用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部组件、风力涡轮机叶片以及风力涡轮机的制作方法

1.本发明涉及一种用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部组件、一种风力涡轮机叶片以及一种风力涡轮机。


背景技术：

2.根部组件包括风力涡轮机叶片的连接到风力涡轮机的轴承或毂部凸缘的根部部分。通常，轴承或毂部凸缘借助于紧固在衬套内的多个螺栓（参见图2）或固定地布置在根部部分中的螺纹插入件（参见图4）连接到根部部分。此处，所述衬套或螺纹插入件沿着共同周向部分布置。
3.然而，特别是在大型风力涡轮机中，根部组件必须能够抵抗非常高负载。为此目的，需要在根部组件中提供大量螺栓和衬套或螺纹插入件，但是根部部分的共同周向部分上用于衬套或螺纹插入件的空间是有限的。因此，已知提供具有多个螺栓的交错配置的根部组件（参见图5）。
4.然而，借助于剪切应变分析，发明人已经发现，具有螺栓的交错配置的根部部分易于在根部部分的根部段之间的根部段界面处发生故障（参见图6）。这是因为根部部分不是一个整体部分，而是由连接在一起的不同根部段组成，以便形成根部部分。例如，在风力涡轮机叶片的蝶形设计中，根部部分通常由两个根部段组成。在风力涡轮机叶片的一体设计中，根部部分通常由联接在一起的多个根部段组成。
5.稍后将参考相应图解释这种根部组件的配置和问题以及以上参考图和其他图。
6.由dk178388b1已知根据权利要求1的前序部分并且易于发生上述故障的根部组件。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种不具有先前描述的缺点、特别是具有长使用寿命的经改进的根部组件、风力涡轮机叶片以及风力涡轮机。
8.此目的通过权利要求的主题来实现。特别地，所述目的通过一种根据权利要求1的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部组件、一种根据权利要求14的风力涡轮机叶片以及一种根据权利要求15的风力涡轮机来实现。本发明的进一步细节从其他权利要求以及说明书和附图展开。从而，结合本发明的根部组件描述的特征和细节适用于本发明的风力涡轮机叶片和本发明的风力涡轮机，使得关于本发明的个别方面的公开内容，其是或者可以互相引用。
9.根据本发明的第一方面，所述目的通过一种用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根部组件来实现，其中 (a) 所述根部组件的根部部分包括至少两个根部段，所述至少两个根部段在形成在所述至少两个根部段之间的根部段界面处联接在一起， (b) 所述根部部分的根部附接面借助于多个螺栓附接到根部组件的轴承或毂部凸缘， (c)所述多个螺栓中
的每一者连接到固定地布置在根部段内的多个螺栓连接装置中的一者，使得所述多个螺栓沿着根部部分的周向部分彼此相邻布置，并且所述螺栓连接装置沿着根部部分的周向部分彼此相邻布置，并且 (d)相邻螺栓连接装置彼此偏移，使得它们提供在距根部附接面的不同距离处，由此在界面对的（界面成对的，interface pair）螺栓连接装置中的至少一者中，其中所述至少一个界面对的螺栓连接装置提供在所述至少两个根部段的不同根部段内并且最靠近于不同根部段之间的根部段界面布置，所述至少一个界面对的两个螺栓连接装置提供在距根部附接面的相同距离处。
10.从而，去除或者至少减小界面对的螺栓连接装置之间的根部段界面处的剪切应变，并且因此获得一种具有长使用寿命、并且特别是不具有先前描述的缺点的经改进的根部组件。
11.特别地，所述螺栓可以在其外周向部分上具有螺纹。借助于这些外螺纹，其可以与螺栓附接装置的内螺纹互锁。特别地，所述多个螺栓可以相互平行布置。
12.所述根部段可以特别具有圆形状（即，被倒圆），并且此外特别具有部分圆形或椭圆形形状。换句话说，根部段可以形成弧或具有弧形形状。所述根部段之间可以具有相等或不同弧长。从而，可以提供风力涡轮机叶片的圆柱形地成形的根部部分。根部部分的横截面可以具有圆形或椭圆形形状。
13.所述根部段可以是在壳体的制造期间放置在风力涡轮机叶片的壳体层压件上或壳体层压件内的加强块（诸如预固化层压块），或者它们可以简单地是由与壳体的其余部分一起放置和固化的额外层构造而成的壳体的加强区域。
14.根部段可以由纤维复合材料、特别是纤维复合叠层制造而成。所述纤维复合材料可以例如具有玻璃纤维和/或碳纤维。
15.所述至少一个界面对的两个螺栓连接装置提供在距根部附接面的相同距离处意味着可以从所述界面对的螺栓连接装置中的一者到所述界面对的螺栓连接装置中的另一者绘制平行于根部附接面的线。这意味着，所述界面对的螺栓连接装置中的一者距根部附接面的最远点可以通过所述平行线连接到所述界面对的另一螺栓连接装置距根部附接面的最小距离点。从而，只要所述平行线连接这两个螺栓连接装置，根据本发明，所述螺栓连接装置便处于距根部附接面的相同距离处。
16.优选地，所述螺栓连接装置是衬套和/或螺纹插入件。螺栓可以被驱入所述衬套和/或螺纹插入件，并且从而特别容易与这些衬套和/或螺纹插入件连接。
17.进一步优选地，所述多个螺栓借助于螺母抵靠轴承或毂部凸缘紧固。这是将轴承或毂部凸缘紧固到根部部分的特别简单和容易方式。
18.此外，优选地，至少一个界面对的螺栓连接装置的中心提供在距根部附接面的相同距离处。从而，可以非常有效地防止剪切应变发生在根部段界面处。
19.进一步优选地，连接到所述界面对的螺栓连接装置的螺栓之间的距离、特别是最短距离大于连接到所述至少两个根部段内的螺栓连接装置的相邻螺栓之间的距离、特别是最短距离。这避免距根部附接面处于相同距离的螺栓连接装置之间的纵向应变的过度集中，并且为根部段界面的放置和相关联制造公差提供额外空间。
20.替代地或另外，优选地，所述界面对的螺栓连接装置之间的周向距离、特别是最短周向距离大于所述至少两个根部段内的螺栓连接装置之间的周向距离、特别是最短周向距
离。所述周向距离是沿着根部部分的周向部分测量的，而非测量螺栓连接装置之间的直接距离。从而，螺栓连接装置之间的周向距离独立于其距根部附接面的距离。即，为了测量两个螺栓连接装置之间的周向距离，从这两个螺栓装置中的每一者到根部附接面绘制假想线，使得它们相互平行。所述周向距离是沿着根部部分的周向部分并在相互平行的两条假想线之间测量的。
21.同样，优选地，所述至少一个界面对包括所述不同根部段中的每一者内的两个螺栓连接装置，所述两个螺栓连接装置最靠近于所述不同根部段之间的根部段界面布置，其中所述至少一个界面对的四个螺栓连接装置提供在距根部附接面的相同距离处。从而，可以非常有效地防止剪切应变发生在根部段界面处。
22.同样优选地，相邻螺栓在相应根部段内彼此偏移，因为它们在所述根部段内设置有不同长度，由此在界面对螺栓中的至少一者中，其中至少一个界面对的螺栓提供在至少两个根部段的不同根部段内并且最靠近于不同根部段之间的根部段界面布置，所述至少一个界面对的两个螺栓设置有相同长度。
23.进一步优选地，所述多个螺栓具有第一长度或第二长度，其中所述第二长度大于所述第一长度，并且其中所述多个螺栓中具有第一长度的螺栓和所述多个螺栓中具有第二长度的螺栓交替地连接到相邻偏移螺栓连接装置。通过以两种长度提供所述多个螺栓，简化并以很小成本提供根部组件的组装。
24.此外，优选地，所述至少一个界面对的螺栓连接装置与具有第一长度的螺栓或与具有第二长度的螺栓连接。
25.进一步，优选地，至少一个界面对的螺栓连接装置与具有第三长度的螺栓连接，其中所述第三长度不同于所述第一长度和所述第二长度。从而，进一步简化根部组件的组装，因为要在根部段界面处使用的螺栓可以借助于其长度与其他螺栓被容易地区分开。
26.此外，优选地，所述第三长度介于所述第一长度与所述第二长度之间。从而，可以进一步改善根部部分中的剪切应变分布。
27.进一步，所述螺栓中的至少一者可以设置有延长部。所述延长部布置在所述螺栓上、在螺母与轴承或毂部凸缘之间。从而，螺母抵靠所述延长部紧固、而非直接紧固到轴承或毂部凸缘。根据所使用延长部的长度，可以调节根部段内螺栓的长度。从而，所有多个螺栓可以被提供成具有相同长度以提供特别具有成本效益的部件，并且仍可以例如以交错方式布置。
28.根据本发明的第二方面，所述目的通过一种包括根据本发明的第一方面的根部组件的风力涡轮机叶片来实现。
29.根据本发明的第三方面，所述目的通过一种包括至少一个根据本发明的第二方面的风力涡轮机叶片的风力涡轮机来实现。
30.所述风力涡轮机可以例如是直驱式风力涡轮机或齿轮传动式风力涡轮机。进一步，所述至少一个风力涡轮机叶片可以安装在风力涡轮机的变桨轴承的外圈上或变桨轴承的内圈上。
附图说明
31.本发明的进一步优点、特征和细节从以下描述展开，在以下描述中，通过参考附图
的图1至图13，详细描述了本发明的实施例。从而，来自权利要求书的特征以及在说明书中提及的特征单独或以任意组合可能对本发明来说是必不可少的。在附图中，示意性地示出了：图1 示出了风力涡轮机的侧面透视图，图2 示出了根据现有技术的第一实施例的风力涡轮机叶片的根部部分的一部分的侧面透视图，图3 示出了带有螺栓连接装置和螺母的螺栓的侧面透视图，图4 示出了根据现有技术的第二实施例的风力涡轮机叶片的根部部分的一部分的侧面透视图，图5 示出了根据现有技术的一实施例的根部组件的一部分的横截面，图6 示出了图5的根部组件的一部分的剪切应变轮廓图示的侧面透视图，图7示出了根据本发明的第一实施例的根部组件的一部分的横截面，图8示出了图7的根部组件的一部分的剪切应变轮廓图示的侧面透视图，图9示出了根据本发明的第二实施例的根部组件的一部分的横截面，图10示出了根据本发明的第三实施例的根部组件的一部分的横截面，图11示出了根据本发明的第四实施例的根部组件的一部分的横截面，图12示出了根据本发明的第五实施例的根部组件的一部分的横截面，以及图13示出了根据本发明的第六实施例的根部组件的一部分的横截面。
32.图1至图13中的相同对象用相同附图标记表示。如果在所述图中的一者中存在多于一个相同种类的对象，则所述对象按升序编号，其中所述对象的所述升序编号与其附图标记由一个点隔开。图中的特征和部件的具体尺寸是示例性的，并且仅为了便于参考而可能被放大。
具体实施方式
33.图1示出根据本发明的一实施例的风力涡轮机1。风力涡轮机1包括转子2，转子2具有连接到毂部3的三个风力涡轮机叶片5.1、5.2、5.3。然而，风力涡轮机叶片10的数目可以是至少一个风力涡轮机叶片5、两个风力涡轮机叶片5或多于三个风力涡轮机叶片5，并针对风力涡轮机1的特定设置视需要加以选择。
34.毂部3连接到布置在机舱4内部的发电机（未示出）。在风力涡轮机1的操作期间，风力涡轮机叶片5被风驱动而旋转，并且风的动能通过机舱4中的发电机转换成电能。
35.机舱4布置在风力涡轮机1的塔架8的上端处。塔架8架设在诸如单桩或三桩等基座9上。基座9被连接到和/或驱动到地面或海底中。
36.风力涡轮机叶片5.1、5.2、5.3中的每一者具有根部部分6.1、6.2。这些根部部分6.1、6.2借助于轴承7.1、7.2或毂部凸缘7.1、7.2连接到毂部3。在此特定视图中，风力涡轮机叶片5.3的根部部分6和轴承7或毂部凸缘7被毂部3覆盖。
37.图2示出根据现有技术的第一实施例的风力涡轮机叶片5的根部部分6的一部分的侧面透视图。多个螺栓连接装置11沿着根部部分6的周向部分布置在根部部分6内。螺栓10附接到螺栓连接装置11。螺栓10可以附接到毂部凸缘7或轴承7，如图1中所示。
38.图3示出带有螺栓连接装置11和螺母12的螺栓10的侧面透视图。在此情况下，螺栓
连接装置11是衬套并且具有圆柱形形状。螺栓10可以放置在螺栓连接装置11内的对应空腔中，如图2中可见。当螺栓10借助于衬套11紧固在根部部分6内并且毂部凸缘7或轴承7附接到所述根部部分时，它们可以借助于螺母12被紧固。
39.图4示出根据现有技术的第二实施例的风力涡轮机叶片5的根部部分6的一部分的侧面透视图。此处，替代作为螺栓连接装置的衬套11，使用螺纹插入件13来将螺栓10连接到螺纹插入件。
40.图5示出根据现有技术的一实施例的根部组件的20一部分的横截面。根部组件20的两个根部段61.1、61.2在根部段界面62处相互连接。根部段61.1、61.2可以例如胶合或浇铸在一起。第一根部段61.1和第二根部段61.2中的每一者包括多个交错螺栓连接装置11，使得螺栓连接装置11距根部附接表面64交替地位于第一距离l1和第二距离l2处。在此情况下，距离l1、l2是从螺栓连接装置11的中心到根部附接面64测量的。从而，多个螺栓10.1...10.16交错，使得螺栓10.1...10.16交替地具有第一长度l1和第二长度l2。螺栓10.1...10.16中的每一者借助于螺母12紧固在根部段61.1、61.2中的一者内，从而将轴承7或毂部凸缘7紧固到根部段61.1、61.2。
41.在提供在不同根部段61.1、61.2内并且最靠近于根部段界面62布置的界面对的螺栓连接装置11.1、11.9中，所述界面对的螺栓连接装置11.1距根部附接面64提供在距离l2处，并且所述界面对的螺栓连接装置11.9距根部附接面64提供在距离l1处。距离l1小于距离l2。
42.图6示出图5的根部组件20的一部分的剪切应变轮廓图示的侧面透视图。此图示示出在风力涡轮机1的操作期间当力作用在风力涡轮机叶片5上时作用在根部组件20的所述一部分上的剪切应变。
43.在此视图中，未示出螺栓连接装置11。替代螺栓连接装置11，可以看到用于螺栓连接装置11的空腔63.1、63.2、63.9、63.10。螺栓连接装置11定位在空腔13内并经由螺栓连接装置11将来自螺栓10的力传递到根部段61.1、61.2。可以看到，剪切应变施加在根部段界面62处。这是有问题的，因为根部不是一体地制造、而是由在根部段界面62处联接的根部段61.1、61.2制造的。因此，根部组件20特别易于在根部段界面62处发生故障。
44.图7示出根据本发明的第一实施例的根部组件20的一部分的横截面。与如图5和图6中绘示的根据现有技术的实施例的根部组件20相反，在界面对的螺栓连接装置11.1、11.5中，其中螺栓连接装置11.1、11.5提供在不同根部段61.1、61.3内并且最靠近于根部段界面62布置，所述界面对的两个螺栓连接装置11.1、11.5距根部附接面64提供在相同距离l处。进一步，根部段界面62的螺栓10.1、10.5设置有相等长度l。
45.图8示出图7的根部组件20的一部分的剪切应变轮廓图示的侧面透视图。从图8可以看到，已经通过在空腔63.1、63.5内提供距根部附接面64处于相同距离l的螺栓连接装置11.1、11.5来消除发生在图5的根部组件中的根部段界面62处的剪切应变。
46.图9示出根据本发明的第二实施例的根部组件20的一部分的横截面。在此第二实施例中，根部段界面62处的界面对的螺栓连接装置11提供在距根部附接面64的相同距离l1、l2处。然而，所述距离是从螺栓连接装置11的任一点测量的。照此，所述距离是从螺栓连接装置11.2的底部和螺栓连接装置11.1的中心处测量的。
47.图10示出根据本发明的第三实施例的根部组件20的一部分的横截面。根据第三实
施例，所述至少一个界面对包括不同根部段61.1、61.2中的每一者内的两个螺栓连接装置11.1、11.2、11.3、11.4，两个螺栓连接装置11.1、11.2、11.3、11.4最靠近于不同根部段61.1、61.2之间的根部段界面62布置，其中所述至少一个界面对的四个螺栓连接装置11.1、11.2、11.3、11.4提供在距根部附接面64的相同距离l处。
48.图11示出根据本发明的第四实施例的根部组件20的一部分的横截面。根据此第四实施例，根部段界面62处的界面对的螺栓连接装置11.1、11.2处于距根部附接面64的第三距离l3，第三距离l3介于第一距离l1与第二距离l2之间。
49.图12示出根据本发明的第五实施例的根部组件20的一部分的横截面。根据此第五实施例，根部段界面62处的两个螺栓10.1、10.2都具有延长部14.1、14.2。从而，在根部段界面62处可以使用螺栓10中具有两种长度中的较大长度的螺栓10。
50.图13示出根据本发明的第五实施例的根部组件20的一部分的横截面。在第一根部段界面62.1处，界面对的螺栓连接装置11.1、11.2提供在距根部附接面64的第一距离l1处，并且在第二根部段界面62.2处，界面对的螺栓连接装置11.3、11.4提供在距根部附接面64的第二距离l2处。因此，无需在距根部附接面64的相同距离l处提供每一个界面对的螺栓连接装置11。进一步，无需根部段界面62处的所有螺栓10都具有相同长度l，而是仅需根部段界面62处的若干对螺栓10具有相等长度。