风力涡轮、风力涡轮转子叶片、叶片根部及其根部衬套.pdf

本发明涉及风力涡轮、风力涡轮转子叶片、叶片根部及其根部衬套。用于风力涡轮转子叶片（5）的叶片根部（8）的根部衬套（9），所述根部衬套包括圆筒衬套本体（10）和平坦接触本体（18），其中，所述接触本体（18）被设置在所述衬套本体（10）的表面（16）上。这具有的优势在于，由于提供接触本体，增加了根部衬套与变桨轴承之间的接触区域。

权利要求书
1.  一种用于风力涡轮转子叶片（5）的叶片根部（8）的根部衬套（9），所述根部衬套包括圆筒衬套本体（10）和平坦接触本体（18），其中，所述接触本体（18）被设置在所述衬套本体（10）的表面（16）上。

2.  根据权利要求1所述的根部衬套，其中，所述接触本体（18）具有环段形状。

3.  根据权利要求1或2所述的根部衬套，其中，所述衬套本体（10）具有矩形形状。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的根部衬套，其中，所述接触本体（18）的截面面积大于所述衬套本体（10）的截面面积。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的根部衬套，其中，所述根部衬套（9）包括突出穿过所述衬套本体（10）和所述接触本体（18）的中心孔（14）。

6.  根据权利要求5所述的根部衬套，其中，所述中心孔（14）包括螺纹（15）。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的根部衬套，其中，所述衬套本体（10）被设置成垂直于所述接触本体（18）。

8.  根据权利要求1至7中任一项所述的根部衬套，其中，所述衬套本体（10）的外壁（19）设置有连接结构（20），其用于将所述根部衬套（9）连接到所述风力涡轮转子叶片（5）的复合材料。

9.  根据权利要求8所述的根部衬套，其中，所述连接结构（20）具有凹槽（21），所述凹槽被设置在所述衬套本体（10）的圆周上。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的根部衬套，其中，所述衬套本体（10）具有第一表面（16）和第二表面（17），其中所述接触本体（18）被设置在所述第一表面（16）处且其中所述第二表面（17）是逐渐缩小的。

11.  根据权利要求1至10中任一项所述的根部衬套，其中，所述衬套本体（10）和所述接触本体（18）由单件制成。

12.  根据权利要求1至11中任一项所述的根部衬套，其中，所述根部衬套（9）由金属合金制成。

13.  一种用于风力涡轮转子叶片（5）的叶片根部（8），其包括根据权利要求1至12中任一项所述的根部衬套（9）。

14.  一种风力涡轮转子叶片（5），其包括根据权利要求1至12中任一项所述的根部衬套（9），和/或根据权利要求13所述的叶片根部（8）。

15.  一种风力涡轮（1），其包括根据权利要求1至12中任一项所述的根部衬套（9），根据权利要求13所述的叶片根部（8），和/或根据权利要求14所述的风力涡轮转子叶片（5）。

说明书风力涡轮、风力涡轮转子叶片、叶片根部及其根部衬套
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮转子叶片的叶片根部的根部衬套、叶片根部、风力涡轮转子叶片以及风力涡轮。
背景技术
现代风力涡轮转子叶片由纤维增强塑料制成。转子叶片通常包括具有倒圆前缘和尖锐后缘的翼型。转子叶片借助其叶片根部被连接到风力涡轮的轮毂。叶片根部包括多个根部衬套。根部衬套可设置有内螺纹。螺栓接合这些螺纹以将叶片根部连接到轮毂。EP1486415A1描述了这种根部衬套。根部衬套与轮毂的变桨轴承之间的连接是摩擦连接。这种连接的质量取决于根部衬套与变桨轴承之间的接触区域。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于风力涡轮转子叶片的叶片根部的改进根部衬套。
因此，提供一种用于风力涡轮转子叶片的叶片根部的根部衬套。所述根部衬套包括圆筒衬套本体和平坦接触本体，其中所述接触本体被设置在所述衬套本体的表面上。
具体地，接触本体被设置在衬套本体的前表面或远端表面上。接触本体优选地连接到衬套本体的表面上。根部衬套的有利之处在于，由于提供接触本体，增加了根部衬套与变桨轴承之间的接触区域。与已知根部衬套相比，因此更大的力可经由根部衬套与变桨轴承之间的摩擦连接被传输。此外，由于扩大了接触区域，因此确保了根部衬套相对于变桨轴承的更容易定位。
根据一个实施例，接触本体具有环段形状。由于接触本体比衬套本体更宽且更高，因此增加了接触本体与变桨轴承之间的接触区域。因此，根部衬套提供更大的弯曲刚度。接触本体可替代性地具有梯形或矩形形状。
根据另一实施例，衬套本体具有矩形形状。优选地，衬套本体具有半矩形和半圆形截面。
根据另一实施例，接触本体的截面面积大于衬套本体的截面面积。优选地，接触本体的截面面积是衬套本体的截面面积的至少1.5至4倍。
根据另一实施例，根部衬套包括中心孔，其突出穿过衬套本体和接触本体。该孔优选地具有圆形截面。泡沫芯可至少部分地设置在该孔中。
根据另一实施例，中心孔包括螺纹。为了将根部衬套连接到风力涡轮的轮毂，螺栓可与螺纹接合。
根据另一实施例，衬套本体设置成垂直于接触本体。在本文中，“垂直”优选地指代在90°±10°的角度、更优选地在90°±5°的角度、更优选地在90°±3°的角度、更优选地正好是90°的角度。
根据另一实施例，衬套本体的外壁设置有连接结构，其用于将根部衬套连接到风力涡轮叶片的复合材料。连接结构或纹理使得能够改善至叶片复合材料的连接，根部衬套将要浇铸到该叶片复合材料中。
根据另一实施例，该连接结构具有凹槽，该凹槽设置在衬套本体的圆周上。凹槽可以是三角形的、矩形的、正弦形的等。具体地，凹槽完全围绕衬套本体。
根据另一实施例，所述衬套本体具有第一表面和第二表面，其中所述接触本体被设置在所述第一表面处且其中所述第二表面是逐渐缩小的。优选地，衬套本体具有基本部分和延伸部分，所述延伸部分是倾斜的并且具有朝向尖端或近乎尖端具有逐渐减少的截面。因此，延伸部分具有逐渐增加的柔性。
根据另一实施例，衬套本体和接触本体由单件制成。这使得根部衬套具有高的耐用性。替代性地，接触本体和衬套本体可焊接到一起。
根据另一实施例，根部衬套由金属合金制成。根部衬套优选地由“球墨铸铁”制成。该材料由于其球墨内含物而高度抗冲击并且抗疲劳。一种类型的该材料是所谓的ADI（奥贝球铁）。
此外，提供了包括这种根部衬套的风力涡轮转子叶片的叶片根部。该叶片根部可包括仅一个或者多个根部衬套。
此外，提供一种风力涡轮转子叶片，其包括这种根部衬套和/或这种叶片根部。
此外，提供一种风力涡轮，其包括这种根部衬套、这种叶片根部、和/或这种风力涡轮转子叶片。
“风力涡轮”当前指代将风的动能转换为旋转能量的设备，该旋转能量可通过该设备再次转换为电能。
本发明的其他可能实施方式或替代性方案还可包括针对实施例在上文或下文描述的特征的在本文未被明确地提及的组合。本领域技术人员还可将单独或孤立的方面和特征添加到本发明的最基本形式中。
附图说明
从后续说明和所附权利要求书结合附图将显而易见到本发明的其他实施例、特征和优势，在附图中：
图1是根据一个实施例的风力涡轮的透视图；
图2是根据一个实施例的风力涡轮转子叶片的透视图；
图3是根据图2的风力涡轮转子叶片的端视图；
图4是根据一个实施例的根部衬套的透视图；
图5是根据图4的根部衬套的另一透视图；
图6是根据图4的根部衬套的截面图；以及
图7是根据一个实施例的变桨轴承的截面图。
附图标记列表
1风力涡轮
2转子
3机舱
4塔架
5叶片
6轮毂
7部分
8叶片根部
9根部衬套
10衬套本体
11基本部分
12延伸部分
13端部
14孔
15螺纹
16表面
17表面
18接触本体
19壁
20连接结构
21凹槽
22泡沫芯
23变桨轴承
24表面
25表面
26接触区域。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记指代相同或功能上等效的元件，除非另有说明。
图1示出了根据一个实施例的风力涡轮1。
风力涡轮1包括连接到设置在机舱3内侧的发电机（未示出）上的转子2。机舱3被设置在风力涡轮1的塔架4的上端处。
转子2包括三个叶片5。叶片5被连接到风力涡轮1的轮毂6。这类转子2可具有范围在例如从30米至160米的范围内的直径。叶片5经受高风力负载。与此同时，叶片5需要是轻质的。出于这些原因，现代风力涡轮1中的叶片5由纤维增强复合材料制造成。在本文中出于成本原因，玻璃纤维通常是优于碳纤维的。通常，使用呈单向纤维垫形式的玻璃纤维。
图2示出了根据一个实施例的叶片5。
叶片5包括：空气动力学设计的部分7，其被成形以便实现风能的最佳利用；以及用于将叶片5连接到轮毂6的叶片根部8。叶片5可以借助于螺栓固定到轮毂6。
图3示出了叶片根部8的端视图。
叶片根部8包括多个根部衬套9，其用于将叶片5可释放地连接到轮毂6。根部衬套9被嵌入到叶片根部8中，使得螺栓（未示出）能够被螺接到根部衬套9的内螺纹中，以用于与其牢固但可释放的接合。根部衬套9的数量是任意的。在图3中，仅示出了三个根部衬套9。
图4和图5是根部衬套9的透视图。图6是根部衬套9的纵向截面图。
在下文中，同时参考图4至图6。根部衬套9包括衬套本体10。衬套本体10包括基本部分11和延伸部分12。基本部分11是筒形或管形的。基本部分11优选地具有半正方形半圆形、或矩形截面。延伸部分12是倾斜的并且朝向尖端或近乎尖端13具有逐渐减少的截面。因此，延伸部分12具有逐渐增加的柔性。优选地，基本部分11和延伸部分12由单件制成。
衬套本体10具有带有中心孔14的半正方形半圆形、或矩形截面。中心孔14包括螺纹15，其用于借助螺栓（未示出）将衬套本体10连接到轮毂6。衬套本体10具有两个表面16、17。表面16是衬套本体10的第一或远端表面16，表面17是衬套本体10的第二或近端表面17。第二表面17是逐渐缩小的并且朝向端部13变尖。
根部衬套9还包括接触本体18。接触本体18提供轮毂6的变桨轴承（未示出）与根部衬套9之间的交接面。接触本体18被设置在衬套本体10的表面16上。具体地，接触本体18被连接到前表面16。中心孔14突出穿过接触本体18和衬套本体10。衬套本体10和接触本体18由单件制成。
接触本体18是平坦或均匀的，并且具有环段形状。替代性地，接触本体18可以具有梯形或甚至矩形截面，其中接触本体18的截面面积大于衬套本体10的截面面积。衬套本体10垂直于接触本体18被设置。为了简化，在图4至6中，接触本体18以矩形形状被示出。
根部衬套本体10的外壁19设置有连接结构20，其用于将根部衬套9连接到风力涡轮叶片5的复合材料。连接结构20具有多个凹槽21，其被设置在衬套本体10的圆周上。连接结构20增加外壁19的表面。泡沫芯22可被设置在衬套本体10中，尤其在中心孔14中。由于连接结构20，改善了根部衬套9和复合材料之间的连接。
图7示出了轮毂6的变桨轴承23的截面图。
接触本体18具有表面24，其直接接触变桨轴承23的表面25。由于接触本体18具有比衬套本体10更大的截面面积这一事实，与已知根部衬套相比，为了更便于理解以虚线框出的接触区域26增加。在图7中，根部衬套9被示为从变桨轴承23偏移。通常，接触本体18紧紧地压靠变桨轴承23。接触区域26具有环段形状。
根部衬套9还提供增加的弯曲刚度，这是因为接触本体18的截面比根部衬套本体10的截面更宽且更高。由于接触区域26扩大，因此确保了根部衬套9相对于变桨轴承23的更容易定位。增加的接触区域26增加了该组件的连接刚度以及弯曲刚度，这两者都增加连接螺栓的疲劳寿命。
虽然本发明根据优选实施例被描述，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在所有实施例中，变形都是可能的。