专利名称：风力涡轮机叶片和轮毂组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于风能设备的涡轮机叶片及其到用于风力设备的轴承和轮毂的连接。
背景技术：
用于风能设备的叶片大部分成形为空气动力学轮廓以最佳地充分利用风力。叶片 常经由一个或多个轴承连接到轮毂上，由此负载传递到轮毂上，且一定程度传递到转子轴 上。负载包括两个(内部)旋转力、离心力、重力以及由转子叶片上的风的作用产生的作用 力、负载和力矩。风力涡轮机叶片可以刚性地连接到轮毂上，但大部分现代风力涡轮机可以 例如通过桨距调节和/或锥角(coning)调节并调整叶片的位置。因此，叶片常经由一些种 类的轴承连接到轮毂上，例如允许各叶片围绕其变桨轴线转动的圆形变桨轴承。当今，风力涡轮机叶片典型地由纤维增强叠层制成以便获得牢固而轻质的构造。 此类叶片通过若干杆或螺栓连接到轮毂中的圆形轴承上，杆或螺栓从叶片根部平行于变桨 轴线延伸，并通过嵌入在叶片叠层中的套管或楔形物紧固到叶片上。在解决确保套管的正 确接合并获得到周围叠层的适当负载传输的问题的尝试中，已经提出了套管和叠层组合的 不同设计，如 WO 2003/082551, WO 2004/110862, W02006/070171 ；然而，这仍然是一个持续 研究的领域。杆到叶片的固定以及从叶片到轮毂的负载传输进一步要求叶片成形为具有带一 定最小长度的直根部圆柱体，在该最小长度中放置套管。该根部圆柱体然后变形成叶片的 空气动力学优化部分。该根部段一其限定为从轮毂和叶片的最根部延伸至具有最大翼弦 的叶片剖面的位置的叶片部分一在60米长的叶片上可在10米的级别。根部段的不利 之处当然是在最接近轮毂的此区域中没有最优地充分利用风力。在发明人Wobben的WO 2004/097215中，建议此问题通过应用紧固到叶片的负载轴承“骨架”上的可折叠后缘段或 覆层而解决。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供用于风能设备的叶片和轮毂组件，以及允许在靠近 轮毂的区域中更好地提取风力的设计，且此处其中一些上述不利之处被克服或减少。根据一个方面，本发明涉及用于风力设备的叶片，其包括在所述叶片的根部中的 至少两个套管，用于将所述叶片附接到轮毂上，并且此处所述套管沿叶片表面而放置，且此 处至少其中一些所述套管是不平行的。所考虑的套管如所陈述的沿叶片表面放置，即，例如 在叶片由纤维增强复合物制成的情况下，与横跨叶片厚度放置相比，差不多嵌入或放置在 叠层中的其中一些层之间，或者换句话说，大体上沿叶片纵向地放置，或者差不多沿叶片的 长度放置。同样，在此处并且贯穿本文，套管应宽泛地理解为插入件或孔，其以某种方式能 够接收并紧固或支撑一些种类的紧固件，并因而可以在发明的范围内并且如本领域技术人 员所知的为例如具有内螺纹的常规套管、具有横销的孔或管等的形状。
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由此获得的是其中放置了套管的叶片的根部段不需要和否则当套管都平行时的 情况下传统地那样成圆形直圆柱体的形状。相反套管允许在任何方向上定向，并且从具有 叶片轮廓进入根部端(其最经常为圆形以组装到圆形轴承上)的叶片过渡部分因而可更加 渐进并且更加自由而自然地成形。这在使得叶片能够具有短得多的根部段方面是更有利 的，并且此处具有最大翼弦长度的叶片轮廓可以被带至离轮毂近得多。由此对于具有给定 长度的叶片年功率产生增加，或者备选地以较短且因而不那么沉重的叶片可以获得相同的 功率输出。较短的叶片有利于降低塔架碰撞的危险，因为叶片常非常柔韧并且在风中弯折 很大。叶片的重量减轻在降低风力设备中的齿轮、轴承等上的负载方面也是有利的。此外，由于在根据本发明的叶片中的套管可以在不同的方向上延伸，实现了可以 更自由地设计叶片，且具有获得防止更大弯曲的更好、更自然的叶片形状的可能性。这在降 低叶片根部中的应力方面是有利的，由此也降低了叶片叠层的损伤和磨损的风险，并导致 从叶片到轴承和轮毂的更好的负载传递。此外，由于至少其中一些套管是倒角的，因此套管的有效长度(沿叶片的长度/或 变桨轴线的长度部分)也降低了。这又意味着叶片的根部段的所需长度还可以进一步减 小。同样，根据以上所述，套管可描述为以这样的方式倒角，使得从周围的叠层扯出或 拔出套管所需的力极大地增加，由此获得叶片到轮毂的更牢固的组装。这又意味着根部中 叶片叠层的厚度可以减小而不暗示装配的强度减小，由此可以减少重量和材料。在本发明的另一个实施例中，如上所述用于风力设备的叶片包括不均勻地分布在 叶片的根部端中的套管。由此获得的是套管可根据叶片中的负载分布而放置。在又一个实施例中，如上所述用于风力设备的叶片中的所述套管的至少其中一些 在叶片的上风侧和/或下风侧中更靠近彼此放置。这是有利的，因为放置在上风侧和/或 下风侧中的套管可以靠近叶片的主叠层嵌入或者嵌入在叶片的主叠层中，叶片的主叠层可 以更容易地承受来自套管的负载。同样，在叶片的上风侧和下风侧中产生最高的负载，因此 此处更密集的套管是有利的。根据本发明这可以在相同根部平面中保持套管的均勻分布的 同时达成此目的。又另一个实施例涉及根据任意如上所述的用于风力设备的叶片，此处所述叶片的 根部段是非圆柱形的。如上文提及，圆柱形的根部段在相对于功率输出产生一定长度的无 效叶片方面是不利的。相反，非圆柱形根部段在导致叶片的最内部部分的更加渐进而自然 的形状改变方面是有利的。根据另一方面，本发明还涉及用于风力设备的叶片，其包括在所述叶片的根部中 的至少一个插入件，用于将所述叶片附接在轮毂上，此处所述插入件包括至少两个孔洞，用 于到所述插入件上的紧固构件，并且此处至少其中一些所述孔洞是不平行的。在此处且贯 穿本文，紧固构件是用来描述诸如杆、桩、螺纹杆和螺母、或螺栓等要插入套管、孔等的连接 装置和/或在叶片的根部段中的插入件的构件。通过本发明的上述方面，防止了在制造过 程中将大量的套管单独地置入叶片叠层，这可能是一个要控制的困难而漫长的过程，并且 如果其中一些或全部套管根据本发明要在不同的方向上定向，则其更加复杂。相反仅带有 对应于套管中的孔洞的孔洞的一个或少数插入件可以放置在叶片根部段中。如前所述还获 得其它优势。
在另一个实施例中，该至少一个插入件至少部分地嵌入根据如上所述的用于风力 设备的叶片中，由此产生叶片和插入件之间的牢固连接。另外，在另一个实施例中，该至少一个插入件包括若干舌形楔形件，这在降低插入 件和叶片的其余部分之间的过渡区中的应力集中方面是有利的。本发明还涉及变桨轴承，其包括具有用于定位紧固构件的两个或更多孔的轴承 环，紧固构件用于将风力涡轮机叶片附接到所述变桨轴承上，此处至少其中两个所述孔以 不同的角度定向，以便定位在所述孔中的紧固构件不平行。这在使得能够组装到包括套管 或插入件的风力涡轮机叶片上方面是有利的，套管和插入件用于如上所述的紧固构件。由 此获得的变桨轴承可导致某种程度上比常规变桨轴承更重的构造，但是，可能的额外重量 被放置成相对靠近转子的旋转中心。另外，本发明有利的是轮毂和轴承以及套管本身(尺 寸、构造等)可以都保持不变地与直接连接到叶片上的轴承环中的孔分开，此处孔可在不 同的方向上钻出。根据另一个实施例，孔可在根据以上所述的变桨轴承的内轴承环中形成。这有利 的是与如果成角度的孔形成在外轴承环中相比，其导致具有较小质量的变桨轴承。根据另一个实施例，如上所述的变桨轴承中的孔在靠近表面处扩大，以获得用于 诸如定位在所述孔中的紧固构件的螺母和/或螺栓头的上紧构件的接触表面。本发明还涉及用于风力设备的轮毂，其包括带有用来定位紧固构件的两个或更多 孔的至少一个连接面，紧固构件用于将风力涡轮机叶片附接到所述连接面上，此处至少其 中两个所述孔定向成不同的角度，以便定位在所述孔中的紧固构件将会不平行。此处的优 点如上关于变桨轴承所述。根据另一个方面，本发明涉及一种生产用于风力设备的叶片的方法，该方法包括 在所述叶片的根部段中嵌入若干套管，此处至少其中一些所述套管是不平行的。由此可以 获得具有先前提及优点的风力涡轮机叶片。在另一个实施例中，一种生产根据如上所述用于风力设备的叶片的方法还包括大 体上沿叶片表面至少部分地嵌入所述套管。在又另一个实施例中，一种生产根据如上所述用于风力设备的叶片的方法还包括 在所述套管后嵌入至少一个楔形物，至少其中一些所述楔形物具有不同的长度。
下文将参考附图描述本发明的优选实施例，其中图1以透视图显示了本领域已知的风力涡轮机叶片，图2显示了如从根部所见的本领域已知的风力涡轮机叶片，图3以横截面视图显示了本领域已知的风力涡轮机叶片的根部端中嵌入的套管，图4以横截面视示了本领域已知的变桨轴承，图5是如在横截面视图中从上风侧到下风侧所见的本领域已知的风力涡轮机叶 片的略图，图6a和6b分别是如在横截面视图中所见从上风侧到下风侧的根据本发明的一个 实施例的风力涡轮机叶片的略图，图7和图8图示了如从根据本发明的不同实施例的根部端所见的具有若干套管的风力涡轮机，以及图9和图10图示了具有紧固构件的变桨轴承，图11图示了具有紧固构件的变桨轴承的另一个实施例，图12-14图示了用于将风力涡轮机叶片紧固到轮毂上的根部板或块的不同实施 例，图15是轮毂的略图，图16图示了根据本发明的一个实施例具有螺纹孔洞的套管插入件，以及图17图示了具有放置成多个同心圆排列的套管的叶片根部端的一个实施例。
具体实施例方式图1以透视图显示了风力涡轮机叶片100，其中大部分根据空气动力学成形，以最 大化从风摄入的功率。从根部101到该空气动力学轮廓获得其最大翼弦102的位置的叶 片部分在此处以及后文中被称为该叶片的根部段103。此部分通常成形为既考虑空气动力 学，又主要地为了以便叶片到轮毂的组装最优地确保最佳可能的负载传输和损伤的风险最 小以及叶片、紧固构件104和轮毂中的轴承的磨损最小。叶片最常见地通过若干紧固构件 如杆、桩、螺纹杆和螺母或螺栓104(为了清楚仅绘出了其中少数几个)连接到轮毂上，紧固 构件插入根部段103中的套管105中。如果使用了螺纹杆，它们还可直接嵌入叶片叠层中。 根部端101最常见是圆形的，装配在轮毂中的圆形轴承上。大约为40-60个级别的杆和套 管105均勻地围绕圆形根部101分布，并且在垂直于根部平面107且如果该叶片是变桨调 节的话平行于变桨轴线的相同方向上延伸。根部段最靠近轮毂的部分成形为真圆形或正圆 形圆柱体108，套管105放置在圆柱体108中。根部圆柱体108的长度由套管和楔形物的必 要长度确定尺寸。根部圆柱体然后以使得叶片的外部几何形状不过于突然地改变而具有太 大弯曲的方式逐渐改变成空气动力学轮廓。然而，这产生了具有相对较差空气动力学特性 的叶片部分，其在后缘处尤其成问题，此处叶片表面的形状变化最大。图2显示了如图1中所图示的风力涡轮机叶片100，但是是从根部101处所见。 从此角度更清楚地见到具有沿叶片表面布置并延伸的均勻分布的套管105(套管不是放置 在表面中，而是放置在差不多平行于叶片的内表面和外表面的方向上)的圆形根部圆柱体 108是如何改变并变换成叶片更外面的空气动力学叶片轮廓的。最大翼弦102的长度大于 根部直径200，但是叶片轮廓的厚度(高度)短于根部直径。圆形根部圆柱体因而向外在一 些方向上并且向内在其它方向上变形。在图3中图示了如在横截面视图中所见并且根据现有技术的风力涡轮机叶片的 根部中的套管。对于叶片的该根部解决方案需要是强健的，以便确保长而沉重的叶片到轮 毂的适当连接。例如可由钢制成的套管105在此处铸造并嵌入到根部叠层301中，并且形 成叶片100的整体部分。套管通常放置在根部叠层的厚度304的中间，并且在垂直于根部 平面107且平行于叶片的变桨轴线的方向上；或者换句话说沿叶片表面放置。在各套管的 后面插入楔形物302，以便叠层仅逐渐开口而包围该套管，从而减小分层的风险。螺栓和套 管越厚，楔形物需要越长。这又还意味着套管越长越厚，则直而正的根部圆柱体108的长度 需要越长；同样以确保在向空气动力学轮廓形状变化前叠层的逐步变化。同样，套管需要具 有一定的最小长度303，以便在将叶片组装到轮毂上时获得必需的螺栓的预张紧。
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图4显示了轮毂中的标准变桨轴承400的一部分的横截面。所示轴承是滚珠轴承， 其在内轴承环402和外轴承环403之间具有滚珠，内轴承环402在此情况下要紧固到叶片 100上，而外轴承环403连接到轮毂410上。叶片100和轮毂410的位置在图中用阴影线 大概地标示。叶片通过引导紧固构件(例如螺栓或杆)104穿过轴承环402中的孔或孔洞 404进入叶片中的轴承，并从轮毂的内部上紧它们而连接到轮毂上。出于说明性的目的，在 图中简示了螺栓104在轴承中其上紧位置处的一部分。图5是如图1中的传统风力涡轮机叶片100的简图，但是是从上方在横截面图中 所见。此处清楚地见到具有一定长度505的紧固构件105是如何沿叶片的长度伸入叶片根 部段的。圆形的正圆柱体108常为套管105的长度的两倍的级别。之后叶片形状逐步改变 成102处的叶片轮廓形状，此处叶片获得其最大的翼弦长度。本发明解决了获得更短的叶片的根部段，并从而使最大翼弦朝向根部更靠近的问 题。这是通过旋转叶片根部中的紧固构件以便适合外部几何形状的自然形状而改变叶片到 轮毂的组装而达成的。这在图6和后面的附图中进行了图示。在图6a和6b中显示的本发明的实施例中，风力涡轮机叶片100描绘成分别如从 上方和从后缘在横截面视图中所见。此实施例中的叶片依然以圆形根部结束，以便便于到 圆形变桨轴承400上的组装。紧固构件104以及由此还有套管105在此允许在不同的方向 上延伸并且不限于平行于任何变桨轴线110和/或垂直于根部平面107。由此获得的是叶 片表面不需要任何呈正圆形圆柱体形状的更长的末端(如图1-3中简示)，但是如图6a-6b 中所示，在根部中可具有非零度的斜坡或倾斜以及甚至不同的倾斜，例如在后缘处、沿着上 风侧和下风侧以及在前缘处。这在增加叶片在其根部段103处的设计可能性方面是有利 的。如从图6a和6b中可见，叶片几何形状可从具有空气动力学轮廓(在102处)改变并 变形成在短得多的长度501上的圆形根部，这在与如图5中简示的传统风力涡轮机叶片的 对应的横截面视图相比较时变得更明显。因此，可以以较短的叶片获得相同的功率输出，从 而有利地降低叶片的重量以及轴承、齿轮、塔架构造等上的负载，或者备选地增大对于相同 长度的叶片的功率输出。成角度的套管在提供从叶片到轴承的更好的负载转移方面也是有利的，由此根部 中的应力被降低。另外，成角度的套管允许叶片从空气动力学部分到根部的形状过渡被优 化成具有更自然的形状，该形状带有最小的弯曲和倾斜与斜坡方面的变化，这在降低叠层 中的损伤和磨损的风险以及增加叠层相对于疲劳的性能方面是有利的。如上所述的此设计又意味着前缘和后缘(分别是502和503)中和附近的套管105 如从图6a中清楚可见的指向外，而如在图6b中所见上风侧和下风侧(分别是602和603) 中的套管105指向内。其中一些套管还可能平行于变桨轴线110。在本发明的一个实施例 中，各套管和变桨轴线之间的角度为最大+/-10°。在本发明的另一个实施例中，套管还是 均勻地分布在圆形根部端107中，该根部端107构成叶片100和轴承400以及轮毂之间的 组装平面。如之前所提及的，套管需要具有一定的长度303，以便适当地锚定在叶片叠层内， 并且以便能够获得紧固构件的必要的预张紧。然而，由于根据本发明的套管105是成角度 的，套管沿叶片的长度的有效长度505更短，由此根部段可以缩短得更多，使得叶片的空气 动力学轮廓甚至更靠近根部。要考虑的另一个方面是楔形物302可根据其应当连接哪一个套管而关于长度和厚度两者呈不同的形状。同样，楔形物不再需要是直的，而是可以有利地 为弯曲的(如果叠层是弯曲的)。套管不需要正好放置在叶片叠层中的中心层之间，而是可以可选地更靠近叶片的 内部或外部嵌入。类似地，套管还可某种程度上相对于叠层方向成角度或歪斜放置。在本 发明的另一个实施例中，套管嵌入在从根部端伸出一点的叶片叠层中。例如当叶片的根部 端被弄平时，套管的额外长度然后有利地被切割或磨掉。通过这种方式标准或等同套管可 以不管它们如何被放置以及它们如何在叶片中倾斜而应用。图7和图8图示了根据本发明的不同实施例套管如何可以布置在叶片根部中。在 两幅图中从其根部端见到风力涡轮机叶片100具有从不同位置绘制的圆形变桨轴承400 和若干轮廓或翼型701，显示了在根部段中的叶片设计。为了清楚仅简示了相对少的套管 105，且它们的位置以阴影线显示。在图7中套管105均勻地分布在根部端中并在不同的方 向上既沿着叶片的形状又差不多保持均勻地在不同的轮廓位置处分布而延伸。不同套管的 确切位置和方向不是主要问题，而是总体的理念是它们可以相对于彼此成角度，这又对叶 片根部的设计打开了多得多的可能性，比如以例如最小化根部端中的应力和/或优化从风 中提取的功率输出为目的。图8中显示了放置套管105的另一个实施例。风力涡轮机100从与之前图7相同 的视点简示并查看。同样，套管105在圆形根部端101中大致均勻地分布。然而，此处套管 在叶片深度的更下方的根部段中并不围绕叶片轮廓701保持均勻地分布。相反套管在叶片 外壳的主要叠层中进一步隔开，即，典型地沿轮廓801的上风侧和下风侧并且对于一些叶 片还在前缘802中。此处，叠层和叶片外壳更厚并且放置在此处的套管由此更好地嵌入，并 且能够从套管中的紧固构件将更高的负载传递至周围的叶片。套管因而不需要放置得那么 近。相对的是在典型地更薄的后缘803和前缘和主叠层之间的区域中的情况下，此处套管 因而有利地可如图8中所示放置得更靠近。图9-11显示了变桨轴承400的不同实施例，其适于将风力涡轮机轮毂装配到带有 根据上述的成角度根部套管和/或紧固构件的风力涡轮机叶片上。由于叶片根部段中的根 部套管105在不同的方向上延伸，紧固构件104也是如此，并且因而这些根部套管和紧固构 件被引导穿过相应地成角度的叶片轴承400中的孔404。在图9和图10中所示的实施例 中，风力涡轮机叶片连接到内轴承环402上，并且变桨轴承在此情况下是滚珠轴承。该变桨 轴承当然也可以等同地为另一类型，诸如滚柱轴承或经向轴承。由于用于轴承环402中的 紧固构件105的孔404是成角度的，因此轴承环402将非常可能必须制造成具有比常规轴 承环的情况下更大的宽度901。这导致轴承环重量的增加，并且因而有利的是将叶片连接到 内轴承环上而不是外轴承环403上，如图11中所示。然而，两种可能性当然都是可行的。紧固构件可在轴承环中分布，以便它们例如在轴承环的外表面902上等距地隔 开，这也使得到根部套管的入口在叶片的根部端中均勻地分布。备选地紧固构件可在轴承 环的内表面903上均勻地隔开，使得螺母或螺栓头均勻地分布。在又另一个备选实施例中， 紧固构件不是均勻地分布，而是例如考虑轴承环中的实际负载分布而分布。为了获得用于上紧紧固构件的接触面910，轴承环中的孔404已经在内表面903处 扩大911 (例如通过钻削)，以容纳螺母或螺栓头904。这也在图11中显示。在图10中显 示的实施例中，应用了楔形形状的垫圈1001而不是组件。
由于套管和紧固构件是根据叶片的局部形状成角度的，因此紧固构件可以在向外 和向内两个方向上延伸。因此，轴承环中对应的孔404也分别如图9和图10中所示在向内 和向外的不同方向上延伸。另外，孔(以及紧固构件和套管)不限于放置在图10中所示的 径向平面中(如之前也提及的那样)，此处成角度的螺栓1002简示成放置在轴承环中的切 割通孔404中。图11中显示了变桨轴承400的一个实施例，此处叶片紧固到外轴承环403上。在另一个实施例中，该叶片连接到轮毂上，并且可选地通过根部板或连接构件连 接到变桨轴承上，其目的与之前所述相同，即，使叶片的最大翼弦更靠近轮毂。图12a图示 了面向叶片(未示出)将叶片连接到轮毂轴承(未示出)上的根部板1200的端视图。面 向叶片的根部板1200的端部有利地具有与叶片在其最大翼弦处的横截面相对应的外部形 状，并且面向轮毂轴承(未示出)的端部为圆形。叶片(未示出)的根部端已经布置有若 干套管(未示出)，其如之前所述可相对于彼此沿叶片的形状和几何形状成角度或倾斜。图 13中图示了此情况下的根部板的一个实施例。面向叶片根部的根部板的端部包括与叶片中的套管对应地布置的若干孔1220。 首先，诸如螺纹杆(未示出)的紧固构件紧固在叶片套管中，并且穿过根部板1200中的孔 1220，且例如用螺母紧固到根部板1200上。面向轮毂轴承的根部板的端部同样地包括孔 1210，孔带有或没有阴螺纹，用于将根部板1200紧固到轮毂轴承400上。如果孔1210具有 阴螺纹，则螺纹杆可安装在孔1210中，并且根部板1200利用螺母(未示出)从轮毂的内部 紧固到轮毂轴承上。如果孔1210没有阴螺纹，则螺纹杆、螺栓或杆可被引导通过这些孔并 用螺母固定到根部板的叶片侧上，并用螺母(未示出)从轮毂的内部紧固到轮毂轴承上。叶片中套管105，根部板1200中的孔1210、1220以及轮毂轴承中的孔(未示出) 都可以布置并定向成使得可以获得最优负载分布，并且不必如传统地那样平行于叶片的纵 向轴线或平行于变桨轴线，如也在图13中所示的实施例中图示的那样。另外，用于将叶片100紧固到根部板1200上的孔1220不必沿叶片根部端的表 面均勻地分布，而是可以有利地分布以优化从叶片100到轮毂轴承的负载传递。另外，为 了最小化根部板的重量并改善其将也叶片的负载传递到轮毂的能力，不必要的材料(例如 1240)可以去除，赋予根部板格栅状或杆状结构。根部板1200的外表面上的过多材料也可 以被去除，可选地赋予根部板1200锥状形状。在使用根部板1200将叶片安装到轮毂轴承 上后，根部板1200的可选开口结构可以封闭或密封以避免水、雪或其它不期望的颗粒会进 入叶片内部。根部板1200可以例如由金属制成，并且必须能够在叶片100和轮毂之间相对 很短的距离上传递高负载。图12b以透视示了根部板1200的粗略简图。简示的根部板1200可以包括 图12a中描述的全部特征。点线显示叶片(未示出)的预期位置。为了例如最小化根部板 1200的重量，已经去除了过多的材料，例如1240。图14图示了风力涡轮机叶片100的根部块1400和根部端的分解透视图。根部块 1400用于与根部板1200相同的目的，其是为了减小从轮毂轴承(未示出)到叶片100的最 大翼弦的距离。与根部板1200相比，根部块1400具有更加空气动力学的构造和设计。和 根部板1200 —样，根部块1400还包括具有或没有阴螺纹的孔(未示出)，阴螺纹用于将根 部块1400紧固到叶片100和轮毂轴承上。取决于孔紧固到叶片100和轮毂轴承上的机构，这些孔可以为通孔。此外，这些孔可以以提供叶片100上的负载到轮毂轴承的最佳分布的 方式布置。这意味着根部块1400中的孔、叶片根部中的套管以及轮毂轴承中的孔可以根据 此类负载分布而定向，并从而不需要沿叶片100的纵向轴线定向。如先前(图12a和12b) 所描述的，根部块1400中用于紧固叶片100的孔以及叶片中的套管不需要沿叶片100和根 部块的外表面均勻分布。同样，重要的设计参数是最优负载分布以及最优的空气动力学。根 部块1400例如可由金属或纤维增强材料制成，并且必须和根部板1200 —样能够在相对很 短的距离上传递高负载。图15显示了用于风力设备的轮毂1500，其带有几乎不可见的毂盖1501以及叶片 紧固到其上的连接面1502。在此实施例中风力设备和轮毂1500不包括变桨轴承。相反叶 片通过诸如插过孔或孔洞404的螺栓的若干紧固构件而装配到轮毂上，孔或孔洞404或者 直接在轮毂中形成，或者间接地形成在随后紧固在轮毂上(可选地经由轴承)的零件中。孔 404(或者至少其中一些)根据本发明以不同的角度定向并且不平行，使得紧固构件能够在 对应的不同方向上延伸。由此，如也在之前所讨论的，叶片不再限于为直或正的圆柱体的端 部，而是可以被赋予更自然的形状，而同时仍然具有随叶片的形状表面的紧固构件。另外， 根据本发明的另一个实施例，轮毂上的连接面1502不需要为圆形，而是可以例如替代地赋 予轮廓外形(profile outline)。同样地，如果叶片不是安装在具有布置成圆形的孔的普通 变桨轴承中，则叶片的根部端不需要为圆形。所示的轮毂用于三叶型风力涡轮机，但是可以 类似地设计用于另一数目的叶片而不背离本发明的范围。图16显示了本发明的一个实施例，此处叶片100包括在根部段103中的插入件 1600。该插入件1600解决了在叶片外壳的制造过程中必须将常常相当大数量的套管(通 常为50-100的级别)尽可能精确地放置在叶片叠层中的问题。如果其中一些或全部套管 都是不平行的则这会更加复杂。插入件1600替代了全部或其中一些套管。插入件然后包 括在根据叶片100的形状的方向上的若干孔洞或孔1601。用于将叶片装配到轮毂上的紧固 构件(未示出)然后紧固到可带有螺纹的孔或孔洞1601上。插入件1600可以以多种方式 连接到叶片的剩余部分上，例如如图中简示的通过部分地嵌入叶片叠层中。在另一个实施 例中，插入件完全嵌入并集成到叶片叠层中，仅根部端1603和孔洞可见。在另一个实施例 中，插入件包括多个部分而不是如图中简示的仅有一个部分。同样插入件可以包括若干舌 形楔形件1604，使得从插入件进入叶片叠层的过渡更加缓和，从而最小化或避免叶片根部 段中的应力集中。最后，不是将套管105放置成使得它们的端部均勻地分布在根部101中的圆圈中， 如例如图2、7和12中所简示的那样，而是套管可以备选地放置成具有不同的半径1702的 两个或更多个同心圆1701，如图17中所示外部套管相对地向内部套管移位。由此获得对于 具有给定直径的叶片根部更靠近的套管包装。当然，紧固构件通过其被引导的轮毂或变桨 轴承中的孔或孔洞然后也形成与套管的图案对应的两个或更多个同心圆的图案。甚至更通 常且依然在本发明的范围内，套管和轮毂或变桨轴承中对应的孔或孔洞可以以任何通常的 图案放置(并且因而不必均勻地分布成一个或多个同心圆)，例如出于负载分布或叶片根 部和/或轮毂或变桨轴承的几何形状的考虑。应该指出的是上述实施例是说明而不是限制本发明，并且本领域技术人员将能够 设计许多备选的实施例而不背离所附权利要求书的范围。在权利要求书中，置于括号之间
10的任何标号均不应被解释为限制权利要求。用词“包括”不排除权利中列出的那些要件或 步骤之外的其它要件或步骤的存在。
权利要求
一种用于风力设备的叶片，其包括在所述叶片的根部中的至少两个套管，用于将所述叶片附接到轮毂上，并且此处所述套管沿叶片表面而放置，其特征在于，至少其中一些所述套管是不平行的。
2.根据权利要求1所述的用于风力设备的叶片，其特征在于，所述套管在所述叶片的 根部端中不均勻地分布。
3.根据权利要求1或2中所述的用于风力设备的叶片，其特征在于，至少其中一些所述 套管放置成在所述叶片的上风侧和/或下风侧中彼此更靠近。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的用于风力设备的叶片，其特征在于，所述叶片 的所述根部段是非圆柱形的。
5.一种用于风力设备的叶片，其包括在所述叶片的根部中的至少一个插入件，用于将 所述叶片附接在轮毂上，此处所述插入件包括至少两个孔洞，用于到所述插入件上的紧固 构件，其特征在于，至少其中一些所述孔洞是不平行的。
6.根据权利要求5所述的用于风力设备的叶片，其特征在于，所述至少一个插入件至 少部分地嵌入所述叶片中。
7.根据权利要求5所述的用于风力设备的叶片，其特征在于，所述至少一个插入件包 括若干舌形楔形件。
8.一种变桨轴承，其包括具有用于定位紧固构件的两个或更多孔的轴承环，所述紧固 构件用于将风力涡轮机叶片附接到所述变桨轴承上，其特征在于，至少其中两个所述孔以 不同的角度定向，以便定位在所述孔中的紧固构件将会不平行。
9.根据权利要求8所述的变桨轴承，其特征在于，所述孔形成在所述变桨轴承的内轴 承环中。
10.根据权利要求8或9所述的变桨轴承，其特征在于，所述孔在靠近表面处扩大，以获 得用于定位在所述孔中的紧固构件的上紧构件的接触面，所述上紧构件诸如螺母和/或螺 栓头。
11.一种用于风力设备的轮毂，其包括带有用来定位紧固构件的两个或更多孔的至少 一个连接面，紧固构件用于将风力涡轮机叶片附接到所述连接面上，其特征在于，至少其中 两个所述孔定向以不同的角度定向，以便定位在所述孔中的紧固构件将会不平行。
12.—种生产用于风力设备的叶片的方法，所述方法包括在所述叶片的根部段中嵌入 若干套管，此处至少其中一些所述套管是不平行的。
13.根据权利要求12所述的生产用于风力设备的叶片的方法，其特征在于，所述方法 还包括大体上沿叶片表面嵌入所述套管。
14.根据权利要求12或13所述的生产用于风力设备的叶片的方法，其特征在于，所 述方法还包括在所述套管后嵌入至少一个楔形物，至少其中一些所述楔形物具有不同的长 度。
全文摘要
本发明涉及具有至少两个连接构件的风力涡轮机叶片，连接构件例如为所述叶片的根部中的套管和/或螺纹杆，用于将所述叶片附接到轮毂上。连接构件沿叶片表面放置并且至少其中一些所述连接构件是不平行的，且因此在不同的方向上定向。由此获得的是叶片的根部段可以被缩短，并且风力涡轮机叶片的最大翼弦可以移动到更靠近轮毂，由此叶片充分利用风的部分增加，并且功率输出同样地增加。本发明还涉及变桨轴承和包括轴承环的轮毂，轴承环具有用于将定位紧固构件的两个或更多孔，紧固构件用于将风力涡轮机叶片附接到轴承上。对应地，此处至少其中两个所述孔在不同的方向上定向，以便定位在孔中的紧固构件不平行且在不同的方向上延伸。
文档编号F03D1/06GK101918706SQ200980102493
公开日2010年12月15日 申请日期2009年1月13日 优先权日2008年1月14日
发明者T·索伦森 申请人:Lm玻璃纤维制品有限公司