CN102817791A

CN102817791A - 用于风力涡轮机的转子叶片

Info

Publication number: CN102817791A
Application number: CN2012101879572A
Authority: CN
Inventors: E.格罗夫-尼尔森
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: EP2532881A2; EP2532881A3; CN102817791B; EP2532881B1; US20120315145A1; US9234497B2; DK2532881T3

Abstract

用于风力涡轮机的转子叶片（1），其具有细长叶片基体，所述细长叶片基体具有多个连接元件（4），每个连接元件包括至少一个轴向延伸的连接部分（5），所述轴向延伸的连接部分适于与风力涡轮机的转子轮毂的至少一个相应连接部分相连接，其中相应的连接元件（4）连接到至少两个周向延伸的连接部件（3），连接部件（3）相邻设置在周向方向上以便构建成环状形状。

Description

用于风力涡轮机的转子叶片

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机的转子叶片，其具有带多个连接元件的细长（或称伸长）叶片基体，每个连接元件包括至少一个轴向延伸的连接部分，其适于与风力涡轮机的转子轮毂的至少一个相应连接部分相连接。

背景技术

用于风力涡轮机的转子叶片通常构造为纤维增强中空复合结构。因此，转子叶片通常是通过分别以铸塑或树脂材料渗入各个排列和定向好的纤维或纤维簇制成。具有相应连接部分（诸如螺纹孔）的呈桩栓或类似物形状的相应连接元件结合于铸塑材料中，以便提供接口，用于与转子轮毂的各自相应的连接部分（诸如螺栓或类似物）机械连接。

因此，由于特别是在叶片的环状形状的根部区域中可能由于转子叶片的自重而产生椭圆形，因此从模具中拿出铸塑好的转子叶片通常是有问题的。相应的椭圆形状或变形的转子叶片难以用机器制造，特别是难以安装在风力涡轮机的相应转子轮毂上。

已经提出在模塑时或模塑之前，通过在转子根部的区域中插入相应的金属环来增强叶片根部。提高机械特性特别是叶片根部的硬度的另一提议是提供具有叶片根部的笨重的圆板。由于圆板损害了用于注射铸塑材料的相应心轴的插入，此原理在真空注射制造工艺中是特别不利的。另一提议是在叶片根部提供具有附加材料的叶片根部，即提高壁厚等。

提高相应叶片根部的相应方法被认为是相对麻烦、费用高的。

发明内容

本发明的目的是要提供一种在叶片根部区域中具有构造上设计简单并且机械特性增强的转子叶片。

这是通过如一开始描述的转子叶片实现的，其中相应的连接元件连接到至少两个周向延伸的连接部件，连接部件被相邻设置在周向方向，以便构建出环形形状。

本发明基本这样的思想，即：通过与相应的连接元件（即桩栓或类似物）相连接的至少两个相应的连接部件，提供具有增强的机械特性，即特别增强的硬度的转子叶片的叶片根部。连接部件在模塑时被插入到转子叶片的相应的纤维和/或铸塑材料之间。

在使用分段模具或两个半模具例如用于单独地模塑制造大规模转子叶片通常所需的转子叶片的两个半部分时，相应的连接部件是特别有利的。连接部件在模塑之前可能必须用机器制造。

相应的连接部件充当将相应的连接元件排列成给定的几何关系的连接装置。每个连接部件被优选配置有相应数目的连接元件。有利的是，连接元件的总数一致地分布在相应的连接部件，即在两个连接部件的示例性情况下，每个连接部件与全部的连接元件的一半相连接。

通常，相应的连接部件被设置在叶片根部的区域中。但，相应连接部件的具体位置可变化，因此根据连接部件关于转子叶片的中心轴的径向位置，可达到不同的增强效果。通常，相应连接部件给叶片根部提供附加的机械稳定性，即特别是硬度，使椭圆化或变形效应被避免或至少被减轻。具体地，相应连接部件适于将相应从外部施加的负荷传递和/或分布到转子叶片的叶片根部结构中。

在任何一种情况下，相应的连接部件在周向上相邻设置，以便构建成环状形状。因此，在相应的连接部件之间可提供微小的周向间隙，或者连接部件可作为关节放置，即放置成直接周向邻接。

连接部件可具有圆柱体区段特别是半圆柱体区段或环形区段特别是半环形区段形状。以此方式，连接部件具有能够对抗各个从外部施加的力，并且能够抑制叶片根部的任何变形或椭圆化效应的环形区段状的横截面。具有相应形状的连接部件提供巨大表面，使得相应负荷可分布在扩大的面积上，导致应力降低。此外，由于相应连接部件的大的表面面积，提高了来自叶片根部中的连接部件的剪切力的传送。因此，连接部件适于传递转子叶片的叶片根部中从外部施加的负荷，特别是剪切负荷。

连接元件可以与相应的连接部件一体地（或称整体地）制成或者连接元件可以安装到相应的连接部件。在任何一种情况下，提供相应的连接部件和相应的连接元件的机械稳定连接。根据连接部件和连接元件的材料，可以实现连接部件和连接元件的一体化构造，特别是铸塑，这带来了额外的机械稳定性。替代性地，相应的连接装置可被安装，即牢固地附连到相应的连接部件。在此情况下，提供相应的对应连接部分以获得连接部件和连接元件的机械稳定连接。此连接可以是可拆卸的或不可拆卸的。例如，焊接或螺栓连接适于提供例如连接部件和相应的连接元件的连接。

在本发明的另一实施例中，相应的连接部件可包括径向间隔开的连接元件，籍此连接元件被设置在相应的连接部件之间。因此，提供夹层构造，从而通常成形为环形或圆柱体形区段的连接部件元件用作外层，在径向方向互连连接部件元件的连接元件用作设置在外层之间的空间中的相应的中间层。

此实施例由于给连接部件区段和可填充转子叶片的相应铸塑材料的连接元件配备多个孔或类似物进一步带来关于在转子叶片的铸塑材料中并入连接部件的优点。相应的夹层结构给叶片根部提供附加的硬度，使得可避免椭圆化和变形效应。

叶片根部环可附连到相应的连接部件的至少一个表面侧，以便给相应的连接部件提供附加硬度。叶片根部环用来连接相应的周向邻接的连接部件，使它们在机械行为方面基本表现出类似闭合环。当然，连接元件的两个表面侧可配置有相应的叶片根部环，以便进一步提高连接部件和叶片根部作为一个整体的硬度。

连接部件的至少一个表面侧可以配置有笔直形状和/或弧形形状部分。此实施例主要指圆柱体区段形状的相应连接装置，从而表面侧即相应的连接部件的横向区的设计可在其侧边缘或边框区域配置相应形状的设计。因此，旨在给连接部件提供一种几何结构，允许与封装连接部件的转子叶片的相应铸塑材料有牢固的形式闭合。因此，相应的弧形或底切形状的部分或类似物提供连接部件在叶片根部内的特别是在施加的剪切力方面的机械牢固放置或锚定。

基本上，通过给连接部件的表面提供三维结构，特别是轴向延伸的凹槽和/或径向孔形状，可获得相同效果。因此，通过将连接部件锚定在转子叶片的铸塑材料中，可以改进此连接，即连接部件与转子叶片的铸塑材料的附着。要理解的是，在此背景下适用相应的连接部件的许多种不同形状的凹槽、突起、孔等。如果需要，这同样适用于相应的连接元件以及叶片根部环，即它们的外表面还可配置有三维结构。

连接部件优选由金属或塑料材料特别是纤维增强塑料材料制成。通常，如果需要与并入的连接元件一起，构造诸如特定的可铸塑金属或塑料的铸塑材料的连接部件是有利的，可以简单制造相应的连接部件。所有种类的金属和塑料铸塑材料都适用，因此在后一种情况下，可以使用纤维增强热固或热塑塑料。因此，只要将高性能的纤维，如特别是碳纤维并入在塑料材料内，甚至可以考虑通过注射模塑来制造相应的连接部件。如果需要，这同样适用于相应的连接元件以及叶片根部环，即这些零件还优选由金属或塑料材料特别是纤维增强塑料材料制成。

此外，本发明涉及一种风力涡轮机，特别是直驱型风力涡轮机，包括具有附连到其上的至少一个转子叶片的转子轮毂。转子叶片如之前描述的类型。

附图说明

在下文中，参照附图，更加详细地描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的示例性实施例的转子叶片的前视图；

图2示出了图1的转子叶片的放大细节图；

图3示出了根据本发明的示例性实施例的转子叶片的局部透视图；

图4示出了根据本发明的示例性实施例的转子叶片的放大细节图；

图5-图8示出了根据本发明的示例性实施例的转子叶片的局部俯视图；

图9示出了根据本发明的示例性实施例的连接部件的局部俯视图；和

图10示出了图9的透视图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的示例性实施例的转子叶片1的前视图。转子叶片1的叶片根部2包括两个沿周向排列的半圆柱体形状的连接部件3，每个部件延伸大约180^o角。如可观察的，连接部件3被设置成在周向上相邻地排列。连接部件3包括相应的连接元件4，每个连接元件包括呈螺纹孔形状的轴向延伸的连接部分5。连接部分5适于与风力涡轮机，特别是直驱型风力涡轮机（未示出）的转子轮毂的对应连接部分即螺栓或类似物相连接。因此，相应的连接元件4连接到邻近设置在周向方向的相应的周向延伸的连接部件3，以便构建成环状形状。因此，连接部件3被设置在转子叶片1（参照图2、图3）的纤维增强铸塑或树脂材料中。相应的连接部件3由铸塑材料，如可铸塑金属或纤维增强塑料材料制成。当使用高性能的纤维如碳纤维时，连接部件3甚至可通过注射模塑来制造。因此，连接部件3可用预铸塑组件构建，带来相应的转子叶片1的制造时间的降低。

在通常制造成彼此顶部和底部设置的模具的大规模转子叶片1的情况下，连接部件3是特别有利的。

连接部件3给叶片根部提供机械稳定性，特别是硬度，使由于转子叶片1的自重引起的（参照图1中的指示箭头F的力）通常出现的转子叶片1的叶片根部2的椭圆化或变形效应被有效避免，或至少被减轻。

如从图2中特别观察到的，连接部件3包括轴向远离相应的连接部件3延伸的沿周向排列的连接元件4。连接元件4可并入在相应的叶片状或圆柱体区段状的部分6中，或者与其一体构造。另外，不再需要诸如圆板或类似物的加强组件。

图4示出了根据本发明的示例性实施例的转子叶片1的放大细节图。在此实施例中，相应的连接部件3包括两个径向间隔开的连接部件元件7、8，每个具有相应的圆柱体区段形状。连接元件4被设置在相应的连接部件元件7、8之间，即连接元件4将连接部件元件7、8互连。

以此方式，连接部件3包括夹层结构，相应的连接部件元件7、8用作相应的外层，连接元件4与填充夹层结构的所有相应孔的转子叶片1的铸塑材料一起用作中间层。夹层结构给叶片根部2分别提供附加的机械稳定性或硬度。具体地，源于转子叶片1的自重的相应的力被抵消。

图5-图8示出了根据本发明的示例性实施例的转子叶片1的局部俯视图。图5示出了圆柱体区段形状的连接部件3，其具有沿周向分布的连接元件4。连接部件的轴向边缘和末端都被直接切掉。如可观察的，连接元件4在轴向方向延伸。

图6、图7示出了右轴向边缘或末端具有凸面或凹面弧形形状的相应的连接部件3。以此方式，具体在剪切力方面，连接部件3可被牢固地附连在转子叶片1的铸塑材料内。

图8示出了另一可替代实施例，其不同于前面的实施例之处在于叶片根部环9被附连到相应的连接部件3的左表面侧。叶片根部环9被闭合，使它提供沿周向相邻设置的连接部件3的周向连接。因此，转子叶片1的叶片根部2具有另外的机械稳定性。叶片根部环9可认为是叶片根部2的底板。

图5-图8中所示的实施例的连接部件3的圆柱体区段状部分6与相应的连接元件4的交替连接可理解为相应的鸭脚。以此方式，相应负荷可分布在放大的面积上，导致叶片根部2或转子叶片1中应力降低，进一步有效传递外部施加的负荷。

图9、图10示出了本发明的另一可替代实施例。在此情况下，连接部件3不构造为圆柱体区段，而是环形区段，连接元件4是连接部件3的轴向延伸。可以以整体组件或通过牢固地将相应的连接元件4附连到相应形状的连接部件3来制造相应的连接部件3。

在任一情况下，连接部件3以及连接元件4及相应的叶片根部环9（只要给出）的表面可配置有三维结构，特别是轴向延伸的凹槽和/或径向孔的形状。以此方式，可进一步改进转子叶片1的铸塑材料的粘合，即连接部件3和转子叶片1的铸塑材料之间的连接。

Claims

1. 用于风力涡轮机的转子叶片（1），其具有细长叶片基体，所述细长叶片基体具有多个连接元件（4），每个连接元件包括至少一个轴向延伸的连接部分（5），所述轴向延伸的连接部分适于与风力涡轮机的转子轮毂的至少一个相应连接部分相连接，其中相应的连接元件（4）连接到至少两个周向延伸的连接部件（3），所述连接部件相邻设置在周向方向上以便构建成环状形状。

2. 根据权利要求1所述的转子叶片，其中所述连接部件（3）具有圆柱体区段特别是半圆柱体区段的形状，或者具有环形区段特别是半环形区段的形状。

3. 根据权利要求2所述的转子叶片，其中所述连接部件（3）适于传递外部施加在转子叶片（1）的叶片根部（2）的负荷，特别是剪切负荷。

4. 根据前述权利要求之一所述的转子叶片，其中所述连接元件（4）与相应的连接部件（3）一体地构建而成，或被安装到相应的连接部件（3）。

5. 根据前述权利要求之一所述的转子叶片，其中所述相应的连接部件（3）包括两个径向间隔开的连接部件元件（7，8），籍此所述连接元件（4）被设置在所述相应的连接部件元件（7，8）之间。

6. 根据前述权利要求之一所述的转子叶片，其中所述相应的连接部件（3）的至少一个表面侧附连有叶片根部环（10）。

7. 根据前述权利要求之一所述的转子叶片，其中所述连接部件（3）的至少一个表面侧配置有笔直形状和/或弯曲形状部分。

8. 根据前述权利要求之一所述的转子叶片，其中所述连接部件（3）的表面至少部分地被配置有三维结构，特别是轴向延伸的凹槽和/或径向孔的形状。

9. 根据前述权利要求之一所述的转子叶片，其中所述连接部件（3）由金属特别是钢制成，或者由塑料材料特别是纤维增强塑料材料制成。

10. 一种风力涡轮机，包括转子轮毂，转子轮毂具有附连于其上的至少一个根据前述权利要求之一所述的转子叶片（1）。