[发明专利]用于修理将风力涡轮机转子叶片连接到转子轮毂的接头的替换插入件

说明书

公开了一种用于修理将风力涡轮机叶片连接到风力涡轮机的转子轮毂的接头的替换插入件。替换插入件包括衬套，该衬套具有第一端、第二端、外表面和内部通道。替换插入件还包括围绕衬套的外表面的至少一部分的罩。替换插入件可具有非圆形的横截面轮廓。罩限定外表面和从罩的外表面延伸的多个突起。突起被构造成当替换插入件定位在风力涡轮机叶片中的衬套空腔中时用作间隔件，以在替换插入件与衬套空腔的壁之间限定间隙。

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及一种用于修理将风力涡轮机转子叶片连接到风力涡轮机上的转子轮毂的接头的替换插入件。

背景技术

风力涡轮机用于使用可再生资源且不燃烧化石燃料来产生电能。通常，风力涡轮机将来自风的动能转换成电力。一种水平轴线风力涡轮机包括：塔架；机舱，该机舱位于塔架的顶点处；以及转子，该转子具有中心轮毂和多个叶片，所述多个叶片联接到轮毂并且从轮毂向外延伸。转子支撑在从机舱延伸的轴上，该轴直接或间接地与容纳在机舱内的发电机操作性联接。因此，当风迫使叶片旋转时，发电机产生电能。

近年来，风力已经成为更有吸引力的替代能源，并且在陆地上和在近海处，风力涡轮机、风电场等的数量都显著增加。另外，风力涡轮机的尺寸也显著增加，现代风力涡轮机叶片在长度上延伸50至80米之间，并且预期在未来会进一步增加。风力涡轮机叶片长度的增加为风力涡轮机设计者和制造者引入了许多令人关注的设计考虑。例如，随着叶片长度的增加，风力涡轮机叶片至转子轮毂之间的接头可能经受增加的应力，所述应力呈现了挑战性的设计考虑，以便确保接头能够承受在风力涡轮机的操作寿命期间预期的负载。

风力涡轮机转子叶片和转子轮毂之间的常规接头包括联接到风力涡轮机叶片的根部端并且从该根部端延伸的螺纹柱螺栓，该螺纹柱螺栓继而联接到与转子轮毂相关联的变桨轴承。风力涡轮机叶片通常由一种或多种复合材料制成，所述复合材料由纤维材料和树脂形成。这种材料通常不具有提供牢固固定机构的结构完整性，可以将螺纹柱螺栓直接插入该牢固固定机构中。例如，可在转子叶片的根部端处的复合材料中攻出孔或钻孔，以提供柱螺栓可在其上实现连接的互补螺纹。然而，复合材料具有不足以经由柱螺栓在叶片和轮毂之间传递负载的剪切强度，并且在界面处将发生复合材料的劣化。

因此，制造商试图设计一种接头，该接头将在叶片的根部端和转子轮毂之间的连接处出现的力更均匀地分布。例如，在一个设计中，轴向孔沿着风力涡轮机叶片的端面的圆周形成。然后将内螺纹金属衬套定位在轴向孔内并粘合地结合在轴向孔中，以将金属衬套基本上嵌入转子叶片的复合材料内。或者，在叶片制造的铺设过程期间，金属衬套可定位在叶片模具中，位于叶片的根部端处的各种壳体层压件内。然后，叶片可被注入有树脂并固化以形成最终叶片，衬套作为原始叶片制造的一部分被集成到叶片的根部端中。在任何情况下，柱螺栓然后与金属衬套螺纹接合。在转子叶片和转子轮毂之间作用的力通过柱螺栓起作用，并且因此经由金属衬套传递，金属衬套操作以将力更均匀地分布在具有较软的复合材料的界面区域上。

虽然当前的连接接头通常足以实现其支撑转子叶片与转子轮毂之间的负载的预期目的，但在一些情况下，在衬套/复合材料界面处的粘合剂结合或叶片材料可能变得受损，从而导致衬套在复合叶片材料内松动。这可能在叶片的寿命期间发生，可能是由于不正确的操作或异常的应力或异常的疲劳水平或由于一系列不可预测的因素。如果足够数量的衬套受损，则叶片与转子轮毂之间的接头可能不能够容易地承受在风力涡轮机的操作期间出现的负载和应力，并且可能出现故障的风险。例如，衬套(其粘合剂或附接由于过载等而受损)可能随着时间的推移而趋于使其自身变松。为了避免这种情况，建议对叶片/转子轮毂接头进行定期检查，以确保接头的完整性。如果在检查期间确定足够数量的衬套受损，则在风力涡轮机的操作可重新开始之前可能需要替换整个风力涡轮机叶片。当然，这种替换是非常昂贵的。这不仅包括附加叶片的成本，而且还包括与叶片替换所需的大型起重机和其他设备、实现替换所需的劳动力以及替换过程期间风力涡轮机的损失操作时间相关的成本。