專利名稱：用于渦輪發(fā)電機(jī)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片以及用于裝配具有模塊化轉(zhuǎn)子葉片的渦輪發(fā)電機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如風(fēng)力渦輪機(jī)和洋流渦輪機(jī)的發(fā)電裝置，尤其地涉及用于渦輪機(jī)發(fā) 電的、具有一個(gè)或多個(gè)可拆卸的葉片部的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，所述可拆卸的葉片部能被拆卸 以便運(yùn)輸并且能在現(xiàn)場(chǎng)裝配。本發(fā)明還涉及用于裝配具有模塊化轉(zhuǎn)子葉片的渦輪發(fā)電機(jī)的 方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子利用下述葉片，S卩，所述葉片被制成單片的固定長(zhǎng)度的葉 片并接合在旋轉(zhuǎn)轂處。這些葉片可具有可變傾斜角(可繞它們的縱向軸線有選擇地旋轉(zhuǎn))， 以便相對(duì)于到來(lái)的流體流改變攻角，主要是為了在高流速下功率減小(power shedding) 0替代性地，這些葉片可以是固定傾斜角的或者是失速調(diào)節(jié)的，其中當(dāng)風(fēng)速超過(guò)某 一標(biāo)稱值時(shí)，葉片提升并且因此的功率捕獲明顯下降。具有固定直徑的可變傾斜角和失速 調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)子葉片為本領(lǐng)域所公知。美國(guó)專利6，726，439B2描述了風(fēng)流或水流能量轉(zhuǎn)換器， 其包括風(fēng)流或水流致動(dòng)的轉(zhuǎn)子組件。美國(guó)專利6，726，439B2的轉(zhuǎn)子包括多個(gè)葉片，其中葉 片在長(zhǎng)度上可變，以提供可變直徑的轉(zhuǎn)子。控制轉(zhuǎn)子直徑，以在低流速下使轉(zhuǎn)子完全延伸， 并且當(dāng)流速增加時(shí)使轉(zhuǎn)子縮回，使得由轉(zhuǎn)子傳遞的或者施加在轉(zhuǎn)子上的負(fù)載不超過(guò)設(shè)定的 極限。風(fēng)力發(fā)電裝置包括容納在渦輪機(jī)吊艙中的發(fā)電機(jī)，該渦輪機(jī)吊艙安裝在錨固至地 面的高塔架結(jié)構(gòu)的頂上。渦輪機(jī)在水平面中自由旋轉(zhuǎn)，使得其傾向于保留在主風(fēng)流的路徑 中。渦輪機(jī)具有帶有傾斜角可變?nèi)~片的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子響應(yīng)于風(fēng)流而旋轉(zhuǎn)。每個(gè)葉片都具有 葉片基部，其被稱作為葉片根部并聯(lián)接至轉(zhuǎn)子轂；和葉片延伸部，其被稱作為擴(kuò)展葉片，該 擴(kuò)展葉片的長(zhǎng)度可以改變，以提供可變直徑的轉(zhuǎn)子。控制轉(zhuǎn)子直徑，以在低流速下使轉(zhuǎn)子完 全延伸，并且當(dāng)流速增加時(shí)使轉(zhuǎn)子縮回，使得由轉(zhuǎn)子傳遞的負(fù)載或者施加在轉(zhuǎn)子上的負(fù)載 不超過(guò)設(shè)定的極限。發(fā)電裝置由塔架結(jié)構(gòu)保持在風(fēng)流的路徑中，使得發(fā)電裝置與風(fēng)流成一 直線水平地保持就位。發(fā)電機(jī)由渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)以產(chǎn)生電，并且發(fā)電機(jī)連接至使發(fā)電機(jī)與其它 單元和/或電網(wǎng)互連的輸送電纜。在長(zhǎng)度上大于50m的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片不能使用傳統(tǒng)的設(shè)備和技術(shù)在陸地上運(yùn)輸。 美國(guó)專利申請(qǐng)US 2007/0253824 Al公開(kāi)了用于風(fēng)力渦輪機(jī)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中轉(zhuǎn)子葉 片至少包括第一轉(zhuǎn)子葉片部和第二轉(zhuǎn)子葉片部。在所述葉片部已經(jīng)被運(yùn)送至風(fēng)力渦輪機(jī)的 現(xiàn)場(chǎng)之后，將第一和第二轉(zhuǎn)子葉片部剛性地固定到一起，以提供完整的轉(zhuǎn)子葉片。這一現(xiàn)有 技術(shù)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子葉片部剛性地固定到一起，即，一旦連接就不能再拆卸轉(zhuǎn)子 葉片部。例如，在一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的外側(cè)轉(zhuǎn)子葉片部出現(xiàn)故障或損壞的情況下，必需更換整個(gè) 轉(zhuǎn)子葉片。因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于渦輪發(fā)電機(jī)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其在部分損 壞或出現(xiàn)故障的情況下允許簡(jiǎn)單的更換各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部。本發(fā)明的另一目的是提供一種裝配具有這種模塊化轉(zhuǎn)子葉片的渦輪發(fā)電機(jī)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的由用于渦輪發(fā)電機(jī)的下述模塊化轉(zhuǎn)子葉片解決，其包括至少兩 個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部，其中每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部均包括具有至少一個(gè)圓錐形開(kāi)口的至少一個(gè)連接部 件，相鄰轉(zhuǎn)子葉片部的連接部件彼此相靠，使得連接部件的圓錐形開(kāi)口彼此對(duì)準(zhǔn)并形成連 續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口。應(yīng)指出的是，表述“開(kāi)口，，是用于表述通孔和凹進(jìn)的一般術(shù)語(yǔ)，通孔指的是鉸出、鉆 出、銑出等的、完全通過(guò)基體的孔，而凹進(jìn)指的是不完全通過(guò)基體的孔(其被鉸出、鉆出或 銑出至規(guī)定的深度)。例如，連接部件之一可形成為從相鄰轉(zhuǎn)子葉片部之一的端面突出的梁或箱形梁， 而另一轉(zhuǎn)子葉片部的連接部件可形成為插孔，其中根據(jù)叉舌式接頭的類型，(箱形)梁適于 裝配到插孔中。替代性地，兩個(gè)相鄰轉(zhuǎn)子葉片部的每個(gè)連接部件還可設(shè)置成簡(jiǎn)單的連接桿， 其中一根連接桿從第一轉(zhuǎn)子葉片部的端面突出，并且與第一轉(zhuǎn)子葉片部鄰接的第二轉(zhuǎn)子葉 片部的另一連接桿布置在另一轉(zhuǎn)子葉片部?jī)?nèi)。通常，連接部件的形式可調(diào)節(jié)成適應(yīng)于轉(zhuǎn)子 葉片的應(yīng)用領(lǐng)域，并且沒(méi)有特定的形式被預(yù)先確定。然而，重要的是，連接部件包括至少一 個(gè)圓錐形開(kāi)口，并且相鄰轉(zhuǎn)子葉片部的連接部件彼此相靠，使得連接部件的圓錐形開(kāi)口彼 此對(duì)準(zhǔn)并形成連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口。根據(jù)本發(fā)明的模塊化轉(zhuǎn)子葉片還包括用于接納張緊裝置的接納裝置，其中接納裝 置被布置在連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口的直徑較小的端部處，其中連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口由連 接部件的對(duì)準(zhǔn)的圓錐形開(kāi)口來(lái)提供。與圓錐形連接開(kāi)口對(duì)應(yīng)的圓錐形螺栓布置在連續(xù)的圓 錐形連接開(kāi)口內(nèi)，并且至少一個(gè)張緊裝置穿過(guò)圓錐形螺栓并且頂著接納裝置張緊圓錐形螺 栓。由于螺栓和連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口包括匹配的圓錐形或錐形形狀，所以頂著接納 裝置的圓錐形螺栓的張緊使相鄰轉(zhuǎn)子葉片部的連接部件彼此緊固，從而使模塊化轉(zhuǎn)子葉片 的相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部以可拆卸的方式彼此緊固在一起。圓錐形螺栓的長(zhǎng)度不必匹配圓錐形 連接開(kāi)口的深度，但螺栓必需抵靠在相鄰轉(zhuǎn)子葉片部的每個(gè)連接部件的圓錐形開(kāi)口的足夠 的部分上。此外，張緊裝置可設(shè)置為例如穿過(guò)圓錐形螺栓的螺釘。為了頂著接納裝置張緊 圓錐形螺栓，必需將張緊裝置聯(lián)接至接納裝置。這種聯(lián)接可通過(guò)下述方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，即，在接 納裝置內(nèi)提供至少一個(gè)內(nèi)螺紋并且在螺釘處提供外螺紋，使得外螺紋能接合內(nèi)螺紋，從而 頂著接納裝置張緊螺栓。替代性地，這種聯(lián)接也能通過(guò)使螺釘穿過(guò)接納裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中螺 釘在突出部分處包括外螺紋，其中外螺紋能由合適的螺母接納。穿過(guò)圓錐形螺栓的張緊裝 置的數(shù)量取決于圓錐形螺栓的尺寸以及因此模塊化轉(zhuǎn)子葉片的尺寸。例如，張緊裝置的數(shù) 量可以是四個(gè)或六個(gè)。換言之，本發(fā)明涉及具有兩個(gè)或兩個(gè)以上部分的轉(zhuǎn)子葉片，包括第一轉(zhuǎn)子葉片部 和第二轉(zhuǎn)子葉片部。第一和第二轉(zhuǎn)子葉片部具有用于以可拆卸的方式將第二轉(zhuǎn)子葉片部聯(lián) 接至第一轉(zhuǎn)子葉片部的構(gòu)造。這種包括接納和緊固在對(duì)應(yīng)的連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口中的圓 錐形螺栓的接頭的優(yōu)點(diǎn)是，力和力矩不是由通常使用的螺紋接頭連接承受，而是大致被根 據(jù)本發(fā)明的圓錐形接頭所吸收。因此，使作用在張緊裝置上的負(fù)載減小并最小化，從而提高相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部之間的連接部的耐疲勞性。有利地，連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口的傾角以及 圓錐形螺栓的傾角在1.5°至3. 5°的范圍內(nèi)，其中用于連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口和圓錐形 螺栓二者而言，小于3°的傾角是優(yōu)選的。在渦輪發(fā)電機(jī)的操作期間，作用在圓錐形螺栓和對(duì)應(yīng)的連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口上 的負(fù)載是巨大的，并且造成相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的連接部的游隙或松動(dòng)。例如，使連續(xù)的圓錐 形連接開(kāi)口稍微變寬和/或使圓錐形螺栓變形。因此，在預(yù)定的操作時(shí)間之后必須維護(hù)相 鄰的轉(zhuǎn)子葉片部之間的連接部。為此，可移除當(dāng)前的圓錐形螺栓并用新的圓錐形螺栓來(lái)替 代。然而，由于連續(xù)的連接開(kāi)口的變寬的程度是未知的，并且如果提供了超過(guò)一個(gè)的連續(xù)開(kāi) 口，則變寬的程度也是不相同的，所以使新的圓錐形螺栓適合變寬的連續(xù)開(kāi)口是非常困難、 費(fèi)時(shí)并且成本增加的。因此，本發(fā)明模塊化轉(zhuǎn)子葉片的優(yōu)選實(shí)施方式包括限定在接納裝置與圓錐形螺栓 的具有較小直徑的端面之間的間隙。在這點(diǎn)上，圓錐形螺栓的最小外徑大于連續(xù)的圓錐形 連接開(kāi)口的最小內(nèi)徑。在相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部之間的連接部出現(xiàn)游隙或松動(dòng)的情況下，僅僅 再緊固張緊裝置，由此就使圓錐形螺栓進(jìn)一步并且“更深地”移動(dòng)進(jìn)入到連續(xù)的圓錐形連接 開(kāi)口內(nèi)，從而消除相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部之間的連接部的游隙和松動(dòng)。可在渦輪發(fā)電機(jī)的維護(hù) 期間執(zhí)行張緊裝置的再緊固，使得在維護(hù)之后，相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部之間的連接部在固定方 面等同于初始的連接，而且唯一的差異是圓錐形螺栓到連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口內(nèi)的貫穿深 度。通過(guò)提供間隙，能便于和加快關(guān)于上述公差的維護(hù)。此外，由于不用必須使用新的圓錐 形螺栓，所以能降低維護(hù)成本。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，接納裝置與相關(guān)的連接部件一體地形成。接納裝置的這 種一體的設(shè)計(jì)或形成減少了在現(xiàn)場(chǎng)要提升和裝配的部件的數(shù)量，因此，降低安裝成本。此 外，接納裝置的一體的形成便于作為相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部之一的連接部件的(箱形)梁的使 用。當(dāng)利用這種形成類型時(shí)，通向(箱形)梁內(nèi)部的通道是不必要且多余的。連接部件具有至少一個(gè)圓錐形開(kāi)口。開(kāi)口的圓錐形或漸縮可由連接部件本身提 供。在該情況下，圓錐形開(kāi)口的表面的耐久性由連接部件的材料確定，或者至少由開(kāi)口的區(qū) 域中的材料確定。因此，優(yōu)選的是，每個(gè)圓錐形開(kāi)口均設(shè)有布置在對(duì)應(yīng)的連接部件中的相應(yīng) 開(kāi)口內(nèi)的(金屬)襯套。通過(guò)提供圓錐形襯套，圓錐形開(kāi)口的表面的耐久性由襯套的材料 確定，而不是由連接部件的材料確定，因此能夠?yàn)橐r套選擇非常硬和/或堅(jiān)韌的、不適于連 接部件本身的材料。為了節(jié)省材料成本和降低整個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的重量，優(yōu)選的是，圓錐形螺栓是中空的。 然而，為了將負(fù)載從螺栓的一個(gè)端面?zhèn)鬟f至螺栓的另一端面，螺栓可包括織物(webs)或分 隔壁，特別是圍繞穿過(guò)螺栓的張緊裝置的織物或分隔壁，所述負(fù)載從螺栓的一個(gè)端面至螺 栓的另一端面的傳遞是頂著接納裝置張緊螺栓所需要的。為了便于模塊化轉(zhuǎn)子葉片的維護(hù)和裝配，在相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的至少一個(gè)中設(shè)置 通道門。通道門必須具有下述尺寸，即，允許對(duì)連續(xù)的連接開(kāi)口提供通路，并且通道門必需 允許圓錐形螺栓的插入。在不帶有這種通道門的情況下，必需從轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)通向相 鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的上述部件的通道。這是耗時(shí)的，并且對(duì)于外部，以及因此較薄的葉片部而 言是完全不可能的。為了在裝配轉(zhuǎn)子葉片時(shí)便于相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的對(duì)準(zhǔn)，在根據(jù)本發(fā)明的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的端面處布置了引導(dǎo)裝置。引導(dǎo)裝置 可包括在相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的一個(gè)端面處的至少一個(gè)螺栓和在另一轉(zhuǎn)子葉片部的端面中 的至少一個(gè)對(duì)應(yīng)的凹進(jìn)，其中至少螺栓的尖端為錐形的以便于對(duì)準(zhǔn)。螺栓的非錐形部分和 凹進(jìn)的一部分可分別包括外螺紋和內(nèi)螺紋。為了支持相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的連接，螺紋能彼 此接合。本發(fā)明的第一目的由用于渦輪發(fā)電機(jī)的下述模塊化轉(zhuǎn)子葉片可替代性地解決，其 包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部，其中每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部包括至少一個(gè)連接部件，一個(gè)連接部件包 圍相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的連接部件。包圍的連接部件包括至少兩個(gè)圓錐形通孔，且被包圍的 連接部件包括至少一個(gè)通孔，其中這些通孔布置在相同的縱向軸線上。如果被包圍的連接部件形成為不具有內(nèi)部空間，S卩，被包圍的連接部件不是中空 的，則上述至少一個(gè)通孔形成為雙重圓錐形通孔，其中具有較大直徑的開(kāi)口朝向被包圍的 連接部件的外表面打開(kāi)。換言之，上述至少一個(gè)通孔具有與沙漏可相比的形式，或呈文丘里 噴嘴的形狀。替代性地，被包圍的連接部件也可形成有內(nèi)部空間。在該情況下，例如，連接部件 之一可設(shè)置成被另一(包圍的)連接部件包圍的(箱形)梁。與具有內(nèi)部空間的這種被包 圍的連接部件的確切形式和橫截面無(wú)關(guān)，其必需包括布置在相同的縱向軸線上的至少兩個(gè) 通孑L。如上已經(jīng)所述，通孔必需以下述方式設(shè)置，S卩，使得具有較大直徑的開(kāi)口朝向連接 部件的外表面打開(kāi)。在這點(diǎn)上，相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的連接部件彼此相靠，使得包圍的連接部 件的圓錐形通孔與被包圍的連接部件的上述至少一個(gè)通孔對(duì)準(zhǔn)，從而限定出至少一個(gè)圓錐 形連接通孔。至少兩個(gè)圓錐形螺栓布置在包圍的連接部件的通孔內(nèi)，且延伸到被包圍的連 接部件的上述至少一個(gè)通孔內(nèi)，并且至少一個(gè)張緊裝置穿過(guò)所述至少兩個(gè)圓錐形螺栓并使 圓錐形螺栓張緊。由于被包圍的連接部件和包圍的連接部件的通孔布置在相同的縱向軸線上，并且 通孔以如上所述的方式形成，所以不需要用于張緊螺栓以便以可拆卸的方式使相鄰的轉(zhuǎn)子 葉片部的連接部件連接的接納裝置。因此，不使用接納裝置的這種設(shè)計(jì)減少了在現(xiàn)場(chǎng)要提 升和裝配的部件的數(shù)量，由此，降低安裝成本。根據(jù)第二解決方案的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式包括在圓錐形螺栓的 對(duì)置端面之間的間隙。由于該間隙，因而如以上所詳細(xì)指出地，簡(jiǎn)化了模塊化轉(zhuǎn)子葉片的維 護(hù)。在這點(diǎn)上，在所述的權(quán)利要求中陳述了根據(jù)第二解決方案的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的另外的 實(shí)施方式，其中這些實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)與第一解決方案的相關(guān)實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)。關(guān)于裝配具有模塊化轉(zhuǎn)子葉片的渦輪發(fā)電機(jī)的方法，該方法包括將轉(zhuǎn)子葉片制 成為至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部的步驟，其中，相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部具有用于將相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部 安裝到一起的連接部件；將所述葉片部運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)；在所述現(xiàn)場(chǎng)將渦輪機(jī)設(shè)置在關(guān)于所述 流體流保持靜止的結(jié)構(gòu)上，所述渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子轂和具有將第一轉(zhuǎn)子葉片部安裝至所述轉(zhuǎn) 子轂的構(gòu)造的轉(zhuǎn)子；將所述第一葉片部連接至所述轉(zhuǎn)子轂；以及通過(guò)借助于至少一個(gè)圓錐 形螺栓，將相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的連接部件安裝到一起來(lái)將第二轉(zhuǎn)子葉片部聯(lián)接至第一葉片 部，圓錐形螺栓由穿過(guò)圓錐形螺栓的至少一個(gè)張緊裝置張緊。該方法允許以多個(gè)零件的方 式制造并運(yùn)輸大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，并因此對(duì)大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片而言具有降低運(yùn)輸成本
7的優(yōu)點(diǎn)。作為根據(jù)本發(fā)明的方法的又一方面，在將第二轉(zhuǎn)子葉片部聯(lián)接至第一轉(zhuǎn)子葉片部 之前，通過(guò)吊艙內(nèi)的升降機(jī)提升第二轉(zhuǎn)子葉片部。例如，在風(fēng)力渦輪機(jī)的情況下，該方面具 有不需要塔式起重機(jī)或直升飛機(jī)來(lái)裝配模塊化轉(zhuǎn)子葉片的優(yōu)點(diǎn)，從而降低用于風(fēng)力渦輪機(jī) 的安裝的成本。根據(jù)本發(fā)明的方法的又一步驟，該方法包括將葉片的尖端聯(lián)接至所述第二葉片部 的步驟。由于該特征，所以能以多個(gè)零件的方式制造并運(yùn)輸大的風(fēng)力渦輪機(jī)，從而減低用于 運(yùn)輸?shù)某杀尽Ｒ虼?，本發(fā)明提供了模塊化轉(zhuǎn)子葉片的容易再?gòu)埦o和之后張緊的接頭的設(shè)計(jì)。該 設(shè)計(jì)防止接頭內(nèi)所有的移動(dòng)并防止由這種移動(dòng)所引起的結(jié)構(gòu)疲勞。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是， 其降低了當(dāng)前在長(zhǎng)度上超過(guò)50米或50米以上的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的運(yùn)輸成本，并允許在現(xiàn) 有的空運(yùn)、陸運(yùn)和水運(yùn)路線上運(yùn)輸更大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明具有的另外的優(yōu)點(diǎn)是，相 鄰的轉(zhuǎn)子葉片部的接頭允許以多個(gè)零件的方式制造和運(yùn)輸大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，而不需要 用于再?gòu)埦o接頭的相關(guān)維護(hù)成本。此外，本發(fā)明對(duì)大的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片而言具有降低運(yùn)輸 成本的優(yōu)點(diǎn)。此外，本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn)，即，允許更換由于電擊而嚴(yán)重?fù)p壞的外側(cè)葉片，而 不用更換整個(gè)葉片。最后，本發(fā)明具有不需要每年維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。


將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，其中圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)的示意圖，示意出吊艙中的升降機(jī)如何提升 第二葉片部；圖2是圖1的詳細(xì)視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的透視圖，該模塊化轉(zhuǎn)子葉片 包括第一部分和連接至該第一部分的第二葉片部；圖4是圖3的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的俯視圖；圖5是沿圖4的線A-A截取的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的橫截面圖；圖6是圖5的“A”處的具體細(xì)節(jié)，示意出圓錐形螺栓如何布置在連續(xù)的錐形連接 開(kāi)口中；圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的詳細(xì)橫截面圖；以及圖8是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的詳細(xì)橫截面圖。在這些圖形中，相同的附圖標(biāo)記指的是圖中相似的元件。應(yīng)理解，圖中不同部件的 尺寸可以是不成比例的、或不成精確比例的，并且是為視覺(jué)清楚和說(shuō)明目的而示出的。
具體實(shí)施例方式參考圖1，該圖是示例性體現(xiàn)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)場(chǎng)所的示意圖。每個(gè)模塊化轉(zhuǎn) 子葉片2被制造成兩個(gè)部分或兩個(gè)以上的部分，包括第一轉(zhuǎn)子葉片部10和第二轉(zhuǎn)子葉片部 11、11'。第一和第二轉(zhuǎn)子葉片部具有用于將第二轉(zhuǎn)子葉片部11、11'聯(lián)接至第一轉(zhuǎn)子葉片 部10的構(gòu)造。轉(zhuǎn)子葉片部由運(yùn)輸裝置15移動(dòng)至風(fēng)力渦輪機(jī)場(chǎng)所。在該場(chǎng)所，吊艙3內(nèi)的 渦輪機(jī)被設(shè)置在關(guān)于流體流保持靜止的結(jié)構(gòu)4上。該渦輪機(jī)包括轉(zhuǎn)子轂9，其具有將第一轉(zhuǎn)子葉片部10安裝至轉(zhuǎn)子轂9的構(gòu)造。第一轉(zhuǎn)子葉片部10連接至轉(zhuǎn)子轂9，并且第二轉(zhuǎn)子葉 片部11通過(guò)纜索25(圖2)吊起至第一轉(zhuǎn)子葉片部10并聯(lián)接至該第一轉(zhuǎn)子葉片部10。圖2示意出吊艙3中的升降機(jī)如何將轉(zhuǎn)子葉片部11提升至與第一轉(zhuǎn)子葉片部10 鎖定的位置。第一轉(zhuǎn)子葉片部10連接至轉(zhuǎn)子轂9，而由纜索25吊起以接合第一轉(zhuǎn)子葉片 部10的第二轉(zhuǎn)子葉片部11借助于參考圖3至8詳細(xì)描述的接頭而聯(lián)接至第一轉(zhuǎn)子葉片部 10?？商峁┎⑶乙韵嗨频姆绞窖b配諸如單獨(dú)的尖端部1(圖3)的更多的部分。參考圖3，該圖是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的圖1的模塊化轉(zhuǎn)子葉片的透視圖，模 塊化轉(zhuǎn)子葉片包括第一轉(zhuǎn)子葉片部10，其連接至(未示出的)轉(zhuǎn)子轂9;和第二轉(zhuǎn)子葉片 部11，其借助于連接部件14和連接部件16連接至第一轉(zhuǎn)子葉片部10。在該實(shí)施方式中，第二轉(zhuǎn)子葉片部11的連接部件14、S卩，第二連接部件14形成為 具有兩個(gè)側(cè)壁、即，上側(cè)面和下側(cè)面的梁(連接部件14也可稱為“舌”)，第一轉(zhuǎn)子葉片部10 的連接部件16、S卩，第一連接部件16形成為插孔(并且也可稱為“叉”)。第一連接部件16 適于接納第二連接部件14，并且使第二連接部件14的橫截面適應(yīng)于第一連接部件16的橫 截面，使得第二連接部件14的上表面和下表面支撐第一轉(zhuǎn)子葉片部10的相重疊部分。在替代性實(shí)施方式中，第二連接部件的橫截面可包括矩形橫截面(包括方形橫截 面)或橢圓形橫截面(包括圓形橫截面)。圖3中所示的模塊化轉(zhuǎn)子葉片還包括連接至第二葉片部11的葉片尖端1。葉片部 IOUl與葉片尖端1在葉片尖端接縫19和葉片部接縫20處借助于上述連接部件裝配成連 續(xù)的空氣動(dòng)力學(xué)表面，上述連接部件全部被包含在葉片結(jié)構(gòu)內(nèi)。在每個(gè)葉片部10、11的端面處均設(shè)置引導(dǎo)裝置29a、29b，其中第二部的引導(dǎo)裝置 29a至少部分地形成為圓錐形螺栓，且第一部的引導(dǎo)裝置設(shè)置成位于端面中的對(duì)應(yīng)開(kāi)口。在 模塊化轉(zhuǎn)子葉片的裝配期間，引導(dǎo)裝置支持相關(guān)轉(zhuǎn)子葉片部的對(duì)準(zhǔn)。此外，在螺栓和開(kāi)口設(shè) 有外螺紋和內(nèi)螺紋的情況下，引導(dǎo)裝置能用于支持相鄰的部分之間的連接。每個(gè)連接部件14、16均包括四個(gè)圓錐形開(kāi)口 41、42，其中，在示出的實(shí)施方式中， 圓錐形開(kāi)口延伸通過(guò)側(cè)壁的總深度，即，開(kāi)口限定出通孔。圖3還示出四個(gè)圓錐形螺栓30， 從而每當(dāng)相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部彼此相靠時(shí)，并且當(dāng)對(duì)應(yīng)的圓錐形開(kāi)口 41、42對(duì)準(zhǔn)時(shí)，所述四 個(gè)圓錐形螺栓30插入由一個(gè)圓錐形開(kāi)口 41和一個(gè)圓錐形開(kāi)口 42形成的(未示出的)連 續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口中。依照保險(xiǎn)螺栓(shear bolt)的類型的圓錐形或錐形螺栓30能借助于張緊裝置28 張緊，所述張緊裝置是四個(gè)或六個(gè)較小規(guī)格螺栓的形式。該設(shè)計(jì)允許在現(xiàn)場(chǎng)中經(jīng)由第一轉(zhuǎn) 子葉片部10和/或第二轉(zhuǎn)子葉片部11中小的可移除的通道門32來(lái)容易地再?gòu)埦o螺栓28。 接頭的該設(shè)計(jì)還防止接頭內(nèi)所有的移動(dòng)并且防止了由所述移動(dòng)所引起的結(jié)構(gòu)疲勞。完全包 含在葉片結(jié)構(gòu)內(nèi)的類似的通道門和叉舌式接頭元件被設(shè)置用于葉片尖端1，但在圖3中未 示出。參考圖4和5，示出了本發(fā)明的第一實(shí)施方式的細(xì)節(jié)。通道門32提供通向主接頭 元件、即，連接部件14、16和通向錐形或圓錐形保險(xiǎn)螺栓30的通道。例如，能經(jīng)由端口 23 和折向下的艙口 24(見(jiàn)圖1)到達(dá)通道門32，該折向下的艙口 24在打開(kāi)時(shí)延伸出坡道，以 便維護(hù)和模塊更換。還可經(jīng)由通道門32到達(dá)圖3中所示的第二葉片部引導(dǎo)裝置29a、29b。 該設(shè)計(jì)防止接頭或連接部?jī)?nèi)所有的移動(dòng)，并防止由這些移動(dòng)所引起的結(jié)構(gòu)疲勞。類似的通
9道門和完全包含在葉片結(jié)構(gòu)內(nèi)的、具有用于聯(lián)接所必需的所有另外的部件的連接部件被設(shè) 置用于葉片尖端1，但在圖4中未示出。該設(shè)計(jì)允許在現(xiàn)場(chǎng)中經(jīng)由葉片部中可移除的通道門 32來(lái)容易地安裝圓錐形保險(xiǎn)螺栓30。圖5示出沿圖4中的線A-A的圓錐形或錐形保險(xiǎn)螺栓30和連接部件14、16的剖 視圖。如從圖5所能看到的，第一實(shí)施方式的連接部件14、16適于彼此裝配，其中第二轉(zhuǎn)子 葉片部11的連接部件14被第一轉(zhuǎn)子葉片部10的連接部件16包圍。圖6示出根據(jù)圖4或5中所示的本發(fā)明第一實(shí)施方式的圓錐形或錐形螺栓30的詳 細(xì)圖，其中圖6的上半部是通過(guò)一個(gè)張緊裝置28的剖視圖，而圖6的下半部是俯視圖。連 接部件14、16包括圓柱形通孔，所述圓柱形通孔與襯套14a、16a結(jié)合限定出圓錐形開(kāi)口 41、 42。為了提高襯套的耐久性，金屬襯套是優(yōu)選的。圓錐形開(kāi)口內(nèi)的圓錐形螺栓30使第一和 第二轉(zhuǎn)子葉片部10、11的連接部件14、16連接。多個(gè)張緊裝置28穿過(guò)大致中空的圓錐形 螺栓30并且安裝在接納裝置18中，該接納裝置18布置于可封閉圓錐形開(kāi)口的左端(圖6) 的襯套14a處。接納裝置18形成用于螺栓30的反向支承，并且包括與張緊裝置28的相關(guān) 的外螺紋接合的多個(gè)內(nèi)螺紋。通過(guò)提供圓錐形開(kāi)口，能借助于張緊裝置28頂著接納裝置18 張緊圓錐形螺栓30，從而使連接部件14、16彼此緊固在一起。在接納裝置18與圓錐形螺栓30的直徑較小的端面(圖6中的左端面)之間形 成有間隙26，其允許圓錐形螺栓30在整個(gè)連接內(nèi)的公差的情況下容易且簡(jiǎn)單地再緊固/ 再?gòu)埦o。間隙朝向張緊裝置的縱向軸線的尺寸等于連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口的長(zhǎng)度的5%至 10%。如上所述，圓錐形螺栓30為大致中空的。然而，為了承受作用在螺栓30上的力， 在圓錐形螺栓30內(nèi)形成有包圍張緊裝置28的織物21。根據(jù)示出的實(shí)施方式，張緊裝置28設(shè)置成在一端具有外螺紋的螺釘，其中螺釘頭 與接納裝置18的內(nèi)螺紋接合，以便張緊圓錐形螺栓30。在替代性實(shí)施方式中，接納裝置18 可包括由張緊裝置28穿過(guò)的通孔，通過(guò)埋頭螺母而頂著接納裝置18夾緊該張緊裝置28。參考圖7，示出本發(fā)明的第二實(shí)施方式的詳細(xì)視圖。第一轉(zhuǎn)子葉片部10的連接部 件16包圍第二轉(zhuǎn)子葉片部11的連接部件14。連接部件14、16都包括兩個(gè)圓錐形通孔。在 轉(zhuǎn)子葉片部10、11連接的狀態(tài)下，連接部件14、16彼此相靠，使得包圍的連接部件16的圓 錐形孔與被包圍的連接部件14的兩個(gè)通孔對(duì)準(zhǔn)，從而限定出兩個(gè)連續(xù)的圓錐形連接通孔、 即，連接部件的通孔，因此連續(xù)的圓錐形連接通孔在轉(zhuǎn)子葉片部10、11的連接狀態(tài)下布置 在相同的縱向軸線上。連接部件14、16的通孔以下述方式設(shè)置，S卩，使得具有較大直徑的開(kāi) 口朝向連接部件14、16的外表面變寬。連接部件14、16的通孔的該布置確定了連續(xù)的連接 通孔朝向包圍的連接部件16的外表面延伸。圖7中所示實(shí)施方式利用了布置在兩個(gè)圓錐形連接通孔中的兩個(gè)圓錐形螺栓30。 圓錐形螺栓30被多個(gè)張緊裝置28 (螺釘)穿過(guò)，其中每個(gè)螺釘28均穿過(guò)兩個(gè)螺栓30。由 于連續(xù)的連接通孔的形成，所以不需要專門的接納裝置。通過(guò)螺釘28使圓錐形螺栓30彼 此對(duì)著張緊，其中螺釘28包括與一個(gè)螺栓鄰接的螺釘頭28a和與另一螺栓鄰接的埋頭螺母 18b。在連接部中出現(xiàn)游隙或松動(dòng)的情況下，可通過(guò)緊固埋頭螺母18b和螺釘28來(lái)再緊固 或再?gòu)埦o螺栓。兩個(gè)圓錐形螺栓30之間的間隙26允許將螺栓30進(jìn)一步或“更深地”拉入 連續(xù)的連接通孔，從而消除連接部的游隙或松動(dòng)。
圖8示出本發(fā)明的第三實(shí)施方式的詳細(xì)視圖，其中圖8的上半部是通過(guò)兩個(gè)圓錐 形螺栓30的剖視圖，而圖8的下半部是俯視圖。第三實(shí)施方式利用了包圍的連接部件16和被包圍的連接部件14。與第二實(shí)施方 式形成對(duì)比，被包圍的連接部件14是實(shí)心的，即，沒(méi)有分開(kāi)的側(cè)壁，因此在連接部件內(nèi)沒(méi)有 提供空間。因此，被包圍的連接部件14不是中空的。包圍的連接部件16包括兩個(gè)圓錐形 通孔，而被包圍的連接部件14包括一個(gè)通孔，其中在模塊化轉(zhuǎn)子葉片的裝配狀態(tài)中，這些 通孔布置在相同的縱向軸線上。被包圍的連接部件14的通孔形成為雙重圓錐形通孔，其中 具有較大直徑的開(kāi)口向著被包圍的連接部件的外表面打開(kāi)。包圍的連接部件的圓錐形通孔 與被包圍的連接部件的上述至少一個(gè)通孔對(duì)準(zhǔn)，從而限定出一個(gè)雙重圓錐形通孔。在這些 圓錐形連接的凹進(jìn)內(nèi)，兩個(gè)螺栓30布置成包圍在它們的對(duì)置端面之間的間隙26。呈螺釘?shù)?形式的多個(gè)張緊裝置28穿過(guò)螺栓30并使螺栓30對(duì)著彼此張緊。張緊機(jī)構(gòu)與圖7中所示 的張緊機(jī)構(gòu)相同。因此，對(duì)于較詳細(xì)的描述可參考圖7。盡管已參考本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式特別地示出并描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)理解，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可在其中作出在形式和細(xì)節(jié)上的上述及其 它變化。
權(quán)利要求
一種用于渦輪發(fā)電機(jī)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)，其中每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)均包括具有至少一個(gè)圓錐形開(kāi)口(41、42)的至少一個(gè)連接部件(14、16)，相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)的所述連接部件(14、16)彼此相靠，使得所述連接部件(14、16)的所述圓錐形開(kāi)口(41、42)彼此對(duì)準(zhǔn)并形成連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口，用于接納張緊裝置(28)的接納裝置(18)被布置在所述圓錐形連接開(kāi)口的直徑較小的端部處，將與所述連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口對(duì)應(yīng)的圓錐形螺栓(30)布置在所述圓錐形連接開(kāi)口中，并且至少一個(gè)張緊裝置(28)穿過(guò)所述圓錐形螺栓(30)并頂著所述接納裝置(18)張緊所述圓錐形螺栓(30)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中在所述接納裝置(18)與所述圓錐形螺 栓(30)的具有較小直徑的端面之間限定有間隙(26)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述圓錐形螺栓(30)的最小外徑大于 所述連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口的最小內(nèi)徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述接納裝置(18)與相關(guān) 的所述連接部件(14) 一體地形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述圓錐形開(kāi)口(41、 42)中的每個(gè)圓錐形開(kāi)口均設(shè)置有布置在對(duì)應(yīng)的連接部件(14、16)中的相應(yīng)開(kāi)口內(nèi)的襯套 (14a、16a)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述圓錐形螺栓(30)是中空的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中在相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、 11)的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部中設(shè)置有通道門(32)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中在相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、 11)的端面處布置有引導(dǎo)裝置(29a、29b)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述轉(zhuǎn)子葉片部之一是尖 端部(1)。
10.一種用于渦輪發(fā)電機(jī)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)， 其中每個(gè)所述轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)均包括至少一個(gè)連接部件(14、16)，一個(gè)連接部件(16)包圍相鄰的轉(zhuǎn)子葉片部(11)的所述連接部件(14)，包圍的所述連接部件(16)包括至 少兩個(gè)圓錐形通孔，被包圍的所述連接部件(14)包括至少一個(gè)通孔，所述通孔布置在相同 的縱向軸線上，其中相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)的所述連接部件(14、16)彼此相靠，使得包圍的所述連 接部件(16)的所述圓錐形通孔與被包圍的所述連接部件(14)的所述至少一個(gè)通孔對(duì)準(zhǔn)， 從而限定出至少一個(gè)圓錐形連接通孔，至少兩個(gè)圓錐形螺栓(30)被布置在包圍的所述連接部件(16)的所述通孔內(nèi)，并且延 伸到被包圍的所述連接部件(14)的所述至少一個(gè)通孔內(nèi)，至少一個(gè)張緊裝置(28)穿過(guò)所述至少兩個(gè)圓錐形螺栓(30)并且張緊所述圓錐形螺栓 (30)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中在所述圓錐形螺栓(30)的對(duì)置端面 之間設(shè)置有間隙(26)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述圓錐形通孔中的每個(gè)圓錐 形通孔均由布置在所述連接部件(14、16)中的相應(yīng)開(kāi)口內(nèi)的襯套(14a、16a)提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述圓錐形螺栓(30) 是中空的。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中在相鄰葉片部(10、11) 的至少一個(gè)葉片部中設(shè)置有通道門(32)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中在相鄰轉(zhuǎn)子葉片部 (10,11)的端面處布置有引導(dǎo)裝置(29a、29b)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10-15中任一項(xiàng)所述的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其中所述轉(zhuǎn)子葉片部之一 是尖端部(1)。
17.—種裝配具有模塊化轉(zhuǎn)子葉片(10、11)的渦輪發(fā)電機(jī)的方法，包括下述步驟A.將轉(zhuǎn)子葉片制成為至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)，其中相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)具 有用于將相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)安裝到一起的連接部件(14、16)；B.將所述轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)；C.在所述現(xiàn)場(chǎng)將渦輪機(jī)(3)設(shè)置在關(guān)于所述流體流保持靜止的結(jié)構(gòu)(4)上，且所述渦 輪機(jī)(3)包括轉(zhuǎn)子轂(9)和具有將第一轉(zhuǎn)子葉片部(10)安裝至所述轉(zhuǎn)子轂(9)的構(gòu)造的 轉(zhuǎn)子⑵；D.將所述第一轉(zhuǎn)子葉片部(10)連接至所述轉(zhuǎn)子轂(9)；以及E.通過(guò)借助于至少一個(gè)圓錐形螺栓(30)，將相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)的所述連接部件 (14,16)安裝到一起來(lái)將所述第二轉(zhuǎn)子葉片部(11)聯(lián)接至所述第一葉片部，所述至少一個(gè) 圓錐形螺栓由穿過(guò)圓錐形螺栓(30)的至少一個(gè)張緊裝置(28)張緊。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在將所述第二轉(zhuǎn)子葉片部(11)聯(lián)接至所述第一 轉(zhuǎn)子葉片部(10)之前，通過(guò)吊艙內(nèi)的升降機(jī)來(lái)提升所述第二轉(zhuǎn)子葉片部(11)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法，還包括下述步驟F.將轉(zhuǎn)子葉片尖端(1)聯(lián)接至所述第二轉(zhuǎn)子葉片部(11)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪發(fā)電機(jī)的模塊化轉(zhuǎn)子葉片，其在一部分損壞或出現(xiàn)故障的情況下允許簡(jiǎn)單更換各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部。所述模塊化轉(zhuǎn)子葉片包括至少兩個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)，其中每個(gè)轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)均包括具有至少一個(gè)圓錐形開(kāi)口(41、42)的至少一個(gè)連接部件(14、16)，相鄰轉(zhuǎn)子葉片部(10、11)的連接部件(14、16)彼此相靠，使得所述連接部件(14、16)的圓錐形開(kāi)口(41、42)彼此對(duì)準(zhǔn)，并形成連續(xù)的圓錐形的連接開(kāi)口，用于接納張緊裝置(28)的接納裝置(18)被布置在所述圓錐形的連接開(kāi)口的直徑較小的端部處，且在所述圓錐形的連接開(kāi)口中布置有與連續(xù)的圓錐形連接開(kāi)口對(duì)應(yīng)的圓錐形螺栓(30)，并且至少一個(gè)張緊裝置(28)穿過(guò)所述圓錐形螺栓(30)并頂著所述接納裝置(18)張緊所述圓錐形螺栓(30)。
文檔編號(hào)F03D11/00GK101932828SQ200980101463
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者安德烈亞斯·勒姆, 布賴恩·格倫, 沃爾夫?qū)っ防? 瓦爾特·凱勒, 詹姆斯·G·P·德?tīng)柹? 馬丁·施圖克特 申請(qǐng)人:剪式風(fēng)能技術(shù)公司