风力涡轮机叶片连接器组件的制作方法
【专利摘要】风力涡轮机叶片连接器组件包括衬套（200），所述衬套在叶片部分（110）成至少第一圆周排（R1；R2）并且适用于接收毂部分中的柱栓（300）。衬套（200）包括具有侧面（200a，200b）的长形体，所述侧面（200a，200b）倾斜于彼此并且会聚成主面和副面（200c，200d）。所述连接器组件允许风力涡轮机转子中的叶片部分（110）和毂之间的可释放的高效连接。
【专利说明】风力涡轮机叶片连接器组件
[0001]本申请要求2011年07月27日递交的欧洲专利申请EPl 1382258.9和2011年09月27日递交的美国临时专利申请N0.61/539，739的优先权。
【技术领域】
[0002]本发明涉及如权利要求1的序言部分中所述的用于将叶片部分连接至风力涡轮机转子中的毂部分的风力涡轮机叶片连接器组件。
[0003]本发明还涉及如权利要求11的序言部分中所述的风力涡轮机。
[0004]本发明更涉及如权利要求12的序言部分中所述的用于将叶片部分连接至风力涡轮机转子涡轮中的毂部分的方法。
【背景技术】
[0005]风力涡轮机通过转子毂连接至风力涡轮机低速轴。所述转子毂牢牢地附装至所述风力涡轮机低速轴使得它们在风力涡轮机使用时一起转动。
[0006]现有技术中已知叶片连接器组件是用于在风力涡轮机中将叶片可释放地附装至转子毂。已知的叶片连接器组件典型地包括具有内螺纹的若干个衬套。衬套通常布置成嵌入叶片部分例如叶片根部的至少一个圆圈排或者环形结构。衬套因而沿所述叶片部分表面的圆周分布。
[0007]衬套适用于通过螺纹接收相应的螺栓或者柱栓，所述螺栓或柱栓继而附装至转子毂的一部分。这允许叶片可释放的固定至毂。
[0008]US4915590公开了叶片连接器组件的一个示例。大量的连杆嵌入平行于叶片的轴线的叶片根部圆周。在结合过程中，除了向外朝向形成的叶片部分的固定端，相当长的连杆覆盖有防粘剂以防止其粘合至叶片根部。这一解决方案包含耗时的衬套嵌入操作因为衬套嵌入操作需要大量连杆的准确定位。
[0009]还已知的是在一个或者多个模具中制造用于风力涡轮机的叶片使得叶片具有整体铸造的衬套用于附装至毂。在这个方面，已知的解决方案包括提供整个环形或者环状扇段的衬套在叶片中集合成一体。
[0010]文献US2007065288教导了包括结合至风力涡轮机叶片根部的衬套的叶片连接装置。所述衬套具有用于安装将叶片根部可释放地附装至毂的柱栓的内螺纹。叶片根部由淬火后组装起来的两部分构成。在模具中放入至少一层纤维层并且在纤维层上放上泡沫支架。所述支架具有隔开的凹处用于容纳衬套。提供至少一个第一层纤维层用于在放置衬套之前覆盖凹处。所述支架的外侧设有粘合剂和贝壳纸。在衬套之间设有玻璃纤维带沿叶片纵向方向延伸。
[0011]这个叶片连接器组件的主要缺点在于纤维-衬套的接触面减少了衬套的金属圆柱表面至纤维的接触。在这种情况下，为了提供更大的纤维-衬套接触，衬套应该稍微粗糙化或者在外表面具有突出处例如倒钩或者凸缘。这样不利地增加了叶片连接器组件的成本并且因而增加装置的总成本。[0012]文献W003057457公开了用于将叶片部分连接至风力涡轮机中的毂部分的风力涡轮机叶片连接器组件。所述连接器组件包括若干个沿圆周布置成至少第一排并且适用于接收相应的柱栓的衬套。每一个衬套是楔形长形体，其具有第一和第二端部、大体上平坦的上面和下面平行面以及凹面的和凸面的圆柱侧面。若干个衬套可以平行布置以允许凸面侧面啮合凹面侧面并且使得元件的纵向轴线沿平面中的曲线平行延伸，所述平面垂直于嵌入元件的纵向轴线。
[0013]由于衬套是由与叶片相同的复合材料制成的，要求在这个解决方案中提供弯曲的侧面。这导致叶片连接器组件硬度较低。否则，这个解决方案中的具有弯曲表面的衬套的几何图形如果是由金属制成的话会很难加工并且加工会很昂贵。
[0014]而且，已经发现风力涡轮机叶片连接器组件中的关键点是叶片薄片和衬套的环状结构之间的接触面表面。上面的解决方案有缺点，即凹面侧面和凸面侧面彼此紧密接触因而不能在衬套之间设有纤维。这导致衬套和根部叶片之间负荷传递较差。
【发明内容】
[0015]本发明提供如权利要求1中所述的用于将叶片部分连接至风力涡轮机转子中的毂部分的风力涡轮机叶片连接器组件，依靠所述风力涡轮机叶片连接器组件可以至少减少上述缺点。
[0016]本发明因此涉及包括若干个沿圆周布置成至少第一排的衬套的连接器组件。
[0017]下文中所使用的术语衬套，或者插入物，应该指的是由金属制成的通常的长形件或长形体。这样的长形件或者长形体适用于接收相应的螺栓或柱栓，即尺寸和形状设计成用于接收相应的螺栓或柱栓。
[0018]所述衬套的长形件或者长形体设有具有内螺纹的内孔用于通过螺纹接收相应的螺纹螺栓或柱栓。在此上下文中，至少一些衬套的长形体可以是固体的或者可以是中空的，即，由弯曲的金属板形成。
[0019]根据本发明，至少一些衬套包括具有两个侧面的长形体，所述两个侧面至少部分地延伸到叶片部分和毂部分中的至少一个中。所述衬套的侧面倾斜于彼此并且会聚成分别的主面和副面。这导致至少一些衬套的主体形成大体上是梯形棱柱的形状。在至少一些衬套中，梯形棱柱形状可以有主面和副面的至少一个朝衬套的一端渐缩。
[0020]衬套因而设成具有大体上梯形横截面的棱柱形状。然而，在本发明的一些实施例中，这样的梯形几何形状可以具有倒圆的棱边以至于变成钟形。本发明的目的不排除其它同等的形状例如大体上三角形的横截面。通常，对于衬套优选的是光滑圆形的表面以减少应力集中。
[0021]根据本发明的解决方案所述的衬套的特定几何形状允许大大地减少制造成本，因为所述衬套，如果必要的话，易于制造和加工(倾斜表面比弯曲表面更加容易加工)。所述衬套因而可以由金属制成并且因而相比于现有技术中已知的解决方案可以有利地提升硬度。大体上三角形的衬套横截面的结果是他们具有更大的惯性。因此，叶片连接，尤其是在径向力下，连接得更好。
[0022]而且，衬套的总体几何形状对于抗拉拔的影响已经被证明是非常重要的。已知的是锋利的边缘对于应力集中并不有利并且可能对拉拔强度有不良的影响。[0023]一般情况下，优选的是叶片连接装置中的至少一些衬套的主体的横截面是大体上对称于经过与包含所述横截面的平面相对应的叶片部分的中心的轴线。
[0024]由于本发明的叶片连接器组件的衬套和叶片根部的纤维之间的接触表面更大，本发明的叶片连接器组件中的衬套的这一特定几何形状为增加叶片根部的刚性提供了重要的优势。这允许有效地减少成椭圆化的问题，椭圆化问题会导致圆形的部分由于结构变形变成椭圆形的。
[0025]所述的衬套的特定几何形状允许至少一些衬套可以设有一系列适用于通过螺纹接收若干个对应的柱栓或者螺栓的柱栓接收孔。为了本发明的目的，优选的孔的数量是三个。衬套能够接收多个螺栓的这一特征允许较长的叶片安装在转子毂中而不会不利地增加转子的整体尺寸和因而增加重量。这还允许大大地减少成本。
[0026]衬套主体的类似三角形的横截面允许优选的衬套实施例，所述优选的衬套实施例适用于通过螺纹接收三个布置得彼此非常靠近的柱栓。相比于现有技术解决方案中的其它几何形状，有利地减少了衬套中的柱栓接收孔的中心之间的距离。这因而导致衬套更加紧凑整体尺寸减小。衬套主体的高度，即，根据本发明的衬套长度的特定点中的主面和副面之间的距离大大地减小。因此，在这样的衬套布置中，空间得到高度的充分利用，因而使得纤维层的提供更为容易。
[0027]在一些实施例中，衬套可以沿叶片部分或者毂部分中的一个的圆周布置成两排，即成第一排和成第二排。通过具有多于一排，即至少两个不同直径的螺栓圆圈，可以提供更大总量的柱栓。这有利地导致可以使用具有更小直径的柱栓并且因此可以较少涡轮机的成本。
[0028]衬套排，S卩，衬套的环状结构，可以包括单独的衬套或者其可以由单件构成，例如由大量衬套附装至彼此形成的环状统一结构。
[0029]本发明的叶片连接装置的最优选实施例因而会包括若干个布置在两个螺栓圆圈(每一个都由一系列扇段构成)中的锥形金属衬套，其中一个螺栓圆圈中的衬套具有与另一个螺栓圆圈中的衬套互补的形状。换言之，第一排的衬套布置成相对于第二排的衬套是倒置的并且第一排的衬套安装在第二排的衬套之间。在一些示例中，第一排的衬套和第二排的衬套之间限定了个空间，所述空间布置有纤维。用于纤维的这一空间对于确保恰当的负荷传递很重要。
[0030]本发明的叶片连接装置中的衬套的安装优选地通过使用预浸材料完成。预浸材料是未固化的复合材料，其中纤维已经预浸有预先催化的树脂。优势是树脂在室温下反应很慢所以所述预浸材料通过加热它们至特定的温度来固化。通过使用基于预浸材料的流程，使得衬套的定位比其它已知的技术例如灌注更加容易。这是由于衬套厚度上的较少的变化。由于预浸材料已经注入有树脂，衬套主体的注入也变得更容易。
[0031]本发明还涉及根据权利要求11所述的风力涡轮机。根据本发明的这一风力涡轮机包括转子。所述转子包括叶片和毂以及前面所述的叶片连接装置，依靠所述叶片连接装置叶片和毂可以通过各自的叶片部分和毂部分连接至彼此。
[0032]本发明还涉及根据权利要求12所述的用于将叶片部分连接至风力涡轮机转子中的毂部分的方法。所述方法使用上述用于叶片和毂之间的可释放的连接的叶片连接装置。
[0033]尤其地，所述方法包括在模具中至少提供第一层纤维材料，S卩，预浸纤维材料成纤维层，在第一层纤维材料上的所需位置中提供第一层之前公开的衬套使得衬套之间限定了用于容纳纤维材料的空间。提供第二层纤维材料。然后在给定的一段时间内加热模具，并且随后在给定的一段时间内冷却模具。
[0034]上面的方法还可以包括提供第二层衬套并且随后提供第三层纤维材料。同样地，在给定的一段时间内加热模具并且随后在给定的一段时间内冷却模具。
[0035]本发明的实施例的额外目的、优点和特征将在本发明的领域的技术人员审阅说明书时变得明显，或可以通过实践本发明而被认识。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]本发明的具体实施例将在下文中参照附图以非限制性示例的方式说明，其中:
[0037]图1是一个衬套的透视图，所述衬套是根据本发明的叶片连接器组件的第一实施例的部分；
[0038]图2是由一系列对应于根据本发明的叶片连接器组件的第二实施例的衬套构成的部分环状结构的透视图；
[0039]图3是由一系列对应于根据本发明的叶片连接器组件的第三实施例的衬套构成的部分环状结构的透视图；
[0040]图4是由对应于根据本发明的叶片连接器组件的第四实施例所述的衬套构成的部分环状结构的透视图；
[0041]图5是图3中的叶片连接器组件的实施例中的一个衬套的前视图；
[0042]图6是从叶片根部侧的前视图，图中示出了衬套的两个环形结构；
[0043]图7是叶片根部的侧视图；和
[0044]图8是根据图3中叶片连接装置的实施例的一个衬套的纵向截面图，其沿图7中AA ’线截取。
【具体实施方式】
[0045]这里所附的图示出了根据本发明的叶片连接器组件的四个可能的实施例。贯穿接下来的说明书，同样的附图标记指的是同样的元件。
[0046]叶片连接器组件已经在附图中用附图标记100标出。所述叶片连接器组件100是风力涡轮机转子的部分。典型的风力涡轮机转子包括叶片105 (通常如图7所示)和毂(附图中未示出)。所述叶片105和毂可以通过各自的叶片和毂部分依靠将在下文中完全公开的本发明的叶片连接器组件100可释放地连接至彼此。
[0047]通常，叶片和毂部分可以是用于恰当的可释放的连接的任何合适的部分。在附图示出的示例中，所述叶片部分是叶片根部110而所述毂部分是转子毂的外端表面的一部分。所述叶片根部110可以包括如图7和图8中所示的凸缘部分115。尽管未示出，所述毂部分包括相应的凸缘部分。两个凸缘部分形成叶片-毂连接的接触面。
[0048]叶片连接器组件100包括若干个衬套或者插入物200。如图所示，所述衬套200是长形金属件。所述衬套200的大小和形状适合于接收相应的螺栓或柱栓300。柱栓300继而附装至所述毂部分。图8中可见两个柱栓300。
[0049]如图2和图3的实施例所示，叶片连接器组件100的衬套200布置成一排或环状结构Rl。所述环状结构Rl可以是单一结构或者其可以包括若干个环状扇段，每一个环状扇段具有若干个衬套200，当若干个环状扇段一个接一个放置时，形成一完整的环状结构Rl。图2和图3用图解法示出这样的环状结构Rl的部分，即，环状扇段。
[0050]如图1所示，衬套200的长形主体包括两个延伸至叶片部分110中的侧面200a、200b。如图8中最佳所示，每一个衬套200从凸缘部分115延伸至叶片根部110中。所述衬套200的侧面200a、200b大体上倾斜于彼此并且在图5中可以清楚地看到侧面200a、200b会聚成相应的主面和副面200c、200d。
[0051]上面的配置导致如图1至5中所示的梯形棱柱型衬套200，即，具有大体上梯形横截面的棱柱(再次见附图中的图5)。通常，衬套200的主体的横截面是大体上对称于轴线y，所述轴线I经过与包含所述衬套200的横截面的平面P相对应的叶片部分100的中心C。
[0052]尽管若干种三角形的形状都是可行的，如图5中所示最优选的实施例是衬套200的横截面是等边三角形的这一实施例。如下面将进一步解释到的，这导致衬套200沿叶片根部110的圆周布置成两个螺栓圆圈Rl、R2。在这个布置中，衬套200彼此这样放置使得相邻的衬套200相应的对立面是大体上平行于彼此。其它的布置当然也是可以的，就像如图6所示的布置，在该布置中衬套200的横截面是除了等边三角形的其它形状使得衬套200变成布置成相邻衬套200相应的对立面不是平行于彼此的。
[0053]在图1和图8所示的特定实施例中，所述衬套200的长形主体朝叶片根部110的一端渐缩。尤其是图5中所示，衬套200的梯形主体具有倒圆的棱边目的在于减少应力集中。
[0054]衬套200设有柱栓接收孔250。在图1和图2的实施例中，每一个衬套200设有一个柱栓接收孔250，而在图3至图8的实施例中，每一个衬套200设有三个柱栓接收孔250。
[0055]衬套200的主体中形成的孔250具有内螺纹用于通过螺纹接收相应的螺栓或柱栓300。为此，柱栓300设有如图7所示的相应的螺纹部分310。
[0056]在设有若干个柱栓接收孔250，例如三个，的实施例中，所述孔250如图5中的截面图所示可以布置成非常接近彼此。由于衬套200的主体的横截面是三角形的，每一个柱栓接收孔250的中心之间的距离大大地缩短。距离的数值小允许衬套200结构变得紧凑，即，具有减少的高度，即，主面和副面200c、200d之间的距离短。
[0057]图4示出了本发明的叶片连接器组件100的又一实施例。在这个实施例中，叶片连接器组件100的衬套200沿叶片根部110的凸缘部分115的圆周布置成两排或两个环状结构R1、R2。
[0058]环状结构R1、R2的设置导致所设置的两个螺栓圆圈具有不同的直径。如图4中所描述的，一个环状结构Rl的衬套200可以具有与另外一个环状结构R2的衬套200互补的形状，即，一个环状结构Rl的衬套200布置成相对于另外一个环状结构R2的衬套200是倒置的并且如图4所示一个环状结构Rl的衬套200配合于另外一个环状结构R2的衬套200之间。如上所述，环形Rl、R2可以是每一个由单一结构形成或者它们可以包括若干个扇段形成完整的环状结构Rl、R2，每一个扇段具有若干个衬套200。
[0059]在图4所示的布置中，不同排Rl、R2的衬套200形成一空间，在所述空间中布置有纤维材料例如预浸纤维400。由于叶片连接加工过程中衬套厚度的变化较小，预浸纤维400允许衬套200更容易的定位。[0060]叶片-毂的连接可以通过提供第一层预浸纤维400到模具中然后根据要求的位置在第一层预浸纤维400上放置第一排Rl衬套200来完成。然后如附图中的图4所示放置第二层预浸纤维400。随后将第二层R2衬套200放置在第二层预浸纤维400上使得在不同排R1、R2的衬套200的形状是互补的并且在Rl排、R2排的衬套200之间限定用于纤维400的所述空间。最后，在第二排R2衬套200上提供第三层预浸纤维400。模具和因此形成的结构在给定的一段时间内加热。模具和因此形成的结构随后在给定的一段时间内冷却。
[0061]虽然已经在本文中仅公开了本发明的多个特定实施例和示例，但是本领域的技术人员应理解，本发明能够有其它可替代的实施例和/或用法及其明显的修改方案和等同方案。此外，本发明覆盖所述的特定实施例的所有可能的装置。
[0062]涉及附图并且在权利要求中放在括号里的参考标记仅仅是为了试图增加权利要求的可理解性，不应被解释为限制权利要求的范围。因而，本发明的范围应当不受特定实施例的限制，而是应当仅通过以下权利要求的公正阅读确定。
【权利要求】
1.一种风力涡轮机叶片连接器组件(100)，其用于在风力涡轮机转子中将叶片部分(110)连接至毂部分，所述连接器组件(100)包括若干个衬套(200)，所述衬套沿圆周布置成至少第一排(R1;R2)并且适用于接收对应的柱栓(300)，其特征在于，所述衬套(200)中的至少一些包括具有两个侧面(200a, 200b)的长形体,所述侧面至少部分地延伸至所述叶片部分(110)和所述毂部分中的至少一个中，所述衬套(200)的所述侧面(200a, 200b)相对于彼此倾斜并且会聚成相应的主面和副面(200c，200d)。
2.根据权利要求1中所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)中的至少一些的主体具有大体上梯形的横截面。
3.根据权利要求1或2所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)中的至少一些的主体具有倒圆的棱边。
4.根据权利要求3所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)中的至少一些的主体是钟形的。
5.根据上述权利要求中的任意一项所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)中的至少一些的主体的横截面是关于轴线(y)对称的，所述轴线(y)经过与包含所述横截面的平面(P)相对应的所述叶片部分(100)的中心(C)。
6.根据上述权利要求中的任意一项所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)中的至少一些的主体的主面和副面(200c，200d)中的至少一个朝所述衬套(200)的一端渐缩。
7.根据上述权利要求中的任意一项所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)中的至少一些的主体能接收三个柱栓(300)。
8.根据上述权利要求中的任意一项所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)中的至少一些的主体能通过螺纹接收柱栓(300)。
9.根据上述权利要求中的任意一项所述的连接器组件(100)，其中所述衬套(200)沿所述叶片部分(110)或所述毂部分中的一个的圆周布置成第一排(Rl)和第二排(R2)。
10.根据权利要求9所述的连接器组件(100)，其中所述第一排(Rl)的衬套(200)布置成相对于所述第二排(R2 )的衬套(200 )是倒置的，并且所述第一排(Rl)的衬套(200 )配合在所述第二排(R2)的衬套(200)之间。
11.一种风力涡轮机，其包括包含叶片(105)和毂的转子，所述叶片(105)和所述毂通过相应的叶片部分和毂部分借助上述权利要求中的任意一项所述的叶片连接器组件(100)连接至彼此。
12.一种用于将风力涡轮机转子中的叶片部分(110)连接至毂部分的方法，所述方法包括至少以下步骤: -在模具中提供第一层纤维材料(400)； -在所述第一层纤维材料(400)上提供第一层(Rl)如权利要求1至8中的任意一项所述的衬套(200)； -提供第二层纤维材料(400)； -在给定的一段时间内加热所述模具；和 -在给定的一段时间内冷却所述模具。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法还包括至少以下步骤:-提供第二层(R2 )所述衬套(200 );-提供第三层纤维材料(400)；-在给定的一段时间内加热所述模具；和-在给定的一段时间内冷却所述模具。
14.根据权利要求12或 13所述的方法，其中所述纤维材料(400)为预浸纤维材料。
【文档编号】F03D1/06GK103717882SQ201280037294
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年7月27日
【发明者】L·法伊格尔 申请人:阿尔斯通可再生能源西班牙有限公司