具用螺栓连接的分段式转子叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有第一转子叶片节段和第二转子叶片节段的风力涡轮的转子叶片。两个转子叶片节段通过螺栓连接被连接。此外，本发明涉及连接风力涡轮的转子叶片的第一转子叶片节段和转子叶片的第二转子叶片节段的方法，其中方法包括在这两个转子叶片节段之间建立螺栓连接的步骤。
【背景技术】
[0002]在近些年来，风力涡轮变得越来越大，从而导致转子直径也变得越来越大。因此，风力涡轮的转子叶片也变得越来越大。现今，风力涡轮的转子叶片可以容易地超过50米。这导致了对于转子叶片的结构设计的挑战。此外，这导致了对将转子叶片从制造位置运输到风力涡轮的安装位置的挑战。
[0003]一种解决这种挑战的方法是提供分段式转子叶片。分段式转子叶片包括至少两个转子叶片节段。转子叶片可以例如被分成两个同样大的转子叶片节段。转子叶片也可以被分成第一转子叶片节段和第二转子叶片节段，其中第一转子叶片节段大于第二转子叶片节段。
[0004]另一个选择是将转子叶片的主要部分提供为一个单件，而将转子叶片的尖端区段提供为单独件。这在如下情况下是特别有利的，即如果尖端具有特定形状，例如如果尖端区段弯曲背离从转子叶片的主要平面。则，具体地，分离的尖端区段有助于运输转子叶片。
[0005]在PCT申请WO 2006/056584 Al中，提出了组装风车臂的第一区段和风车臂的第二区段的方法。方法包括提供连接件以用于连接这两个臂区段，并且通过被嵌入相应风车臂区段的层合壳内的螺栓来实现该连接。
[0006]在欧洲专利申请EP 2，647，494 Al中，公开了包括至少两个纵向模块的风力涡轮叶片，其中纵向模块具有被嵌入在纵向模块的复合材料内的连结元件。
[0007]换言之，在现有技术中，两个转子叶片节段通过某种至少部分被嵌入在转子叶片的壳内的螺栓连接被连接到彼此。这种技术方案的缺点是，其中螺栓连接被嵌入的层合壳的厚度和结构必须能够针对螺栓的厚度(即直径)被调整。这意味着壳必须具有足够大的厚度，至少在发生螺栓连接处具有足够大的厚度；且/或螺栓的直径必须足够小。根据所述两个转子叶片节段实现连接所处的位置，这会对转子叶片的设计具有约束。
[0008]因此，急切地需要提供一种具有壳的分段式转子叶片，其中壳的厚度在所述两个转子叶片节段的连接位置处相对较薄。
[0009]这个目的是通过独立权利要求实现的。从属权利要求描述了本发明的有利进展和改型。
【发明内容】
[0010]根据本发明，提供一种具有第一转子叶片节段和第二转子叶片节段的风力涡轮的转子叶片。转子叶片包括被壳围绕的中空空间。第一转子叶片节段通过螺栓连接与第二转子叶片节段连接。螺栓连接包括第一转子叶片节段的第一连接器件、第二转子叶片节段的第二连接器件以及在第一连接器件和第二连接器件之间建立螺栓接头的螺栓。至少螺栓位于转子叶片的中空空间内。
[0011]风力涡轮指的是能够将来自风的风能(即动能)转换成机械能(其随后被用于产生电力)的装置。风力涡轮也被称为风力发电站。
[0012]风力涡轮通常包括塔、机舱、发电机、毂和一个或更多个转子叶片。机舱容纳发电机并且通常被安装在塔的顶部上。有利地，机舱被枢转地安装到塔，以致机舱能够绕偏航轴线旋转。风力涡轮通常还包括转子，其能够绕转子旋转轴线旋转。毂是转子的一部分。毂经由主轴承被连接到机舱。
[0013]在桨距调节式风力涡轮中，转子叶片经由变桨轴承被枢转地安装到毂。变桨轴承允许转子叶片绕俯仰轴线旋转，从而优化风力涡轮针对入风的调节。
[0014]根据本发明，转子叶片包括至少两个转子叶片节段。这不排除转子叶片包括甚至两个以上转子叶片节段的可能性。
[0015]转子叶片包括壳，其围绕(换言之包绕)中空空间。因此，转子叶片的内侧(即内部)是至少部分中空的。
[0016]有利地，转子叶片不是完全中空或者空的。其可以例如包括梁，从而赋予转子叶片以结构强度。此外，转子叶片可以在转子叶片的尖端区段和/或在转子叶片的根部区段处至少部分填充有填料材料。
[0017]要理解的是，壳可以具有其不具体地界定转子叶片内部的中空空间的开口和/或区段。因此，壳围绕中空空间的概念包括了中空空间内部至少部分敞开到外部的可能性。
[0018]在组装的成品状态，所述两个转子叶片节段通过螺栓连接牢固地互连于彼此。螺栓连接包括至少一个螺栓，其建立在所述两个转子叶片节段之间的螺栓接头。
[0019]螺栓是至少部分有螺纹的紧固件或者固定器件。
[0020]螺栓连接可以由一个螺栓或者多个相似、相同或不同的螺栓实现。
[0021]螺栓位于转子叶片内部，即转子叶片的中空空间内。连接器件也可以至少部分位于转子叶片的中空空间内。
[0022]将螺栓设置在中空空间内的优点在于，能够独立于壳的材料和厚度来设计和优化螺栓的尺寸和形状。相比于螺栓被集成或嵌入到壳内的现有技术，这扩展了将这样的螺栓连接应用到风力涡轮的分段式转子叶片的可能性。
[0023]如果，在第一替代方案中，例如，螺栓连接是在包括转子叶片的根部区段的一半转子叶片内，则壳的厚度可以是相对大的；但是，作用在螺栓连接上的负载也会很大。因此，会需要螺栓具有相对大的直径，其会导致在螺栓连接的位置处嵌入壳内的问题。因此，需要壳是特别加厚的，以便将螺栓安全地嵌入到壳内。
[0024]这个缺点是通过将螺栓放置在转子叶片的中空空间内来克服的。壳不必须是特别加厚的并且这样螺栓不影响在螺栓连接的区段内壳的稳定性。因此，可以使用薄壳同时仍维持稳定且耐用的螺栓连接。
[0025]如果螺栓连接是在靠近转子叶片的尖端区段的翼展方向的位置，则这个优势也是有效的。在尖端区段，由于转子叶片轮廓的弦的相对小长度和深度的相对小长度，壳也包括相对小的厚度。因此将螺栓集成在壳内是复杂的并且需要至少在围绕螺栓连接的位置处重新设计壳。通过将螺栓定位在转子叶片内部，即转子叶片的中空空间内，克服了这个问题。
[0026]将螺栓放置在中空空间内的另一优点在于其在所述两个转子叶片节段的最初互连期间以及维护期间的良好的可通达性。这应用到例如在运行多年后需要更换螺栓的情况。
[0027]在本发明的有利实施例中，中空空间包括梁和空气。螺栓位于空气中。
[0028]有利的是将梁放置在中空空间内以便提供并保证转子叶片的高稳定性和高疲劳限度。梁被称为转子叶片的主要结构元件，其被设计成承载被施加到转子叶片的负载和转子叶片本身的重量。梁通常基本沿翼展方向(即，沿从根部区段到尖端区段的方向)延伸。
[0029]中空空间有利地被例如空气的气态介质填充。换言之，中空空间有利地被氧填充。不排除在中空空间内填充其他部件。
[0030]在另一有利实施例中，第二转子叶片节段是转子叶片的尖端区段。
[0031]将本发明螺栓连接应用到第一转子叶片节段和第二转子叶片节段的连接(其中第二转子叶片节段是转子叶片的尖端区段)的优点在于，特别是对于尖端区段，由于翼型轮廓的整体小尺寸，壳是相对薄的。
[0032]还特别有利的是可以独立于转子叶片的剩余部分来制造转子叶片的尖端区段，因为有助于转子叶片的运输。尖端区段可以包括弯曲或弯的部分，其首先在运输期间需要小心处理并且其次在运输期间会需要较大间隙。因此，有利的是提供具有螺栓连接的分段式转子叶片，其中所述两个转子叶片节段中的一个包括尖端区段。
[0033]在另一有利实施例中，在第一转子叶片节段和第二转子叶片节段的连接处，由第二转子叶片节段构成的壳部分的厚度小于50毫米，具体地小于30毫米。
[0034]包括小于50毫米厚度、具体地小于30毫米厚度的薄壳的优点在于其减少的重量。有利地将壳设计和构造成正好如必须承受施加到转子叶片上的负载所需的厚