【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及一種風力渦輪機葉片以及一種制造用于風力渦輪機葉片的根部環的方法。
技術介紹
1、用于大型水平軸風力渦輪機的風力渦輪機葉片具有很大的質量，可能在10噸或更大的范圍內，高達30噸或更大。風力渦輪機葉片緊固到轂的變槳軸承，以構成在主軸上旋轉以驅動發電機的轉子。
2、葉片通常使用多個周向間隔開的螺栓連接到變槳軸承的內環或外環，所述螺栓在平行于葉片的根部端的中心軸線的方向上延伸到葉片的根部端中。在葉片與變槳軸承的連接上的應力是相當大的，主要歸因于葉片質量和風力，還有轉子的永久旋轉的影響，其趨向于隨著轉子的每次旋轉而改變作用在葉片上的力的程度和方向。系統中的振動也是相當大的。
3、對于20年或更長的預期壽命，葉片與變槳軸承的連接的疲勞性能是關鍵的。螺栓通常經由嵌入葉片的根部端的纖維復合材料中的螺紋金屬襯套連接到葉片根部。這種襯套通常是圓柱形的，通常由鋼制成。襯套將載荷從葉片的復合材料傳遞到螺栓，然后螺栓將載荷經由變槳軸承傳遞到轂。
4、考慮到對葉片與變槳軸承的連接的承載和疲勞要求，將葉片根部連接到變槳軸承的方式是關鍵的。然而，在已知的附接方法中，不以最佳方式使用組成部件，導致過度的工程和使用大的安全因素。例如，上述襯套通常通過粘合劑保持在適當位置，該粘合劑在使用中經受不斷變化的張力。眾所周知，粘合劑不是最佳地適合于這樣的條件。類似地，將變槳軸承連接到葉片的螺栓承受拉伸和彎曲載荷，而不是它們更適合的剪切載荷。
5、希望增加風力渦輪機葉片的長度，使得每個風力渦輪機可以從風中提取更多的能量
6、圖1示出了現有技術的風力渦輪機葉片結構的示意圖。圖1所示的風力渦輪機葉片10包括葉片殼13，該葉片殼13由連接在一起以形成葉片殼13的迎風半殼17和背風半殼18構成。兩個半殼都包括玻璃纖維復合材料根部9，并且半殼17，18的剩余部分由膠合木材和/或聚氨酯泡沫芯材料制成，膠合木材和/或聚氨酯泡沫芯材料粘附到玻璃纖維復合材料蒙皮。
7、每個半殼17，18包括一個或更多個翼展方向延伸的梁或翼梁帽22以向風力渦輪機葉片10提供彎曲強度。翼梁帽22通常包括碳纖維復合材料，這是由于該材料的輕質和剛性材料特性。抗剪腹板(未示出)在葉片殼13的迎風側17和背風側18上的相對翼梁帽22之間延伸，并且可以由玻璃纖維復合材料制成。抗剪腹板承受風力渦輪機葉片10的剪切載荷。
8、由風力渦輪機葉片10承載的載荷中的大部分由翼梁帽22承載在基本直的載荷路徑中。這些載荷必須經由根部9和變槳軸承傳遞到風力渦輪機轂。根部9通過位于圍繞根部9的根部端12的環中的多個周向間隔的螺栓15連接到變槳軸承。為了避免可能導致材料失效的不希望的載荷峰值，必須使來自翼梁帽22的載荷圍繞根部端12的整個圓周逐漸擴展。為了實現這一點，在翼梁帽22的端部24與根部端12之間的區域中需要大量的玻璃纖維復合材料。此外，翼梁帽22的端部24必須定位在距根部端12足夠的翼展方向距離處，使得載荷能夠圍繞根部端12的整個圓周充分地分布。這在圖1中通過載荷線20示意性地示出。
9、希望增加風力渦輪機葉片的根部能夠承載的載荷量。然而，風力渦輪機葉片的當前的設計和構造方法限制了可以實現它的程度。
10、正是針對此背景開發了本專利技術。
技術實現思路
1、本專利技術提供了一種制造用于風力渦輪機葉片的根部環的方法，所述根部環包括轂端和向末梢端，所述根部環在翼展方向上從所述轂端延伸到所述向末梢端，所述方法包括：將金屬片材卷繞到心軸上以形成靠近所述根部環的轂端的金屬段；將片狀纖維材料卷繞到所述心軸上以形成靠近所述根部環的向末梢端的纖維段；以及將所述金屬片材與所述片狀纖維材料交錯以形成所述根部環的過渡段，其中，所述過渡段位于所述金屬段與所述纖維段之間。
2、將片材卷繞到心軸上的方法是有利的，因為它允許快速形成多層而不需要大量的手工勞動。
3、可選地，所述方法包括：將所述金屬片材與所述片狀纖維材料重疊，之后將所述金屬片材和所述片狀纖維材料卷繞到所述心軸上。這樣，金屬和纖維片材可以在同一工藝步驟中高效地卷繞到心軸上。
4、可選地，所述方法包括：將一層金屬片材卷繞到所述心軸上，之后將一層片狀纖維材料卷繞到所述心軸上，由此提供用于制造根部環的另一選擇。
5、在一個示例中，該方法包括：處理所述金屬片材的表面的至少一部分以改變所述金屬片材的表面光潔度，之后將在所述金屬片材卷繞到所述心軸上。可選地，金屬片材的表面的全部或一部分可以在卷繞到心軸上之前被粗糙化。對金屬片材的表面的全部或一部分的處理可有利地增加金屬段中金屬片材的層之間的摩擦，并有助于改善成品根部環中金屬片材與纖維復合材料之間的結合。
6、所述金屬片材可以包括鄰近所述金屬片材的第一邊緣定位的第一部分和鄰近所述金屬片材的第二邊緣定位的第二部分，其中，所述第二部分的厚度從所述第一部分朝向所述金屬片材的第二邊緣逐漸減小，所述方法包括：將所述金屬片材卷繞到所述心軸上，使得所述金屬片材的第一部分位于所述根部環的金屬段中，并且所述金屬片材的第二部分位于所述根部環的過渡段中。這樣，位于過渡段中的多層金屬片材的部分從金屬段朝向根部環的向末梢端逐漸變細，從而減小過渡段與纖維段之間的幾何應力集中器。
7、在一個示例中，所述片狀纖維材料包括預浸漬的片狀纖維材料，其中，所述方法包括在：在已將所述預浸漬的片狀纖維材料卷繞到所述心軸上之后，固化所述預浸漬的片狀纖維材料。使用預浸漬的片狀纖維材料是有利的，因為它不需要單獨的樹脂浸漬步驟。
8、可選地，所述片狀纖維材料包括干的片狀纖維材料，其中，所述方法包括：在已將所述片狀纖維材料卷繞到所述心軸上之后，用樹脂浸漬所述片狀纖維材料；并且固化所述樹脂。根據風力渦輪機葉片的設計，樹脂浸漬制造方法可能是期望的。
9、可選地，所述方法包括：將厚度比在所述纖維段的靠近所述根部環的向末梢端的一端處卷繞到所述心軸上的片狀纖維材料更大的片狀纖維材料在所述纖維段的靠近所述過渡段的相對端處卷繞到所述心軸上，使得所述纖維段的厚度朝向所述根部環的向末梢端逐漸減小。這樣，根部環的纖維段可以被制造成具有錐形輪廓，這在將根部環合并到風力渦輪機葉片中時是有利的。
10、所述方法可包括：機加工所述纖維段的外表面以在所述根部環的纖維段中形成錐形壁厚輪廓。機加工可用于由非錐形纖維段形成錐形段，或者可在機加工步驟中進一步錐形化和/或精加工在卷繞過程中形成的錐形纖維段。
11、另一方面，本專利技術提供一種形成風力渦輪機葉片的方法，所述方法包括：使用上述方法形成根部環；從所述心軸移除所述根部環；提供風力渦輪機葉片殼的迎風半殼和背風半殼，其中，所述迎風半殼和所述背風半殼各自包括向轂端和末梢端，其中，每個半殼在翼展方向上從所述向轂端延伸到所述末梢端；將所述迎風半殼連接到所述背風半殼以形成風力渦本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種制造用于風力渦輪機葉片(10)的根部環(80)的方法，所述根部環包括轂端(81)和向末梢端(82)，所述根部環在翼展方向上從所述轂端延伸到所述向末梢端，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的方法，所述方法包括：將所述金屬片材(33)與所述片狀纖維材料(98)重疊，之后將所述金屬片材和所述片狀纖維材料卷繞到所述心軸(90)上。
3.根據權利要求1或2所述的方法，所述方法包括：將一層金屬片材(33)卷繞到所述心軸(90)上，之后將一層片狀纖維材料(98)卷繞到所述心軸上。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述方法包括：處理所述金屬片材(33)的至少一部分以改變所述金屬片材的表面特性，之后將所述金屬片材卷繞到所述心軸(90)上。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述金屬片材(33)包括鄰近所述金屬片材的第一邊緣定位的第一部分(34)和鄰近所述金屬片材的第二邊緣定位的第二部分(36)，其中，所述第二部分的厚度從所述第一部分朝向所述金屬片材的第二邊緣逐漸減小，所述方法包括：將所述金屬片材卷繞到所述心軸(90)上
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述片狀纖維材料(98)包括預浸漬的片狀纖維材料，其中，所述方法包括：在已將所述預浸漬的片狀纖維材料卷繞到所述心軸(90)上之后，固化所述預浸漬的片狀纖維材料。
7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述片狀纖維材料(98)包括干的片狀纖維材料，其中，所述方法包括：在已將所述片狀纖維材料卷繞到所述心軸(90)上之后，用樹脂浸漬所述片狀纖維材料；并且固化所述樹脂。
8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述方法包括：將厚度比在所述纖維段的靠近所述根部環的向末梢端的一端處卷繞到所述心軸上的片狀纖維材料更大的片狀纖維材料(98)在所述纖維段(88)的靠近所述過渡段(31)的相對端處卷繞到所述心軸(90)上，使得所述纖維段的厚度朝向所述根部環的向末梢端逐漸減小。
9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述方法包括：機加工所述纖維段(88)的外表面以在所述根部環的纖維段中形成錐形壁厚輪廓。
10.一種形成風力渦輪機葉片(10)的方法，所述方法包括：
11.根據權利要求10所述的方法，其中，將所述根部環(80)定位在所述迎風半殼(17)的向轂端(21)和所述背風半殼(18)的向轂端(21)包括：將所述根部環至少部分地定位在所述迎風半殼與所述背風半殼之間。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其中，將所述根部環(80)連接到所述迎風半殼(17)和所述背風半殼(18)包括：
13.根據權利要求10至12中任一項所述的方法，其中，將所述根部環(80)連接到所述迎風半殼(17)和所述背風半殼(18)包括：將所述根部環連接到所述迎風半殼或所述背風半殼中的一個，之后將所述根部環連接到所述迎風半殼或所述背風半殼中的另一個。
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種制造用于風力渦輪機葉片(10)的根部環(80)的方法，所述根部環包括轂端(81)和向末梢端(82)，所述根部環在翼展方向上從所述轂端延伸到所述向末梢端，所述方法包括：
2.根據權利要求1所述的方法，所述方法包括：將所述金屬片材(33)與所述片狀纖維材料(98)重疊，之后將所述金屬片材和所述片狀纖維材料卷繞到所述心軸(90)上。
3.根據權利要求1或2所述的方法，所述方法包括：將一層金屬片材(33)卷繞到所述心軸(90)上，之后將一層片狀纖維材料(98)卷繞到所述心軸上。
4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，所述方法包括：處理所述金屬片材(33)的至少一部分以改變所述金屬片材的表面特性，之后將所述金屬片材卷繞到所述心軸(90)上。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述金屬片材(33)包括鄰近所述金屬片材的第一邊緣定位的第一部分(34)和鄰近所述金屬片材的第二邊緣定位的第二部分(36)，其中，所述第二部分的厚度從所述第一部分朝向所述金屬片材的第二邊緣逐漸減小，所述方法包括：將所述金屬片材卷繞到所述心軸(90)上，使得所述金屬片材的第一部分位于所述根部環(80)的金屬段(30)中，并且所述金屬片材的第二部分位于所述根部環的過渡段(31)中。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述片狀纖維材料(98)包括預浸漬的片狀纖維材料，其中，所述方法包括：在已將所述預浸漬的片狀纖維材料卷繞到所述心軸(90)上之后，固化所述預浸漬的片狀纖維材料。
...【專利技術屬性】
技術研發人員：S·蘭德爾，
申請(專利權)人：維斯塔斯風力系統有限公司，
類型：發明
國別省市：
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