风力涡轮、转子叶片、叶片根部、根部衬套及其制造方法技术领域
本发明涉及用于风力涡轮转子叶片的叶片根部的根部衬套、叶片根部、风力涡轮转子叶片、风力涡轮、以及用于制造根部衬套的方法。
背景技术
现代风力涡轮转子叶片由纤维增强塑料制成。转子叶片通常包括具有倒圆前缘和尖锐后缘的翼型。转子叶片借助其叶片根部被连接到风力涡轮的轮毂。叶片根部包括多个根部衬套。根部衬套可设置有内螺纹。螺栓接合这些螺纹以将叶片根部连接到轮毂。EP1486415A1描述了这种根部衬套。轮毂与根部衬套之间的连接暴露于诸如雨水和泥土的环境影响下，且因此会腐蚀。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种用于风力涡轮转子叶片的叶片根部的改进根部衬套。
因此，提供一种用于风力涡轮转子叶片的叶片根部的根部衬套，其包括衬套本体和防腐蚀层，其中该防腐蚀层被设置在衬套本体的表面上，且其中，该防腐蚀层在冷作成形工艺中被施加到该表面上。
具体地，防腐蚀层被提供至衬套本体的前表面或远端表面。衬套本体优选地由“球墨铸铁”制成。该材料由于其球墨内含物而高度抗冲击并且抗疲劳。一种类型的该材料是所谓的ADI（奥贝球铁），其中该材料的金相结构通过复杂的热处理工艺被操纵。根部衬套的有利之处是，由于防腐蚀层在冷作成形工艺中被施加的事实，防腐蚀层的施加不会由于加热该材料而影响球铁的机械属性。衬套本体可具有环形、矩形、圆形、六边形和星形形状的几何构型等。
根据一个实施例，所述衬套本体和所述防腐蚀层由不同材料制成。优选地，所述衬套本体包括球墨铸铁，所述防腐蚀层包括诸如锌的防腐蚀材料。因此，防止了衬套本体且尤其防止了球墨铸铁受腐蚀。
根据另一实施例，防腐蚀层是金属片材或箔。金属片材或箔可设置有非常均匀的厚度。因此，防腐蚀层被设置得十分均匀并且具有均匀的厚度。这提高了叶片根部与轮毂之间的连接的可靠性和耐用性。防腐蚀层可以均匀片材或预铸形状的形式被提供。
根据另一实施例，防腐蚀层被设置在衬套本体的表面、外壁和/或内壁上。衬套本体优选地设置有中心孔。该中心孔可设置有防腐蚀材料的均匀且一致的层。与此相比，施加喷涂或热电镀防腐蚀涂层在相对小的孔（例如，衬套本体的中心孔）中是非常困难的。
根据另一实施例，衬套本体由含铁的材料制成。该材料具有高的抗冲击和抗疲劳性能。
此外，提供了包括这种根部衬套的风力涡轮转子叶片的叶片根部。该叶片根部优选地包括可设置成圆形图案的多个根部衬套。
此外，提供一种风力涡轮转子叶片，其包括这种根部衬套和/或这种叶片根部。
此外，提供一种风力涡轮，其包括这种根部衬套、这种叶片根部、和/或这种风力涡轮转子叶片。
此外，提供一种制造用于风力涡轮转子的叶片根部的根部衬套的方法。该方法包括以下步骤：
a)提供衬套本体；
b)提供防腐蚀层；以及
c)在冷作成形工艺中将防腐蚀层施加到衬套本体的表面上。
根据一个实施例，防腐蚀层以金属片材或箔的形式被提供。
根据另一实施例，防腐蚀层以具有中心孔的圆盘的形式被提供。在将防腐蚀层施加到该表面期间，防腐蚀层的材料塑性变形并且不可释放地附接到衬套本体的表面上。
根据另一实施例，防腐蚀层被施加到衬套本体的表面、外壁和/或内壁上。
根据另一实施例，防腐蚀层借助于打孔器被施加到衬套本体的表面上。穿孔器或打孔器优选地具有内销和围绕该内销的外环。销和环优选地同轴地设置。具体地，环突出超过所述销。
根据另一实施例，当施加防腐蚀层时，打孔器与衬套本体的中心孔啮合。因此，中心孔或内壁可覆盖有防腐蚀层。
根据另一实施例，当施加防腐蚀层时，打孔器与衬套本体的外壁啮合。因此，外壁可覆盖有防腐蚀层。
“风力涡轮”当前指代将风的动能转换为旋转能量的设备，该旋转能量可通过该设备再次转换为电能。
本发明的其他可能实施方式或替代性方案还可包括针对实施例在上文或下文描述的特征的在本文未被明确地提及的组合。本领域技术人员还可将单独或孤立的方面和特征添加到本发明的最基本形式中。
附图说明
从后续说明和所附权利要求书结合附图将显而易见到本发明的其他实施例、特征和优势，在附图中：
图1是根据一个实施例的风力涡轮的透视图；
图2是根据一个实施例的风力涡轮转子叶片的透视图；
图3是根据图2的风力涡轮转子叶片的端视图；
图4是用于根据图2的风力涡轮转子叶片的根部的根部衬套的截面图；
图5是根据图4的根部衬套的另一截面图；以及
图6示出了用于制造风力涡轮转子叶片的叶片根部的根部衬套的方法的实施例的框图。
附图标记列表
1风力涡轮
2转子
3机舱
4塔架
5叶片
6轮毂
7部分
8叶片根部
9根部衬套
10衬套本体
11孔
12壁
13壁
14表面
15防腐蚀层
16孔
17打孔器
18箭头
19箭头
20销
21环
S1方法步骤
S2方法步骤
S3方法步骤。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记指代相同或功能上等效的元件，除非另有说明。
图1示出了根据一个实施例的风力涡轮1。
风力涡轮1包括连接到设置在机舱3内侧的发电机（未示出）上的转子2。机舱3被设置在风力涡轮1的塔架4的上端处。
转子2包括三个叶片5。叶片5被连接到风力涡轮1的轮毂6。这类转子2可具有范围在例如从30米至160米的范围内的直径。叶片5经受高风力负载。与此同时，叶片5需要是轻质的。出于这些原因，现代风力涡轮1中的叶片5由纤维增强复合材料制造成。在本文中，玻璃纤维出于成本原因通常是优于碳纤维的。通常，使用呈单向纤维垫形式的玻璃纤维。
图2示出了根据一个实施例的叶片5。
叶片5包括：空气动力学设计的部分7，其被成形以便实现风能的最佳利用；以及用于将叶片5连接到轮毂6的叶片根部8。叶片5可以借助于螺栓固定到轮毂6。
图3示出了叶片根部8的端视图。
叶片根部8包括多个根部衬套9，其用于将叶片5可释放地连接到轮毂6。根部衬套9被嵌入到叶片根部8中，使得螺栓（未示出）能够被螺接到根部衬套9的内螺纹中，以用于与其牢固但可释放的接合。根部衬套9的数量是任意的。在图3中，仅示出了三个根部衬套9。
图4和图5是根部衬套9的纵向截面图。
在下文中，同时参考图4和图5。根部衬套9包括衬套本体10。衬套本体10优选地是具有圆形截面的筒形形状。衬套本体10还可具有环形、矩形、圆形、六边形或星形几何构型等。衬套本体10设置有中心孔11。中心孔11可包括螺纹。螺栓（未示出）可接合衬套9的螺纹，以将叶片5连接到风力涡轮1的轮毂6。
衬套本体10包括内壁12和外壁13。壁12、13同轴地设置。因此，根部衬套本体10具有管形状。根部衬套本体10还包括表面14、优选地前表面14。相对于叶片5，表面14是衬套本体10的远端表面14。
衬套本体10优选地由“球墨铸铁”制成。该材料由于其球墨内含物而高度抗冲击并且抗疲劳。一种类型的这种材料是所谓的ADI，其中该材料的金相结构通过复杂的热处理工艺而被操纵。
根部衬套9包括防腐蚀层15，其至少设置在根部衬套本体10的表面14上。防腐蚀层15由于衬套本体10不同的另一材料制成。防腐蚀层15包括防腐蚀材料，例如锌。优选地，防腐蚀层15具有少于1mm、更优选地在0.1和1mm之间、更优选地在0.1和0.8mm之间、更优选地在0.1和0.8mm之间、更优选地在0.1和0.6mm之间、以及更优选地在0.1和0.4mm之间的厚度。防腐蚀层15在冷作成形工艺中被施加到表面14上。具体地，防腐蚀层15利用大的力被压制到表面14上，使得防腐蚀层15被冷焊到表面14上。
防腐蚀层15优选地被设置为平坦金属片。替代性地，防腐蚀层15可被设置成预铸形状。例如，防腐蚀层15可被设置成盆形状等。如从图5可看到的，防腐蚀层15被设置到衬套本体10的前表面14、内壁12和/或外壁13上。
图6示出了根据实施例的用于制造根部衬套9的方法的流程图。
在步骤S1中，提供根部衬套本体10。在步骤S2中，提供防腐蚀层15（步骤S1和S2见图4）。防腐蚀层15以金属片材或箔的形式被提供。具体地，防腐蚀层以具有中心孔16的圆盘的形式被提供。
在步骤S3中，防腐蚀层15在冷作成形工艺中被施加到衬套本体10的表面14上。防腐蚀层15借助于穿刺器或打孔器15被施加到表面14上。如在图4中可看到的，防腐蚀层15被设置在表面14和打孔器17之间。防腐蚀层15可替代性地设置在表面14或打孔器17上。打孔器17利用大的力被压靠在防腐蚀层15上，以将防腐蚀层15连接到表面14。防腐蚀层15还连接到壁12、13。
借助于箭头18、19示出了在步骤S3期间打孔器17的运动。箭头18示出了当将防腐蚀层15压制到衬套本体10上时打孔器17的运动。箭头19示出了当在将防腐蚀层15和衬套本体10连接之后从根部衬套9移除打孔器时打孔器17的运动。在施加防腐蚀层15期间，其材料塑性变形。
打孔器17具有内销20，该内销与衬套本体10的中心孔11啮合。打孔器17还具有外环21，该外环围绕销20并且与衬套本体10的外壁13啮合。环21突出超过销20。
由于衬套本体10和防腐蚀层15在将防腐蚀层15施加到衬套本体10期间都不升温的事实，衬套本体的材料的抗冲击和抗疲劳属性都不会被不利地影响。此外与诸如喷涂电镀的其他公知方法相比，所施加的防腐蚀层15的厚度十分均匀。与已知的喷涂或热电镀工艺相比，冷作成形工艺具有短得多的循环时间。这继而是成本有效的。
虽然本发明根据优选实施例被描述，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在所有实施例中，变形都是可能的。