[发明专利]用于风力涡轮机的转子

说明书

本申请要求于2011年8月2日递交的欧洲专利申请EP11382264.7和于2011年10月3日递交的美国临时专利申请No.61/542,477的优先权。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机中的叶片和毂的连接装置。本发明尤其涉及用于风力涡轮机的转子，其中所述叶片和毂如权利要求1的前序部分所限定的那样连接。本发明还涉及如权利要求5的前序部分所限定的风力涡轮机。

背景技术

风力涡轮机中的转子形成有这样的部分，即，所述部分在操作中受到较强的离心力、转动力和其他力，诸如重力和由于风作用在叶片上而产生的力。毂和连接至毂的叶片收到较强的力并且因此尤其是当使用时变得严重受力。风力涡轮机转子经受的较强的力是严重问题，在多数情况下会引起用于叶片和毂连接的附装装置的疲劳失效。因此，风力涡轮机转子中的所述部分并且尤其是叶片毂连接装置必须是重型构造。这导致不希望的沉重、大型并且昂贵的部件。

已知风力涡轮机叶片通过其相应的叶片根部通过使用附装装置而可释放地附装至转子毂。附装装置包括布置在毂的一部分中和叶片根部的一部分中的多个衬套和对应的柱栓。柱栓通过螺纹被接收到衬套中，以将叶片可释放地连接至毂。

风力涡轮机应用中的柱栓疲劳失效是已知的，具体是其固定端部的疲劳失效。已知这种失效是由作用在叶片和毂联接装置上的弯曲应力（径向力）和拉伸应力（纵向或轴向力）引起的。

作用在叶片上的所有力，即，沿着叶片的轴线的轴向力和对叶片的轴线的弯曲力，导致施加在每个柱栓上的拉力。由于叶片通常借助螺钉通过轴承附装至转子毂并且叶片的螺钉通常不是同轴地对应于毂的螺钉，因此所述拉力在组件上引起弯曲力。这种弯曲力取决于上述拉力，并且是变化的力，从而引起柱栓的额外的弯曲疲劳破坏。

现有技术试图提供用于解决叶片上高破坏力的有效方案。一个示例是给衬套的端部提供球轴承，如在US4773824中公开。该文献中所示出的风力涡轮机的转子包括承载多个叶片的转毂和用于将叶片连接至毂的附装装置。附装装置包括连接杆，该连接杆具有带螺纹的相对端，所述相对端旋拧到衬套的对应的端部中。在连接杆与衬套之间限定一空间。衬套的端部具有相应的球窝，所述球窝具有球面，以便吸收叶片的离心力。

虽然该方案解决了当使用时吸收离心力的问题，但这是通过提供轴承而实施的，所述轴承将衬套和柱栓作为整体操作。因此，没有高效地适应作用在风力涡轮机转子上的高弯曲应力。

US2007065288公开了借助嵌入到叶片部分中的衬套将风力涡轮机叶片部分可释放地附装至风力涡轮机毂。衬套的内螺纹可以在整个长度上延伸，或者衬套的至少一部分没有螺纹。因此，引入到衬套中并且与在螺纹中接合的柱栓可以被置于张力下。

虽然根据该方案叶片部分可以连接至毂而与作用在叶片上的循环载荷无关，但并没有解决如何高效地吸收毂上的叶片的离心力的问题，尤其是由于作用在叶片和毂连接装置上的所述力所导致的严重的弯曲应力。

通常在现有技术方案中，衬套螺纹基本与柱栓螺纹一样长，或者在有些情况下较短。衬套和柱栓螺纹长度基本相同，以便产生刚性的衬套-柱栓连接。因此，柱栓在任何弯曲和轴向方向上得以保持。如在此所使用的，弯曲方向代表柱栓可以相对于柱栓的轴线弯曲或挠曲的任何方向，例如径向方向、切向方向和类似方向。另一方面，轴向方向代表基本沿着柱栓的轴线的方向。

这种附装装置对于拉伸应力提供良好的硬度。然而，这些附装装置无法提供对弯曲应力的高效适应。在弯曲应力高于拉伸应力的情况下，并且尤其当这种弯曲应力由于高速阵风结合叶片自身转动而不时地施加从而导致疲劳破坏时，这是严重的缺点。

发明内容

本发明提供用于风力涡轮机转子的某些部分，尤其是用于风力涡轮机转子中的叶片部分和毂部分的非刚性联接装置。通过该非刚性联接装置，可以高效地适应作用在毂上的高离心力，尤其是所产生的弯曲应力，以便至少显著地减少破坏。

典型的风力涡轮机转子包括可转动的毂、绕毂布置的一对或多对叶片和用于将叶片的一部分（例如端部）可释放地附装或连接至风力涡轮机中的毂的一部分的附装装置。

在本发明的公开中，叶片的一部分应被理解为叶片的任何部分，例如叶片的端部，包括叶片根部。如果设有叶片根部延伸器，则叶片的一部分甚至也可以指叶片根部延伸器。已知，叶片根部延伸器通常联接至叶片根部并且联接至毂，并且用于增大风力涡轮机的转子直径，以产生较高的电力。