[发明专利]用于将风力涡轮机转子叶片连接到转子轮毂的接头和相关方法

说明书

一种风力涡轮机叶片包括细长主体，细长主体具有被配置为联接到风力涡轮机的转子轮毂的根端。转子叶片还包括根端处的用于将转子叶片连接到转子轮毂的连接接头。连接接头包括多个连接元件，这多个连接元件被集成在转子叶片的所述根端中并且包括孔眼，该孔眼限定穿过转子叶片的根端的孔。连接元件可由折叠的纤维粗纱形成，其中，折叠部形成孔眼。还公开了一种制成其中集成有连接元件的转子叶片的方法以及一种制成连接元件的方法。

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机，并且更具体地，涉及用于将风力涡轮机转子叶片连接到转子轮毂的改进接头以及形成具有用于将转子叶片连接到转子轮毂的改进接头的风力涡轮机转子叶片的方法。

背景技术

风力涡轮机用于使用可再生资源产生电能，而不用燃烧化石燃料。通常，风力涡轮机将来自风的动能转换成电能。水平轴风力涡轮机包括：塔架；机舱，其位于塔架的顶点处；以及转子，其具有中心轮毂和多个叶片，叶片联接到轮毂并且从轮毂向外延伸。转子被支撑在从机舱延伸的轴上，该轴要么直接要么间接地与被容纳在机舱内的发电机操作性地联接。因此，当风迫使叶片旋转时，发电机产生电能。

近年来，风能已成为一种更具吸引力的替代能源，并且风力涡轮机、风力发电场等的数量在陆地和海上都已显著增加。另外，风力涡轮机的尺寸也显著增加，现代风力涡轮机叶片的长度在50米至80米之间延伸，并且预计将来有进一步增加。风力涡轮机叶片中增加的长度为风力涡轮机设计者和制造商引入了多种令人关注的设计考虑因素。例如，随着叶片长度增加，风力涡轮机叶片与转子轮毂之间的接头可能承受增大的应力，这提出了具有挑战性的设计考虑，以便确保接头可以耐受在风力涡轮机操作寿命期间预计有的负载。

风力涡轮机转子叶片与转子轮毂之间的传统接头包括联接到风力涡轮机叶片的根端并从根部延伸的双头螺栓，双头螺栓进而联接到与转子轮毂关联的变桨轴承。风力涡轮机叶片通常由一种或更多种由纤维材料织物层和树脂层形成的复合材料制成。这些材料具有优异的强度和低重量的特性。但是，在根连接配件的背景下，它们的强度可减小，因为根连接通常需要在复合材料中制成孔。在叶根区域中制成孔通常还涉及切割或钻穿纤维增强材料，由此它在孔的壁处局部遭到损害。例如，洞或孔可在转子叶片的根端处攻丝到复合材料中，双头螺栓插入件可以在洞或孔中实现连接。这必然降低了材料的一些内在强度。包括增强材料的平面织物型叠层的复合材料在被穿孔时可能剪切强度不够大并且在材料叠层的平面中承受剪切力，以将负荷经由双头螺栓在叶片和轮毂之间传递。因此，可预计在界面处发生复合材料的劣化。

出于此原因，制造商试图设计出一种以不同方式分配出现在叶片的根端与转子轮毂之间的连接处的力的接头。例如，通常已知利用T形接头将叶片的根端连接到转子轮毂。在该设计中，沿叶片的端面中的圆周形成多个轴向孔。另外，诸如盲孔或穿通孔这样的多个径向孔形成在叶片的根端的侧壁中，以便与相应的轴向孔相交。然后，将带有螺纹孔的金属插入件设置在叶片的侧壁中的每个径向孔中。然后，将双头螺栓插入轴向孔中并且与金属插入件的螺纹孔螺纹接合，以形成T形接头，由此将双头螺栓保持在叶片的根端处。这种替代类型的叶片根连接也需要在复合材料中形成一些孔，由此也涉及嵌入纤维层的一些局部弱化部，穿过这些纤维层形成孔。

在另一种设计中，沿着风力涡轮机叶片的端面的圆周形成轴向孔。然后，内螺纹金属插入件定位在轴向孔内并且粘附性地结合在轴向孔中，以基本上将金属插入件嵌入转子叶片的复合材料内。然后，将双头螺栓与金属插入件螺纹接合。作用在转子叶片和转子轮毂之间的力通过双头螺栓起作用，因此经由金属插入件进行传递，金属插入件用于用较软的复合材料在界面区域上更均匀地分布力。