CN100447406C - 转子叶片连接 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于风力发电装置的转子叶片，该转子叶片带有：多个位于其根部处的孔，并且所述孔设计为大致垂直于转子叶片纵向轴线延伸的透孔，该转子叶片还包括装配在所述孔中的横向销、以及多个能连接到横向销的紧固部件。通常，在转子叶片根部延伸的紧固部件减弱该区域的材料。本发明的目的是通过简化结构而解决所述问题。为此，本发明的特征在于，紧固部件在转子叶片根部外延伸，以此方式，尽管在轮毂处转子叶片的根部区域的形状在空气动力学方面有显著的不利改变，但是，对装置的声学特性和其它特性都不会有任何不利影响，其原因在于转子叶片根部要么由机头罩覆盖，要么至少处在转子低速转动的部分中。

Description

转子叶片连接
技术领域
本发明涉及一种用于风力发电装置的转子叶片，该转子叶片包括：多个布置在叶片根部区域内、并且以透孔的形式大致垂直于转子叶片纵向轴线延伸的孔；装配至所述孔中的横向销；以及能连接到所述横向销的紧固部件。
背景技术
DE 197 33 372 C1公开了一种转子叶片，该转子叶片带有多个布置在叶片根部区域内并且大致垂直于转子叶片纵向延伸的孔；装配在所述孔中的横向销；以及能连接到横向销的紧固部件。那些孔是盲孔。
在Eric Hau所著、Springer-Verlag 1996年出版的《WindKraftanlagen》第二版中，公开了说明书开头部分所述的转子叶片装置，其被认为是最接近的现有技术。在那种公知的转子叶片中，一种紧固部件(这里指紧固锚)从横向销一直延伸到法兰上。以那种方式转子叶片能固定在法兰上，例如，固定在转子的轮毂上。
现有技术公开了紧固部件在转子叶片根部内部延伸的情况。因而，转子叶片根部的材料内必须有通道，紧固部件装在所述通道里面。考虑到此种方式带来的使弱化材料的后果，转子叶片根部区域的材料必须要通过合适的结构来加强，以保证它具有所需的强度。
发明内容
为了通过简化结构来克服这些缺点，根据本发明的转子叶片的特征在于使紧固部件在转子叶片根部外部延伸。
从这个观点说，本发明基于以下认识实现：尽管在轮毂处转子叶片的根部区域在空气动力学方面外形有显著的改变，但是，对所述装置的声学特性和其它特性不会有任何不利影响，因为转子叶片的区域要么由机头罩覆盖，要么至少置于转子转得最慢的部分中。
根据本发明的转子叶片包含以下优点：一方面，转子叶片在转子叶片根部区域内的材料没有因为通道而减弱，另一方面，随时可以无需拆除就能实现对紧固部件的直观检查。所以，举例来说，可以立即检测到初期的侵蚀，并将其清除。
此外，紧固部件的替换很容易实现。
特别地，在使用经纤维增强的环氧树脂复合材料作为轻型且坚固的材料制造转子叶片时，可以持久地将横向销锚定在转子叶片根部内。从这个方面来说，本装置有效地将拉力从横向销传递到转子叶片的环氧树脂符合材料中。
在转子叶片中很好地提供了多个分隔开的孔来容置横向销，因为以这种方式转子叶片的连接强度可以被大大地加强，这特别在风力发电装置非常巨大的场合是很有必要的。孔之间的分隔能够设置为使得转子的材料性能仅仅不显著地由孔减弱。
本发明的一个特别优选的具体实施方式是，转子叶片在其根部区域有一个增大的截面，并且有一个孔或多个孔布置在该增大的截面区域内。这个措施还可以大大地增强转子叶片和转子轮毂之间的连接的承载性能，由于转子叶片根部的横截面增大部分而使转子叶片承受了较低级别的拉力，因此，转子叶片可以承受更大的拉力。尽管横向销和开孔内表面之间的界面处的相关表面上的压力很低，但是根据本发明的在增大截面区域内设置孔的技术方案借助于相应增大的表面面积而能够有效地将拉力从横向销传递到转子叶片的材料。在这种情况下，截面放大部分能明显较已知的转子叶片小，因为没有必要对用于延伸到转子叶片内部的紧固部件的孔进行补偿。
根据本发明的一个特别优选的具体实施方式，在转子叶片根部的区域中，转子叶片有一个管状的端部，在转子叶片朝着轮毂的端部的方向上，该管状的端部的横截面在两侧增大。这使得拉力从横向销对称地传递到转子叶片。
根据此实施方式的优选改进方案，转子叶片有两个相对的分别形成于转子叶片一侧的加厚部分，所述加厚部分相应地与装置叶片一体地成形，而且多个孔至少部分布置在该加厚部分的区域内。可以通过在所述转子叶片上叠置多个纤维复合材料和环氧树脂层而以简单的已知方式形成构成所述横截面增大部分的加厚部分。
另外，一个特别优选的实施方式是，转子叶片在其根部区域内有一个大致为管状的端部，在该端部内能布置多个孔。管状端部能以特别一致和简单的方式固定在转子轮毂上，并且特别对于以下两种情况是有利的：对于会出现极大的力的风力发电装置，或者是对于涉及那种到从用于紧固目的的管状端部到翼形部分的过渡的转子叶片。
一种实施方式，其中，所述转子叶片包括经玻璃纤维强化的环氧树脂复合材料，所述复合材料是一种非常轻同时具有高强度。
为了得到更好的负载传递能力，横向销优选地胶接在孔中。另外一个优点就是，包括已经安装紧固部件的时候，横向销能够可靠地保持在预先确定的位置。
在一个特别优选的特征中，可在所述孔的至少一端处以与孔(或横向销)的纵轴同心的方式布置金属盘，最好是在所述孔的两端处布置所述金属盘。这些金属盘的形状与已知的支撑垫片的相近，并且在所述孔的区域内与所述转子叶片根部的表面平齐安装，并且防止对孔的边缘造成损坏。
在一个进一步优选的实施方式中，孔中放置或胶接一个套。该套为金属材质，防止孔壁和横向销之间出现摩擦。出现的任何摩擦都只是在横向销和所述套之间。
根据本发明，根据本发明的转子叶片上述的优点对于在本说明的开始部分所述的风力发电装置的转子也是适用的，该转子中配备根据本发明的转子叶片。因此，为了避免重复，其有益的结果直接参考前面的描述。
根据本发明的转子的优选实施方式的特点在于，转子轮毂具有截面为T型且向外延伸的法兰部分用于连接所述转子叶片，并且转子叶片通过多个与固定到转子叶片上的横向销相连接的紧固部件而螺纹连接到该法兰部分。如果T型法兰部分的两个自由部分大致处在一个平面内且都有透孔，以紧固部件穿过所述透孔，那么大致对称的T型法兰部分能让力对称地从转子叶片传递到轮毂。一些紧固部件以成对互相平行关系布置，并且大致设置成互相同心的两排。
装备所述类型的转子和/或转子叶片的风力发电装置也具有本发明的上述优点；对于籍此能够实现的本发明的优点，参考前面结合根据本发明的转子叶片和转子所做的描述。
附图说明
下文中参考附图通过一种风力发电装置的转子的实施方式来描述本发明，在所述附图中：
图1为一种根据本发明的风力发电装置的简单图示，
图2为根据本发明的风力发电装置转子叶片固定到转子轮毂的结构的剖视图，
图3为图2的细节视图，以及
图4为本发明的一种可选实施方式的剖面图示。
具体实施方式
图1中所示的风力发电装置1大致包含一个支架3和一个固定至支架3的壳体5，壳体5用于容置发电机7以及一个直接连接到发电机7的转子9。转子9有一个转子轮毂11和三个固定在转子轮毂上的转子叶片2。通过风力作用在转子叶片2上而引起转子轮毂11旋转，进而驱动发电机7。
发电机7是环式发电机(ring generator)形式的，有一个定子13和一个发电机转子15。发电机转子15和转子轮毂11一起由固定连接到所谓的机构托架21的轴颈19上的主轴套17支撑。借助于方位电动机23，机构托架21通过一旋转式安装装置(图中未显示)及可枢转地支撑在支架3上。带有风速计和风向标的设备27也固定在机构托架21上。
图2为风力发电装置1的转子叶片2位于叶片根部端的部分的剖视图，该风力发电装置1可以例如是如图1所示的所谓水平轴向风力发电装置。
根据本发明，图2中部分地显示的转子叶片是一个包括经玻璃纤维强化的环氧树脂复合材料的轻型结构，并通过根据本发明的转子叶片连接件29(图1)固定地连接到转子轮毂11，这里转子叶片2螺纹连接到具有T型横截面的向外延伸的法兰4上，而法兰4与转子轮毂11是整体地提供的。图1中显示的转子叶片2的所述部分(正如法兰4)是向外延伸的且基本上是管状结构，而且，随着与转子叶片11的距离逐渐增大，形成到转子叶片的空气动力轮廓(图中未显示)的过渡。叶片适配器31可设置在转子叶片连接件29和转子轮毂11之间。转子叶片2与叶片连接件29及叶片适配器31能借助于一个叶片调整马达而绕着转子叶片2的纵轴旋转。
图2示出转子叶片2在转子叶片根部6的区域内的的横截面的根据本发明的两边增大的部分，也就是说，在图示的实施方式中，转子叶片的大致为管状的部分的端部区域，所述端部区域在装配后的情况下顶住转子轮毂11的法兰4。形成于转子叶片根部6相对设置的侧部区域处的是加厚部分8和10，在转子叶片根部6的区域内，所述加厚部分8和10在朝向转子叶片2端部区域的方向上在转子叶片2的横截面上提供了一个增大的部分。即，在转子叶片根部6的区域中，转子叶片2有一个管状的端部，在转子叶片朝着轮毂的端部的方向上，该管状的端部的横截面在两侧增大。。增大的截面在那里提供了高级别的强度。例如，加厚部分8和10能够整体形成在转子叶片根部6上，例如应用附加的环氧树脂和纤维层来整体形成。
在转子叶片根部6区域内设有透孔12，所述孔12分布在转子叶片6的周边上。金属的横向销16作为固定部件装配在转子叶片2内的那些孔12中。
横向销16的长度超出转子叶片根部6的厚度，并且在横向销16的端部区域内、转子叶片根部6的外部及其两侧设有一些通透孔。例如，通透孔可以是母螺纹(图中未显示)。它们与金属的圆柱形螺钉形式的紧固部件20和22相互配合。那些紧固部件20和22能够带有公螺纹，通过带有所述公螺纹，这些紧固部件20和22螺纹连接到横向销16的相应的母螺纹中。
紧固部件20和22在转子叶片2的外侧在转子叶片根部的两边延伸穿过法兰4上的孔28和30。紧固部件20和22能承受高级别的拉力，因为其上有螺帽32和34，螺帽32和34插上套筒或支撑垫圈36和38后拧在紧固部件20和22的母螺纹上，这样，就拉紧转子叶片2使之抵靠在法兰4上，并且因此拉紧转子轮毂11，使得转子叶片2和转子轮毂11之间形成坚固的连接。
图3所示为图2部分的放大视图。可以特别清晰地看到套筒15是如何装在孔12中，横向销是如何置于套筒15内以及金属盘17是如何装在横向销上。
盘17与转子叶片2的根部区域6的表面安装平齐，使得紧固部件20和22尽可能近地靠近转子叶片2的根部区域6的表面延伸。
正如横向销16能胶接在孔12中，套筒15也能胶接到所述孔中。以那种方式，可以避免横向销16和孔12的孔壁之间相对运动。而移动出现套筒15和横向销16之间。即使那些移动能够因为横向销16由紧固部件20、22夹紧而非常微小(所谓的微移)，但是持续的负载也能够带来其损坏的风险。
图4所示为本发明可选的较简单的实施方式。在本实施方式中，横向销钉16没有套筒而单独在孔12中穿过。可以理解，横向销16也能胶接在孔12中以便防止两个部件之间的移动，因而防止转子叶片根部6的材料磨损，同时，在安装过程中保证横向销16在其预先确定的位置。
符合已知实施方式的进一步的结构：紧固部件20、22插入垫圈36和38穿过所述法兰并且通过螺帽32、34固定。
当将所述转子叶片应用于风力发电装置时，如果风力发电装置中由一个转子承载所述转子叶片并且所述转子叶片能通过节距控制来调节其相对于风的角度，那是很有优势的。在那种情况下，如果节距驱动器不是只有一个节距驱动而是有两个或三个节距驱动，那也很有优势。

Claims (14)

1.一种用于风力发电装置的转子叶片，其包括：多个设置在所述转子叶片根部区域内的孔，所述孔是垂直于所述转子叶片纵向轴线延伸的透孔；装配在所述孔中的横向销；以及能够连接到所述横向销的紧固部件，其中，所述横向销具有母螺纹，而所述紧固部件具有尺寸与所述母螺纹相应的公螺纹，并且，所述紧固部件螺纹连接到所述横向销上，
其特征在于，所述紧固部件(20、22)在转子叶片根部(6)外侧延伸。
2.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，设置有多个分隔开的孔(12)用于安装多个横向销(16)。
3.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，转子叶片(2)在转子叶片根部(6)的区域有一个增大的横截面，而且所述孔(12)设置在增大的横截面区域。
4.根据权利要求2所述的转子叶片，其特征在于，转子叶片(2)在转子叶片根部(6)的区域有一个增大的横截面，而且所述孔(12)设置在增大的横截面区域。
5.根据权利要求4所述的转子叶片，其特征在于，在转子叶片根部(6)的区域中，转子叶片(2)有一个管状的端部，在转子叶片朝着轮毂的端部的方向上，该管状的端部的横截面在两侧增大。
6.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，在转子叶片根部(6)的区域中，转子叶片(2)有一个管状的端部，在该端部中设置有多个孔(12)。
7.根据权利要求所述的转子叶片，其特征在于，其包括经玻璃纤维强化的环氧树脂复合材料。
8.根据权利要求所述的转子叶片，其特征在于，所述横向销(16)胶接到所述孔(12)中。
9.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，孔(12)中设置有套筒(15)，并且，所述横向销(16)装在所述套筒(15)中。
10.根据权利要求1所述的转子叶片，其特征在于，在所述孔(12)的至少一端处以与所述孔(12)的纵向轴线同心的方式设置一个金属盘(17)。
11.一种风力发电装置的转子，其包括：转子轮毂及至少一个固定至该转子轮毂的转子叶片，其特征在于，所述至少一个转子叶片(2)按照前述权利要求之一来设计。
12.根据权利要求11所述的转子，其特征在于，转子轮毂(11)有一个向外延伸的横截面为T型的法兰(4)用来连接所述转子叶片(2)，并且转子叶片(2)通过与设置在转子叶片(2)内的多个横向销(16)相连的紧固部件(20、22)而螺纹连接至所述法兰(4)上。
13.根据权利要求11所述的转子，其特征在于，紧固部件(20、22)以彼此成对平行的方式设置并且设置成相互同心地排列的两列。
14.一种风力发电装置，其特征在于，包括根据权利要求1-10之一所述的转子叶片(2)或包括根据权利要求11-13之一所述的转子(9)。
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