叶片根部嵌件以及风轮机叶片制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于风轮机叶片根部附接的叶片嵌件(4)并设计风轮机叶片，该嵌件用于将螺栓接纳在所述嵌件的内螺纹中，所述嵌件(4)是混合式嵌件，该嵌件包括由诸如软钢之类的第一材料形成的细长本体(6)，由具有高耐腐蚀性的诸如不锈钢之类的第二材料形成的环形端部(8)结合至该本体，这两部分通过摩擦焊接处理而结合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】叶片根部嵌件以及风轮机叶片
本技术涉及一种具有改善的耐腐蚀性的风轮机叶片根部嵌件，涉及具有这样的嵌件的叶片，并且涉及一种制造这样的嵌件的方法。
技术介绍
在电站级风轮机中，叶片通常通过螺栓连接而连接至轮毂。轮毂承载轴承结构，此轴承结构允许叶片旋转或者绕其纵轴线在一定程度上变桨，该轴承结构包括轴承环，此轴承环可相对于轴承的固定至轮毂的固定部旋转。此轴承环形成有用于接纳连接螺栓的间隔开口。叶片的根部端设置有一系列纵向延伸的、沉入到根部端面中的金属嵌件，这些嵌件绕根部端均匀间隔开，嵌件均具有内螺纹。当叶片连接至轮毂时，螺栓穿过轴承环中的开口，螺栓端部拧入到嵌件中以形成叶片与轮毂的刚性可释放连接。设置大量嵌件使得叶片根部经受的高负载遍布于大量螺栓连接。嵌件因其形状有时被称作“胡萝卜(carrot)”，嵌件大部分嵌在叶片中，装配到位于叶片根部中的钻出的开口中并借助粘合剂固定在其中。仅嵌件的端面暴露在叶片根部端面处。鉴于对高强度的需求，嵌件通常由软钢形成。然而，风轮机操作环境可能恶劣，在风轮机的整个寿命(可能是20至25年)中，风轮机暴露至雨以及离岸环境下的盐。尽管采用诸如在暴露的金属区域使用油以及在安装叶片之前在嵌件上使用保护带之类的减少环境影响的措施，但是几乎不可避免地发生一定程度的腐蚀。腐蚀主要出现在嵌件端面处但沿嵌件与叶片之间的结合层也出现一定程度的腐蚀。较长的一段时期后，这样的腐蚀潜在地减小连接的强度。本技术针对提供一种表现改善的腐蚀性的嵌件结构。
技术实现思路
根据本技术的第一方面，提供一种用于风轮机叶片根部附接的叶片嵌件，该嵌件用于将螺栓接纳在所述嵌件的内螺纹中，所述嵌件包括由第一材料形成的细长本体，由耐腐蚀性比所述第一材料高的第二材料形成的环形端部结合至该本体，所述第二材料是不锈钢。第一材料可以是软钢，由于软钢的良好机械性能以及低成本而选择软钢。嵌件布置成使得螺纹部分仅形成在第一部分中，同时端部形成不具有内螺纹的环形套管，在使用过程中，叶片螺栓延伸穿过此环形套管。以此方式，在将叶片固定至轴承时将螺栓装配在嵌件中并且拧紧时，端部与接头维持受压。所述内螺纹仅形成在由所述第一材料形成的所述细长本体中。所述端部借助摩擦焊接技术结合至所述细长本体。所述端部具有10mm至60mm之间的长度。在另一方面中，本技术涉及一种形成有多个这样的嵌件的风轮机叶片。在再一方面中，本技术涉及一种形成用于风轮机叶片的根部嵌件的方法，此方法包括：提供用于形成所述嵌件的主体的第一材料的第一坯料部；提供用于形成所述嵌件的端部的第二材料的第二坯料部，所述第二材料比所述第一材料具有较高的耐腐蚀性；将所述坯料部旋转焊接在一起；加工外部以移除多余材料；在内部钻孔并机加工以形成具有内螺纹的纵向开口。附图说明现在参照以下附图仅以实施例的方式描述本技术的实施方式，在附图中：图1是风轮机叶片的根部端的端视图，此图示出了叶片根部嵌件；图2是根据本技术的实施方式的混合式叶片根部嵌件的一部分的剖面图；图3(a)示出了通过将嵌件的部件摩擦焊接在一起而形成混合式嵌件的第一步；以及图3(b)示出了由坯料形成的混合式嵌件。具体实施方式在电站级风轮机中，叶片通过螺栓连接而连接至轮毂，螺栓连接包括大量螺栓，这些螺栓穿过轮毂上的叶片轴承的可移动环中的各个开口，进入到叶片根部中的相应连接装置中。如图1中所示，在通常由诸如树脂基体中的玻璃以及/或者碳纤维之类的加强纤维复合物制成的传统风轮机叶片中，叶片根部端2设置有多个嵌件4，这些嵌件装配到钻入到叶片根部端中的开口中并且结合在其中。这些嵌件绕叶片根部端等距间隔开，并且均在叶片内纵向延伸(图1借助虚线仅示出了几个嵌件的位置)。这些嵌件4均具有内螺纹，各个螺栓从叶片轴承拧紧到内螺纹中。这些嵌件4的端部在叶片根部端面处暴露，嵌件从叶片根部端面延伸一段通常小于5mm的较小的距离。另选地，还公知在根部端中采用复合预成形件，这些预成形件在固化之前与叶片材料叠合。可在这些预成形件中钻出开口。可在模制叶片之后完成此操作，或者另选地，可在预成形件嵌入到铺叠体中之前在预成形件中预钻开口。根据本技术，如图2中所示，嵌件4形成为由相对低级钢的主体部6以及具有较高耐腐蚀性的钢的端部8形成的混合式嵌件。在优选实施方式中，主体部6如传统上那样由软钢形成，但在接头7处结合至不锈钢端部8，注意，嵌件的暴露端面位于图的右侧。“软钢”指的是具有按重量计约0.05％至0.3％碳(更一般地，0.1％至0.25％碳)的低碳含量的低碳钢。“不锈钢”指的是具有高铬含量(通常至少13％，可能高达25％)的钢，依据碳含量以及其他合金元素的存在及含量，可以是奥氏体、铁素体或者马氏体不锈钢。端部8是管状的并且优选具有无内螺纹的内表面，仅在软钢的主体部6中形成标示为10的内螺纹，借此，不锈钢部分8以及位于主体部6与不锈钢端部8之间的接头7不直接遭受来自叶片螺栓的负载，尤其是扭转负载。实际上，由于接头7朝嵌件的外侧布置，螺栓连接到螺纹10中，当螺栓插入并拧紧时，轴承支靠嵌件使得钢部分8与接头被置于受压。嵌件可照常借助粘合剂结合到叶片根部端面中的开口中，不过其他处理可进一步提高嵌件的粘附。以此方式，嵌件4的暴露在叶片根部端面处的部分由具有高耐腐蚀性的材料形成。而且，嵌件4的位于与叶片根部结合的外结合层(图2中标示为12)处的可能易被腐蚀的大部分长度也因此高度耐腐蚀。在使用过程中，为了进一步提高嵌件的端部的耐腐蚀性，可以在暴露的内部处施加油膜(如标示在14处的)。依据嵌件的长度，不锈钢部分8的长度可以相对较短(例如20至60mm或者仅仅10mm)。重要的是，不锈钢部分8的长度超过嵌件从根部端伸出的距离。在混合式嵌件的形成中，不锈钢端部可利用如现在参照图3(a)和图3(b)描述的旋转摩擦焊接技术固定至主体部6。旋转摩擦焊接需要：第一部件相对于与第一部件隔开并高速旋转的第二部件保持静止，并且在旋转的部件的驱动停止时将两个部件带到一起。产生的摩擦以及由此造成的局部热使材料结合在一起，旋转的部件由于逐渐结合至静止部件而快速慢下来至休止。更特别地，如图3(a)中所示，在部件结合以形成如以上描述的嵌件4的过程中，预定形成主体部6的软钢圆柱杆20在卡盘21中保持静止，而分离的不锈钢杆22保持在高速旋转的旋转卡盘23中。当旋转驱动断开连接时，使不锈钢杆22与软钢部件20接触，借此软钢部件20与不锈钢部件22通过旋转焊接结合。取决于不锈钢部分的期望长度，如果期望的长度特别短，则由于夹持短长度的不锈钢困难，可布置成提供较长部分的不锈钢(例如50mm长度)，然后在焊接后对其进行切割。然后利用工具24在外部机加工结合的部件20、22的复合杆以产生基本光滑的外部并且移除接头处多余的材料，并且在内部钻孔并机加工以提供具有螺纹10的纵向开口并且为不锈钢部分8提供光滑内部。意识到，摩擦焊接是形成混合式嵌件的有效方式；实际上，接头无需非常结实，因为接头不遭受扭转负载，而是遭受压缩负载。另选地，可以利用其它技术来结合主体部与不锈钢端部。例如，可利用诸如花键联接或者在一个部件上形成竖柱将其接纳在另一部件上的开口或者狭缝中之类的合作结构形成所述的两个部件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风轮机叶片根部附接的叶片嵌件，该叶片嵌件用于将螺栓接纳在所述叶片嵌件的内螺纹中，其特征在于，所述叶片嵌件包括由第一材料形成的细长本体，由耐腐蚀性比所述第一材料高的第二材料形成的环形的端部结合至该本体，所述第二材料是不锈钢。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.18 DK PA2015702881.一种用于风轮机叶片根部附接的叶片嵌件，该叶片嵌件用于将螺栓接纳在所述叶片嵌件的内螺纹中，其特征在于，所述叶片嵌件包括由第一材料形成的细长本体，由耐腐蚀性比所述第一材料高的第二材料形成的环形的端部结合至该本体，所述第二材料是不锈钢。2.根据权利要求1所述的叶片嵌件，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·伦德，安德斯·延森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，AVK工具公司，
类型：新型
国别省市：丹麦,DK