РОТОРНАЯ ЛОПАСТЬ И СОЕДИНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2016 года по МПК F03D1/06 

Данное изобретение относится к роторной лопасти ветроэнергетической установки, в частности, к состоящей по существу из двух частей роторной лопасти. Кроме того, данное изобретение относится в ветроэнергетической установке с такой роторной лопастью.

Роторные лопасти ветроэнергетических установок достаточно известны. Данное изобретение относится, в частности, к роторным лопастям так называемой ветроэнергетической установки с горизонтальной осью, а именно, ветроэнергетической установки, в которой одна или несколько роторных лопастей образуют аэродинамический ротор и вращаются в соответствии с предназначением вокруг по существу горизонтальной оси, которая может быть также слегка наклонена. Такая ветроэнергетическая установка показана также на фиг. 1.

При этом современные ветроэнергетические установки имеют в настоящее время все больший диаметр ротора и тем самым более длинные роторные лопасти. При этом за счет становящихся все больше роторных лопастей возникает больше проблем при транспортировке роторных лопастей к месту установки.

Например, из ветроэнергетической установки типа Е126 фирмы Enercon известно применение составной роторной лопасти, которая, среди прочего, разделена в направлении оси роторной лопасти на две части, внутреннюю часть и наружную часть. При этом внутренняя часть выполнена из стали. В соответствии с этим, получается роторная лопасть большой массы, что в некоторых отношениях может быть недостатком. Увеличивается вес ротора ветроэнергетической установки и тем самым вес гондолы ветроэнергетической установки. Для размещения больших масс ротора на гондоле могут быть необходимы также там изменения, которые могут приводить к дополнительному увеличению веса гондолы. Кроме того, усложняется также транспортировка, а также, в частности, монтаж таких частей роторной лопасти из стали, что требует использования соответственно большого и предназначенного для таких нагрузок крана.

Ведомство Германии по патентам и торговым знакам определило в приоритетной заявке следующий уровень техники: DE 102006 014742 B4, DE 19962989 B4, DE 102006022279 A1, DE 202011101634 U1, ЕР 1798412 А2 и ЕР 1398499 А1.

Таким образом, задачей данного изобретения является решение по меньшей мере одной из указанных выше проблем, в частности, должна быть создана возможно более легкая и одновременно большая и относительно просто транспортируемая роторная лопасть. Должно быть предложено по меньшей мере одно альтернативное решение.

Согласно изобретению, предлагается роторная лопасть в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения.

Такая роторная лопасть ветроэнергетической установки предусмотрена для крепления на ступице ротора и имеет продольную ось роторной лопасти. Роторная лопасть содержит по меньшей мере одну внутреннюю часть роторной лопасти и одну наружную часть роторной лопасти. Внутренняя часть роторной лопасти обращена в соответствии с предназначением к ступице ротора и при этом предпочтительно крепится непосредственно или опосредованно на ступице ротора. Наружная часть противоположна ступице ротора, обращена тем самым к вершине роторной лопасти и может также содержать ее. Таким образом, роторная лопасть состоит в направлении продольной оси по существу из внутренней части роторной лопасти и наружной части роторной лопасти. Кроме того, могут быть предусмотрены другие элементы, такие как задний ящик роторной лопасти, который расширяет роторную лопасть, в частности, в ближней к ступице зоне. То, что роторная лопасть состоит по существу из внутренней части роторной лопасти и наружной части роторной лопасти, следует понимать в смысле локального прохождения вдоль продольной оси роторной лопасти. А именно, роторная лопасть проходит от ступицы ротора до вершины роторной лопасти так, что внутренняя часть роторной лопасти проходит от ступицы ротора до наружной части роторной лопасти, и что наружная часть роторной лопасти проходит от внутренней части ротора до вершины роторной лопасти.

Внутренняя часть роторной лопасти соединена с наружной частью роторной лопасти с помощью по меньшей мере одного соединительного устройства. Предпочтительно, предусмотрено несколько соединительных устройств, в частности, множество соединительных устройств, например, 20-50 соединительных устройств, или еще больше соединительных устройств. Каждое из этих соединительных устройств, однако по меньшей мере одно из них, содержит по меньшей мере один закрепленный в наружной части роторной лопасти анкерный элемент. Этот анкерный элемент, в частности, заделан в наружную часть роторной лопасти. Он может быть расположен непосредственно перед изготовлением роторной лопасти, или же может быть закреплен в наружной части роторной лопасти в последующем за счет предусмотрения соответствующих отверстий, таких как, например, просверленные отверстия.

Кроме того, соединительное устройство содержит по меньшей мере один закрепленный во внутренней части роторной лопасти контр-элемент. Этот контр-элемент может быть, аналогично анкерному элементу в наружной части роторной лопасти, заделан во внутреннюю часть роторной лопасти, а именно, расположен при изготовлении внутренней части роторной лопасти или же расположен в последующем во внутренней части роторной лопасти и закреплен.

Кроме того, предусмотрен соединительный палец, который закреплен в анкерном элементе и тем самым закреплен с помощью анкерного элемента в наружной части роторной лопасти. В этом случае соединительный палец проходит от анкерного элемента и тем самым от наружной части роторной лопасти до внутренней части роторной лопасти и там через контр-элемент. При этом соединительный палец предпочтительно не закреплен в контр-элементе. В частности, он в принципе установлен с возможностью сдвига в продольном направлении соединительного пальца, если он не фиксирован с помощью другого элемента, такого как стяжной элемент. В частности, контр-элемент не имеет внутренней резьбы.

Согласно одному варианту выполнения изобретения, роторная лопасть характеризуется тем, что внутренняя часть роторной лопасти и/или наружная часть роторной лопасти состоят каждая по существу из армированной волокном пластмассы. В частности, предлагается армированная стекловолокном пластмасса или армированная углеродным волокном пластмасса для одной из обеих частей или для обеих частей. При этом решение, согласно изобретению, обеспечивает особенно благоприятную возможность соединения друг с другом двух частей роторной лопасти из армированной волокном пластмассы. Анкерный элемент и/или контр-элемент могут быть в принципе заделаны при изготовлении такой армированной волокном пластмассы. В частности, могут быть окружены пропитанные смолой или пластмассой маты из стекловолокна или углеродного волокна.

Однако предпочтительная возможность состоит в том, что внутренняя часть роторной лопасти и/или наружная часть роторной лопасти сначала изготавливаются без анкерного элемента, соответственно, контр-элемента, которые вводятся позже. Таким образом, анкерный элемент и контр-элемент выполнены в виде самостоятельных элементов, которые предпочтительно выполнены сами не из армированной волокном пластмассы, а, в частности, из металла. Таким образом, внутренняя часть роторной лопасти и/или наружная часть роторной лопасти состоят не полностью из армированной волокном пластмассы, поскольку содержат, например, дополнительные элементы, такие как анкерный элемент или контр-элемент, которые не состоят из армированной волокном пластмассы. Дополнительно к этому, в армированной волокном пластмассе могут быть предусмотрены другие элементы, такие как, например, усилительные элементы из других материалов, отличных от армированной волокном пластмассы, такие как, например, деревянные элементы.

При соединении таких частей роторной лопасти из армированной волокном пластмассы, анкерный элемент и контр-элемент воспринимают сначала соответствующие соединительные силы, которые предпочтительно распределяются на многие соединительные устройства и тем самым на многие анкерные элементы и контр-элементы. Эта соединительная сила затем вводится анкерными элементами, соответственно, контр-элементами в материал наружной части роторной лопасти, соответственно, внутренней части роторной лопасти. Таким образом, сила распределяется и предотвращаются точечные силы, которые действуют на армированную волокном пластмассу.

Предпочтительно, анкерный элемент выполнен в виде поперечного пальца с расположенной по существу поперек продольной оси роторной лопасти осью пальца. Предпочтительно, по меньшей мере один анкерный элемент расположен в оболочке наружной части роторной лопасти и ориентирован своей осью пальца к внутренней зоне, в частности, к внутреннему пространству наружной части роторной лопасти. При этом анкерный элемент может быть простым образом введен в направлении оси пальца в соответствующее просверленное отверстие или другое отверстие в оболочке наружной части роторной лопасти и закреплен там.

Целесообразно предусмотрение анкерного элемента с расположенным поперек оси пальца и в рабочем положении по существу параллельным продольной оси роторной лопасти отверстием с внутренней резьбой. В этом отверстии с внутренней резьбой может быть размещен с обеспечением крепления соединительный палец, в частности, соединительный палец может быть ввинчен в такую внутреннюю резьбу. Это выполнение может быть подготовлено так, что анкерный элемент в виде поперечного пальца вдвигается по существу снаружи внутрь в соответствующее отверстие, в частности, просверленное отверстие, в соответствующей оболочке наружной части роторной лопасти и тем самым закрепляется.

Кроме того, предусмотрено выполненное примерно параллельно продольной оси роторной лопасти продольное отверстие, которое проходит от стыковочной поверхности наружной части, которая предусмотрена для приставления к стыковочной поверхности внутренней части роторной лопасти, до соответствующего анкерного элемента. Через это отверстие, которое может выполняться, когда анкерный элемент еще не введен, можно вдвигать соединительный палец и затем ввинчивать в соответствующее отверстие с резьбой в анкерном элементе. Соединительный палец в этом положении по существу неподвижно закреплен в наружной части роторной лопасти. Предпочтительно, аналогичным образом предусмотрено множество анкерных элементов с соединительными пальцами в наружной части роторной лопасти. Однако для создания соединения между наружной частью роторной лопасти и внутренней частью роторной лопасти предпочтительно, что соединительные пальцы сначала не закрепляются в анкерном элементе.

Предпочтительно, контр-элемент выполнен в виде поперечного пальца с расположенной по существу поперек продольной оси роторной лопасти осью пальца. Целесообразно, что контр-элемент расположен в оболочке внутренней части роторной лопасти, в частности, с ориентацией осью пальца внутрь, в частности, к внутреннему пространству внутренней части роторной лопасти. Для этого может быть предусмотрено соответствующее отверстие в оболочке наружной части роторной лопасти для каждого контр-элемента.

Предпочтительно, отверстие проходит от одной стыковочной поверхности внутренней части роторной лопасти, которая предусмотрена для стыковки со стыковочной поверхностью наружной части роторной лопасти, по меньшей мере до предусмотренного положения контр-элемента. Такое отверстие предусмотрено также по существу параллельно продольной оси роторной лопасти. Предпочтительно, такое продольное отверстие в наружной части роторной лопасти проходит от стыковочной поверхности для стыковки с наружной частью роторной лопасти полностью через зону крепления внутренней части роторной лопасти вплоть до внутренней зоны внутренней части роторной лопасти, где продольное отверстие выходит наружу за счет уменьшения толщины материала.

Таким образом, для соединения наружной части роторной лопасти предусмотрено, что соединительный палец проходит от анкерного элемента и тем самым от наружной части роторной лопасти через соответствующее продольное отверстие к наружной части роторной лопасти и там снова через контр-элемент. Таким образом, соединительный палец сначала соединяется неподвижно с анкерным элементом, но не с контр-элементом. Затем крепление осуществляется на противоположной анкерному элементу стороне контр-элемента с помощью натяжного средства, в частности, винтовой гайки, для прижимания к контр-элементу, с целью притягивания друг к другу анкерного элемента и контр-элемента. Таким образом, натяжное средство насаживается на соединительный палец и сдвигается на нем к контр-элементу. Это может осуществляться так, что на соединительном пальце предусмотрена соответствующая наружная резьба, на которую навинчивается непосредственно или опосредованно натяжной элемент к контр-элементу.

Предпочтительно, между контр-элементом и натяжным средством расположена эластичная втулка. В этом случае натяжение создается опосредованно через эту эластичную втулку.

Например, винтовая гайка в качестве натяжного средства навинчивается на соединительный палец в направлении контр-элемента, при этом сдвигает эластичную втулку к контр-элементу и создает за счет этого натяжение. При этом эластичная втулка сжимается, так что прикладывается сила натяжения. При возникновении небольших явлений усталости материала, когда, например, соединительный палец минимально удлиняется, и материал наружной части роторной лопасти и/или внутренней части роторной лопасти, который расположен между анкерным элементом и контр-элементом, несколько ослабевает, то эластичная втулка может противодействовать такой усталости материала за счет своего удлинения, при этом силы натяжения по меньшей мере частично сохраняются.

Предпочтительно, контр-элемент в зоне проходного отверстия имеет плоскую или согласованную с прилеганием натяжного средства или эластичной втулки поверхность прилегания. За счет этого может распределяться действующая на контр-элемент со стороны натяжного средства и/или эластичной втулки при натяжении сила. Это является предпочтительным, в частности, когда контр-элемент выполнен в виде поперечного пальца, в частности, с круглым поперечным сечением.

Согласно одному варианту выполнения, предлагается роторная лопасть, которая характеризуется тем, что наружная часть роторной лопасти в зоне анкерного элемента и, дополнительно к этому или в качестве альтернативного решения, внутренняя часть роторной лопасти в зоне контр-элемента имеет зону крепления с большей толщиной материала, чем в остальной оболочке роторной лопасти, или с большей толщиной материала, чем средняя толщина материала оболочки роторной лопасти. Таким образом, предусмотрена окружная утолщенная зона, при этом это утолщение, соответственно, толщина материала направлена внутрь, т.е. радиально внутрь. В частности, в зоне крепления наружной части роторной лопасти и/или внутренней части роторной лопасти для каждого соединительного устройства предусмотрено продольное отверстие. Оно проходит по существу параллельно продольной оси роторной лопасти и тем самым также по меньшей мере примерно параллельно поверхности роторной лопасти в соответствующей зоне. Таким образом, при применении множества соединительных устройств предусмотрено множество продольных отверстий, которые распределены, в частности, равномерно в окружном направлении в зоне крепления.

Предпочтительно, продольное отверстие в наружной части роторной лопасти проходит от стыковочной поверхности для прилегания к внутренней части роторной лопасти до поперечного отверстия для размещения анкерного участка, так что соединительный палец может проходить от стыковочной поверхности до анкерного пальца.

Для внутренней части роторной лопасти предусмотрено, что продольное отверстие во внутренней части роторной лопасти со стыковочной поверхностью для стыковки с наружной частью роторной лопасти проходит полностью через зону крепления и заканчивается во внутренней зоне внутренней части роторной лопасти за счет уменьшения толщины материала так, что отверстие полностью выходит наружу из анкерной зоны, так что соединительный палец может проходить от стыковочной поверхности вплоть до внутренней зоны. В соответствии с этим, предлагаются различные варианты выполнения продольного отверстия в наружной части роторной лопасти, с одной стороны, и во внутренней части роторной лопасти, с другой стороны. Во внутренней части роторной лопасти продольное отверстие образует проходное отверстие, в то время как в наружной части роторной лопасти оно проходит лишь до соответствующего поперечного пальца и может называться также глухим отверстием.

За счет этого обеспечивается возможность прохождения соединительного пальца от анкерного пальца до внутренней части роторной лопасти и там прохождения полностью через зону крепления, а именно, в обоих случаях вдоль продольного отверстия. Таким образом, один конец соединительного пальца закреплен в анкерном пальце, а второй конец соединительного пальца выступает из анкерного участка внутренней части роторной лопасти и при этом во внутреннюю часть роторной лопасти. Таким образом, на этом втором конце можно простым образом располагать натяжное средство и приводить его в действие, в частности, затягивать из внутренней зоны внутренней части роторной лопасти. Таким образом, соединение наружной части роторной лопасти с внутренней частью роторной лопасти можно осуществлять простым образом из внутренней части роторной лопасти. Таким образом, нет необходимости захода в наружную часть роторной лопасти. При этом соединение посредством затягивания и натяжение можно осуществлять перед монтажом роторной лопасти на ветроэнергетической установке, например, на месте на строительной площадке перед подъемом и установкой роторной лопасти. В качестве альтернативного решения, соединение можно осуществлять также, когда внутренняя часть роторной лопасти уже закреплена на ступице ротора. При горизонтально расположенной внутренней части роторной лопасти в нее можно входить, в зависимости от конструкции и величины, изнутри со стороны ступицы.

Кроме того, простым образом и без подвергания опасности обслуживающего персонала можно проверять соединение наружной части роторной лопасти с внутренней частью роторной лопасти относительно его прочности, например, с интервалом технического обслуживания. Кроме того, в этом случае можно снимать и заменять наружную часть роторной лопасти посредством разъединения соединения обеих частей роторной лопасти изнутри внутренней части роторной лопасти.

Согласно другому варианту выполнения, соединительные устройства или часть их расположены в несколько рядов, в частности, относительно средней оси роторной лопасти, во внутреннем и наружном ряду. За счет этого возникающие нагрузки могут распределяться на более широкую зону. Таким образом, при применении внутреннего ряда и наружного ряда имеется двухрядный вариант выполнения. Применение нескольких рядов приводит, в частности, к расширению зоны нагрузки по сравнению с применением лишь одного ряда.

Предпочтительно или в качестве альтернативного решения, соединительные устройства имеют каждое несколько соединительных пальцев. При этом предпочтительным является вариант выполнения, в котором соединительное устройство имеет один анкерный элемент, один контр-элемент и несколько, в частности, два соединительных пальца. При соединении обеих частей роторной лопасти друг с другом анкерный элемент и контр-элемент стягиваются относительно друг друга. За счет предусмотрения нескольких соединительных пальцев при таком стягивании соответствующие силы натяжения распределяются на анкерный элемент и на контр-элемент.

В другом варианте выполнения предусмотрено, что соединительное устройство выполнено так, что каждый соединительный палец проходит через анкерный элемент до эластичной втулки и в эластичной втулке свинчивается с эластичной втулкой на противоположном анкерному элементу крепежном участке. За счет этого образуется эластичный участок эластичной втулки между крепежным участком и анкерным элементом, к которому прилегает эластичная втулка, и к которому прижимается в стянутом состоянии соединительного устройства эластичная втулка с помощью соединительного пальца. За счет этого эластичная втулка может создавать напряжение для стягивания соединительного устройства, без необходимости выполнения стягивания натяжного средства непосредственно на эластичной втулке.

Кроме того, предлагается соединительное устройство для соединения внутренней части роторной лопасти с наружной частью роторной лопасти. Соединительное устройство выполнено для осуществления указанного выше соединения внутренней части роторной лопасти с наружной частью роторной лопасти.

Предлагается также ветроэнергетическая установка, которая имеет по меньшей мере одну роторную лопасть, в частности, три роторных лопасти, которые выполнены в соответствии по меньшей мере с одним указанным выше вариантом выполнения роторной лопасти, согласно изобретению.

Ниже приводится более подробное описание изобретения на основании примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - ветроэнергетическая установка, в изометрической проекции;

фиг. 2 - разъемная роторная лопасть, в разнесенной изометрической проекции;

фиг. 3 - часть разъемной роторной лопасти;

фиг. 4 - разрез зоны соединения разъемной роторной лопасти;

фиг. 5 - стыковочная поверхность внутренней части роторной лопасти, на виде сверху;

фиг. 6 - зона соединения внутренней части роторной лопасти, в изометрической проекции;

фиг. 7 - зона соединения внутренней части роторной лопасти, в другой изометрической проекции;

фиг. 8 - разрез зоны соединения внутренней части роторной лопасти, в изометрической проекции;

фиг. 9 - соединительное устройство, согласно второму варианту выполнения изобретения, в изометрической проекции;

фиг. 10 - часть зоны соединения наружной части роторной лопасти, согласно второму варианту выполнения изобретения, в изометрической проекции;

фиг. 11 - часть зоны соединения, согласно фиг. 10, с введенными частями соединительных устройств;

фиг. 12 - соединительная зона, согласно фиг. 11, на виде сверху в осевом направлении;

фиг. 13 - часть зоны соединения внутренней части роторной лопасти, согласно второму варианту выполнения изобретения, в изометрической проекции;

фиг. 14 - часть зоны соединения, согласно фиг. 13, с введенными частями соединительных устройств.

Ниже с помощью идентичных позиций могут обозначаться аналогичные, но не идентичные элементы, с целью подчеркивания их функциональной связи.

На фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 расположен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и обтекателем 110. Ротор 106 во время работы приводится во вращательное движение ветром и за счет этого приводит в действие генератор в гондоле 104.

Показанная схематично на фиг. 2 роторная лопасть 1, которую можно называть также разъемной роторной лопастью 1, имеет внутреннюю часть 2 роторной лопасти и наружную часть 4 роторной лопасти. Кроме того, показан внутренний сегмент 6 задней кромки, который подлежит креплению на внутренней части роторной лопасти, и соответственно, предусмотрен наружный сегмент 8 задней кромки, который подлежит креплению на наружной части 4 роторной лопасти.

Внутренняя часть 2 имеет соединительный фланец 10 для крепления внутренней части роторной лопасти на ступице ротора или на соответствующем переходном элементе ступицы. Дополнительно к этому показана наружная стыковочная поверхность 14 на наружной части 4 роторной лопасти для стыковки с внутренней стыковочной поверхностью 12 лопасти, которая показана на фиг. 3. Таким образом, внутренняя часть 2 роторной лопасти может быть соединена с наружной частью 4 роторной лопасти так, что внутренняя стыковочная поверхность 12 прилегает к наружной стыковочной поверхности 14, а затем осуществляется крепление, в частности, стягивание обеих частей роторной лопасти.

На фиг. 3 показана часть разъемной роторной лопасти 1, а именно, внутренняя крепежная зона 16 внутренней части 2 роторной лопасти, которая содержит внутреннюю стыковочную поверхность 12 лопасти. Кроме того, на фиг. 3 показана наружная крепежная зона 16 наружной части 4 роторной лопасти, которая также имеет наружную стыковочную поверхность 14 лопасти.

Для соединения внутренней части 2 роторной лопасти с наружной частью 4 роторной лопасти стыкуются друг с другом внутренняя стыковочная поверхность 12 лопасти и наружная стыковочная поверхность 14 лопасти. Для крепления внутренняя часть 2 роторной лопасти имеет в своей внутренней крепежной зоне 16 лопасти множество контр-элементов 20, которые выполнены здесь в виде поперечных пальцев. В показанном примере предусмотрено 36 таких поперечных пальцев. Эти выполненные в виде поперечных пальцев контр-элементы 20 образуют часть соединительного устройства. Контр-элементы 20 расположены во внутренней оболочке 22 лопасти в зоне внутренней крепежной зоны 16 лопасти. Внутренняя оболочка 22 лопасти имеет в зоне внутренней зоны 16 лопасти и тем самым также в зоне внутренней стыковочной поверхности 12 лопасти очень большую толщину материала для размещения контр-элементов 20. Контр-элементы 20 расположены в принципе в форме венца и сидят в принципе своей осью 24 пальца перпендикулярно внутренней оболочке 22 лопасти и тем самым в принципе перпендикулярно поверхности 26 лопасти во внутренней оболочке лопасти.

В качестве других крепежных элементов, описание которых приведено ниже со ссылками на фиг. 4, для каждого контр-элемента 20 предусмотрены соединительный палец 28, эластичная втулка 30 и натяжной элемент 44, который может называться также стяжным элементом и который выполнен здесь в виде стяжной винтовой гайки. Соединительный палец 28 проходит через внутреннюю крепежную зону 16 лопасти, контр-элемент 20, эластичную втулку 30 до натяжного элемента 44 и может проходить через натяжной элемент 44.

В наружной части 4 роторной лопасти предусмотрены наружная крепежная зона 18 лопасти, 36 анкерных элементов 34, которые предназначены для приема соответствующих соединительных пальцев 28.

Анкерный элемент 34 вместе с соединительным пальцем 28, контр-элементом 20, эластичной втулкой 30 и натяжным элементом 44 образуют в принципе соединительное устройство.

На фиг. 4 показана часть внутренней части 2 роторной лопасти с наружной частью 4 роторной лопасти, которые при составлении вместе неподвижно соединяются друг с другом. Эта часть показана в разрезе и при этом показаны по существу часть внутренней крепежной зоны 16 лопасти и наружной крепежной зоны 18 лопасти, которые здесь, соответственно, соединены друг с другом.

При этом на фиг. 4 показана лишь часть окружной оболочки роторной лопасти, при этом, как показано на фиг. 4, поверхность 26 роторной лопасти и тем самым наружная сторона роторной лопасти 1 показана наверху, при этом внутренняя сторона 36 роторной лопасти показана на фиг. 4 внизу.

Внутренняя часть 2 роторной лопасти и наружная часть 4 роторной лопасти стыкуются друг с другом на их внутренней соединительной поверхности 12 лопасти и наружной соединительной поверхности 14 лопасти. Эту зону стыковки можно называть местом 38 раздела. Для крепления друг с другом внутренней части 2 роторной лопасти и наружной части 4 роторной лопасти в наружной крепежной зоне 18 лопасти расположен анкерный элемент 34, т.е. поперечный палец. Резьбой 40 соединительный палец 28 неподвижно ввинчен в анкерный элемент 34, и тем самым оба элемента соединены неподвижно друг с другом. Соединительный палец может быть выполнен в виде резьбового болта и/или снабжен на своем конце резьбой.

Исходя из анкерного элемента 34, соединительный палец 28 проходит к внутренней части 2 роторной лопасти. При этом соединительный палец 28 проходит поперек внутренней стыковочной поверхности 12 лопасти и наружной стыковочной поверхности 14 лопасти и тем самым поперек места 38 раздела.

Во внутренней части 2 роторной лопасти соединительный палец 28 проходит через контр-элемент 20, при этом контр-элемент 20 также выполнен по существу в виде пальца. Соединительный палец 28 проходит дальше через внутреннюю крепежную зону 16 лопасти, так что он явно выступает во внутреннее пространство 42 внутренней части 2 роторной лопасти. Для стягивания на соединительный палец 28, который можно называть также продольным пальцем 28, сначала надвигается эластичная втулка 30, которая проходит до контр-элемента 20. При этом эластичная втулка 30 прилегает к плоской зоне 42, которую можно называть также гнездом 42 втулки. Кроме того, на соединительный палец 28 навинчивается натяжной элемент 44, а именно, винтовая гайка, которая при затягивании сдвигает эластичную втулку 30 к контр-элементу 20, соответственно, за счет этого притягивает анкерный элемент 34 и тем самым наружную часть 4 роторной лопасти к внутренней части 2 роторной лопасти.

За счет применения эластичной втулки 30 достигается, что она может компенсировать возможные легкие явления усталости материала, соответственно расширяется и предотвращает ослабление или размыкание соединения. За счет применяемой эластичной втулки 30 достигается также, среди прочего, что натяжное средство 44, а именно, винтовая гайка 44, соответственно, стяжная гайка 44, расположена во внутреннем пространстве 46, по меньшей мере легко доступна из внутреннего пространства 46 внутренней части 2 роторной лопасти. Таким образом, сотрудник технического обслуживания может из внутреннего пространства 46 выполнять стягивание и тем самым затягивание соединения обеих частей 2 и 4 роторной лопасти друг с другом.

Предпочтительно, роторная лопасть 1 выполнена в соединительной зоне так, что величина контр-элемента 20 и анкерного элемента 34 по существу одинакова, в частности, что оба выполнены в виде примерно одинаково больших поперечных пальцев, а именно, с возможно более одинаковой длиной и одинаковым поперечным сечением, как показано на фиг. 4. Кроме того, предпочтительным является вариант выполнения, в котором расстояние от анкерного элемента 34 до наружной стыковочной поверхности 14 лопасти примерно равно расстоянию от контр-элемента 20 до внутренней стыковочной поверхности 12 лопасти.

Принципиально соединительный палец 28, соответственно, продольный палец 28 направляется в соответствующем продольном отверстии 48. Это продольное отверстие 48 образует функционально единственный объект, поскольку в нем полностью направляется соединительный, соответственно, продольный палец 28. Однако в действительности это продольное отверстие 48 предусмотрено как во внутренней крепежной зоне 16 лопасти, так и в наружной крепежной зоне лопасти, что обычно выполняется в несколько рабочих ходов. Продольное отверстие 48 может иметь также различные диаметры, а именно, в частности, больший диаметр в зоне эластичной втулки 30. Там, где не предусмотрена эластичная втулка 30, диаметр продольного отверстия может быть согласован с наружным диаметром соединительного пальца 28. Для упрощения изготовления предлагается выполнять продольное отверстие в зоне между контр-элементом 20 и внутренней стыковочной поверхностью 12 лопасти с тем же диаметром, что и в зоне эластичной втулки 30. В этом случае эти оба участка продольного отверстия 48 можно выполнять за один рабочий ход и, в частности, с помощью одного сверла. Чисто для полноты следует отметить, что понятие отверстие не обязательно должно означать, что действительно это отверстие выполнено с помощью процесса сверления.

Кроме того, на фиг. 4 показана увеличенная толщина материала внутренней крепежной зоны 16 лопасти, соответственно, наружной крепежной зоны 18 лопасти по сравнению с толщиной материала остальной оболочки 50, соответственно, 52 внутренней части 2 роторной лопасти, соответственно, наружной части 4 роторной лопасти. За счет этой увеличенной толщины материала обеспечивается возможность размещения, в частности, контр-элемента 20 и анкерного элемента 34. Дополнительно к этому, за счет этого возможно, что проходящий вдоль поверхности 26 роторной лопасти соединительный палец 28 может выходить из внутренней крепежной зоны 16 лопасти во внутреннее пространство 46.

На фиг. 5 показана на виде сверху внутренняя стыковочная поверхность 12 лопасти, в которой предусмотрено 36 соединительных устройств и тем самым соединительных пальцев 28 и продольных отверстий 48.

На фиг. 6 показана в изометрической проекции лишь по существу внутренняя крепежная зона 16 лопасти. Однако в противоположность изображению на фиг. 6, внутренняя крепежная зона лопасти изготавливается не отдельно от внутренней части 2 роторной лопасти.

Наряду с соединительными пальцами 28, контр-элементами 20 показаны, в частности, выступающие из материала внутренней крепежной зоны 16 лопасти эластичные втулки 30. При этом эластичные втулки 30 выступают во внутреннее пространство 46 внутренней части 2 роторной лопасти, и тем самым хорошо доступны также стяжные гайки 44, соответственно, натяжные элементы 44. Между стяжными гайками 44 и эластичными втулками 30 могут быть предусмотрены подкладные шайбы 54. В одном варианте выполнения вместо подкладных шайб или дополнительно к ним могут быть предусмотрены вспомогательные средства для гидравлического способа стягивания, такие как, например, имеющие форму конуса подкладные шайбы для увеличения торцевой опорной поверхности на эластичной втулке 30 для приложения гидравлического натяжного инструмента.

На фиг. 7 показана другая по сравнению с фиг. 6 изометрическая проекция, в частности, выступающих во внутренней крепежной зоне 16 лопасти из внутренней стыковочной поверхности 12 лопасти соединительных пальцев 28. Несмотря на выбранную здесь проекцию, предлагается осуществлять действительное соединение внутренней части 2 роторной лопасти с наружной частью 4 роторной лопасти так, что соединительные пальцы 28 сначала закрепляются в анкерном элементе 34 в наружной части 4 роторной лопасти для последующего ввода во внутреннюю часть роторной лопасти. В качестве альтернативного решения, можно составлять вместе внутреннюю часть 2 роторной лопасти и наружную часть 4 роторной лопасти и вводить соединительные пальцы из внутреннего пространства 46 внутренней части 2 лопасти через соответствующее продольное отверстие 48 и направлять до анкерного элемента 34, с целью закрепления затем в анкерном элементе 34, в частности, посредством ввинчивания. После этого можно насаживать эластичную втулку 30, а затем стяжную гайку 44 и затягивать ее.

На фиг. 8 показан в изометрической проекции частичный разрез внутренней крепежной зоны 16 лопасти. Показаны также в изометрической проекции соединительный палец 28, контр-элемент 20, эластичная втулка 30 и стяжная гайка 44, по меньшей мере в двух местах. Показано полое пространство в зоне внутренней крепежной зоны 16 лопасти и тем самым в зоне контр-элемента 20 и частично эластичной втулки 30. Это служит для иллюстрации и в действительности предпочтительно по меньшей мере для внутренней крепежной зоны 16 лопасти применяется сплошной материал, в частности, армированная волокном пластмасса, такая как армированная стекловолокном пластмасса или армированная углеродным волокном пластмасса. В частности, выбранный материал во внутренней крепежной зоне лопасти тот же, что и в остальной части внутренней части роторной лопасти, соответственно, в других частях внутренней части роторной лопасти. Предпочтительно, это справедливо по смыслу также для наружной части роторной лопасти.

Таким образом, согласно изобретению, предлагается предпочтительное соединение внутренней части роторной лопасти с наружной частью роторной лопасти. Это можно называть также соединением между внутренней лопастью и наружной лопастью. В частности, предлагается, что наружная лопасть выполняется с соединением с помощью поперечного пальца, при котором поперечный палец снабжен резьбой для продольного пальца. Внутренняя лопасть также снабжена поперечными пальцами, которые, однако, не снабжены резьбой для продольного пальца, соответственно, выполнены с проходными отверстиями и направленной к средней точке прилегания плоской опорной поверхностью для эластичной втулки, при этом свинчивание осуществляется из внутренней лопасти.

В частности, предпочтительно, что свинчивание доступно изнутри лопасти, что предпочтительно для технического обслуживания и монтажа. Крепление можно осуществлять так, что оно приводит лишь к небольшому или вообще не приводит к оказанию влияния на контур наружной поверхности роторной лопасти. Способ обеспечивает также возможность автоматизированного изготовления.

Таким образом, за счет предложенных решений можно разделять роторную лопасть, так что возникают две более короткие части. Эти укороченные части можно, в частности, легче транспортировать. В принципе такую роторную лопасть можно разделять с самого начала на две части при изготовлении, или же можно изготавливать роторную лопасть в виде единого целого, а затем разделять в соответствующем месте соединения. В зоне этого места соединения можно уже принимать меры для соединения, такие как, например, установка поперечных пальцев, а именно, контр-элементов 20 и/или анкерных элементов 34. Создается возможность соединения частей роторной лопасти, в частности, наружной лопасти и внутренней лопасти, при котором обе части роторной лопасти могут быть изготовлены из армированной волокном пластмассы. При этом обе части могут быть изготовлены из одинаковой или разной армированной волокном пластмассы. Таким образом, обеспечивается в принципе также возможность соединения армированной углеродным волокном пластмассы с армированной стекловолокном пластмассы.

За счет этого может достигаться упрощение транспортировки роторных лопастей и применение при строительстве меньших кранов. За счет этого возможно также делать более доступными труднодоступные области, такие как, например, горные регионы.

Кроме того, для длинных роторных лопастей, в частности, для имеющих длину больше 45 м, обеспечивается возможность также транспортировки по железной дороге. Преимуществом является также уменьшение стоимости транспортировки и монтажа, а также улучшение доступности труднодоступных мест установки.

На фиг. 9 показано соединительное устройство 100, согласно другому варианту выполнения. Это соединительное устройство 100 содержит анкерный элемент 134 и контр-элемент 120, которые соединены друг с другом с помощью двух соединительных пальцев 128 и при расположении в соответствии с предназначением могут быть стянуты друг с другом. При этом анкерный элемент 134 подлежит расположению в соответствии с предназначением в наружной части роторной лопасти, а контр-элемент 120 - во внутренней части роторной лопасти, с целью неподвижного соединения друг с другом за счет этого внутренней части роторной лопасти и наружной части роторной лопасти. Соединительные пальцы 128 крепятся на контр-элементе 120 за счет того, что они проходят из анкерного элемента 134 через контр-элемент 120 до насаженного крепежного средства 156. Крепежное средство 156, которое выполнено в виде винтовой гайки и предназначено для навинчивания, прилегает к поверхности 158 прилегания контр-элемента 120. Крепежный элемент 156 образует также стяжной элемент и может натягиваться для стягивания.

Дополнительно к этому, каждый соединительный палец 128 проходит через анкерный элемент 134 и снабжен эластичной втулкой 130, которая прилегает к зоне 160 прижимания анкерного элемента 134. Таким образом, контр-элемент 120 и анкерный элемент 134 расположены между эластичной втулкой 130 и крепежными средствами 156. За счет применения двух соединительных пальцев 128 для этого соединительного устройства 100 можно вводить силу натяжения в соответствующих двух местах в контр-элемент 120, соответственно, анкерный элемент 134. Каждый анкерный элемент 134 и контр-элемент 120 может быть выполнен, соответственно, длиннее, с целью ввода силы натяжения по возможно большей поверхности во внутреннюю часть роторной лопасти, соответственно, наружную часть роторной лопасти.

Эластичная втулка 130, которая, как показано на фиг. 9, насажена на соединительный палец 128, имеет на своем противоположном анкерному элементу 134 конце резьбовой участок 166 с внутренней резьбой, в которую ввинчен соединительный палец. В качестве альтернативного решения, эластичная втулка может удерживаться и стягиваться также с помощью соответствующей головки соединительного пальца 128, или с помощью расположенного там натяжного средства, такого как, например, винтовая гайка.

На фиг. 10 показана часть наружной части 104 роторной лопасти. Для соединения этой наружной части 104 с внутренней частью 102 роторной лопасти, которое показано на фиг. 13 и 14, предусмотрено множество поперечных отверстий 162 для размещения соответствующего анкерного элемента 134. Для прохождения соединительного пальца 128 предусмотрены продольные отверстия 148, а именно, два соответствующих продольных отверстия 148 для одного поперечного отверстия 162. Таким образом, все продольные отверстия 148 образуют окружную, двухрядную систему этих продольных отверстий 148.

На фиг. 11 показана в несколько измененной относительно фиг. 10 изометрической проекции часть наружной части 104 роторной лопасти из фиг. 10 со вставленными частями соединительного устройства 100, согласно фиг. 9. При этом соответствующий анкерный элемент 134 введен в поперечное отверстие 162. Кроме того, через каждое продольное отверстие 148 проходит соответствующий соединительный палец 128. Эластичная втулка 130 на фиг. 11 не изображена.

На фиг. 12 показана на виде в осевом направлении изображенная на фиг. 11 часть наружной части 104 роторной лопасти. На этом виде в осевом направлении на эту соединительную зону показано множество продольных отверстий 148 и расположенные в них соединительные пальцы 128.

На фиг. 13 показана часть внутренней части 102 роторной лопасти с поперечными гнездами 164 для размещения соответствующего контр-элемента 120. Можно видеть, что поперечное гнездо 164 имеет лишь один раскрыв к внутреннему пространству внутренней части 102 роторной лопасти. Для сравнения можно сослаться на поперечное отверстие 162 наружной части 104 роторной лопасти, которое проходит каждое полностью снаружи внутрь.

Каждое поперечное гнездо 164 имеет дополнительно два продольных отверстия 148. Таким образом, эти продольные отверстия во внутренней части 102 роторной лопасти обозначены той же позицией, что и продольные отверстия 148 наружной части 104 роторной лопасти, для иллюстрации того, что в одном соединительном устройстве 100 соответствующий соединительный палец 128 проходит через такое продольное отверстие 148 во внутренней части 102 роторной лопасти, а также через соответствующее продольное отверстие 148 в наружной части 104 роторной лопасти.

На фиг. 14 показана внутренняя часть 102 роторной лопасти с частями введенных соединительных устройств 100, а именно, с соответствующим контр-элементом 120 и двумя соединительными пальцами 128. Можно видеть, что рядом с контр-элементом 120, соответственно, позади него остается большое свободное пространство. Его можно использовать для размещения крепежных средств 156, соответственно, натяжных средств 156, а также для обеспечения места для затягивания их, с целью стягивания соединительного устройства 100. Таким образом, эти довольно большие поперечные гнезда 164 предпочтительно расположены во внутренней части роторной лопасти, с целью выполнения из нее стягивания с применением крепежных средств 156. Для этого крепежные средства 156 расположены во внутренней части 102 роторной лопасти и тем самым лучше доступны по сравнению с теоретически возможным расположением в наружной части роторной лопасти.

Указанные эластичные втулки, которые показаны на фиг. 9, могут воспринимать напряжение стягивания и сохранять их и, в частности, при небольших термических изменениях длины соединительного пальца 128 или других релевантных элементов сохранять силу натяжения. Для этого в принципе не имеет значения, осуществляется ли стягивание на стороне эластичной втулки 30, соответственно, 130 или на крепежном средстве 156. При этом стягивание во внутренней части 102 роторной лопасти и тем самым, согласно показанному варианту выполнения, на крепежном средстве 156, соответственно, натяжном средстве 156, является предпочтительным вариантом выполнения.

Роторная лопасть ветроэнергетической установки, содержащая обращенную к ступице ротора внутреннюю часть роторной лопасти и противоположную ступице ротора наружную часть роторной лопасти. Внутренняя часть роторной лопасти и наружная часть роторной лопасти соединены друг с другом с помощью по меньшей мере одного соединительного устройства, и соединительное устройство содержит по меньшей мере один закрепленный в наружной части роторной лопасти анкерный элемент, по меньшей мере один закрепленный во внутренней части роторной лопасти контр-элемент, по меньшей мере один проходящий через контр-элемент и закрепленный в анкерном элементе соединительный палец. Задачей изобретения является создание более легкой, но при этом более надежной и крупной лопасти ветроэнергетической установки. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Роторная лопасть ветроэнергетической установки для крепления на ступице ротора, имеющая продольную ось роторной лопасти, содержащая
- обращенную к ступице ротора внутреннюю часть роторной лопасти и
- обращенную от ступицы ротора наружную часть роторной лопасти,
при этом внутренняя часть роторной лопасти и наружная часть роторной лопасти соединены друг с другом с помощью по меньшей мере одного соединительного устройства, причем соединительное устройство содержит
- по меньшей мере один закрепленный в наружной части роторной лопасти анкерный элемент,
- по меньшей мере один закрепленный во внутренней части роторной лопасти контр-элемент, и
- по меньшей мере один проходящий через контр-элемент соединительный палец, закрепленный в анкерном элементе или на анкерном элементе, при этом
- наружная часть роторной лопасти и/или внутренняя часть роторной лопасти в зоне анкерного элемента или контр-элемента, соответственно, имеет зону крепления с увеличенной толщиной материала оболочки роторной лопасти, при этом в зоне крепления для каждого соединительного устройства предусмотрено продольное отверстие, которое проходит параллельно продольной оси роторной лопасти и/или параллельно поверхности роторной лопасти, при этом
- продольное отверстие в наружной части роторной лопасти
проходит от стыковочной поверхности для прилегания к внутренней части роторной лопасти до поперечного отверстия для размещения анкерного участка, так что соединительный палец может проходить от стыковочной поверхности до анкерного пальца, и/или
- продольное отверстие во внутренней части роторной лопасти проходит от стыковочной поверхности для прилегания к наружной части роторной лопасти полностью через крепежную зону с окончанием во внутренней зоне внутренней части роторной лопасти, в которой толщина материала настолько мала, что отверстие полностью выходит из крепежной зоны, так что соединительный палец может проходить от стыковочной поверхности во внутреннюю зону.

2. Роторная лопасть по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя часть роторной лопасти и/или наружная часть роторной лопасти состоят, соответственно, из армированной волокном пластмассы, в частности из армированной стекловолокном пластмассы.

3. Роторная лопасть по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что анкерным элементом является поперечный палец с осью пальца поперек продольной оси роторной лопасти, и/или что анкерный элемент имеет отверстие поперек оси пальца и параллельно поверхности роторной лопасти, имеющее внутреннюю резьбу для размещения соединительного пальца с обеспечением крепления.

4. Роторная лопасть по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что контр-элементом является поперечный палец с осью пальца поперек продольной оси роторной лопасти, и/или что контр-элемент имеет проходное отверстие поперек оси пальца для прохождения соединительного пальца.

5. Роторная лопасть по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что соединительный палец закреплен в анкерном элементе, выступает от соединительного элемента через контр-элемент и снабжен на противоположной анкерному элементу стороне контр-элемента натяжным средством для прижимания к контр-элементу, с целью притягивания друг к другу анкерного элемента и контр-элемента.

6. Роторная лопасть по п. 5, отличающаяся тем, что соединительный палец ввинчен в анкерный элемент, причем натяжным средством является винтовая гайка, и/или что между контр-элементом и натяжным средством расположена эластичная втулка.

7. Роторная лопасть по п. 5, отличающаяся тем, что контр-элемент в зоне проходного отверстия имеет плоскую поверхность прилегания для натяжного средства.

8. Роторная лопасть по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что соединительные устройства или соответственно их часть расположены в несколько рядов относительно средней оси роторной лопасти, во внутреннем и наружном ряду, и/или что соединительные устройства имеют каждое несколько соединительных пальцев.

9. Роторная лопасть по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что соединительное устройство имеет, соответственно, один анкерный элемент, один контр-элемент и несколько соединительных пальца.

10. Роторная лопасть по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что соединительный палец или каждый соединительный палец проходит через анкерный элемент до эластичной втулки и в эластичной втулке свинчен с эластичной втулкой на противоположном анкерному элементу крепежном участке.

11. Соединительное устройство для соединения внутренней части роторной лопасти с наружной частью роторной лопасти, содержащее
- по меньшей мере один подлежащей креплению на наружной части роторной лопасти анкерный элемент,
- по меньшей мере один подлежащий креплению во внутренней части роторной лопасти контр-элемент, и
- по меньшей мере один проходящий через контр-элемент соединительный палец, подлежащий креплению в анкерном элементе.

12. Соединительное устройство по п. 11, отличающееся тем, что соединительное устройство имеет один анкерный элемент, один контр-элемент и несколько соединительных пальца для соединения анкерного элемента с контр-элементом.

13. Соединительное устройство по п. 11 или 12, отличающееся тем, что соединительное устройство соединяет наружную часть и внутреннюю часть роторной лопасти по любому из пп. 1-10.

14. Ветроэнергетическая установка с ротором, имеющим по меньшей мере одну роторную лопасть по любому из пп. 1-10.