风轮机叶片套筒系统的制作方法

本发明涉及风轮机叶片套筒系统、制造此套筒系统的方法，以及包括此套筒系统的风轮机叶片。

背景技术：

风轮机叶片且因此还有其根部区域通常通过分别沿翼弦平面组装基本上对应于吸入侧和压力侧的两个叶片半部分制成。然而，叶片也可以其整体由所谓的中空(叶片)成型来模制。

根部区域包括形成外层和内层的纤维层，套筒形式的紧固部件置于外层与内层之间。套筒用于在风轮机的转子毂处通过使用安装螺栓来将风轮机叶片安装到叶片轴承或变桨轴承(pitchbearing)上。分开形成的插入件可置于各对相邻的套筒之间，由此套筒由插入件相互分离。已知的插入件由嵌入适合的树脂中的玻璃纤维制成。

当前的套筒经由从相对较大的钢坯料开始的多个铣削或车削操作制造。与标准的高强度螺栓组合而产生的套筒提供风轮机的叶片与叶片轴承或变桨轴承之间的较强连接。然而，套筒的成本相对较高，因为铣削和车削操作是具有较高量的废产物的昂贵操作。此外，由于套筒由单个坯料制成，故整个套筒必须由具有能够承接(pickup)螺栓的力的钢等级的材料制成。这总体上使得套筒相对昂贵。由于现代风轮机叶片包括多个套筒，且通常在64到128个之间，故套筒是制造风轮机叶片的总体成本的较大部分的来源。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于获得风轮机叶片套筒系统和制造此套筒系统的方法，其克服或减轻现有技术的至少一个缺点，或其提供有用的备选方案。

在第一方面中，本发明提供了一种用于布置在风轮机叶片的根部端中的风轮机叶片套筒系统，风轮机叶片套筒系统包括：

用于固持用于风轮机叶片的安装螺栓的螺纹元件，以及

用于布置在风轮机的根部端处的锚定元件，其中锚定元件作用为将螺纹元件至少部分地固持在风轮机叶片中。

因此，可以看到的是，根据本发明的套筒系统由两个分开的部分制成，其可简化制造方法且降低成本，因为零件较高程度上可由标准构件制成，且后期加工的程度可最小化。有利地，螺纹元件连接到锚定元件上。

根据优选实施例，本发明提供了一种用于布置在风轮机叶片的根部端中的风轮机叶片套筒系统，风轮机叶片套筒系统包括：

用于固持用于风轮机叶片的安装螺栓的螺纹元件，螺纹元件由第一材料形成；以及

用于布置在风轮机的根部端处的锚定元件，其中锚定元件用作将螺纹元件至少部分地固持在风轮机叶片中，锚定元件由第二材料形成，

其中第一材料具有高于第二材料的强度和断裂韧性。

由于螺纹元件形成与安装螺栓的主要对接，故形成螺纹元件的较高品质/强度的材料的使用允许了套筒系统应付相对较高的根部端拉力传递至安装螺栓，而没有断裂或拉出的风险。相比之下，第二材料主要作用为将套筒系统锚定在叶片的根部端中。由于锚定效果主要取决于锚定元件与叶片本体之间的表面面积和与风轮机叶片根部的层压结构的连结，故低品质材料的使用允许了最小化套筒系统的总体成本，因为较高品质的相对高成本的材料可用于其最有效的套筒系统的区域中，而将套筒系统锚定在叶片中的不太关键的功能可通过使用大量相对低成本的材料来容易地满足。

将认识到套筒系统适于上紧螺栓。因此，套筒系统包括开孔，且螺纹元件总体上包括接合螺栓的外螺纹的内螺纹。

就本发明而言，"较高强度"和"较高断裂韧性"的材料这里意味着第一材料可具有高于第二材料的品质或等级。第一材料例如可由比第二材料更硬的材料制成，例如，通过第一材料为较高等级的钢，且第二材料为较低等级的钢。

大体上，第一材料可为第一金属，且第二材料为第二金属，例如，第一等级的金属和第二较低等级的金属。

螺纹元件和锚定元件优选经由永久连接来连接，如，粘合剂、钎焊(soldering)或焊接连接或螺纹连接，使得套筒系统可布置为风轮机叶片中的整体元件。

在下文中，描述了一定数目的实施例，其可适用于本发明的第一方面和优选实施例，其中套筒系统由两个不同材料制成。

在有利实施例中，螺纹元件为用于收纳用于风轮机叶片的安装螺栓的螺栓收纳螺母，且锚定元件包括用于布置在风轮机叶片的根部端处的管状部件，以便将管状部件固持在风轮机叶片本体中，其中管状部件作用为将螺栓收纳螺母至少部分地固持在风轮机叶片中。因此，锚定元件可由相对廉价的标准制造的管状材料制成，例如，管，而更关键的螺纹元件可由简单的高强度螺栓收纳螺母制成。

螺栓收纳螺母可有利地布置在管状部件的内部中。因此，螺母固持在管状部件内。

在一个实施例中，螺栓收纳螺母由通过使管状部件压接或压制成型在所述管状部件的区域中来固持在管状部件中，以将螺栓收纳螺母固持在所述区域处。

在另一个实施例中，管状部件包括收纳螺栓的第一开口端，其中管状部件的内室包括管状部件中的螺栓收纳螺母的位置与第一开口端之间的第一收缩部，以便将螺栓收纳螺母固持在管状部件中。因此，该收缩部适于固持或上紧螺母。

大体上，当提到各种零件的第一端时，该第一端对应于相对于叶片的根部端的近端。

在简单实施例中，螺栓收纳螺母可连接到管状部件的端面上，例如，通过焊接或钎焊。套筒系统的不同部分例如可经由摩擦焊接来连接。

此外或作为备选，管状部件包括与第一端相对的第二端，其中内室包括管状部件中的螺栓收纳螺母的位置与第二端之间的第二收缩部，以便相对于管状部件的第二端将螺栓收纳螺母固持就位。因此，优选连同第一收缩部的第二收缩部适于将螺母例如固持在具有适应螺母形状的形状的腔中。

大体上，当提到各种零件的第二端时，该第二端对应于相对于叶片的根部端的远端。

螺栓收纳螺母也可连接在两个管状部件之间。因此，螺栓收纳螺母布置在第一管状部件的第二(或远侧)开口端与第二管状部件的第一(或近侧)开口端之间。

管状部件可为端部开放的管元件。因此，管状部件可由标准构件制成。

根据有利实施例，锥形或楔形元件布置在管状部件的远侧部分处。锥形或楔形部分原则上也可开放，但有利的是其闭合。锥形或楔形部分确保在叶片壳至风轮机叶片的层压件的纵向方向上获得刚度的平稳过渡。锥形或楔形部分可与管状部件整体结合形成，或提供为分开的元件。

在另一个有利实施例中，螺纹元件包括设有内螺纹的内开孔，锚定元件包括锚定元件的第一端处的螺纹插口(spigot)，内螺纹布置成收纳安装螺栓的至少一部分，且内螺纹进一步布置成收纳螺纹插口的至少一部分，使得锚定元件作用为将螺纹元件至少部分地固持在风轮机叶片中。另外，包括螺纹插口的锚定元件可有利地由低于螺纹元件的品质和较廉价的材料制成，从而降低单元成本，而不损害整个套筒系统的强度。

锚定元件可包括锥形或楔形的部件。另外，该部件具有向风轮机叶片的层压结构提供平稳刚性过渡的目的。

在又一个有利实施例中，螺纹元件由包括具有内螺纹来收纳和固持安装螺栓的内开孔的螺母元件制成，且锚定元件包括具有收纳安装螺栓的至少第一开口端的开孔，其中螺母元件保持在锚定元件的开孔中，使得锚定元件作用为将螺母元件固持在风轮机叶片中。

锚定元件可设有从第一开口端延伸至第二闭合端的盲孔，其中锚定元件还包括第二闭合端的锥形或楔形的部分。因此，可看到的是，具有开孔和锥形或楔形部分的零件可形成为单个整体零件。

在一个有利实施例中，螺母元件还包括外螺纹，其中内螺纹限定在锚定元件中的开孔的至少一部分上，其中所述锚定元件的所述内螺纹布置成收纳所述螺母元件的所述外螺纹的至少一部分。因此，螺母元件由锚定元件的开孔中的螺纹连接来固持。

在另一个有利实施例中，锚定元件包括第一部分和第二部分，第一部分大致包括具有内通孔的管状元件，第二部分大致包括锥形或楔形元件，其中所述第一部分和所述第二部分连结来形成所述锚定元件。第一部分和所述第二部分可有利地经由所述螺母元件连结或连结在所述螺母元件处。因此，锚定元件由两个分开制造且优选标准的产品组装成。两个部分可组装成使得组件固持螺母元件，且/或螺母元件提供两个部分的组装。

在一个实施例中，第一部分包括具有限定在开孔中的内螺纹的通孔，第二部分包括具有限定在开孔中的内螺纹的盲孔，且螺母元件还包括外螺纹，其中第一部分和第二部分的相应内螺纹收纳在螺母元件的外螺纹上，以将第一部分和第二部分连接到螺母元件上。这提供了特别简单的组件，其中套筒系统由三个分开制造的部分组装，且组装成较坚固的套筒系统。

第一部分和/或第二部分例如可压制成型或锻造到螺母元件上，以将第一部分和第二部分连结到螺母元件上。

在另一个有利实施例中，锚定部分包括从用于收纳安装螺栓的第一端到第二端的贯穿开孔，其中第二端处的贯穿开孔包括内螺纹，且其中螺纹元件经由外螺纹连接或压配合到贯穿开孔的内螺纹中。包括所述元件的第一端处的螺纹插口的锥形或楔形元件可经由贯穿开孔的内螺纹连接到锚定部分的第二端上。与较早实施例相反，锥形或楔形元件因此连接到锚定元件而不是螺纹元件上。

在一个实施例中，锚定部分至少包括包绕第二管状部分的第一管状部分，例如，内管和外管。因此，有可能经由一定数目的标准管来制造较粗的套筒。内管和外管例如可经由热配合或经由连接螺纹来连接。套环可用于固持螺纹部分，以固持用于风轮机叶片的安装螺栓。

在下文中，描述了一定数目的实施例，其中特征可有利地与第一方面或前述优选实施例组合，作为备选其是单独的。

在一个实施例中，套筒系统包括套筒口，其由第三材料制成。另外，第三材料可具有高于套管材料的其余部分的强度和断裂韧性。这将易于套筒的其余部分的加工，例如，形成波纹状外表面和降低材料成本。可看到的是，该构想可拓宽至包括套筒口(或收纳开口)的套筒，其由具有高于套筒的其余部分的强度和断裂韧性的材料制成。

在特别有利的实施例中，锚定元件包括金属管，优选由以下的任何一种或组合形成：钢、铝、铜。管可为焊接管、挤制管等。套管系统的不同部分例如可经由摩擦焊接来连接。

锚定元件具有外圆形截面。作为备选，管状元件可具有任何其它适合的截面形状，例如，椭圆形、正方形、矩形等。

本发明还提供了一种风轮机叶片套筒系统，其包括外表面，所述外表面具有改善风轮机叶片的根部端中的所述套筒系统的固持的表面效果。表面效果可应用于本发明的第一方面的锚定部件或管状部件。

表面效果可包括套筒系统的外表面上的凹槽、起伏、螺纹、波纹、肋条或纹波(ripple)的任何组合。

在总体实施例中，表面效果包括外表面上的定形的截面轮廓，其中具有第一空间频率的第一系列的起伏设在管状部件的外表面上，且其中所述第一系列的起伏与具有第二空间频率的第二系列的起伏调制在一起，所述第二空间频率高于所述第一空间频率。该实施例提供了风轮机叶片的根部区段的周围层压结构中的较好锚定。

将理解的是，所述起伏沿管状部件的纵向方向延伸。

在有利实施例中，第一系列的起伏的高度或幅度至少与第二系列的起伏的高度或幅度大小相同。

本发明还提供了一种包括末梢端和根部端的风轮机叶片，风轮机叶片包括位于根部端处来收纳安装螺栓的多个套筒系统。套筒系统可为任何前述实施例。因此，套筒系统可包括：用于固持用于风轮机叶片的安装螺栓的螺纹元件，螺纹元件由第一材料形成；以及用于固持在风轮机的根部端处的锚定元件，其中锚定元件作用为将螺纹元件至少部分地固持在风轮机叶片中，锚定元件由第二材料形成，其中第一材料具有高于第二材料的强度。

大体上，将认识到的是，本发明关于现代风轮机叶片，其由复合结构制成。因此，本发明更详细地提供了(参照图1和2)：

用于风轮机(2)的转子的风轮机叶片(10)，所述转子包括毂(8)，叶片(10)在安装到毂(8)上时，从毂(8)大致沿径向方向延伸，风轮机叶片包括纤维增强的复合材料的壳结构，其包括嵌入聚合物基质中的纤维，叶片具有带末梢端(14)和根部端(16)的纵向方向(r)，以及横向方向，且具有叶片长度(l)，叶片还包括：

成型轮廓，其包括压力侧和吸入侧，以及前缘(18)和后缘(20)，其中翼弦具有在前缘和后缘之间延伸的弦长(c)，成型轮廓在由进入空气流冲击时生成升力，其中成型轮廓包括：

-包括根部端面(29)的根部区域(30)，

-具有离毂最远的升力生成轮廓的翼型区域(34)，以及

-可选的在根部区域(30)与翼型区域(34)之间的过渡区域(32)，其中

-根部区域包括具有外表面(36)和内表面(35)的环形截面，其中根部区域(30)包括相互间隔开嵌入在纤维增强聚合物中的多个套筒系统(40)，以便大致遵循根部区域(30)的圆周，且允许从外侧接近用于将叶片(10)安装到毂(8)上的套筒系统(40)，

-套筒系统(40)包括布置在根部端面处的第一端(44)、与其第一端(44)相对的第二端(46)，以及外周(42)，其中风轮机叶片套筒系统包括：

-用于固持用于风轮机叶片的安装螺栓的螺纹元件，螺纹元件由第一材料形成；以及

-用于布置在风轮机的根部端处的锚定元件，其中锚定元件用作将螺纹元件至少部分地固持在风轮机叶片中，锚定元件由第二材料形成，

-其中第一材料具有高于第二材料的强度和断裂韧性。

另外，叶片套筒系统可与任何前述实施例互换。

在一个有利实施例中，螺纹元件为螺栓收纳螺母，且锚定元件包括：具有相对的第一开口端和第二开口端的第一管状元件，管状元件包括具有在第一开口端与第二开口端之间延伸的通孔的本体，其中管状元件在所述根部端处嵌入风轮机叶片中，使得所述第一开口端布置成在叶片的根部端处收纳安装螺栓，以及其中螺栓收纳螺母布置在第一管状元件的所述第二开口端附近，其中所述螺母在所述第二端处抵靠所述管状元件的本体，所述管状元件将所述螺栓收纳螺母至少部分地固持在所述风轮机叶片中。该效果可简单地通过管状元件抵靠螺栓收纳螺母实现，以便将螺母固持在管状元件中。

套筒系统还可包括具有第一开口端的第二管状元件，其中所述螺栓收纳螺母布置在所述第一管状元件的所述第二开口端与所述第二管状元件的所述第一开口端之间，使得第一管状元件、螺栓收纳螺母和第二管状元件一起形成连续的套筒室，以收纳安装螺栓。

作为备选，套筒系统可为任何前述实施例。

本发明还提供了一种分段的风轮机套筒系统，其至少包括连接到第二纵向部分上的第一纵向部分。因此，将理解的是，套筒系统由相互连接的多个区段构成。例如，第一部分可包括用于固持安装螺栓的螺纹元件。第二纵向部分可为锚定元件。第一纵向部分可由第一材料制成。第二纵向部分可由第二材料制成。第一材料可具有高于第二材料的强度和断裂韧性。因此，本发明提供了模块化的套筒系统。因此，套筒系统可包括用于套筒系统的一部分的标准部分，而定制部分可用于套筒系统的其它部分，例如，用于特定风轮机叶片类型。该实施例可有利地与以下实施例组合，其中套筒系统还包括分开制造的(套筒)口件。

本发明还提供了制造风轮机叶片套筒系统的方法，其中该方法包括以下步骤：

a)提供用于固持用于风轮机叶片的安装螺栓的螺纹元件，螺纹元件由第一材料形成；

b)提供用于布置在风轮机的根部端处的锚定元件，锚定元件由第二材料形成；以及

c)将螺纹元件配合到锚定元件上，使得锚定元件作用为将螺纹元件至少部分地固持在风轮机叶片中。

第一材料可有利地具有高于第二材料的强度和断裂韧性。

在有利实施例中，锚定元件包括管状部件，且螺纹元件包括螺栓收纳螺母，且其中螺栓收纳螺母布置在管状部件的内部中且配合至管状部件的内部。

在另一个有利实施例中，步骤c)中的配合由所述管状部件的外部的至少一部分执行，以将所述螺栓收纳螺母装固在所述管状部件的内部中，以形成套筒系统来收纳用于风轮机叶片的安装螺栓。

该方法可有利地包括对所述管状部件的外表面进行表面处理来改善风轮机叶片的根部端中的所述套筒系统的固持的步骤。表面处理步骤可包括在外表面上提供凹槽、起伏、螺纹。表面处理可包括任何以下步骤：压制成型、铣削、锻造、车削等。

附图说明

下文参照附图中所示的实施例来详细阐释本发明，在附图中：

图1示出了风轮机，

图2为根据本发明的风轮机叶片的图解透视图，

图3为根据本发明的风轮机叶片的根部区域的一部分的透视截面视图，

图4为图3中所示的实施例的一部分的纵向截面视图，

图5示出了根据本发明的套筒系统的第一实施例，

图6示出了根据本发明的套筒系统的第二实施例，

图7示出了根据本发明的套筒系统的第三实施例，

图8示出了根据本发明的套筒系统的第四实施例，

图9示出了根据本发明的套筒系统的第五实施例，

图10示出了根据本发明的套筒系统的第六实施例，

图11示出了根据本发明的套筒系统的第七实施例，

图12示出了根据本发明的套筒系统的第八实施例，

图13示出了根据本发明的套筒系统的第九实施例，

图14示出了用于制造套筒系统的第一实施例，

图15示出了用于制造套筒系统的第二实施例，

图16示出了根据本发明的套筒系统的一个实施例，

图17示出了根据本发明的套筒系统的另一个实施例，以及

图18示出了根据本发明的套筒系统的又一个实施例。

具体实施方式

图1示出了根据所谓"丹麦构想"的常规现代逆风风轮机，其具有塔架4、机舱6和带大致水平的转子轴的转子。转子包括毂8和三个叶片10，叶片10从毂8沿径向延伸，分别具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片末梢14。转子具有表示为r的半径。

图2示出了风轮机叶片10的示意图。风轮机叶片10具有常规风轮机叶片的形状，且包括具有最接近毂的根部端面29的根部区域30、最远离毂的轮廓或翼型区域34，以及根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括叶片安装到毂上时面对叶片10的旋转方向的前缘18，以及面对前缘18的相对的方向的后缘20。

翼型区域34(也称为轮廓区域)具有相对于生成升力理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑具有大致圆形或椭圆形截面，例如，其使得更容易和安全地将叶片10安装到毂上。根部区域30的直径(或翼弦)可沿整个根部区域30恒定，但通常朝翼型区域的过渡接近根部端面29开始。过渡区域32具有过渡轮廓，其从根部区域30的圆形或椭圆形逐渐地变为翼型区域34的翼型轮廓。过渡区域32的弦长通常随离毂的增大距离r而增大。翼型区域34具有翼型轮廓，其具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的翼弦。翼弦的宽度随离毂距离r增大而减小。

叶片通常由通过大致沿叶片的翼弦平面38通过胶合或螺接在一起组装的两个叶片半部分制成。应当注意的是，翼弦平面不一定在其整个范围上直线延伸，因为叶片可扭曲和/或弯曲，因此向翼弦平面提供对应的扭转和/或弯曲路线，这通常是最常见的情况，以便补偿取决于距离毂的半径的叶片局部速度。由于圆形截面，根部区域30不贡献风轮机的产量，且实际上其由于阻力而略微减低产量。

如图3和4中所见，包括根部区域30的叶片形成为壳结构。根部区域30的壳结构为环形，且包括由外层72形成的外表面36，该外层72为纤维增强的聚合物基质，有利的是，玻璃纤维和/或碳纤维，以及树脂，如，环氧树脂、聚酯或乙烯基酯，以及由与外层72相同材料制成的内层70形成的相对布置的内表面35。具有紧固器件48的长形紧固部件40置于层70,72之间，可选的是在内固持层74与外固持层76之间。在本发明中，长形紧固部件40为具有用于收纳安装螺栓的开孔的套筒，且开孔包括作为紧固器件的螺纹部分48。套筒40包括第一端(或近端)44和相对布置的第二端(或远端)46。套筒40的第一端44置于根部区域的根部端面29处。套筒40布置成相互间隔开，以便大致遵循根部区域的圆周，且允许从外侧接近紧固器件48，即，用于将叶片安装到毂上的螺纹，例如，经由支撑螺栓(staybolt)。关于根部区域所见，如图4中所示，紧固部件40的外周42包括外表面、相对的内表面、第一侧面和相对的侧面。

例如由纤维增强聚合物制成的中间固持器件50可布置在紧固部件40的相邻的相互间隔开的侧表面之间的各个区域中，即，在本实例中在套筒之间。此外，在本实施例中，中间固持器件由分开制造的插入件50形成。插入件50可包括第一插入部分和第二插入部分。如图4中所示，第一插入部分基本上对应于相邻套筒40的侧面之间的区域，且设有与相邻套筒40的侧面互补形成的相对侧面52,54。在沿周向方向看时，插入件50大致延伸到相邻套筒的旁边。此外，第一插入部分从套筒40的第一端延伸且超过其第二端。第二插入部分为第一插入部分的楔形锥形的延伸部。第一插入部分可具有大致对应于套筒40的范围。

尽管图3和4中所示的实施例包括中间插入件50，但将认识到的是，叶片根部可设计成没有此类插入件。例如，套筒40可设有互补的形状，使得相邻的套筒40邻接或抵靠彼此。

图5示出了根据本发明的风轮机叶片套筒系统140的第一实施例。套筒系统140由至少两个分开制成的部分构成，其包括螺栓收纳螺母形式的螺纹元件180以及锚定元件182，该螺纹元件180具有用于获得与安装螺栓或支撑螺栓的螺纹连接来将风轮机叶片在风轮机的毂处附接到叶片轴承或变桨轴承上的内螺纹181，该锚定元件182将套筒系统140连结到风轮机叶片根部的层压结构上。锚定元件182设有布置在风轮机叶片的根部端近侧的第一端185与布置在风轮机叶片的根部端远侧的第二端之间的贯穿开孔184。锚定元件182可有利地由两个分开的管制成，它们附接到螺栓收纳螺母180的端部上，以便所述螺母180经由第一约束部187和第二约束部188固持在两个管之间。螺栓收纳螺母180例如可经由焊接或钎焊或任何其它适合的方法附接到两个管上。在备选实施例中，锚定元件182由单个管制成，且套筒系统140通过先布置锚定元件的开孔184的内部中的螺栓收纳螺母180来制成。管然后在所述螺母180的位置旁边压制成型或压接，以便形成第一约束部186和/或第二约束部187。

螺栓收纳螺母180优选由第一材料制成，且锚定元件182由第二材料制成，其中第一材料具有高于第二材料的强度或品质。例如，第一材料可为较高等级且较硬的钢，而第二材料可为较低等级或较软的钢。

由于螺纹元件180形成与安装螺栓的主要对接，故形成螺纹元件180的较高品质/强度的材料的使用允许了套筒系统应付相对较高的根部端拉力传递至安装螺栓，而没有断裂或拉出的风险。相比之下，锚定元件182主要作用为将套筒系统锚定在叶片的根部端中。由于锚定效果主要取决于锚定元件182与叶片本体之间的表面面积和与风轮机叶片根部的层压结构的连结，故低品质材料的使用允许了套筒系统的总体成本最小化，因为较高品质的相对高成本的材料可用于其最有效的套筒系统的区域中，而将套筒系统锚定在叶片中的不太关键的功能可通过使用大量相对低成本的材料来容易地满足。

图6示出了根据本发明的风轮机叶片套筒系统240的第二实施例，其中相似的参考标号表示第一实施例的相似部分。套筒系统包括用于形成与安装螺栓的螺纹连接的锚定部分282和螺纹元件280。在所示实施例中，套筒系统240包括组合来构成较厚的套筒的层的多个管状部件或管。锚定到周围的层压件上主要由外管提供。内螺纹281可设在内管上。作为备选，螺纹元件可提供为螺栓收纳螺母或套环(collar)，其固持或约束在开孔284内。例如，这可通过提供两个内管实现，内管产生约束，且因此将螺纹元件固持在两个内管的端部之间。

所述套环或螺母也可经由螺纹连接来连接到管上。各个管(即，外、内和可能的中间管)可经由热配合、螺纹连接或任何其它适合的手段配合到彼此上。标准的管的使用将降低套筒系统的总体成本。另外，螺纹元件280可由第一材料制成，且锚定元件282可由第二材料制成，其中第一材料具有高于第二材料的强度或品质。

图7示出了根据本发明的风轮机叶片套筒系统340的第三实施例，其中相似的参考标号表示前述实施例的相似部分。套筒系统340包括螺纹元件380和锚定元件382。螺纹元件380包括第一端385与第二端386之间的贯穿开孔384，且开孔384设有螺纹元件380的第二端386处的内螺纹381。锚定元件382包括锚定元件380的第一端处的螺纹插口(spigot)。

内螺纹381布置成收纳安装螺栓或支撑螺栓390的至少一部分，且内螺纹还布置成收纳螺纹插口的至少一部分，使得锚定元件390作用为将螺纹元件至少部分地固持在风轮机叶片中。

锚定元件382还包括锚定元件382的远侧部分处的锥形或楔形部分。锥形或楔形部分确保在叶片壳至风轮机叶片根部的层压件的纵向方向上获得刚度的平稳过渡。

另外，螺纹元件380可由第一材料制成，且锚定元件382可由第二材料制成，其中第一材料具有高于第二材料的强度或品质。

图8示出了根据本发明的风轮机叶片套筒系统440的第四实施例，其中相似的参考标号表示前述实施例的相似部分。套筒系统440包括锚定元件482和具有用于形成与安装螺栓的螺纹连接的内螺纹481的螺栓收纳螺母或套环形式的螺纹元件482。锚定元件482包括第一部分和第二部分，第一部分大致包括管状元件，其具有在第一端485与第二端486之间延伸的内通孔484。第二部分大致包括锥形或楔形元件。第一部分和所述第二部分连结来形成锚定元件482。第一部分和所述第二部分可有利地经由所述螺母或套环480连结或连结在该处，例如，经由螺纹连接。因此，锚定元件482由两个分开制造且优选标准产品组装成。两个部分可组装成使得组件固持螺栓收纳螺母480，且/或所述螺母480提供两个部分的组装。此外，两个部分可提供第一收缩部487和第二收缩部488，以便螺栓收纳螺母480固持在形成于所述两个部分之间的腔中。

另外，螺纹元件480可由第一材料制成，且锚定元件482可由第二材料制成，其中第一材料具有高于第二材料的强度或品质。

图9示出了根据本发明的风轮机叶片套筒系统540的第五实施例，其中相似的参考标号表示第四实施例的相似部分。所示实施例与第四实施例的差别在于，锚定元件580的两个部分和螺纹元件580之间的连接由热缩配合或类似工艺提供，以将螺纹元件580固持在形成于两个部分之间的腔中。

图10示出了根据本发明的风轮机叶片套筒系统640的第六实施例，其中相似的参考标号表示前述实施例的相似部分。套筒系统640包括锚定元件682和具有用于形成与安装螺栓的螺纹连接的内螺纹681的螺栓收纳螺母或套环形式的螺纹元件682。锚定元件682包括第一部分和第二部分，第一部分大致包括管状元件，其具有在第一端685与第二端686之间延伸的内通孔684。第二部分大致包括锥形或楔形元件。第一部分的开孔684包括内螺纹，且第二部分经由公螺纹部分连接到所述内螺纹上，使得第一部分和所述第二部分连结来形成682锚定元件。

螺纹元件680也经由螺纹连接来连接到第一部分的开孔的内螺纹上。开孔还可包括约束部687，以便将螺纹部分680进一步固持在锚定部分682和风轮机叶片中。

另外，螺纹元件680可由第一材料制成，且锚定元件682可由第二材料制成，其中第一材料具有高于第二材料的强度或品质。

尽管图5-10中所示的实施例示为具有明显光滑的外表面，但将认识到的是，套筒系统可包括设有表面效果来改善风轮机叶片的根部端中的所述套筒系统的固持的外表面。表面效果可包括套筒系统的外表面上的凹槽、起伏、螺纹、波纹、肋条或纹波的任何组合。表面效果优选在锚定元件上产生。

本发明还提供了如图11中所示的风轮机叶片套筒740。套筒740设有外表面上的成型的截面轮廓形式的表面效果，其中具有第一空间频率的第一系列的起伏设在套筒的外表面上，且其中所述第一系列的起伏与具有第二空间频率的第二系列的起伏调制在一起，所述第二空间频率高于所述第一空间频率。该实施例提供了风轮机叶片的根部区段的周围层压结构中的较好锚定。第一系列的起伏的高度或幅度有利的是至少与第二系列的起伏的高度或幅度大小相同。该表面效果可与任何前述实施例或与任何现有技术的套筒组合。因此，可看到，新型表面效果提供总体构想。所示的风轮机叶片套筒740绘制为没有开孔中的内螺纹，然而可构想出的是，此螺纹可提供成以便提供与安装螺栓的螺纹连接。

本发明还提供了如图12中所示的风轮机叶片套筒系统840。在该实施例中，分开制造的套筒口892制造为套筒系统的锚定元件882的插入件。套筒口可由高于锚定元件882的等级或更硬的材料制成。因此，套筒系统840设有高等级材料的套筒口，而后期铣削操作等可在锚定元件882的材料上更容易地执行。套筒口可与任何前述实施例或与现有技术的套筒组合，例如，作为包括三件或更多件且包括套筒口、圆柱形管和螺纹过渡部分的叶片套筒系统。

套筒和中间插入件通常预先布置在根部板上。这可通过先布置一定数目的外层来执行，此后，套筒和插入件经由根部板布置在外层上。最后，一定数目的内层布置在套筒和插入件的顶部上，还可参看图3和4中所示的布局。该过程是本领域中已知的。

图13a和13b示出了套筒940的侧视图和端视图，其对于使用根部板的上述布局方法特别有利。在该实施例中，套筒940的端面设有对准开孔。对应的开孔设在根部板994中，且套筒因此可通过使用经由根部板994的开孔插入且插入到套筒940的对准开孔993中的对准销995来在根部板994上的正确角位置上对准。该实施例可与任何前述实施例或现有技术的套筒组合。

本发明还提供了两个制造方法，其相比于套筒由相对庞大的坯料制成的现有技术的制造方法，通过减少报废量来使制造成本最小化。用于制造套筒1040的第一实施例在图14中示出。套筒通过先锻造出具有比最终套筒略多的材料的模型(template)制成。开孔的直径d锻选择成遵循最大材料条件(maximummaterialcondition)。例如，直径可选择为内螺纹的最小直径，其提供与安装螺栓的螺纹连接。执行随后的最小加工来除去开孔中的额外材料。表面处理如向套筒的外部提供波纹可经由锻造工艺执行。因此，不需要对锻造模型的外部的后期加工。

图15中示出了用于制造套筒1140的第二实施例。在该实施例中，套筒通过先使用外模具部分1196,1197和模芯部分1198铸造模型来制成。外模具部分1196,1197可用于铸造模型的外表面。表面处理如向套筒的外部提供波纹可经由外模具部分1196,1197的形状来执行。因此，不需要对锻造模型的外部的后期加工。模芯部分198的直径d芯选择成提供贯穿开孔，其遵循最大材料条件。例如，直径可选择为内螺纹的最小直径，其提供与安装螺栓的螺纹连接。执行随后的最小加工来除去开孔中的额外材料。

图16a和16b示出了根据本发明的分段套筒系统1240的实施例。套筒系统1240包括用于固持安装螺栓的螺纹元件形式的第一纵向部分1280，以及形成锚定元件的一部分的第二纵向部分1282。第一纵向部分1280包括其端面处的多个开孔1290，且第二纵向部分1282包括其端面处的多个开孔1292。两个纵向部分1280,1282经由销1294连接，销1294连接到所述端面的开孔1290,1292上。销和开孔连接例如可提供过盈配合或摩擦配合，紧固两个纵向部分1280,1282。这提供了模块化套筒系统，其中例如，螺纹元件可为标准构件，而锚定元件可针对特定风轮机叶片类型定制。另外，螺纹元件1280可由第一材料制成，且锚定元件1282可由第二材料制成，其中第一材料具有高于第二材料的强度或品质。

图17a和17b示出了根据本发明的分段套筒系统1340的实施例。套筒系统1340包括用于固持安装螺栓的螺纹元件形式的第一纵向部分1380，以及形成锚定元件的一部分的第二纵向部分1382。两个纵向部分1380,1382经由插座连接来连接，且套筒系统可如图17b中所示具有连接处的局部加厚。这也提供了模块化套筒系统，其中例如，螺纹元件可为标准构件，而锚定元件可针对特定风轮机叶片类型定制。另外，螺纹元件1380可由第一材料制成，且锚定元件1382可由第二材料制成，其中第一材料具有高于第二材料的强度或品质。

在图16和17中所示的实施例中，纵向部分之间的连接可有利地位于螺纹部分附近。

图18a示出了穿过套筒系统1440的截面，其应用轧制工艺来由板状材料1490制成。套筒系统1440例如可根据以下工艺制成。板可由坯锭形成。然后，管状元件通过轧制所述板来形成。随后，螺纹可在所述管状元件的内部中钻取或攻丝。板1490如图所示可形成为具有外表面效果，如，波纹，以便改善与风轮机叶片根部的锚定效果。例如，这可通过以阶梯状或不同尺寸的滚压机轧制板来执行。该实施例提供了制造套筒系统的很简单且廉价的方法。套筒系统1440可具有缝隙1492，其沿套筒系统的纵向方向延伸。可能有利的是在套筒系统嵌入复合叶片根部之前密封缝隙，以便树脂在灌注工艺期间不会流入套筒系统中。缝隙1492可沿套筒系统1440的整个纵向范围在相同角位置处延伸。作为备选，板材可轧制，使得缝隙1492的角位置沿叶片的纵向方向变化。

已经参照优选实施例描述了本发明。然而，本发明的范围不限于所示实施例，且可执行变型和改型，而不脱离由以下权利要求限定的本发明的范围。

参考标记清单

2风轮机

4塔架

6机舱

8毂

10叶片

14叶片末梢

16叶片根部

18前缘

20后缘

22变桨轴线

29根部端面

30根部区域

32过渡区域

34翼型区域

35根部区域的内表面

36根部区域的外表面

38翼弦平面

40紧固部件，套筒

42紧固部件的外周

44紧固部件的第一端

46紧固部件的第二端

48紧固器件，螺纹开孔

50插入件

52插入件的第一侧面

54插入件的第二侧面

60楔形元件

62楔形元件的第一端

64楔形元件的第二端

70内层

72外层

140,240,340,440,540,640,740,840,940,1040,1140,1240,1340,1440套筒系统

180,280,380,480,580,680,1280,1380螺纹元件/螺栓收纳螺母

181,281,381,481,581,681内螺纹

182,282,382,482,582,682,882,1282,1382锚定元件

184,284,384,484,584,684开孔

185,285,385,485,585,685第一端/近端

186,286,386,486,586,686第二端/远端

187,487,587,687第一收缩部

188,488,588第二收缩部

390安装螺栓/支撑螺栓(staybolt)

892套筒口

993对准开孔

994根部板

995对准销

1196,1197外模具部分

1198模芯部分

1290,1292开孔

1294销

1490板状材料

1492缝隙

r局部半径，离叶片根部的径向距离

l叶片长度