[发明专利]用于风力涡轮机叶片根部的插入件

说明书

一种用于风力涡轮机叶片根部的插入件(105)。插入件(105)具有衬套(40)和带有周向环形凹槽(68)的外表面。过渡层5(102)围绕衬套(40)构建。过渡层(102)具有纤维材料片层和在凹槽中的丝状材料缠绕物(80)，该丝状材料缠绕物(80)与覆盖凹槽(68)的纤维层片(98)交替。每个纤维层片(98)通过缠绕物(80)锚定到凹槽(68)中。纤维板条(148)围绕过渡层(102)装配以形成插入件主体(108)。每个板条(148)具有三角形横截面，使得板条给予插入件四边形或梯形横截面。

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片根部的插入件，以及制造这种插入件的方法。

背景技术

WO2010/041008公开了一种用于形成例如风力涡轮机轮毂的单轴复合材料的端部连接的插入件。该插入件包括具有多个纤维的套筒，所述多个纤维具有多轴布置。套筒的内表面的至少一部分包括螺纹结构。螺纹可以被切入套筒中，或者套筒可以形成在心轴上。螺旋螺纹插入件可用于提供易于重复使用的插入件。

用于大型水平轴线风力涡轮机的风力涡轮机叶片可具有相当大的质量，可能在10吨或更大的范围内，高达30吨或更大。叶片紧固到轮毂以构成转子。转子在主轴上旋转以驱动发电机。叶片在其根部端部处附接到轮毂凸缘。叶片通常使用一组螺栓连接到轮毂凸缘。主要由于叶片质量和风力以及转子的永久旋转的影响，叶片轮毂连接件上的应力是相当大的，这倾向于随着转子的每次旋转而改变叶片上的力的程度和方向。系统中的振动也是相当大的。在20年及更长的预期寿命的情况下，叶片轮毂连接件的疲劳性能是关键的。通常称为柱螺栓的螺栓组可使用嵌入叶片的根部端部中的螺纹衬套而连接到叶片根部。这种衬套通常是圆柱形的，通常由钢制成。衬套将载荷从叶片传递到柱螺栓。柱螺栓将这些载荷传递到轮毂，该轮毂是刚性的、通常是铸造的部件。考虑到对叶片轮毂连接件的疲劳要求，将衬套嵌入叶片根部的方式可能是关键的。本发明涉及一种将衬套嵌入其中的插入件的设计以及制备该插入件的方法。包含衬套的插入件可以与其它插入件一起嵌入叶片根部。因此，叶片根部及其插入件呈现了用于螺栓连接到轮毂的连接面。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种用于风力涡轮机叶片根部的插入件，插入件主体；衬套，所述衬套具有螺纹孔和带有周向凹槽的外表面；以及过渡层，所述过渡层包括覆盖所述衬套外表面的纤维层片以及在所述纤维层片上的缠绕物，使得连续的所述层片与所述缠绕物交替，其中，每个纤维层片通过相关联的一组所述缠绕物锚定到所述凹槽中，并且所述插入件主体围绕所述过渡层。

过渡层在衬套和插入件主体之间提供抗疲劳界面层。

优选地，插入件还包括延伸部分，该延伸部分远离衬套延伸至尖端，其中，延伸部分随着其远离衬套延伸至尖端而渐缩。

优选地，衬套是沿着主轴线延伸的细长衬套。所述过渡层中的连续层片优选地与所述缠绕物在径向方向上围绕所述衬套交替。衬套包括内孔。该孔优选包括内螺纹形式的螺纹部分。在实施方式中，衬套可以包括端部区域和主体区域。端部区域可以包含螺纹孔。主体区域的外表面可以包括周向凹槽。在实施方式中，衬套端部区域可与主体区域偏移，使得没有任何凹槽环绕内螺纹。或者，凹槽可以沿衬套的整个长度分布，使得凹槽中的一些环绕内螺纹。

可选地，衬套的端部区域在螺纹孔处具有最小壁厚，该最小壁厚大于主体区域的最大壁厚，特别是在围绕所述主体区域的周向凹槽处。在螺纹孔处的最小壁厚可以与螺纹孔中的内螺纹的凹槽一致。衬套的内螺纹区域是衬套中的张紧螺栓与插入件主体之间的高载荷传递的区域。在螺纹孔处的高的最小壁厚使得衬套的端部区域更加抗裂。

可选地，衬套的端部区域具有圆柱形外表面。