專利名稱：葉片插入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的插入件。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常通過(guò)機(jī)械式多點(diǎn)連接方式，如應(yīng)力螺釘連接到該風(fēng) 力渦輪機(jī)的輪轂上。同樣地，被分成多個(gè)模塊的葉片可以通過(guò)在稱為插入件 的金屬部件之間的機(jī)械連接進(jìn)行裝配。葉根連接元件和中間連接元件的基本 功能是傳輸來(lái)自葉片迭層結(jié)構(gòu)的牽引和/或壓縮負(fù)荷。
最接近的現(xiàn)有技術(shù)是專利EP18789155,其金屬插入件沿軸向裝在葉片模 塊壁內(nèi)，該壁由帶有一系列孔的復(fù)合層構(gòu)成。復(fù)合材料層與插入件之間的結(jié) 構(gòu)連接是通過(guò)化學(xué)方法(粘合劑)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并定義為單剪切力式連接，因 為插入件的每一側(cè)都與復(fù)合材料層中孔的側(cè)面之一接觸。
然而，由風(fēng)力作用產(chǎn)生在葉片上的負(fù)荷所引起的葉片迭層結(jié)構(gòu)上牽引和 /或壓縮負(fù)荷的傳輸非常大。這一問(wèn)題可以通過(guò)用更多纖維和大的插入件加強(qiáng) 模塊壁來(lái)解決，但是葉片過(guò)重將增加風(fēng)力渦輪的負(fù)荷，這是不期望出現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)恰當(dāng)?shù)呢?fù)荷傳輸，提供一專門的插入件，其以雙剪切力式連接 的方式安裝在葉片迭層結(jié)構(gòu)中。
插入件由兩個(gè)限定部分構(gòu)成，即頭部和主體，頭部設(shè)計(jì)成將插入件旋入 另一結(jié)構(gòu)(例如，風(fēng)力渦輪轂軸承或與另一葉片模塊對(duì)應(yīng)的另一插入件)， 而主體包括具有圓錐內(nèi)腔的圓柱形或圓錐形區(qū)域，用以將該插入件化學(xué)地連 接至該迭層結(jié)構(gòu)。
插入件與迭層結(jié)構(gòu)之間的連接包括兩個(gè)替代方式-
-第一種方式，插入件通過(guò)化學(xué)方式(粘合劑)在已固化的迭層結(jié)構(gòu)內(nèi)的 一機(jī)加工的腔內(nèi)與迭層結(jié)構(gòu)相連。
-第二種方式，在層壓步驟中將該插入件與一內(nèi)部部分連在一起嵌入迭層 結(jié)構(gòu)。在該迭層結(jié)構(gòu)固化期間，該復(fù)合材料樹脂通過(guò)化學(xué)方式將該迭層結(jié)構(gòu)粘接到插入件上。
我們正在討論的插入件的頭部根據(jù)其使用場(chǎng)合具有兩種替代方式，即用 于連接中間葉片部分的插入件或葉根插入件；
-第一替代方式，插入件具有一帶有通孔的金屬配件頭部； -第二替代方式，插入件頭部完全層壓并具有內(nèi)部螺紋區(qū)域。


下面的附圖用以解釋插入件的連接
圖l示出按照第一實(shí)施例的插入件連接和葉片壁迭層結(jié)構(gòu)的截面圖。 圖2示出了相應(yīng)于上圖的插入件和迭層結(jié)構(gòu)之間連接的橫斷面； 圖3示出按照第二實(shí)施例的插入件連接和葉片壁迭層結(jié)構(gòu)的截面圖； 圖4示出了相應(yīng)于上圖的插入件和迭層結(jié)構(gòu)之間連接的橫斷面； 圖5和6示出了連接的一個(gè)截面，顯示了按照內(nèi)部所用的材料的剛性的負(fù) 荷傳輸；
圖7和8示出了按照本發(fā)明中葉片面積的插入件頭部的兩個(gè)實(shí)施例；這兩
個(gè)實(shí)施例的插入件分別用于葉片的不同部位；
圖9示出了按照?qǐng)D7中實(shí)施例的兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)插入件之間的連接； 圖10示出了按照?qǐng)D7中實(shí)施例的金屬配件、插入件和螺栓之間插入連接
的截面圖11示出了用于圖7中實(shí)施例的固緊工具的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及葉片，其主要的迭層結(jié)構(gòu)(位于空氣動(dòng)力翼型的頂部和底部 的中心區(qū)域)由固體疊片制成，其描述了一種葉片插件，其特征在于可以以 雙剪切力式連接使用在葉片上。
如圖1所示，本發(fā)明的葉片插入件包括兩個(gè)不同部分，頭部2和主體3， 頭部2設(shè)計(jì)成可通過(guò)錨固件9將插入件旋連至另一結(jié)構(gòu)1'、 2'、 3'，主體3設(shè)計(jì) 成通過(guò)粘合劑4固定于葉片迭層結(jié)構(gòu)1。
插入件主體3具有一帶有內(nèi)錐形空腔的圓柱形或圓錐形，而頭部，如圖 7和圖8所示，具有一螺旋區(qū)域或一帶有通孔的鑄鐵頭部區(qū)域，這取決于其 是作為一插入件安裝在葉片根部，還是作為葉片中間連接插入件。
這樣，在第一實(shí)施例中，插入件主體3和葉片迭層結(jié)構(gòu)1之間的連接通過(guò)加厚該連接點(diǎn)附近的迭層結(jié)構(gòu)l來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)該迭層結(jié)構(gòu)已經(jīng)固化后，可以將 其加工成旋轉(zhuǎn)幾何結(jié)構(gòu)，形成一與該插入件主體3的形狀相適配的錐形空腔， 且該主體3插在粘合劑4中，參見(jiàn)圖1和圖2。
在另一個(gè)連接實(shí)施例中，插入件嵌入葉片迭層結(jié)構(gòu)中，因此一粘結(jié)到插 入件主體3上的內(nèi)部部分5也被插入，如圖3所示，這就允許從葉片迭層結(jié)構(gòu) 到插入件頂部形成連續(xù)迭壓的復(fù)合材料層。
內(nèi)部部分5具有兩段， 一個(gè)是用粘合劑4與插入件主體3的圓錐內(nèi)腔的表 面粘接的圓錐形5.1，另一個(gè)是圓柱形空腔5.2及倒角。
內(nèi)部部分5可根據(jù)各應(yīng)用所需的連接強(qiáng)度采用不同的材料。例如，當(dāng)有 高強(qiáng)度的需求時(shí)則采用玻璃纖維這樣的剛性材料，當(dāng)需要低強(qiáng)度時(shí)則采用如 泡沫或木材這樣較輕且剛性較低的材料。
各情況下的負(fù)荷傳輸8是不同的，如圖5和6所示，當(dāng)剛性材料用于內(nèi)部 部分5時(shí)， 一部分負(fù)荷直接從插入件傳輸至迭層結(jié)構(gòu)l，而另一部份負(fù)荷從插 入件傳輸至內(nèi)部部分5，并隨后經(jīng)內(nèi)部部分5的表面?zhèn)髦廖挥诓迦爰獾牡鼘?結(jié)構(gòu)l，通過(guò)這種方式構(gòu)成了雙剪切力式連接，而當(dāng)采用較輕且剛性較低的 材料時(shí)，插入件和該迭層結(jié)構(gòu)1之間的負(fù)荷傳輸8主要經(jīng)插入件的外側(cè)進(jìn)行。
最后，將在插入件之間引入一些分隔件(6)，其可以用玻璃纖維或泡沫 制成。
將插入件緊靠?jī)?nèi)部部分5設(shè)置的方法的特點(diǎn)在于采用了帶有波紋表面的 模具7，從而將該迭層結(jié)構(gòu)l與插入件的圓柱形狀相適配。將復(fù)合材料的一系 列層迭壓在該波紋表面上(玻璃纖維或碳纖維)，并在其上設(shè)置已經(jīng)預(yù)先粘 接內(nèi)部部分5的插入件。如上所述的分隔件6位于插入件之間，最后將其余的 復(fù)合材料層迭壓在插入件上。
該層壓工藝可采用預(yù)浸漬的材料，即該材料已經(jīng)預(yù)先浸漬在樹脂中，也 可以采用干織物，然后浸漬樹脂。
如前所述，根據(jù)連接的特點(diǎn)(是作為葉根插入件還是連接中間部件的插 入件來(lái)進(jìn)行安裝)，插入件的頭部2是不同的，如果插入件與法蘭(葉根連接) 相連，頭部2則具有一內(nèi)部螺旋區(qū)域并嵌入葉片的迭層結(jié)構(gòu)1，如果插入件是 與另一結(jié)構(gòu)上的相同插入件相連，則其具有一帶有未嵌入迭層結(jié)構(gòu)l的通孔 的金屬配件頭部2 (分別參見(jiàn)圖7和8)。
圖9所示的是將插入件與另一個(gè)結(jié)構(gòu)1 '、 2'、 3'的相同插入件相連的另一替代方式，預(yù)先插入一輔助金屬配件io，該配件具有至少一個(gè)非螺旋通孔 11,該通孔容納兩個(gè)插入件結(jié)構(gòu)l、 2、 3; l'、 2'、 3'的錨固螺栓9、 9'的緊 固頭12。
這些螺栓9、 9'具有內(nèi)部"逆時(shí)針"螺紋13、外部"順時(shí)針"螺紋14和位于 螺栓9、 9'末端的緊固頭12。緊固頭(12)之后是螺母15，其具有與螺栓9嚙 合的"順時(shí)針"螺紋，如圖10所示。在螺母15和輔助金屬配件10之間是一墊圈 20。
固緊過(guò)程基于在螺母15外表面上施加轉(zhuǎn)矩，使該螺母達(dá)到螺栓9的緊固 頭12。當(dāng)施加該轉(zhuǎn)矩時(shí)，如果螺栓9的兩個(gè)螺紋13、 14做了正確的潤(rùn)滑，在 頭部2、輔助金屬配件10和螺母15之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。施加轉(zhuǎn)矩的結(jié)果 是，螺栓9沿著該頭部2的螺紋在一個(gè)方向上前進(jìn)，并在相反方向上在螺母的 15的螺紋上旋轉(zhuǎn)，從而在螺栓的9上形成一預(yù)緊力。
根據(jù)此優(yōu)選實(shí)施例來(lái)進(jìn)行固緊時(shí)采用如圖11所示的工具。該工具優(yōu)選由 兩個(gè)不同部分構(gòu)成 一固定扳手16和一活動(dòng)扳手17，固定扳手用于在固緊 過(guò)程中支撐螺母15，活動(dòng)扳手包括與固定扳手16 —體連接的固定導(dǎo)軌18和 將轉(zhuǎn)矩施加于螺栓9的緊固頭12上的活動(dòng)導(dǎo)軌19。
權(quán)利要求
1、葉片插入件，其連接在位于葉片空氣動(dòng)力部分的頂部或底部的中心部分的固體迭層結(jié)構(gòu)中，其特征在于-該插入件由頭部(2)和主體(3)構(gòu)成，所述頭部設(shè)計(jì)成可將插入件旋入另一結(jié)構(gòu)(1’、2’、3’)，所述主體用于連接至迭層結(jié)構(gòu)(1)，該疊層結(jié)構(gòu)具有帶內(nèi)部圓錐孔的圓柱或圓錐形狀；-插入件和迭層結(jié)構(gòu)(1)之間的連接通過(guò)粘合劑以化學(xué)的雙剪切力式連接(4)實(shí)現(xiàn)，即，位于插入件主體(3)的外表面和內(nèi)表面。
2、 如權(quán)利要求1所述的葉片插入件，其特征在于為了實(shí)現(xiàn)插入件主 體(3)與迭層結(jié)構(gòu)(1)之間的連接，將固化后的迭層結(jié)構(gòu)(1)機(jī)加工成， 使其具有與插入件主體(3)形狀相適配的旋轉(zhuǎn)幾何體。
3、 如權(quán)利要求1所述的葉片插入件，其特征在于該插入件嵌入葉片 迭層結(jié)構(gòu)(l)，并包括至少一個(gè)粘到該插入件主體(3)內(nèi)部的內(nèi)部部分(5)。
4、 如權(quán)利要求1所述的葉片插入件，其特征在于在插入件之間插入 一些由玻璃纖維或泡沫制成的分隔件(6)。
5、 如權(quán)利要求3所述的葉片插入件，其特征在于內(nèi)部部分(5)具有 兩段， 一個(gè)是用粘合劑(4)粘接于插入件主體(3)的圓錐內(nèi)腔的表面的圓 錐形(5.1)，另一個(gè)是圓柱形空腔(5.2)及倒角。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的葉片插入件，其特征在于在內(nèi)部部分(5) 的制造過(guò)程中，如果需要高強(qiáng)度，則采用如玻璃纖維這樣的剛性材料。
7、 如權(quán)利要求3所述的葉片插入件，其特征在于在內(nèi)部部分(5)的 制造過(guò)程中，如果需要低強(qiáng)度，則采用如泡沬或木材這樣輕質(zhì)的且剛性較低 的材料。
8、 插入件在葉片迭層結(jié)構(gòu)中的安裝方法，其特征在于插入件和迭層結(jié)構(gòu)(1)之間的連接使得插入件被嵌入其中，包括如下步驟-采用具有波紋表面的模具(7)，從而使得迭層結(jié)構(gòu)(1)與插入件的圓柱形主體(3)相適配；-將一系列復(fù)合材料層迭壓在所述表面上(玻璃纖維或碳纖維)，-在迭層結(jié)構(gòu)(1)上設(shè)置已經(jīng)預(yù)先粘接內(nèi)部部分(5)的插入件， -在插入件之間設(shè)置一些分隔件(6)， -將其余的復(fù)合材料層迭壓在插入件和分隔件(6)上。
9、 如權(quán)利要求8所述的插入件在葉片迭層結(jié)構(gòu)中的安裝方法，其特征 在于采用預(yù)浸層壓工藝，即，材料已經(jīng)預(yù)先浸漬以樹脂。
10、 如權(quán)利要求8所述的插入件在葉片迭層結(jié)構(gòu)中的安裝方法，其特征 在于采用干織物層壓工藝，然后浸入樹脂。
11、 如權(quán)利要求l所述的葉片插入件，其特征在于該插入件完全嵌入 在迭層結(jié)構(gòu)(1)中并包括主體(3)和用于將該插入件旋入另一結(jié)構(gòu)(1，、 2， 、 3，)的頭部(2)，所述連接包括具有至少一個(gè)非螺旋通孔(11)的輔助 金屬配件(10)和各被連接結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)錨固螺栓(9、 9')。
12、 如權(quán)利要求ll所述的葉片插入件，其特征在于錨固螺栓(9)具 有"逆時(shí)針"內(nèi)螺紋(13)、"順時(shí)針"外螺紋(14)和位于該螺栓(9、 9')末 端且外部旋有螺母(15)的緊固頭(12)。
13、 如權(quán)利要求ll所述的葉片插入件，其特征在于旋在插入件的螺栓 (9)上的螺母(15)具有"順時(shí)針"螺紋。
14、不同結(jié)構(gòu)之間插入件的連接方法，其特征在于采用一工具固緊螺 栓(9、 9，)，該工具具有固定扳手(16)和活動(dòng)扳手(17)，固定板手在固緊 過(guò)程中固持所述螺母(15)，所述活動(dòng)扳手包括與固定扳手(16)整體連接 的固定導(dǎo)軌(18)和將轉(zhuǎn)矩施加于螺栓(9)的緊固頭(12)上的活動(dòng)導(dǎo)軌(19)。
全文摘要
葉片插入件和葉片迭層結(jié)構(gòu)之間的連接為雙剪切力式連接。插入件包括兩限定部分，即頭部(2)和主體(3)，頭部設(shè)計(jì)成將插入件旋入另一結(jié)構(gòu)(2′)中，主體為具有圓錐內(nèi)腔的圓柱形或圓錐形。實(shí)施例中，該插入件設(shè)計(jì)成通過(guò)粘合劑(4)與葉片的迭層結(jié)構(gòu)(1)相連。在另一個(gè)實(shí)施例中，該插入件嵌入葉片迭層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部粘接于插入件主體(3)。
文檔編號(hào)F03D1/06GK101614184SQ20091015152
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者埃奈凱奧·桑斯·帕斯卡, 桑德拉·阿羅斯·科拉多, 約恩·阿羅賽納·德拉魯阿 申請(qǐng)人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司