專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部的嵌入件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部的嵌入件。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片生產(chǎn)歷史中，曾作出過各種努力以開發(fā)一種堅(jiān)固、緊湊且便宜 的根部嵌入件。曾經(jīng)難以以有效和可靠的方式將玻璃纖維/樹脂、木纖維/樹脂或碳纖維 /樹脂的復(fù)合結(jié)構(gòu)固定到鋼心軸上。 直到現(xiàn)在，這一行業(yè)中所用的方法都可以落入以下兩類中的一種。 現(xiàn)有技術(shù)類型1 第一類型的代表有 參US7， 163， 378B2 參W02004/110862A1/EP1486415A1 參US4， 420， 354A 在這些技術(shù)中，通過一種措施或其他措施將基本上圓形金屬嵌件通過粘附方式結(jié) 合到葉片根部中。通過在結(jié)合粘合劑中調(diào)動(dòng)剪切而實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移。 現(xiàn)有技術(shù)類型2 作為在葉片根部處的固定系統(tǒng)，經(jīng)常使用的第二種類型從沒有被授予過專利權(quán)。 但是，曾經(jīng)授予過一項(xiàng)專利權(quán)用于使用同樣的方法將兩半式葉片結(jié)合起來 參US7， 186， 086B2 在這種方法中，首先在葉片結(jié)構(gòu)中沿軸向和徑向鉆 L。然后，將螺母捕獲在層壓物 中，將雙頭螺栓沿軸向方向插入。這樣不需要結(jié)構(gòu)粘合劑結(jié)合。通過層壓表面上被捕獲的 螺母直接承受壓縮而實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)移。 現(xiàn)有技術(shù)類型1的缺陷 在現(xiàn)有技術(shù)類型1的設(shè)計(jì)的情況下，葉片根部嵌入件的尺寸的限制因素是將金屬 嵌入件結(jié)合到復(fù)合葉片根部的結(jié)合粘合劑的允許剪切應(yīng)力。這種結(jié)合通常具有普通的疲勞 特性，并且因此需要較長(zhǎng)的嵌入件以提供足夠的結(jié)合區(qū)域。 此外，在現(xiàn)有技術(shù)類型1所建議的圓形嵌入件的情況下，難以將復(fù)合材料層緊密 地包裹在嵌入件周圍。 US7， 163，378B2的主要目的是引入一種更有效的方法，用于填充嵌入件周圍的空 間，以避免需要將復(fù)合材料層手動(dòng)地包括到三角形空隙中。但是，所提議的填充不見的制造 方法復(fù)雜且昂貴。 W02004/110862A1的目的是引入一種星形墊片裝置，其可用于幫助圍繞嵌入件包 裹和布置復(fù)合材料層。但是，墊片裝置必須留在葉片根部?jī)?nèi)，并且不能在生產(chǎn)完成之后取 出。因此，這種墊片裝置增加了額外的成本。即使利用存在的墊片裝置，仍然需要花費(fèi)很大 力氣手動(dòng)地將材料層包裹在葉片根部的內(nèi)側(cè)表面上。這增加了產(chǎn)生氣泡一起其他缺陷的可 能性。[0019] 現(xiàn)有技術(shù)類型2的缺陷 與現(xiàn)有技術(shù)類型2公開的結(jié)合方式類似的根部設(shè)計(jì)(其由螺母和被捕獲的雙頭螺 栓構(gòu)成)就材料消耗而言根本無效。由于在葉片中鉆孔導(dǎo)致的應(yīng)力集中，層壓件必須比在 不鉆孔的情況厚得多。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部的嵌入件， 其整體地具有三個(gè)部分，即第一部分、第二部分和第三部分，其特征在于所述第一部分是扁 平的葉片狀，第二部分是從第三部分過渡到第一部分的頸縮過渡部，第三部分具有擴(kuò)大的 橫截面。 優(yōu)選地，第三部分具有當(dāng)嵌入件安裝在葉片根部中時(shí)用于與雙頭螺栓接合的孔。 優(yōu)選地，基于面積加權(quán)，所述第一部分的平均厚度小于其總長(zhǎng)度的30%。 優(yōu)選地，基于面積加權(quán)，所述第一部分的平均厚度小于其平均寬度的30%。 優(yōu)選地，所述第一部分的表面覆蓋有一層復(fù)合層壓物界面層。 優(yōu)選地，所述第三層覆蓋有防腐蝕涂料。 優(yōu)選地，所述涂料是一層環(huán)氧樹脂基涂料隨后一層聚氨酯的雙組分頂部涂層。 優(yōu)選地，所述嵌入件由鍛造鋼制成。 優(yōu)選地，所述第一部分從兩側(cè)經(jīng)受噴丸變形。 本實(shí)用新型消除了現(xiàn)有技術(shù)的這些例子中存在的缺陷。由于其扁平形狀，本實(shí)用 新型顯著減小了每個(gè)嵌入件之間難以填充的空間的尺寸。因此，可以通過使用本實(shí)用新型 使得葉片根部生產(chǎn)過程自動(dòng)化。 利用本實(shí)用新型，組裝好的葉片的總重量以及原材料成本能顯著降低，這將顯著 降低葉片成本。

參考附圖能夠更好地理解本實(shí)用新型，附圖中 圖1顯示根據(jù)本實(shí)用新型的用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部的嵌入件； 圖2是圖1的嵌入件的剖視圖； 圖3是圖1的嵌入件的沿垂直于圖2剖得的另一剖視圖； 圖4以分解透視圖的形式顯示具有本實(shí)用新型的嵌入件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部； 圖5顯示圖4的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根本的端視圖； 圖6顯示嵌入件安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部中的狀態(tài)。
具體實(shí)施方式現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型。首先，參考圖l，其顯示用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉 片根部的本實(shí)用新型的嵌入件10的透視圖，其包括具有用于與雙頭螺栓接合的孔1的擴(kuò)大 部分2、扁平葉片狀部分4和頸部過渡部分3。應(yīng)注意，所述孔以下述方式鉆出，即其并不延 伸到過渡部分3中很遠(yuǎn)。 部分2被顯著擴(kuò)大，并將在嵌入件安裝到葉片根部后從葉片根部的結(jié)構(gòu)部件突出出來(見圖6)，該部分具有矩形、圓形或其它形狀。該擴(kuò)大部分2設(shè)計(jì)成使得交變疲勞應(yīng)力 保持在較低水平，這是需要的，原因在于所加工出來的必須為了接合雙頭螺栓而提供的孔l 的應(yīng)力升高角部。 擴(kuò)大部分2將經(jīng)由頸部過渡部分3而向下頸縮到葉片狀部分4，該葉片狀部分4將 接合在葉片根部的結(jié)構(gòu)材料內(nèi)并將交變負(fù)載通過剪切力轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)結(jié)合點(diǎn)。葉片狀部分4 應(yīng)該經(jīng)可能寬，從而使得相鄰嵌入件之間的間隙最小(圖4和圖5)，以便使得可用結(jié)合面積 最大。 葉片狀部分4的厚度應(yīng)該根據(jù)所用的鋼材料的疲勞強(qiáng)度選擇。越高的疲勞強(qiáng)度將 導(dǎo)致越薄的部分4。希望使得葉片狀部分盡可能薄，原因在于為了在葉片狀部分的表面(即 嵌入件表面)上獲得均勻的剪切應(yīng)力，整個(gè)葉片根部的柔順性應(yīng)當(dāng)在嵌入件負(fù)載轉(zhuǎn)移區(qū)的 軸向長(zhǎng)度上相等。因此，越高的嵌入件剛度將需要提供更多的層壓材料，以便確保柔順性匹 配。結(jié)合設(shè)計(jì)由鋼部分的疲勞強(qiáng)度驅(qū)動(dòng)，且復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度始終遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，非常 需要改進(jìn)嵌入件的疲勞強(qiáng)度并因而降低其厚度。 優(yōu)選地，基于面積加權(quán)(area weighted)，嵌入件10的葉片狀部分4具有比其總長(zhǎng) 度的30%小的平均厚度，以及優(yōu)選地，基于面積加權(quán)，嵌入件10的葉片狀部分4具有小于其 平均寬度的30%的平均厚度。 為了改善嵌入件的疲勞強(qiáng)度，有利地利用鋼球?qū)ζ溥M(jìn)行噴丸處理，以便在嵌入件 表面引入殘余壓縮應(yīng)力。為了防止在噴丸變形處理期間翹曲，需要同時(shí)對(duì)嵌入件的兩側(cè)進(jìn) 行噴丸變形處理。這可以通過將嵌入件豎直地固定到一基板上并從兩個(gè)噴嘴同時(shí)對(duì)嵌入件 兩側(cè)進(jìn)行噴丸而實(shí)現(xiàn)。在噴丸變形之后，需要利用細(xì)沙進(jìn)行噴沙處理，以形成用于粘附結(jié)合 的更好的表面。例如，如果由鋼鍛造而成，則嵌入件具有至少600N/mm2的疲勞強(qiáng)度。 在噴沙結(jié)束之后，嵌入件表面必須立即防止腐蝕。這通過立即用一層符合層壓物 界面層來覆蓋它而實(shí)現(xiàn)。 嵌入件從葉片根部突出出來的部分(例如擴(kuò)大部分2)應(yīng)該用適當(dāng)?shù)耐苛戏乐垢?br> 蝕。最優(yōu)選地是一層環(huán)氧樹脂基涂料隨后一層聚氨酯的雙組分頂部涂層。 當(dāng)對(duì)嵌入件適當(dāng)處理之后，可以利用用于獲得正確定位的固定板將其安裝在葉片
根部中，如圖6所示。薄的漸縮的板狀部分4將在葉片的結(jié)構(gòu)部分內(nèi)通過剪切力實(shí)現(xiàn)負(fù)載
轉(zhuǎn)移。如圖4和5所示，預(yù)施加的復(fù)合材料層20安裝在嵌入件的葉片狀部分4上下，并且
然后插入到葉片根部的安裝孔中并結(jié)合到其上，以構(gòu)成葉片根部的結(jié)構(gòu)部件100。葉片根部
的安裝孔的實(shí)際截面形狀可以是矩形、三角形、卵形或其它形狀，但應(yīng)該非常扁平，使得其
或多或少類似于帶狀形狀，以便與嵌入件的葉片狀部分4的形狀配合。 通過使用本實(shí)用新型的嵌入件，組裝好的葉片的總重量和原材料成本將顯著降
低。例如，通過在40. 3m長(zhǎng)、用于1. 5兆瓦的風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片上使用本實(shí)用新型的嵌入件
代替螺母和雙頭螺栓捕獲系統(tǒng)，可以減少超過200kg的重量。
權(quán)利要求一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部的嵌入件，其整體地具有三個(gè)部分，即第一部分、第二部分和第三部分，其特征在于，所述第一部分是扁平的葉片狀，第二部分是從第三部分過渡到第一部分的頸縮過渡部，第三部分具有擴(kuò)大的橫截面。
2. 如權(quán)利要求1所述的嵌入件，其特征在于，第三部分具有當(dāng)嵌入件安裝在葉片根部 中時(shí)用于與雙頭螺栓接合的孔。
3. 如權(quán)利要求1所述的嵌入件，其特征在于，基于面積加權(quán)，所述第一部分的平均厚度 小于其總長(zhǎng)度的30%。
4. 如權(quán)利要求1所述的嵌入件，其特征在于，基于面積加權(quán)，所述第一部分的平均厚度 小于其平均寬度的30%。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的嵌入件，其特征在于，所述第一部分的表面覆蓋有 一層復(fù)合層壓物界面層。
6. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的嵌入件，其特征在于，所述第三部分覆蓋有防腐蝕 涂料。
7. 如權(quán)利要求6所述的嵌入件，其特征在于，所述涂料是一層環(huán)氧樹脂基涂料隨后一 層聚氨酯的雙組分頂部涂層。
8. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的嵌入件，其特征在于，所述嵌入件由鍛造鋼制成。
9. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的嵌入件，其特征在于，所述第一部分從兩側(cè)經(jīng)受噴 丸變形。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根部的嵌入件，其整體地具有三個(gè)部分，即第一部分、第二部分和第三部分，其特征在于所述第一部分是扁平的葉片狀，第二部分是從第三部分過渡到第一部分的頸縮過渡部，第三部分具有擴(kuò)大的橫截面；本實(shí)用新型顯著減小了每個(gè)嵌入件之間難以填充的空間的尺寸；可以通過使用本實(shí)用新型使得葉片根部生產(chǎn)過程自動(dòng)化；利用本實(shí)用新型，組裝好的葉片的總重量以及原材料成本能顯著降低，這將顯著降低葉片成本。
文檔編號(hào)B29C70/86GK201539357SQ20092017427
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月23日
發(fā)明者米蓋比 申請(qǐng)人:蘇州紅楓風(fēng)電模具有限公司