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风能设备和用于风能设备的转子叶片


技术摘要:
本发明涉及一种用于风能设备(100)的转子叶片(200),其具有:用于将转子叶片(200)固定在风能设备(100)的毂上的转子叶片根部(201);内叶片部段(204),所述内叶片部段从转子叶片根部(201)起沿转子叶片(200)的转子叶片纵向延伸(226)的方向延伸;和用于将转子叶片(200)沿轮  全部
背景技术:
在作为优先权基础的德国申请中,德国专利商标局检索到如下文献:DE  10  2005  040  479  A1、DE  10  2012  109  170  A1、DE  10  2012  11  195  A1、DE  10  2014  214  220  A1、 DE  10  2015  116  634  A1。 已知这种关于转子旋转方向具有多个部段或区段的转子叶片。证实为有利的是, 这种转子叶片尤其针对非常大的转子直径不是仅仅一件式地构成,而且要以如下方式构 成,即内叶片部段以及后棱边区段至少部分地彼此独立地制成然后连接。构件的连接需要 时可以在制造厂本身中,直接在转子叶片安装在风能设备上之前或在为其所设立的安装地 点处进行。在将这种内叶片部段与相关的后棱边区段连接之后在两个区段的过渡区域之间 典型地产生表面缝隙。因为在运行中多个力和力矩,例如离心力作用到转子叶片上并且所 述转子叶片同时可以承受不同的温度,所以在内叶片部段和后棱边区段之间构成的缝隙的 尺寸经受改变。 原则上,在转子叶片中致力于高的空气动力学性能和尤其在从内叶片部段至后棱 边区段的棱边的过渡的区域中尽可能平坦的且尽可能连续伸展的叶片表面,由此可以尽可 能大程度地限制或避免阻力引起的空气涡流。目的是,减少这种转子叶片的流阻并且优化 风能设备的能量收益。 以往,为了减少内叶片部段和后棱边区段之间的过渡缝隙,在内叶片部段和后棱 边区段之间的过渡部处设置有楔形元件。所述也称作为轮廓楔形部的元件主要用于实现从 内叶片部段至后棱边区段的有利于流动的、尽可能连续的过渡。这种轮廓楔形部通常牢固 地与内叶片部段连接。然而,即使在使用这种轮廓楔形部时也需要的是,在内叶片部段上设 置的轮廓楔形部和后棱边区段之间提供一定的缝隙,以便在作用到构件上的弯曲应力、扭 转力矩和温度改变连同与其关联的材料膨胀的情况下,避免相关的构件彼此接触并且加载 有应力,所述应力可能损坏构件。 即使通过使用这种轮廓楔形部已经能实现与不具有这种楔形部的解决方案相比 的空气动力学的优点,也由于内叶片部段和后棱边区段之间的缝隙而留有空气动力学的干 扰因素。
技术实现要素:
因此,本发明的目的是,如下改进开头提到类型的转子叶片,使得尽可能消除在现 4 CN 111601967 A 说 明 书 2/6 页 有技术中发现的缺点。尤其提出一种转子叶片,其具有更高的空气动力学的效率,而不易引 起由磨损造成的损坏。 根据本发明,所述目的通过开头提到类型的转子叶片实现,其方式是在从内叶片 部段至后棱边区段的棱边的过渡区域中设置有覆盖唇,所述覆盖唇与棱边重叠。 本发明利用如下认识,这种与后棱边区段的棱边重叠的覆盖唇适合于,改进这种 从内叶片部段至后棱边区段的过渡部的表面性能和表面连续性,使得空气动力学的流可以 低阻力地经过这种表面。 同时,后棱边区段的棱边的重叠保证内叶片部段和后棱边区段的棱边之间的较大 的可相对运动性,使得在运行中产生的力和力矩和尤其由不同温度产生的构件变形可以被 补偿,因为后棱边区段和覆盖唇不“碰撞”。覆盖唇在此尺寸确定为,使得即使在内叶片部段 相对于后棱边区段的棱边相对运动时也避免在这两个构件之间产生缝隙。总的来说,由此 与从现有技术中已知的解决方案相比改进了这种转子的空气动力学的效率从而改进了有 效系数。 本发明通过如下方式改进,覆盖唇覆盖内叶片部段至后棱边区段的棱边的过渡区 域。在此,内叶片部段到后棱边区段的棱边的过渡部的这种覆盖被证实为特别适合于将流 尽可能低阻力地在两个区段的过渡部上引导。覆盖唇在此优选匹配于棱边的空间轮廓。为 此,根据占主导的空气动力学条件,覆盖唇可以构成为平坦的元件或者然而构成为弯曲的 面。 根据一个优选的实施方式,覆盖唇至少部段地或完全地沿转子叶片纵向延伸方向 延伸。在用于功率大的风能设备的转子叶片中被证实为有利的是,后棱边区段附加地沿着 转子叶片纵向延伸划分为各个区段。在这种情况下有利的是,也将覆盖唇划分为各个区段 并且相应地为后棱边区段的每个部段分配单个覆盖唇,所述覆盖唇沿转子叶片纵向延伸的 方向延伸。同时,对于具有一件式的后棱边区段的转子叶片有利的可能是,使用单个的覆盖 唇,其完全地或基本上完全地沿转子叶片纵向延伸的方向或沿着转子叶片的后箱延伸。 覆盖唇优选具有凹部,所述凹部具有深度,后棱边区段的棱边沿着凹部的深度可 移动地容纳在所述凹部中。凹部在此尤其包围后棱边区段的棱边,由此虽然后棱边区段的 棱边沿着凹部的深度可移动,但是垂直于转子叶片的旋转方向总是与凹部接触。由此确保, 不覆盖唇不从后棱边区段的棱边抬起从而产生缝隙。同时然而仍可实现后棱边区段的棱边 沿着凹部的深度的运动,由此避免,将应力引入相关的构件中。 覆盖唇优选具有由纤维增强塑料,尤其由玻璃纤维增强的塑料(GFK)构成的基本 体。根据另一替选的实施方式,然而也可以使用碳纤维增强的塑料(CFK)或其他纤维复合材 料以及多种不同的纤维类型的组合,例如玻璃纤维和碳纤维的组合。因为内叶片部段和后 棱边区段典型地具有显著的GFK份额,所以GFK的应用也被证实为对于这种覆盖唇的基本体 有利的。 根据一个优选的改进方案,凹部具有一个或多个滑动体,所述滑动体具有用于滑 动地容纳后棱边区段的棱边的滑动面。为了能够实现后棱边区段的棱边沿着凹部的深度的 尽可能低阻力的可移动性,证实为有利的是,在凹部的与后棱边区段的棱边接触的两个面 上构成滑动面。这种滑动面的构成带来如下优点:不仅在凹部的区域中而且在后棱边区段 的棱边的区域中减少了材料磨损。替选地或附加地,滑动面设置在后棱边区段的棱边上。 5 CN 111601967 A 说 明 书 3/6 页 本发明通过如下方式改进,滑动面由热塑性塑料构成。由此后棱边区段和覆盖唇 之间的配对是非常耐久的,因为热塑性塑料低磨损地在后棱边方面的纤维增强的塑料,尤 其GFK上滑动。 在一个优选的实施方式中,在滑动体的背离滑动面的侧上设置有织物蒙皮。换言 之,织物蒙皮设置在滑动体的如下侧上,所述侧背离凹部内部。织物蒙皮在此优选在挤压滑 动体时滚压(压延)到所述滑动体中。织物随后通过侧凹部(微型齿部)与滑动体牢固地连 接。优选地用于蒙皮的织物具有聚酯织物,尤其聚酯拉伸织物,其具有200g/m2至250g/m2的 单位面积重量。 覆盖唇的纤维增强塑料优选具有基质,纤维嵌入所述基质中,其中滑动体的织物 蒙皮与纤维增强塑料的基质连接,尤其嵌入所述基质中。滑动体和纤维增强塑料之间的牢 固的连接在此特别优选通过纤维增强塑料的基质材料与滑动体的织物蒙皮的侧的连接来 实现,尤其基于侧凹部(微型齿部)实现。覆盖唇的纤维复合材料由此即使当作为基质材料 选择在其它情况下仅能差地或完全不能与热塑性塑料连接的材料时,也可牢固地且可持久 保持地与滑动体连接。 优选地,基质材料选自如下列表:环氧树脂,聚酯树脂,尤其是不饱和的,乙烯基树 脂,酚醛树脂,邻苯二甲酸二烯丙酯树脂,甲基丙烯酸树脂,聚氨酯树脂,氨基树脂。 还优选的是,热塑性塑料选自如下列表:聚甲醛(POM)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET- P)、聚酰胺6(PA6)、聚酮(PK)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚丙烯(PP)。所述材料具有高的刚性、低 的摩擦系数、良好的尺寸稳定性和热稳定性。 根据一个优选的改进方案,覆盖唇具有基本体,所述基本体具有第一端部和第二 端部,其中在第一端部上设置有凹部而在与凹部相对置的第二端部上设置有用于固定在内 叶片部段上的固定部段。在此,覆盖唇的固定部段在内叶片部段上的固定尤其借助于粘结 实现。优选地,固定部段具有表面增大部,所述表面增大部优选呈相对于基本体的其他面部 段打毛的形式的表面,以便促进持久的粘结。 还优选的是,在固定部段上设置有密封装置,尤其是橡胶密封装置,所述密封装置 具有密封轮廓。密封轮廓优选选自如下形状:音符轮廓、梯形轮廓、倒圆的轮廓、空心轮廓、U 形轮廓、角轮廓或特殊轮廓。这种密封装置尤其用于对粘结面局部限界并且防止不期望地 侧向流散,即粘结剂大面积地分布,尤其是朝后棱边区段的棱边方向流散。此外,这种密封 装置提高了粘结连接的稳定性并且还辅助性地用于构成覆盖唇相对于内叶片部段的楔形 走向。这种楔形走向被证实为空气动力学方面有利的。 根据一个优选的实施方式,内叶片部段具有圆形的或卵形的,尤其椭圆形的横截 面。内叶片部段在叶片根部附近构成转子叶片的轮廓突起部或前棱边,其中尤其是转子叶 片的内叶片部段的形状从而空气动力学的特性在叶片根部附近本质上一起受影响。 根据另一实施方式优选的是,内叶片部段构成为卷绕体。这种卷绕体尤其能半自 动化地制成。 本发明在上文中关于转子叶片进行描述。在另一方面中,本发明涉及一种风能设 备,其具有塔、可转动地安装在塔上的吊舱,可转动地安装在吊舱上的转子和多个固定在转 子上的转子叶片。本发明实现开头提到的关于风能设备的目的,其方式为至少一个转子叶 片根据上文所描述的优选的实施方式之一构成。 6 CN 111601967 A 说 明 书 4/6 页 风能设备利用与根据本发明的转子叶片相同的优点和优选的实施方式。与此相关 地,参照上面的实施方案并且将其内容包含于此。 附图说明 下面根据优选的实施例参照附图详细描述本发明。 在此示出: 图1示出根据本发明的风能设备的立体图; 图2示出根据图1的根据本发明的风能设备的转子叶片区段; 图3示出根据图2的根据本发明的转子叶片区段的剖视图; 图4示出图3中的根据本发明的转子叶片区段的剖视图的细节视图; 图5示出图4中的根据本发明的覆盖唇的部段的细节视图; 图6示出根据图2的根据本发明的转子叶片区段的另外的细节视图; 图7示出根据图1至6的根据本发明的覆盖唇的剖视图;以及 图8示出根据图1至7的根据本发明的覆盖唇的立体图。
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