[发明专利]风力涡轮机叶片和轮毂组件

说明书

技术领域

本发明涉及用于风能设备的涡轮机叶片及其到用于风力设备的轴承和轮毂的连接。

背景技术

用于风能设备的叶片大部分成形为空气动力学轮廓以最佳地充分利用风力。叶片常经由一个或多个轴承连接到轮毂上，由此负载传递到轮毂上，且一定程度传递到转子轴上。负载包括两个(内部)旋转力、离心力、重力以及由转子叶片上的风的作用产生的作用力、负载和力矩。风力涡轮机叶片可以刚性地连接到轮毂上，但大部分现代风力涡轮机可以例如通过桨距调节和/或锥角(coning)调节并调整叶片的位置。因此，叶片常经由一些种类的轴承连接到轮毂上，例如允许各叶片围绕其变桨轴线转动的圆形变桨轴承。

当今，风力涡轮机叶片典型地由纤维增强叠层制成以便获得牢固而轻质的构造。此类叶片通过若干杆或螺栓连接到轮毂中的圆形轴承上，杆或螺栓从叶片根部平行于变桨轴线延伸，并通过嵌入在叶片叠层中的套管或楔形物紧固到叶片上。在解决确保套管的正确接合并获得到周围叠层的适当负载传输的问题的尝试中，已经提出了套管和叠层组合的不同设计，如WO 2003/082551，WO 2004/110862，WO2006/070171；然而，这仍然是一个持续研究的领域。

杆到叶片的固定以及从叶片到轮毂的负载传输进一步要求叶片成形为具有带一定最小长度的直根部圆柱体，在该最小长度中放置套管。该根部圆柱体然后变形成叶片的空气动力学优化部分。该根部段--其限定为从轮毂和叶片的最根部延伸至具有最大翼弦的叶片剖面的位置的叶片部分--在60米长的叶片上可在10米的级别。根部段的不利之处当然是在最接近轮毂的此区域中没有最优地充分利用风力。在发明人Wobben的WO 2004/097215中，建议此问题通过应用紧固到叶片的负载轴承“骨架”上的可折叠后缘段或覆层而解决。

发明内容

因此本发明的一个目的是提供用于风能设备的叶片和轮毂组件，以及允许在靠近轮毂的区域中更好地提取风力的设计，且此处其中一些上述不利之处被克服或减少。

根据一个方面，本发明涉及用于风力设备的叶片，其包括在所述叶片的根部中的至少两个套管，用于将所述叶片附接到轮毂上，并且此处所述套管沿叶片表面而放置，且此处至少其中一些所述套管是不平行的。所考虑的套管如所陈述的沿叶片表面放置，即，例如在叶片由纤维增强复合物制成的情况下，与横跨叶片厚度放置相比，差不多嵌入或放置在叠层中的其中一些层之间，或者换句话说，大体上沿叶片纵向地放置，或者差不多沿叶片的长度放置。同样，在此处并且贯穿本文，套管应宽泛地理解为插入件或孔，其以某种方式能够接收并紧固或支撑一些种类的紧固件，并因而可以在发明的范围内并且如本领域技术人员所知的为例如具有内螺纹的常规套管、具有横销的孔或管等的形状。

由此获得的是其中放置了套管的叶片的根部段不需要和否则当套管都平行时的情况下传统地那样成圆形直圆柱体的形状。相反套管允许在任何方向上定向，并且从具有叶片轮廓进入根部端(其最经常为圆形以组装到圆形轴承上)的叶片过渡部分因而可更加渐进并且更加自由而自然地成形。这在使得叶片能够具有短得多的根部段方面是更有利的，并且此处具有最大翼弦长度的叶片轮廓可以被带至离轮毂近得多。由此对于具有给定长度的叶片年功率产生增加，或者备选地以较短且因而不那么沉重的叶片可以获得相同的功率输出。较短的叶片有利于降低塔架碰撞的危险，因为叶片常非常柔韧并且在风中弯折很大。叶片的重量减轻在降低风力设备中的齿轮、轴承等上的负载方面也是有利的。

此外，由于在根据本发明的叶片中的套管可以在不同的方向上延伸，实现了可以更自由地设计叶片，且具有获得防止更大弯曲的更好、更自然的叶片形状的可能性。这在降低叶片根部中的应力方面是有利的，由此也降低了叶片叠层的损伤和磨损的风险，并导致从叶片到轴承和轮毂的更好的负载传递。

此外，由于至少其中一些套管是倒角的，因此套管的有效长度(沿叶片的长度/或变桨轴线的长度部分)也降低了。这又意味着叶片的根部段的所需长度还可以进一步减小。

同样，根据以上所述，套管可描述为以这样的方式倒角，使得从周围的叠层扯出或拔出套管所需的力极大地增加，由此获得叶片到轮毂的更牢固的组装。这又意味着根部中叶片叠层的厚度可以减小而不暗示装配的强度减小，由此可以减少重量和材料。

在本发明的另一个实施例中，如上所述用于风力设备的叶片包括不均匀地分布在叶片的根部端中的套管。由此获得的是套管可根据叶片中的负载分布而放置。