本發(fā)明涉及風力發(fā)電設備領域，尤其涉及一種葉片用嵌塊、葉片及風力發(fā)電機組。

背景技術：

縱觀風力發(fā)電機組的歷史，已經(jīng)進行了很多努力來開發(fā)一種堅固，緊湊和廉價的葉片用嵌塊。難以以有效和可靠的方式將玻璃纖維/樹脂，木纖維/樹脂或碳纖維/樹脂的復合結構固定到金屬輪轂上。

目前業(yè)界使用的葉片用嵌塊結構和安裝方法都屬于兩種類型之一。

第一類，點型接頭(所謂的T型接頭)和第二類型的表面到表面型接頭(所謂的預埋套管)。

對于標準的T型接頭，螺母的最小直徑通過下列要求確定：

1、嚙合螺紋長度；

2、螺母強度；

3、葉片結構中的孔的抗破碎性；

4、在葉片鉆孔后剩余的橫截面總面積的強度，包括應力集中因素。

通常，前兩個要求可以通過中等尺寸的螺母來滿足，然而，第三個標準需要大直徑的螺母。該問題在WO 2012 168990 A1的專利中被處理。最后，為了滿足第四個要求，葉根的厚度增加。如專利CN 202851266 U,US 2014/0169980A1的方案。這導致葉片的重量增加，從而降低了整個風力發(fā)電機組的效率。隨著葉片的尺寸和負載的增加，需要增加葉根厚度，或者實行螺母棋盤式布局。

對于帶有預裝套管的接頭，套管的尺寸主要由下列因素確定：

1、嚙合螺紋長度；

2、套管強度；

3、套管和其他葉片結構之間的粘合(粘合劑)的強度；

4、套管預安裝后葉片剩余截面的總面積強度，包括應力集中系數(shù)。

通常，前兩個要求可以通過中等尺寸的螺母來滿足。然而，第三個要求需要比較長的套管。同時，在結合表面處產(chǎn)生的邊緣效果(應力集中)，很難確保從纖維增強聚合物結構到套管的金屬結構的負載均勻分布，為此需要使用復雜形狀的套管最后，為了滿足第四個要求，葉根厚度需要增加，導致葉片重量增加，降低了整個風機的效率。而且，隨著葉片尺寸和負載的增加，需要提升葉根厚度，或者使用比較負載的套管排列方式，增加了很多成本，葉片重量也增加了不少。

預裝套管的接頭的進一步發(fā)展如WO 2006/070171A1所公開，其中引入了復雜形狀(類似冰激凌形狀)的預裝套管。被進一步描述的總形狀和附加的互鎖結構的作用是使每個緊固件獲得更多面積并且在負載傳遞過程中使用更大面積，因此，仍然使用葉根和套管結合處的剪切作為主要負載傳遞方式。該發(fā)明的主要缺點在于，由于套管的優(yōu)選形狀不是平坦的，因此，葉根需要如T型接頭一樣保持一樣的厚度或更大的厚度，導致相對高的葉片重量。其中的分層結構還需要增加額外的重量。最后，這種接頭方式不允許使用具有高柔性值的長、具有高疲勞壽命的螺栓。

上述的問題促使發(fā)明人不斷地尋找更好的方案。然而，現(xiàn)有技術中的所有方案都有同樣的困難，例如纖維被損壞或粘合長度過大。

專利WO2011/035548的主要目的是通過引入結合到葉片上的楔形結構來降低葉根的厚度。這種結構可以算作一種面到面的結合方式，具有此種類型的結合方式的缺點，如由于粘結劑的低剪切強度造成的低重量效率，粘結劑邊緣的應力集中，金屬與塑料粘合造成的問題等。

專利CN 103511191A的主要目的是通過在接頭中去除套管來減小葉根的厚度。這種結構可以算作是T型接頭，其具有T型接頭所具有的全部缺點。如，纖維增強材料的纖維完整性被破壞，螺栓引入?yún)^(qū)域的高應力集中等。另外，此種結構在使用過程中不能更換螺栓，使得葉根連接結構高失效性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供一種葉片用嵌塊、葉片及風力發(fā)電機組，以解決現(xiàn)有葉根預埋螺栓套需要額外增加葉根厚度的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例提供一種葉片用嵌塊，其包括：連接部，連接部具有連接孔；嵌入部，嵌入部與連接部連接，嵌入部包括安裝基體和嵌入凸起，嵌入凸起固定在安裝基體上，且沿葉根的徑向延伸，或沿第一方向延伸，第一方向與葉根的徑向具有第一夾角。

進一步地，沿遠離連接部的方向，嵌入部的安裝基體的厚度逐漸減小。

進一步地，安裝基體的相對至少一個側面上均設置有嵌入凸起。

進一步地，沿遠離安裝基體的方向，嵌入凸起的橫截面積逐漸減小。

進一步地，在安裝基體的一個側面上或兩個側面上設置有多個嵌入凸起，多個嵌入凸起在安裝基體上間隔設置。

進一步地，嵌入部設置在連接部的第一端；或連接部為柱體，嵌入部為兩個且一一對應地設置在連接部的徑向上的相對兩側；或連接部為柱體，嵌入部設置在連接部的第一端和徑向上的相對兩側。

進一步地，連接孔為螺紋孔。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種葉片，其包括葉根和與葉根連接的葉片用嵌塊，葉片用嵌塊為上述的葉片用嵌塊，至少葉片用嵌塊的嵌入部設置在葉根內(nèi)。

進一步地，葉片用嵌塊為多個，且沿葉根的周向間隔設置。

進一步地，葉片還包括兩個或兩個以上的葉片段，至少一部分葉片段沿葉片的長度方向依次連接；和/或至少一部分葉片段沿葉片的寬度依次連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種葉片，所述葉片包括兩個或兩個以上的葉片段，相鄰的葉片段中的一個或兩個葉片段對接的部分設置有葉片用嵌塊，所述葉片用嵌塊為上述的葉片用嵌塊。

進一步地，所述葉片用嵌塊為多個，且沿所述葉片段對接的部分周向間隔設置。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種風力發(fā)電機組，其包括葉片，葉片為上述的葉片。

本發(fā)明的實施例的葉片用嵌塊包括連接部和嵌入部，嵌入部用于嵌入風力發(fā)電機組的葉根內(nèi)，與葉根配合傳遞載荷，連接部用于連接雙頭螺桿，使葉片能夠與輪轂連接。由于嵌入部具有多個嵌入凸起，通過嵌入凸起和安裝基體進行載荷傳遞，負載傳遞時，由于嵌入凸起沿葉根的徑向方向延伸，因此負載通過嵌入凸起的壓縮和拉伸來傳遞，使得承載能力更好。由于負載轉移是平滑的逐漸轉移，因此不會發(fā)生破碎失效情況，不必增加葉片根部厚度，因此減小了葉片重量，從而提升了葉片效率，而且減小了風力發(fā)電機組的葉片和輪轂之間的連接重量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例的第一種葉片用嵌塊的第一視角的立體結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的實施例的第一種葉片用嵌塊的第二視角的立體結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的實施例的第一種葉片用嵌塊的第三視角的立體結構示意圖；

圖4為本發(fā)明的實施例的第二種葉片用嵌塊的立體結構示意圖；

圖5為本發(fā)明的實施例的第三種葉片用嵌塊的立體結構示意圖；

圖6為本發(fā)明的實施例的葉根與葉片用嵌塊配合的剖視結構示意圖；

圖7為本發(fā)明的實施例的葉片的葉根處的立體結構示意圖；

圖8為本發(fā)明的實施例的葉片的葉根處的結構示意圖。

附圖標記說明：

10、連接部；11、連接孔；20、嵌入部；21、安裝基體；22、嵌入凸起；30、葉根；40、過渡結構；50、雙頭螺桿。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明實施例的葉片用嵌塊、葉片及風力發(fā)電機組進行詳細描述。

如圖1至圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，葉片用嵌塊包括連接部10和嵌入部20，連接部10具有連接孔11；嵌入部20與連接部10連接，嵌入部20包括安裝基體21和嵌入凸起22，嵌入凸起22固定在安裝基體21上，且沿葉根30的徑向延伸，或沿第一方向延伸，第一方向與葉根30的徑向具有第一夾角。該葉片用嵌塊的嵌入部20用于與葉根30配合，埋設在葉根30的纖維增強層內(nèi)。連接部10處于葉根30外側，用于安裝螺柱。負載傳遞時，由于嵌入凸起22沿葉根30的徑向方向延伸或沿第一方向延伸，因此負載通過嵌入凸起22的壓縮和拉伸來傳遞，使得承載能力更好。由于負載轉移是平滑的逐漸轉移，因此不會發(fā)生破碎失效情況，不必增加葉片根部厚度，因此減小了葉片重量，從而提升了葉片效率，而且減小了風力發(fā)電機組的葉片和輪轂之間的連接重量。

第一方向與葉根30的徑向之間的第一夾角的取值可以根據(jù)需要為任意值，優(yōu)選地，第一夾角的取值大于0°且小于180°，且不等于90°。

連接部10和嵌入部20的材料可以根據(jù)需要確定，優(yōu)選為金屬或鋼結構。嵌入部20和連接部10的位置關系可以根據(jù)具體需求確定。如圖1至圖3所示，嵌入部20設置在連接部10的第一端，連接孔11由連接部10的與第一端相對的第二端向內(nèi)凹陷形成。

如圖4所示，連接部10為柱體(該柱體的橫截面積可以是圓形、橢圓形多邊形或其他任意形狀，當然，該柱體的長度方向的各橫截面的形狀可以一致，也可以是不同的，即該柱體為變截面柱體)，嵌入部20為兩個，且對應地設置在連接部10的徑向上的相對兩側，連接孔11由連接部10的第一端或第二端向內(nèi)凹陷形成。

如圖5所示，連接部10為柱體，嵌入部20設置在連接部10的第一端和徑向上的相對兩側，連接孔11由連接部10的與第一端相對的第二端向內(nèi)凹陷形成。換而言之，嵌入部20的安裝基體21上設置有開口，連接部10設置在開口內(nèi)。

下面對這三種葉片用嵌塊進行詳細說明：

如圖1至3所示，連接部10為圓柱形，其沿葉根30的軸向延伸。當然，在其他實施例中，連接部10的橫截面形狀也可以是其他形狀，如橢圓形、多邊形或不規(guī)則形狀等。連接部10的最小長度根據(jù)葉片的用于與輪轂連接的螺栓的給定公稱直徑、給定材料的最小嚙合長度等來選擇，需要確保承載能力。

連接孔11沿連接部10的軸向延伸。在本實施例中，連接孔11為盲孔，其帶有螺紋，用于與連接用的雙頭螺桿50嚙合。連接孔11的開口在連接部10的第二端的端面。

嵌入部20的安裝基體21通過過渡部分與連接部10連接。安裝基體21為平板狀。過渡部分由連接部10到嵌入部20厚度逐漸減小。過渡部分的形狀和長度根據(jù)下列方式選擇，避免應力集中，且需要使交變疲勞壓力保持在低水平。

需要說明的是，過渡部分可以是與安裝基體21一體成型的，即過渡部分實際是安裝基體21的一部分。安裝基體21可以通過焊接或一體注塑成型等方式與連接部10連接。

優(yōu)選地，在本實施例中，沿遠離連接部10的方向，嵌入部20的安裝基體21的厚度逐漸減小。由于葉片用嵌塊在埋設在葉根30內(nèi)時，越遠離連接部10的方向嵌入葉根30的深度越深，需要的安裝基體21的承載強度可以適當降低，這樣可以減少重量。

優(yōu)選地，安裝基體21的相對兩個側面上均設置有嵌入凸起22。以使嵌入部20與葉根30的連接更加可靠，負載傳遞能力更好。當然，嵌入凸起22可以僅設置在安裝基體21的一個側面上。

在安裝基體21的一個側面上設置有多個嵌入凸起22，多個嵌入凸起22在安裝基體21上間隔設置。

在本實施例中，嵌入凸起22在安裝基體21上可以以常規(guī)的方式排列。如沿安裝基體21的長度方向依次間隔設置多組嵌入凸起22，每組嵌入凸起22包括多個沿安裝基體21的寬度方向依次間隔設置的嵌入凸起22。當然，在其他實施例中，嵌入凸起22可以以非常規(guī)的方式排列。

在本實施例中，嵌入凸起22的橫截面為圓形。圓形更有助于生產(chǎn)方便。嵌入凸起22的直徑的選擇以下列方式，在葉根30上形成的用于安裝嵌入凸起22的孔造成的傷害較小。嵌入凸起22的尺寸以下列方式確定，嵌入凸起22直徑可比于葉根30符合材料絲束直徑。當然制造成本也可以列入考慮。優(yōu)選地，嵌入凸起22的直徑與葉根30的纖維束的直徑相等。

多個嵌入凸起22的尺寸可以一致。安裝基體21上的嵌入凸起22的數(shù)量以經(jīng)受雙頭螺桿50傳遞的載荷而在葉片的生命周期內(nèi)不失效為宜。當然，嵌入凸起22的尺寸也可以根據(jù)使用需求設計為不同的尺寸。

嵌入凸起22可以單獨生產(chǎn)后再組裝到安裝基體21上，也可以與安裝基體21一體成型。安裝基體21的長度和形狀以下列標準確定，使其能夠承受嵌入凸起22傳遞的載荷且無應力集中。安裝基體21的厚度和寬度根據(jù)下列標準選擇，確保安裝基體21在葉片的使用過程中可以承受從葉片的雙頭螺桿50傳遞的載荷而不失效為宜。

優(yōu)選地，沿遠離安裝基體21的方向，嵌入凸起22的橫截面積逐漸減小。當然，在其他實施例中，嵌入凸起22的直徑也可以不變化。

如圖4所示，葉片用嵌塊的連接部10為圓柱形，嵌入部20固定設置在連接部10的徑向上的相對兩側。除嵌入部20與連接部10的相對位置不一樣外，此種葉片用嵌塊與上述的葉片用嵌塊均可一致。此種葉片用嵌塊的嵌入部20的安裝基體21的厚度可以一致，也可以漸變。

如圖5所示，葉片用嵌塊的連接部10為圓柱形，而嵌入部20的安裝基體21為矩形板，且一側具有開口，連接部10設置在開口內(nèi)，且與安裝基體21通過過渡結構40平滑過渡，以防止應力集中。

如圖6至圖8所示，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種葉片，其包括葉根30和與葉根30連接的葉片用嵌塊，葉片用嵌塊為上述的葉片用嵌塊，至少葉片用嵌塊的嵌入部20設置在葉根30內(nèi)。該葉片用嵌塊嵌入葉根30內(nèi)，再連接雙頭螺桿50，可以解決現(xiàn)有技術中T型接頭和預埋套管造成的葉根30厚度增加，降低葉片效率的問題。

葉片用嵌塊為多個，且沿葉根30的周向間隔設置，以連接雙頭螺桿50。在徑向上，相鄰葉片用嵌塊的距離可以相等或不等。

如圖6所示，嵌入凸起22連接在葉根30相應的部分，嵌入凸起22可能凸出葉根30表面。為了配合能夠安裝嵌入部20，在葉根30上設置有孔或腔。

葉片用嵌塊的形狀并不特別重要，只要葉片用嵌塊沒有尖角，能夠減小應力集中即可。尤其需要主意的是，避免連接部10的螺紋孔的產(chǎn)生疲勞裂紋。葉片用嵌塊的從葉根凸出的部分，如連接部10，應通過合適的方式防止腐蝕。

當葉片用嵌塊被適當處理后，它可以被裝入葉根30內(nèi)。用一個夾具板(未示出來)獲得在葉根30的環(huán)形上的葉片用嵌塊的正確位置。葉片用嵌塊主要通過葉根30的結構部分內(nèi)部嵌入凸起22的壓縮力和張力實現(xiàn)負載傳遞。

葉根30的復合材料層在嵌入部20的上方和下方。葉根30的空腔用于放置嵌入部20。葉根30的空腔的實際橫截面可以是任何形狀，然而其最好被壓扁以具有高縱橫比，以便保持葉片根部復合材料的結構完整性。

葉片用嵌塊的數(shù)量取決于風力發(fā)電機組的變槳軸承的設計。通常，對于1.5MW風力發(fā)電機組的葉片，具有不少于50個葉片用嵌塊。更大的葉片有更多的葉片用嵌塊。典型的葉片用嵌塊的寬度為100mm。并且葉片用嵌塊的間距在中心圓直徑上為112.9mm。對于一個2MW葉片而言，中心圓直徑2300mm，64個螺栓，使用M36的螺栓。當然，對于更大的葉片而言，使用更多的螺栓和提升螺栓直徑也是可以。在葉片中提供兩個或以上螺栓和葉片用嵌塊的同心環(huán)，其中一個在另一個內(nèi)，這樣可以提升壓縮/擴張區(qū)域在尖端與葉根之間。

優(yōu)先地，用于安裝嵌入凸起22的葉根的纖維增強層壓件中的孔，可以在層壓固化期間預成形，或者在任何其它制造工藝的輔助下形成。

可選地，連接部由耐腐蝕涂料覆蓋。

利用該葉片用嵌塊能夠顯著地減少組裝葉片的總重量和原材料成本，并且包括多個這種葉片用嵌塊的風力發(fā)電機組葉片根部的制造變得容易。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種葉片，包括兩個或兩個以上的葉片段，相鄰的葉片段中的一個或兩個葉片段對接的部分設置有葉片用嵌塊(圖中未示出)，葉片用嵌塊為上述的葉片用嵌塊。采用此種葉片用嵌塊可以實現(xiàn)葉片段之間的對接，而不必增加葉片段對接位置的厚度，減少葉片重量，實現(xiàn)葉片分段連接。

可選地，葉片用嵌塊為多個，且沿葉片段對接的部分周向間隔設置。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的另一方面，提供一種風力發(fā)電機組，其包括葉片，葉片為上述的葉片。

與經(jīng)典的葉片根部附接裝置相比，小直徑的嵌入凸起22不對葉片的根部施加或造成較小的損傷，在復合材料中不存在應力集中，因此葉根30的厚度和長度可以減小，從而減小葉片的總重量。

與T形預埋螺栓葉根相比，孔鉆后葉片的總截面積更大，因此增加了的可靠性。

與預埋的套管相比，預埋套管的負載通過粘合劑中的剪切力從葉片根部傳遞到套管，本實施例的葉片用嵌塊負載主要通過嵌入凸起22的壓縮或拉伸的方式傳遞，增加了材料使用效率。

由于纖維在葉根30和嵌入部20的嵌入凸起22之間延伸，因此在葉根30和嵌入部20之間形成了新的牢固的連接結構。因此，本發(fā)明的原理不僅基于結合和局部壓縮載荷傳遞，還基于嵌入凸起22與葉根30的纖維之間的附加鎖定結構。

由于負載轉移是逐漸轉移，因此不會發(fā)生破碎失效的情況，不必增加葉片根部厚度，因此減小風力發(fā)電機組葉片和輪轂之間的連接重量。

由于嵌入凸起22可以以預定位置布置，因此在鉆出容納嵌入凸起22的孔之后的葉片根部的總截面面積保持相對較大，隨后可以在相同半徑和葉片根部處安裝更多螺栓。當負載通過嵌入凸起22的陣列傳遞時，因此當前設計是多負載路徑設計，相應地增加了葉片根部組件的故障容限。

該葉片用嵌塊與葉片連接近似于三維型接頭，其是最有效的接頭類型，不存在T型接頭和預埋套管類接頭的問題。使用具體嵌入凸起22的葉片用嵌塊，嵌入凸起22的直徑與纖維增強材料的纖維束的直徑相等，可以自然地融合到葉根30的纖維增強材料中。同時，與其他設計相反的，連接部10內(nèi)部嚙合螺紋的長度根據(jù)最小嚙合長度要求選取，以允許減小連接部10重量。

本發(fā)明的葉片用嵌塊、葉片及風力發(fā)電機組具有如下效果：

葉片用嵌塊可以為葉根提供較低的重量；可以增加葉片根部組件強度和疲勞壽命，因此增加風力發(fā)電機組的總體安全性；可為根部組件提供較低的成本，提升葉片用嵌塊的防失效性。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。