專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機葉片根部的嵌入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機葉片根部的嵌入件、風(fēng)力葉片根部以及制造風(fēng)力葉 片根部的方法。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力渦輪機葉片生產(chǎn)歷史中，曾作出過各種努力以開發(fā)一種堅固、緊湊且便 宜的根部嵌入件。曾經(jīng)難以以有效和可靠的方式將玻璃纖維/樹脂、木纖維/樹脂或碳 纖維/樹脂的復(fù)合結(jié)構(gòu)固定到鋼心軸上。直到現(xiàn)在，這一行業(yè)中所用的根部嵌入件結(jié)構(gòu)和安裝方法都可以落入以下兩類 中的一種。第一類型以以下專利公開說明書作為代表US7,163,378B2 ； W02004/110862A1 ； EP1486415A1 以及 US4,420,354A。在這些專利說明書中，通過一種措施或其他措施將基本上圓形金屬嵌件通過粘 附方式結(jié)合到葉片根部中。通過在結(jié)合粘合劑中調(diào)動剪切而實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)移。在第一類型的已知根部潛入件結(jié)構(gòu)和安裝方法的情況下，葉片根部嵌入件的尺 寸的限制因素是將金屬嵌入件結(jié)合到復(fù)合葉片根部的結(jié)合粘合劑上的允許剪切應(yīng)力。這 種結(jié)合通常具有普通的疲勞特性，并且因此需要較長的嵌入件以提供足夠的結(jié)合區(qū)域。此外，在第一類型中采用的圓形嵌入件的情況下，難以將復(fù)合材料層緊密地包 裹在嵌入件周圍。US7,163,378B2的主要目的是引入一種更有效的方法，用于填充嵌入件周圍的空 間，以避免需要將復(fù)合材料層手動地包裝到三角形空隙中。但是，所提議的填充部件的 制造方法復(fù)雜且昂貴。W02004/110862A1公開了一種星形墊片裝置，其可用于幫助圍繞嵌入件包裹 和布置復(fù)合材料層。但是，墊片裝置必須留在葉片根部內(nèi)，并且不能在生產(chǎn)完成之后取 出。因此，這種墊片裝置增加了額外的成本。即使利用現(xiàn)存的墊片裝置，仍然需要花費 很大力氣手動地將材料層包裹在葉片根部的內(nèi)側(cè)表面上。這增加了產(chǎn)生氣泡以及其其他 缺陷的可能性。作為在葉片根部處的固定系統(tǒng)，經(jīng)常使用的第二種類型從沒有被授予過專利 權(quán)。但是，US7,186,086B2公開了一種類似方法以將兩半式葉片結(jié)合起來。在這種方法中，首先在葉片結(jié)構(gòu)中沿軸向和徑向兩個方向鉆孔。然后，將螺母 捕獲在層壓件中，將雙頭螺栓沿軸向方向插入。這樣不需要結(jié)構(gòu)粘合劑結(jié)合。通過層壓 件表面上被捕獲的螺母直接承受壓縮而實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)移。這種根部設(shè)計(其由螺母和被捕獲的雙頭螺栓構(gòu)成)就材料消耗而言根本沒有什 么效果。由于在葉片中鉆孔導(dǎo)致的應(yīng)力集中，層壓件必須比不鉆孔的情況厚得多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的 目的是至少部分地克服上面討論的已知風(fēng)力葉片根部嵌入件的缺點。本發(fā)明的另一目的是提供一種風(fēng)力葉片根部嵌入件，其能提供較輕重量的根部 嵌入件和風(fēng)力葉片根部組件。本發(fā)明的又一目的是提供一種風(fēng)力葉片根部嵌入件，其能提供較低成本的根部 嵌入件和風(fēng)力葉片根部組件。本發(fā)明的再一目的是提供一種風(fēng)力葉片根部嵌入件，其能用于自動化地生產(chǎn)風(fēng) 力葉片根部組件的工藝中。因此，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于風(fēng)力渦輪機葉片根部的嵌入件，所述嵌入 件具有楔狀部分，該楔狀部分是縱長的并且在其遠端和近端之間延伸，所述楔狀部分具 有兩相對的主表面并且其厚度沿著從遠端到近端的方向在所述相對的主表面之間增加， 所述嵌入件還具有連接部分，用于將嵌入件裝配到一安裝件中，所述連接部分與楔狀部 分成一體并位于楔狀部分的近端處?？蛇x地，楔狀部分的兩相對的主表面遠離彼此地向外漸變。進一步可選地，楔 狀部分的兩相對的主表面相對于延伸通過所述楔狀部分的中心縱向平面均以銳角傾斜?？蛇x地，楔狀部分的最大厚度位于楔狀部分的近端處。進一步可選地，在楔狀 部分的近端處，楔狀部分的最大厚度為5mm到30mm?？蛇x地，楔狀部分的兩相對的主表面限定雙嵌接結(jié)合結(jié)構(gòu)的負載轉(zhuǎn)移區(qū)?？蛇x地，楔狀部分的長度對最大厚度的比率為從10 1到40 1。可選地，楔狀部分的寬度為從50mm到100mm?？蛇x地，楔狀部分的兩相對的主表面是平面的。進一步可選地，楔狀部分具有 大體矩形截面?？蛇x地，楔狀部分的兩相對主表面圍繞縱向旋轉(zhuǎn)軸線成弓形。進一步可選地， 楔狀部分具有大體弓形截面?？蛇x地，基于面積加權(quán)，楔狀部分的平均厚度小于其總長度的30%?？蛇x地，基于面積加權(quán)，楔狀部分的平均厚度小于其平均寬度的30%?？蛇x地，楔狀部分的兩相對的主表面至少部分地覆蓋有至少一個纖維增強的樹 脂基體復(fù)合層壓材料界面層?？蛇x地，相對于楔狀部分的厚度，所述連接部分具有擴大的厚度。進一步可選 地，所述連接部分具有用于與安裝件的帶螺紋雙頭螺栓接合的螺紋孔。可選地，所述連接部分覆蓋有防腐涂料。進一步可選地，所述涂料是一層環(huán)氧 樹脂基涂料隨后一層聚氨酯的雙組分頂部涂層。嵌入件還可以可選地包括位于楔狀部分和連接部分之間的頸部過渡部?？蛇x地，嵌入件由鍛造鋼制成。楔狀部分的兩相對的主表面可被噴丸處理。本發(fā)明還提供一種風(fēng)力葉片根部，其包括環(huán)形陣列的本發(fā)明的嵌入件，所述風(fēng) 力葉片根部具有環(huán)形端部，嵌入件的楔狀部分接納在風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部內(nèi)，連接 部分位于風(fēng)力葉片根部的環(huán)形末端的外面?？蛇x地，楔狀部分接納在風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部中的互補空腔內(nèi)?？蛇x地，風(fēng)力葉片根部還包括位于楔狀部分的相對主表面與所述空腔之間的中間復(fù)合材料結(jié)合層。可選地，楔狀部分的兩相對的主表面結(jié)合到風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部以限定雙 嵌接結(jié)合結(jié)構(gòu)的負載轉(zhuǎn)移區(qū)?？蛇x地，風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部以及楔狀部分的結(jié)構(gòu)如此設(shè)置，使得在沿著 楔狀部分的長度的長度方向上，在所述環(huán)形端部和楔狀部分中的每一個的最厚部分處考 慮厚度，風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部和楔狀部分滿足下面的等式(1)的標準

(AcXEc)/(AsXEs) = 0.5 到 1.5 (等式 1)其中Ac為環(huán)形端部的截面積，Ec為環(huán)形端部的材料的楊氏模量，As為楔狀部 分的截面積，Es為楔狀部分沿根部縱向方向的楊氏模量。可選地，相鄰楔狀部分分開高達20mm，典型地5mm-10mm的間隔距離。本發(fā)明還提供了一種制造根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力葉片根部的方法，所述方法包括以 下步驟將根部嵌入件的楔狀部分插入到葉片根部的互補空腔內(nèi)；以及將嵌入件的楔狀 部分結(jié)合在所述空腔中。利用本發(fā)明，組裝的葉片的總重量以及原材料成本能夠顯著降低，這使得葉片 成本顯著降低。由于嵌入件的扁平形狀，本發(fā)明能夠顯著降低嵌入件之間難以填充的空 間的尺寸。因此，可以通過使用本發(fā)明使得葉片根部生產(chǎn)工藝自動化。


參考附圖能夠更好地理解本發(fā)明，附圖中圖1從一側(cè)并且從近端顯示根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于風(fēng)力渦輪機葉片根部的 根部嵌入件的透視圖；圖2從另一側(cè)并且從遠端顯示圖1的根部嵌入件的透視圖；圖3是圖1的嵌入件的剖視圖；圖4是圖1的嵌入件的垂直于圖3剖得的另一剖視圖；圖5顯示具有多個圖1的嵌入件的風(fēng)力渦輪機葉片根部的分解透視圖；圖6顯示圖5的風(fēng)力渦輪機葉片根部的端視圖；圖7顯示圖5的風(fēng)力渦輪機葉片根部的剖視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖詳細描述本發(fā)明，附圖顯示了根據(jù)本發(fā)明的根部嵌入件的實施 例以及包括多個本發(fā)明的這種根部嵌入件的風(fēng)力渦輪機葉片根部的實施例。首先，參考圖1和圖2，這兩個圖分別從兩個相反側(cè)和兩個相反端顯示了用于風(fēng) 力渦輪機葉片根部的根部嵌入件10的透視圖，圖3和圖4分別顯示了圖1的嵌入件的兩 個相互垂直的剖視圖。根部嵌入件10包括位于根部嵌入件10的近端18的擴大的連接部分12和位于根 部嵌入件10的遠端14的扁平的楔狀部分16。擴大的連接部分12相對于在近端18和遠端 14之間延伸的縱向軸線橫向地延伸，以在垂直于縱向軸線的方向提供顯著的寬度。在所示 的實施例中，擴大的連接部分12具有大體正方形截面，當然也可以采用其它截面形狀。擴大的連接部分12具有形成于其中的縱向延伸的盲孔20，用于與雙頭螺栓(未示出)結(jié)合?？?0具有帶內(nèi)螺紋的環(huán)形表面22，用于與雙頭螺栓的對應(yīng)螺紋接合。擴 大的連接部分12和扁平的楔狀部分16通過頸部過渡部分23互相連接。擴大的連接部分 12具有足夠的寬度和足夠的長度，以使得根部嵌入件10能夠支撐通過雙頭螺栓傳遞的風(fēng) 力葉片的負載且在整個風(fēng)力渦輪機葉片的設(shè)計壽命內(nèi)不會疲勞失效?？?0在縱向上鉆孔 到擴大的連接部分12僅僅足夠的距離，使得孔不會延伸到過渡部分23中或延伸到過渡部 分中最小的距離。
與風(fēng)力葉片根部的環(huán)厚度相比，擴大的連接部分12在垂直于縱向軸線的橫向上 顯著擴大。因此，當根部嵌入件10被包括進風(fēng)力葉片根部時，如圖6所示，擴大的連接 部分12突出的葉片根部的結(jié)構(gòu)部件的外面。這種葉片根部可以具有矩形、圓形或其它環(huán) 形形狀。擴大的連接部分12如此設(shè)計使得交變疲勞應(yīng)力保持在低水平，出于用于雙頭螺 栓接合而必須提供的機加工孔20的應(yīng)力集中角部的原因，這是需要的。擴大的連接部分12經(jīng)由頸部過渡部分23在厚度上頸縮到楔狀部分16中。楔狀部分16具有兩個相對的主表面24、26，其沿著從遠端14向近端延伸的方向 彼此遠離地漸變，嵌入件10的遠端14也是楔狀部分16的遠端。在遠端14處，楔狀部 分16的厚度最小化，主表面24、26可能幾乎相交。主表面24、26均以銳角相對于延伸 穿過楔狀部分16的中心縱向平面P傾斜。在嵌入件10的厚度增大率的任何顯著增加之 前，楔狀部分16的最大厚度位于楔狀部分16的鄰近頸部過渡部分23的近端25。兩個相 對的表面24、26在漸變的楔狀部分16中限定了負載轉(zhuǎn)移區(qū)28，其結(jié)合到風(fēng)力葉片根部的 復(fù)合材料以便在楔狀部分16安裝并結(jié)合在風(fēng)力葉片根部內(nèi)時形成雙嵌接結(jié)合結(jié)構(gòu)。如圖5-7所示，楔狀部分16結(jié)合在葉片根部32的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料內(nèi)并通過在結(jié)合 至復(fù)合材料30的表面24、26的表面積上延伸的結(jié)構(gòu)結(jié)合接頭34上的剪切力傳遞交變負 載。在本實施例中，預(yù)施加的復(fù)合層36 (其由纖維增強的樹脂基體材料組成)覆蓋楔 狀部分16的表面24、26，以在楔狀部分16和根部32之間提供具有高剪切強度的可靠結(jié)
I=I ο在可選實施例中，根部嵌入件10可以使用其它技術(shù)包括在葉片根部中。例如， 楔狀部分16可以直接通過注塑而與干層結(jié)合；可以具有施加的預(yù)固化層然后通過樹脂注 塑而結(jié)合；可以包括在完全的預(yù)固化根部中；可以利用粘合劑結(jié)合在預(yù)固化空腔中，或 者可以在繞組操作申插入。環(huán)形陣列的根部嵌入件圍繞葉片根部32布置，其中楔狀部分16在復(fù)合材料30 內(nèi)形成雙嵌接結(jié)合。復(fù)合材料30在周向圍繞葉片根部32、從楔狀部分16徑向向內(nèi)以及 徑向向外延伸，這些楔狀部分16均被接納在風(fēng)力葉片根部32的相應(yīng)空腔38內(nèi)。復(fù)合材 料30還位于相鄰楔狀部分16之間，使得在根部結(jié)構(gòu)中沒有空隙存在，所述根部結(jié)構(gòu)由被 預(yù)施加復(fù)合層36覆蓋并結(jié)合在復(fù)合材料30內(nèi)的楔狀部分16構(gòu)成。楔狀部分16由金屬(通常是鋼、更通常的是鍛造鋼)組成。例如，根部嵌入件 10可以由中碳鋼或包含硼的中碳鋼，例如1045或1060構(gòu)成。可選地，根部嵌入件10可 以由Cr (鉻)-Mo (鉬)鋼，例如40CrMo或4140組成。楔狀部分16應(yīng)該盡可能寬，從而使得相鄰嵌入件之間的間隙最小(圖4和圖 5)，以便使得可用結(jié)合面積最大。楔狀部分16的寬度受到心軸上螺栓之間的距離的限制。優(yōu)選地，在相鄰根部嵌入件10之間應(yīng)當有非常小的空置空間，原因是這樣的區(qū)域?qū)?于負載轉(zhuǎn)移是一種損失。因此，楔狀部分16的寬度通常從50mm到150mm，這些都是 用于任何實際槳葉軸承上螺栓之間的距離的限制值。更通常地，楔狀部分16的寬度從80 到100mm，其是螺栓之間的常見距離。相鄰楔狀部分16通常分離高達20毫米(更通常 5-IOmm)的間隔距離。 楔狀部分16的厚度應(yīng)當考慮所用材料(通常為金屬，更通常為鋼)的疲勞強度 進行選擇。使用較高疲勞強度的材料能導(dǎo)致較薄的楔狀部分16。希望使得楔狀部分16 盡可能薄，以便在楔狀部分16的剪切應(yīng)力承載表面(即結(jié)合到風(fēng)力葉片根部的根部嵌入 件10的主表面24、26)上獲得均勻的剪切應(yīng)力，整個葉片根部的柔順性必須在根部嵌入 件10的負載轉(zhuǎn)移區(qū)的軸向長度上取得平衡。因此，根部嵌入件10的較高的剛性需要提 供更多的層壓件，以便確保柔順性匹配。結(jié)合設(shè)計由鋼部分的疲勞強度驅(qū)動，其中復(fù)合 材料的疲勞強度總是遠遠不夠。因此，非常希望改善嵌入件10的疲勞強度并因此降低其 厚度。優(yōu)選地，基于面積加權(quán)(area weighted)，嵌入件10的楔狀部分16的平均厚度小 于其總長度的30%;更優(yōu)選地，基于面積加權(quán)，嵌入件10的葉片狀部分16的平均厚度 小于其平均寬度的30%。在本說明書中，術(shù)語“基于面積加權(quán)”指的是“將嵌入件分成η個面積塊，然 后將每塊的面積乘以每塊的厚度，然后將總和除以總面積”。這是與嵌入件的截面形狀 無關(guān)地限定嵌入件的尺寸之間的關(guān)系的構(gòu)造的參數(shù)。負載轉(zhuǎn)移區(qū)28的近端25 (其是嵌入件10包括在風(fēng)力葉片根部32中時負載轉(zhuǎn)移區(qū) 28的起始處，負載轉(zhuǎn)移區(qū)28是結(jié)合至葉片根部32的復(fù)合材料30的雙嵌接漸變結(jié)合部) 處的厚度基于疲勞負載和用于嵌入件10的材料(例如鋼)的S-N曲線進行計算。厚度 取決于風(fēng)力葉片的壽命期間要施加的設(shè)計負載，但是所述厚度通常為5-30毫米。更通常 地，負載轉(zhuǎn)移區(qū)28的起始處的厚度為8-12毫米。負載轉(zhuǎn)移區(qū)28的長度受到表面24、26上的可允許剪切應(yīng)力以及負載轉(zhuǎn)移區(qū)28 的起始處的所需厚度的限制。基于申請人進行的靜態(tài)疲勞試驗，長度對最大厚度的比率 應(yīng)當不小于10 1，并且應(yīng)當不超過40 1。優(yōu)選值是其中金屬(例如鋼)部分的失效 以及剪切接合失效在相似負載大小下發(fā)生或者在金屬部分的失效僅僅在剪切界面之前一 點點(從而允許結(jié)合的些許可變性)的情況下的值。因此，嵌入件10的楔狀部分16的 長度對最大厚度的比率的優(yōu)選范圍是15 1到25 1。例如，如果嵌入件10的楔狀部 分16的最大厚度為10毫米，長度對最大厚度的比率為20 1，則在典型實施例中長度為 200毫米。負載轉(zhuǎn)移區(qū)28具有高縱橫比，即其相對薄但相對寬。在所示的實施例中，限定 負載轉(zhuǎn)移區(qū)28的相對表面24、26是平面的。然而，限定負載轉(zhuǎn)移區(qū)28的相對表面24、 26不是必須是平面的。例如，表面24、26可以相對于縱向軸線彎曲，以形成楔狀部分 16的弓形截面而不是所示實施例中的矩形截面。弓形截面的曲率半徑與當多個嵌入件10 安裝在風(fēng)力葉片根部32內(nèi)時所形成的螺栓孔20的環(huán)的半徑相同?？蛇x地，表面24、26 還可以給負載轉(zhuǎn)移區(qū)28提供其它截面形狀，例如扁平三角形或扁平橢圓形或其它非矩形 形狀。
負載轉(zhuǎn)移區(qū)28被設(shè)計成滿足特定標準。特別地，厚的近端處的截面 積必須足夠以承受期望的極大負載和疲勞負載。在使用玻璃纖維層壓件用于風(fēng)力葉片根部32的復(fù)合材料的情況下，包括根部嵌 入件10的風(fēng)力葉片根部32的復(fù)合部件的截面積的尺寸不由強度確定，而由剛性確定。通 常，風(fēng)力葉片根部32和嵌入件10的結(jié)構(gòu)如此確定，使得在沿著楔狀部分16的長度的長 度方向上，在每個部件的最厚部分處考慮厚度，它們滿足以下等式(1)(AcXEc)/(AsXEs) = 0.5 到 1.5 (等式 1)其中Ac為根部復(fù)合材料的截面積，Ec為根部復(fù)合材料沿根部縱向方向的楊氏模 量，As為楔狀部分16 (例如鋼)的截面積，Es為楔狀部分16的楊氏模量。通過考慮楔狀部分和根部復(fù)合材料的縱向剛性產(chǎn)生這種關(guān)系。在直接負載 下，主體應(yīng)變是所施加的力除以楊氏模量Es與截面積A兩者的乘積。為了降低負載 下任何應(yīng)變不連續(xù)性，優(yōu)選地，沿著負載轉(zhuǎn)移區(qū)28的長度，截面的組合EA值(= (AcXEc) + (ASXES))應(yīng)當或多或少恒定，并且變化不超過士50%，優(yōu)選地不超過 士25%，以便使得剪切應(yīng)力沿著楔狀部分16的長度均勻分布。相應(yīng)地，楔狀部分16隨著其向下漸縮而外延性的剛性降低由葉片根部32的復(fù)合 部分的剛性增加所補償。嵌入件10的楔狀部分16的長度尺寸由確保在極端負載和疲勞負載下金屬(例如 鋼)嵌入件10在結(jié)合失效之前失效所需的可允許漸縮比率確定?；趯嶒灒暾埲艘呀?jīng) 確定，對于極端負載，剪切應(yīng)力不應(yīng)超過12.5牛每平方毫米，這給出1.5的安全因子，以 便確保鋼部分的失效。相應(yīng)地，如果使用屈服點為500牛每平方毫米(這對于回火狀態(tài) 下的低合金鋼例如1045來說是合理值)的鋼，考慮到上下表面24、26上的雙剪切，漸縮 比率為20 1。為了改善嵌入件的疲勞強度，有利地利用鋼球?qū)Ω壳度爰?0進行噴丸處理， 以便在嵌入件表面(特別是楔狀部分16的表面)引入殘余壓縮應(yīng)力。為了防止在噴丸變 形處理期間翹曲，需要同時對根部嵌入件10的兩側(cè)同時進行噴丸變形處理。這可以通過 將根部嵌入件10豎直地固定到一基板上并從兩個噴嘴同時對兩側(cè)進行噴丸而實現(xiàn)。在噴 丸變形之后，需要利用細沙進行噴沙處理，以形成光滑的表面，以促進粘附結(jié)合到預(yù)施 加的復(fù)合層36。例如，由鋼鍛造而成的嵌入件能夠被噴丸處理以將抗張強度增加到至少 600N/mm2的典型值。負載轉(zhuǎn)移區(qū)28的屈服點理想地應(yīng)當盡可能高，原因是這會從噴完處理得到更多 的益處，并且提升疲勞極限。因為在中碳鋼和Cr-Mo鋼之間存在巨大的成本差異，噴丸處理具有能夠為使用 低成本的中碳鋼的優(yōu)選實施例的根部嵌入件提供足夠高的屈服強度的優(yōu)點。根部嵌入件的準確幾何結(jié)構(gòu)不是特別關(guān)鍵，只要根部嵌入件沒有尖銳的角部 (這可能產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū))。需要避免源自于管狀擴大部分12上的螺紋(特別是螺紋底 部附近，在這里管已經(jīng)處于完全交變應(yīng)力而不是壓縮預(yù)應(yīng)力下)的疲勞裂紋。避免這種 應(yīng)力集中的相應(yīng)設(shè)計對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是明顯的。在噴丸結(jié)束之后，楔狀部分16的表面24、26必須立即防止腐蝕。這通過立即 用一層復(fù)合層壓界面層(包括纖維增強的樹脂基體材料)作為預(yù)施加的復(fù)合層36來覆蓋表面24、26而實現(xiàn)。嵌入件10從葉片根部32突出的部分(例如擴大的連接部分12)應(yīng)該用適當?shù)耐苛戏乐垢g。最優(yōu)選地是一層環(huán)氧樹脂基涂料隨后一層聚氨酯的雙組分頂部涂層。當對嵌入件10適當處理之后，可以利用用于獲得環(huán)形陣列的嵌入件10的正確定 位的固定板(未示出)將其安裝在葉片根部32中，如圖6所示。薄的漸縮的楔狀部分 16將在葉片根部32的結(jié)構(gòu)部分內(nèi)通過剪切力實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)移。如圖5和6所示，預(yù)施加 的復(fù)合材料層36安裝在根部嵌入件10的楔狀部分16上下，并且然后插入到葉片根部32 的安裝空腔38中并結(jié)合到其上，以構(gòu)成葉片根部32的結(jié)構(gòu)部件40。葉片根部的安裝空 腔38的實際截面形狀可以是矩形、三角形、卵形或其它形狀，但應(yīng)該非常扁平，具有高 的縱橫比，使得其或多或少類似于帶狀形狀，以便與嵌入件10的楔狀部分16的帶狀形狀 配合。通過使用本發(fā)明的嵌入件，組裝好的葉片的總重量和原材料成本將顯著降低。 例如，通過在40.3m長、用于1.5兆瓦的風(fēng)力渦輪機的葉片上使用本發(fā)明的嵌入件代替螺 母和雙頭螺栓捕獲系統(tǒng)，可以減少超過200kg的重量。布置在葉片根部32中根部嵌入件10的數(shù)量傾向于取決于風(fēng)力渦輪機葉片的槳葉 軸承設(shè)計。典型地，對于1.5MW風(fēng)力渦輪機的1.5MW風(fēng)力葉片，根部嵌入件不少于50 個，葉片越大，根部嵌入件越多。一種典型的構(gòu)造是嵌入件寬度為100mm、螺栓圓直徑 (BCD)上的嵌入件間隔為109mm、這種構(gòu)造是用于1800mm BCD、54螺栓、使用M30螺 栓的1.5MW葉片的情形。如果是更大的葉片，例如2.5MW，BCD通常為2400mm，從 而在相同間隔上允許70個螺栓。但是，對于較大的葉片，可以在使用較多螺栓和增加螺 栓直徑之間進行選擇。在葉片根部內(nèi)提供兩個同心環(huán)(一環(huán)在另一環(huán)內(nèi))的螺栓和嵌入 件也是可行的，這會使得嵌入件和葉片根部之間的可用剪切面積加倍。這里所公開的實施例的各種變型對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也是明顯的。
權(quán)利要求
1.一種用于風(fēng)力渦輪機葉片根部的嵌入件，所述嵌入件具有楔狀部分，該楔狀部分是縱長的并且在其遠端和近端之間延伸，所述楔狀部分具有兩相對的主表面并且其厚度 沿著從遠端到近端的方向在所述相對的主表面之間增加，所述嵌入件還具有連接部分， 用于將嵌入件裝配到一安裝件中，所述連接部分與楔狀部分成一體并位于楔狀部分的近 端處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，楔狀部分的兩相對的主表面遠離彼此地向外漸變。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的嵌入件，其中，楔狀部分的兩相對的主表面相對于延伸通過所述 楔狀部分的中心縱向平面均以銳角傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，楔狀部分的最大厚度位于楔狀部分的近端處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的嵌入件，其中，在楔狀部分的近端處，楔狀部分的最大厚度為 5mm 到 30mmο
6.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，楔狀部分的兩相對的主表面限定雙嵌接結(jié)合結(jié)構(gòu) 的負載轉(zhuǎn)移區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的嵌入件，其中，楔狀部分的長度對最大厚度的比率為從10 1 到 40 1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的嵌入件，其中，楔狀部分的寬度為從50mm到100mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，楔狀部分的兩相對的主表面是平面的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的嵌入件，其中，楔狀部分具有大體矩形截面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，楔狀部分的兩相對主表面相對于縱向旋轉(zhuǎn)軸線 成弓形。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的嵌入件，其中，楔狀部分具有大體弓形截面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，基于面積加權(quán)，楔狀部分的平均厚度小于其總 長度的30%。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，基于面積加權(quán)，楔狀部分的平均厚度小于其平 均寬度的30%。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，楔狀部分的兩相對的主表面至少部分地覆蓋有 至少一個纖維增強的樹脂基體復(fù)合層壓材料界面層。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，相對于楔狀部分的厚度，所述連接部分具有擴 大的厚度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，所述連接部分具有用于與安裝件的帶螺紋雙頭 螺柱接合的螺紋孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，所述連接部分覆蓋有防腐涂料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的嵌入件，其中，所述涂料是一層環(huán)氧樹脂基涂料隨后一層聚氨 酯的雙組分頂部涂層。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，還包括位于楔狀部分和連接部分之間的頸部過渡部。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，嵌入件由鍛造鋼制成。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，其中，楔狀部分的兩相對的主表面被噴丸處理。
23.—種風(fēng)力葉片根部，其包括環(huán)形陣列的根據(jù)權(quán)利要求1的嵌入件，所述風(fēng)力葉片根部具有環(huán)形端部，嵌入件的楔狀部分接納在風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部內(nèi)，連接部分位 于風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部的外面。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的風(fēng)力葉片根部，其中，楔狀部分接納在風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端 部中的互補空腔內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23的風(fēng)力葉片根部，還包括位于楔狀部分的相對主表面與所述空腔 之間的中間復(fù)合材料結(jié)合層。
26.根據(jù)權(quán)利要求23的風(fēng)力葉片根部，其中，楔狀部分的兩相對的主表面結(jié)合到風(fēng)力 葉片根部的環(huán)形端部以限定雙嵌接結(jié)合結(jié)構(gòu)的負載轉(zhuǎn)移區(qū)。
27.根據(jù)權(quán)利要求23的風(fēng)力葉片根部，其中，風(fēng)力葉片端部的環(huán)形端部以及楔狀部分 的結(jié)構(gòu)如此設(shè)置，使得在沿著楔狀部分的長度的方向上，在所述環(huán)形端部和楔狀部分中 的每一個的最厚部分處考慮厚度，風(fēng)力葉片根部的環(huán)形端部和所述楔狀部分滿足下面的 等式⑴的標準(AcXEc)/(AsXEs) = 0.5 到 1.5 (等式 1)其中Ac為環(huán)形端部的截面積，Ec為環(huán)形端部的材料的楊氏模量，As為楔狀部分的 截面積，Es為楔狀部分的楊氏模量。
28.根據(jù)權(quán)利要求23的風(fēng)力葉片根部，其中，相鄰楔狀部分分開高達20mm的間隔距罔。
29.根據(jù)權(quán)利要求23的風(fēng)力葉片根部，其中，相鄰楔狀部分分開5mm-10mm的間隔距離。
30.—種制造根據(jù)權(quán)利要求24的風(fēng)力葉片根部的方法，所述方法包括以下步驟將 根部嵌入件的楔狀部分插入到葉片根部的互補空腔內(nèi)；以及將嵌入件的楔狀部分結(jié)合在 所述空腔中。
全文摘要
一種用于風(fēng)力渦輪機葉片根部的嵌入件，所述嵌入件具有楔狀部分，該楔狀部分是縱長的并且在其遠端和近端之間延伸，所述楔狀部分具有兩相對的主表面并且厚度沿著從遠端到近端的方向在所述相對的主表面之間增加，所述嵌入件還具有連接部分，用于將嵌入件裝配到一安裝件中，所述連接部分與楔狀部分成一體并位于楔狀部分的近端處；利用本發(fā)明的嵌入件，組裝的風(fēng)力葉片的總重量以及原材料的成本能夠顯著降低；還公開了包括多個這種嵌入件的風(fēng)力葉片根部及其制造方法。
文檔編號B29C70/86GK102022255SQ20101021519
公開日2011年4月20日 申請日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者米蓋比 申請人:蘇州紅楓風(fēng)電模具有限公司