專利名稱：風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片領(lǐng)域，并且尤其涉及所述轉(zhuǎn)子葉片與風(fēng)力渦輪機輪轂的連接。
背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片典型地由一種或者多種復(fù)合材料制成。復(fù)合材料通常是層壓材料，因而加強材料的各層采用樹脂彼此粘合在一起，隨后被固化以形成部件，這里是風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子殼體。這種材料不具有結(jié)構(gòu)完整性以便提供例如螺栓可以被直接插入其中的牢固固定結(jié)構(gòu)。孔可以被形成在轉(zhuǎn)子殼體的復(fù)合材料中，以提供螺栓可以在其上實現(xiàn)牢固緊固的互補螺紋。然而，當(dāng)在螺栓和殼體之間的界面暴露于轉(zhuǎn)子輪轂和轉(zhuǎn)子葉片之間的相對運動時，復(fù)合材料太軟而不能阻止螺栓的運動，并且復(fù)合材料的損壞將通過破碎或者分層開裂機理而發(fā)生。出于這個原因，對于風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片公知的是包括被嵌入葉片的根部中的帶內(nèi)螺紋的金屬插入件。固定螺栓可以與這些插入件組合使用，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子輪轂與轉(zhuǎn)子葉片之間的牢固連接。圖1示出了現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)，其中包括復(fù)合材料的轉(zhuǎn)子葉片2在它的根部端 4具有嵌入其中的多個插入件6。插入件6典型地在復(fù)合材料轉(zhuǎn)子葉片2的制造過程中以現(xiàn)有方式被引入根部端4中。每個插入件6通常由金屬例如鋼制成。鋼和復(fù)合材料的材料特性明顯不同，尤其是由楊氏模量量化的硬度。在運行時，空氣動力載荷施加在每個轉(zhuǎn)子葉片2上，并且轉(zhuǎn)子輪轂被旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。 巨大水平的動力結(jié)構(gòu)負(fù)荷在轉(zhuǎn)子輪轂與每個轉(zhuǎn)子葉片2之間傳遞。這個軸向負(fù)荷由插入件 6承載，并且被傳遞到鄰近插入件6的尖端的轉(zhuǎn)子葉片2的周圍復(fù)合材料上。在圖1的轉(zhuǎn)子葉片結(jié)構(gòu)中，縱向插入件被嵌入復(fù)合材料中并且被復(fù)合材料環(huán)繞。插入件典型地被粘貼或者粘合在層壓材料內(nèi)。因此，相當(dāng)大的局部應(yīng)力被施加在每個插入件6的尖部的復(fù)合材料中。結(jié)果，沿著弦向線構(gòu)造的局部應(yīng)力區(qū)域由轉(zhuǎn)子葉片2承受。如果由于一些原因，例如由于一些材料裂紋或者制造缺陷導(dǎo)致的插入件的失效，增加的負(fù)荷施加在這個區(qū)域內(nèi)，與鄰近插入件有關(guān)的負(fù)荷將因此被增加。在插入件部分的區(qū)域與葉片的層壓材料之間的制造缺陷可能引起插入件失效。這種失效能引起應(yīng)力累積，應(yīng)力累積可能極端地導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片 2的災(zāi)難性故障。理想地，提供用于連接風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片到風(fēng)力渦輪機輪轂的可替換的固定裝置，其避免了前述問題并且提供了固定，所述固定證明可以容忍制造中的缺陷或者在葉片材料中的局部裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，包括根部和從所述根部延伸的末端部，所述根部包括嵌入其中的多個插入件，每個插入件被構(gòu)造成用于接收將所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片連接到風(fēng)力渦輪機輪轂的相應(yīng)連接裝置，其中，第一插入件具有第一長度，第二插入件具有不同于所述第一長度的第二長度。通過提供具有不同長度的插入件，在插入件材料與根部材料之間的材料特性不同引起的應(yīng)力發(fā)生在不同的軸向位置。通過以這種方式在根部內(nèi)分布應(yīng)力，在風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片和風(fēng)力渦輪機輪轂之間實現(xiàn)了負(fù)荷的平穩(wěn)過渡，并且因此避免了在一個特定軸向位置的累積應(yīng)力。而且，負(fù)荷變得在葉片長度的更寬闊的軸向區(qū)域上分布。結(jié)果，抑制了在插入件的尖端與風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片之間的界面處經(jīng)受的任何失效的傳播，并且實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子葉片與輪轂的更結(jié)實連接。具有不同于第一長度和第二長度的第三長度的第三插入件可以被提供以進一步分布負(fù)荷。實際上，可以考慮多個不同的長度。每個插入件可以包括相應(yīng)的螺紋孔。插入件的長度可以在所述相應(yīng)的螺紋孔的直徑的5至30倍的范圍內(nèi)。在兩個相鄰插入件的長度之間的差值可以在所述兩個相鄰插入件中更長一個插入件的長度的2 %至50 %的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，在所述兩個相鄰插入件中更長一個插入件的長度的5%至20%的范圍內(nèi)。每個連接裝置可以包括螺栓，優(yōu)選為單個螺栓，因此插入件可以被如此構(gòu)造。根據(jù)第二方面，本發(fā)明提供了一種風(fēng)力渦輪機裝置，包括塔架；安裝在所述塔架頂部的輪轂；以及上述類型的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片通過多個螺栓連接到所述輪轂，每個螺栓位于形成在所述輪轂中的相應(yīng)孔內(nèi)并且被所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片中的相應(yīng)插入件接收。


現(xiàn)在將根據(jù)附圖僅僅通過示例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中圖1表示現(xiàn)有轉(zhuǎn)子葉片的示意圖；圖2表示現(xiàn)有插入件的示意圖；圖3表示具有非統(tǒng)一的插入件的轉(zhuǎn)子葉片；以及圖4表示具有非統(tǒng)一的插入件的轉(zhuǎn)子葉片。
具體實施例方式圖2示出了圖1中所示類型的現(xiàn)有插入件6。在這個示例中，每個插入件由諸如鋼的金屬制成，然而，能夠使用具有合適硬度特性的替換材料，例如增強塑性材料。插入件6包括在這個實施例中基本上是圓柱形的本體部6a，以及在這個實施例中逐漸變細(xì)的尾部6b。尾部6b從與本體部尺寸匹配的近端部向著遠端部尺寸減小，遠端部具有大體減少的直徑，例如限定一個尖端。尾部6b的直徑減少適于增加在遠離本體部6a的區(qū)域中插入件6的靈活性。插入件的其它形狀也可以易于使用。在安裝時，本體部6a的一端定位成與轉(zhuǎn)子葉片2的最遠根部端齊平，并且插入件6 軸向延伸進入轉(zhuǎn)子葉片2的材料中?？?形成在插入件6的本體部6a中。孔8的至少一部分形成有內(nèi)螺紋，使得孔8構(gòu)造成用于接收將轉(zhuǎn)子葉片2固定到轉(zhuǎn)子輪轂(未示出)的螺栓(未示出)。每個插入件6延伸到轉(zhuǎn)子葉片2中距離為L。圖3示出了用于將轉(zhuǎn)子葉片12連接到轉(zhuǎn)子輪轂(未示出)的本發(fā)明實施例。具有類似于之前示例的插入件6的結(jié)構(gòu)的插入件16、18設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片12的根部14中。然而，插入件16與插入件18不同，插入件16的長度L1比插入件18的長度L2略短。在安裝時，如圖所示，插入件16和18交替地設(shè)置，使得相鄰的插入件的尖端不象上述現(xiàn)有結(jié)構(gòu)一樣沿著轉(zhuǎn)子葉片12處于相同的軸向位置。而是，較短的插入件16延伸到轉(zhuǎn)子葉片12的根部14中的距離為L1，而較長的插入件18延伸到轉(zhuǎn)子葉片12的根部14中的距離為L2。結(jié)果，從各個插入件16、18向轉(zhuǎn)子葉片12的主要部分負(fù)荷材料的負(fù)荷傳遞發(fā)生在轉(zhuǎn)子葉片12的更寬闊的軸向區(qū)域。由此，在這個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷的更平穩(wěn)過渡，并且避免了上述現(xiàn)有轉(zhuǎn)子葉片2中看到的局部應(yīng)力模式。如果一個插入件16、18失效，從插入件到轉(zhuǎn)子葉片12的負(fù)荷傳遞將變形。在這個實施例中，與失效的插入件相比，鄰近的插入件延伸到轉(zhuǎn)子葉片12中不同的量。抑制了鄰近的插入件中由于失效的插入件導(dǎo)致經(jīng)受的應(yīng)力向局部的傳播。因此也抑制了累積負(fù)荷， 并且葉片12的災(zāi)難性故障可以被避免或者至少被延遲。相應(yīng)插入件的長度Lp L2是在形成在插入件內(nèi)的內(nèi)部孔8的直徑的5至30倍的范圍內(nèi)。兩個相鄰插入件之間的差值表示與插入件的尖端相關(guān)的應(yīng)力分布在其上的軸向距離。這個差值是在兩個相鄰插入件中較長一個插入件的長度的2%至50%的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，該差值是在兩個相鄰插入件中較長一個插入件的長度的5%至20%的范圍內(nèi)。在更改進的實施例中，如圖4中所建議的，具有一個或者多個另外不同長度，即L3、 L4、L5的其它插入件可以被引入，以便在運行過程中進一步分散在插入件的尖端承受的負(fù)荷。因此，傳遞負(fù)荷的軸向范圍被進一步延伸和/或分散，并且應(yīng)力集中變得比累積更加分散。插入件16、18在轉(zhuǎn)子葉片12的制造過程中被引入轉(zhuǎn)子葉片12。轉(zhuǎn)子葉片12可以由多個浸漬樹脂的具有預(yù)定定向的預(yù)制纖維片制成。當(dāng)葉片被層疊時，插入件可以被引入模具中并且材料可以形成在模具中。然后葉片12被固化，并且插入件被固定在主要部分材料中。替代地，葉片12可以被層疊并且被固化而沒有插入件。用于接收插入件的孔隨后被機加工在轉(zhuǎn)子葉片12的根部14中。在存在粘合材料的情況下，插入件被引入這些孔中， 使得它們被牢固地粘結(jié)在位。在前述實施例中，每個相應(yīng)插入件被構(gòu)造成接收單個的螺栓，然而，在替代實施例中，插入件可以是細(xì)長的并且被構(gòu)造成接收兩個或者更多個螺栓。已經(jīng)參照具體示例和實施例描述了本發(fā)明。然而，應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于這里公開的具體示例，而是可以在根據(jù)權(quán)利要求書的本發(fā)明范圍內(nèi)被設(shè)計和更改。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，包括根部和從所述根部延伸的末端部，所述根部包括嵌入其中的多個插入件，每個插入件被構(gòu)造成用于接收將所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片連接到風(fēng)力渦輪機輪轂的相應(yīng)連接裝置，其中，第一插入件具有第一長度，第二插入件具有不同于所述第一長度的第二長度。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述根部包括第三插入件， 所述第三插入件具有不同于所述第一長度和所述第二長度中的每個的第三長度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，每個插入件包括相應(yīng)的螺紋孔。
4.如權(quán)利要求3所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述多個插入件的長度在所述相應(yīng)的螺紋孔的直徑的5至30倍的范圍內(nèi)。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，兩個相鄰插入件的長度之間的差值在所述兩個相鄰插入件中更長一個插入件的長度的2%至50%的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述兩個相鄰插入件的長度之間的所述差值在所述兩個相鄰插入件中更長一個插入件的長度的5%至20%的范圍內(nèi)。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，每個連接裝置包括螺栓。
8.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述每個連接裝置包括單個螺栓。
9.一種風(fēng)力渦輪機裝置，包括塔架；安裝在所述塔架頂部的輪轂；以及如前述任一權(quán)利要求所述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片通過多個螺栓連接到所述輪轂，每個螺栓位于形成在所述輪轂中的相應(yīng)孔內(nèi)并且被所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片中的相應(yīng)插入件接收。
10.一種大體如參照附圖所描述的風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片。
全文摘要
提供了一種風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片，轉(zhuǎn)子葉片包括根部和從所述根部延伸的末端部。根部包括嵌入其中的多個插入件，每個插入件被構(gòu)造成用于接收將所述風(fēng)力渦輪機轉(zhuǎn)子葉片連接到風(fēng)力渦輪機輪轂的相應(yīng)連接裝置。插入件具有至少兩個不同的長度，使得它們延伸到轉(zhuǎn)子葉片中不同距離。
文檔編號F03D1/06GK102209846SQ200980144507
公開日2011年10月5日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月7日
發(fā)明者F·A·哈恩, T·弗龍斯基 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團公司