部部分(5) 的制造过程中，如果需要高强度，则采用如玻璃纤维这样的刚性材料。
7、 如权利要求3所述的叶片插入件，其特征在于在内部部分(5)的 制造过程中，如果需要低强度，则采用如泡沬或木材这样轻质的且刚性较低 的材料。
8、 插入件在叶片迭层结构中的安装方法，其特征在于插入件和迭层结构(1)之间的连接使得插入件被嵌入其中，包括如下步骤-采用具有波纹表面的模具(7)，从而使得迭层结构(1)与插入件的圆柱形主体(3)相适配；-将一系列复合材料层迭压在所述表面上(玻璃纤维或碳纤维)，-在迭层结构(1)上设置已经预先粘接内部部分(5)的插入件， -在插入件之间设置一些分隔件(6)， -将其余的复合材料层迭压在插入件和分隔件(6)上。
9、 如权利要求8所述的插入件在叶片迭层结构中的安装方法，其特征 在于采用预浸层压工艺，即，材料已经预先浸渍以树脂。
10、 如权利要求8所述的插入件在叶片迭层结构中的安装方法，其特征 在于采用干织物层压工艺，然后浸入树脂。
11、 如权利要求l所述的叶片插入件，其特征在于该插入件完全嵌入 在迭层结构(1)中并包括主体(3)和用于将该插入件旋入另一结构(1，、 2， 、 3，)的头部(2)，所述连接包括具有至少一个非螺旋通孔(11)的辅助 金属配件(10)和各被连接结构的至少一个锚固螺栓(9、 9')。
12、 如权利要求ll所述的叶片插入件，其特征在于锚固螺栓(9)具 有"逆时针"内螺纹(13)、"顺时针"外螺纹(14)和位于该螺栓(9、 9')末 端且外部旋有螺母(15)的紧固头(12)。
13、 如权利要求ll所述的叶片插入件，其特征在于旋在插入件的螺栓 (9)上的螺母(15)具有"顺时针"螺纹。
14、不同结构之间插入件的连接方法，其特征在于采用一工具固紧螺 栓(9、 9，)，该工具具有固定扳手(16)和活动扳手(17)，固定板手在固紧 过程中固持所述螺母(15)，所述活动扳手包括与固定扳手(16)整体连接 的固定导轨(18)和将转矩施加于螺栓(9)的紧固头(12)上的活动导轨(19)。
全文摘要
叶片插入件和叶片迭层结构之间的连接为双剪切力式连接。插入件包括两限定部分，即头部(2)和主体(3)，头部设计成将插入件旋入另一结构(2′)中，主体为具有圆锥内腔的圆柱形或圆锥形。实施例中，该插入件设计成通过粘合剂(4)与叶片的迭层结构(1)相连。在另一个实施例中，该插入件嵌入叶片迭层结构，其内部粘接于插入件主体(3)。
文档编号F03D1/06GK101614184SQ20091015152
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月29日 优先权日2008年6月27日
发明者埃奈凯奥·桑斯·帕斯卡, 桑德拉·阿罗斯·科拉多, 约恩·阿罗赛纳·德拉鲁阿 申请人:歌美飒创新技术公司