CN110219777A - 用于风力涡轮机中的腐蚀防护的方法和风力涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于风力涡轮机中的腐蚀防护的方法和风力涡轮机。用于风力涡轮机的螺栓孔（2）中的腐蚀防护的方法，由此由耐腐蚀金属材料（6）制成的套管（5）被插入螺栓孔（2）中，具体地覆盖螺栓孔壁（4）的整个长度，并且使用扩张器工具（7）至少部分地扩张以被固定在所述螺栓孔（2）中。

Description

用于风力涡轮机中的腐蚀防护的方法和风力涡轮机
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机的螺栓孔中的腐蚀防护的方法和风力涡轮机。
背景技术
风力涡轮机通常安装在近海或具有潮湿气候的岸上场地中，如，例如北欧。在这样的环境中，水可以在风力涡轮机的结构中引起腐蚀。具体地，螺栓孔易受这种腐蚀，这种腐蚀可以导致风力涡轮机部件的破裂，因此必须更换这些部件。现代风力涡轮机可以包括1000个或更多个螺栓孔，因此其需要腐蚀防护措施以承受其安装场地处的不利条件。具体地，这种腐蚀防护应当在风力涡轮机的整个寿命期间有效。
为了提供这种腐蚀防护，曾提出基于油和蜡的产品来保护螺栓孔免受腐蚀。然而，这些材料不提供长期的解决方案。另一建议是使用热喷涂金属化，这导致螺栓孔中的过度的温度增加，并且因此不能被应用。
在当前的风力涡轮机中，涂料涂层被用作腐蚀防护。然而，该解决方案具有缺点。在生产期间，例如由于低品质的喷砂工艺，粘附性质是不足的。另外，螺栓孔中的不均匀的涂层膜形成导致不良的腐蚀防护。使用涂料的所有解决方案另外遭受它们不能够抵抗来自螺栓安装过程的影响的缺点。
发明内容
因此，本发明的目的是向风力涡轮机的螺栓孔提供可靠且易于应用的腐蚀防护。
该目的通过提供根据权利要求1的方法和根据权利要求8的风力涡轮机实现。有利的实施例是从属权利要求的主题。
在根据本发明的方法中，由耐腐蚀金属材料制成的套管被插入螺栓孔中，优选地覆盖螺栓孔壁的整个长度，并且使用扩张器工具至少部分地扩张，所述套管被扩张以被固定在螺栓孔中。
尽管在大多数情况下，套管将覆盖螺栓孔的整个长度，从而完全保护螺栓孔，但是也能够设想到使用仅覆盖螺栓孔的一部分长度的套管。
套管，具体地具有对应于螺栓孔的圆筒形形状，具体地使得所述套管的外径至少基本上匹配螺栓孔的直径。使用由耐腐蚀金属或金属合金（即纯金属和/或合金、具体地铝和/或锌）制成的套管确保在海洋环境中为任何完整寿命应用足量的耐腐蚀金属。套管（例如铝套管或锌套管）被插入用于风力涡轮机部件的螺栓孔中并且然后扩张，使得其被固定在螺栓孔中。
套管给予适当的腐蚀防护以实现延长的耐久性连同足够的机械强度以抵抗来自螺栓安装过程的影响。迄今为止，这尚不能够用现有技术中所使用的涂层系统来实现。由于套管在螺栓孔中的固定易于执行，因此相比于使用涂料或类似涂层的解决方案，能够实现在生产时间方面以及也在材料成本方面的显著节省。
所提出的方法和腐蚀防护本身特别适合于叶片支承件，但是当然也能够应用于风力涡轮机的其它的、特别是更大和/或更深的螺栓孔。
已经在设有如上文所描述的套管的螺栓孔上执行关于腐蚀防护的试验。对应于C5环境，根据ISO 9227的盐雾试验被施加1440小时，根据ISO 20340方法B的海水浸泡被施加4200小时。使用了由铝合金制成的套管。在这种情况下以及对于风力涡轮机的大多数部件是钢而言，在套管材料或螺栓孔材料中未观察到腐蚀。
如已经另外地示出的，通过使套管在螺栓孔中扩张而固定的套管显示出与螺栓孔基底材料、具体地钢的良好粘附性，从而抵抗对应于大于5吨的轴向力。该试验也显示，1.2mm的套管厚度足以获得所需的腐蚀防护。一般地，套管可以具有至少1.2 mm的厚度，具体地1.2 mm至3 mm的厚度。
试验中使用的铝合金也具有高延展性，并且高度耐受点腐蚀。
本发明的另一优点在于，从其它技术领域、具体地与管件冷却器和热交换器相关的技术领域已知可用于将套管固定在螺栓孔中的扩张技术。具体地，所谓的管道扩张器可以被用作扩张器工具。能够通过将冷却/加热管件以两件及多部件的方式（two and-pieces）插入钻孔中来构造管件冷却器和热交换器。通过用管道辊压设备等来扩张管件将管件机械地固定在钻孔中。例如，具有扩张器芯轴的电动或气动辊压机能够被用作管道扩张器。在该技术领域中，扩张方法被广泛地使用，并且固定的和手持的扩张器工具在全世界范围内能够商业地购得。这些工具在根据本发明的方法中也能够被用作扩张器工具。
优选地，至少套管的端部部分、具体地在套管的至少20%上延伸的端部部分被扩张。然而，在更优选的实施例中，套管在其整个长度上被扩张。以这种方式，实现了最佳的机械粘附。如果由于生产问题而不可能在套管的整个长度上扩张套管，则优选的是扩张套管的端部部分，优选地套管的每个端部中的最初的20%至25%。如果，例如200 mm深的支承件被用作螺栓孔，则可以使始于套管的两侧的40 mm至50 mm扩张。
在另一优选实施例中，套管在至少一个端部、具体地在两个端部处从螺栓孔凸出，以在扩张套管时形成保持边缘。以这种方式，可以减轻或避免螺栓在其安装期间的轴向影响。在扩张过程期间，可以使凸出部分卷曲以形成保持边缘，或者可以通过使来自凸出部分的材料比螺栓孔的内径更进一步地扩张来形成凸出部。这种保持边缘也可以被称为悬伸部或支托部。
本发明也包括风力涡轮机，其包括用于部件之间的螺栓连接的螺栓孔，其中，至少一部分螺栓孔具有由耐腐蚀金属材料制成的套管，所述套管通过扩张、具体地使用根据本发明的方法固定在所述螺栓孔中，并且优选地覆盖螺栓孔的整个长度。关于本发明方法的所有实施例和评论也能够应用于根据本发明的风力涡轮机，具体地包括锌和/或铝的耐腐蚀金属材料和/或具有保持边缘的套管。此时应当注意的是，耐腐蚀金属材料可以是合金或单一金属。
在优选实施例中，设有套管的螺栓孔被用于将叶片支承件连接到毂。如已经提到的那样，本方法特别适合于双螺栓连接（both bolted connections），原因在于在这些部件处产生大的力，使得必须避免腐蚀作用、具体地那些导致裂缝的腐蚀作用，这通过当前发明实现。
如在风力涡轮机中通常出现的情况，螺栓孔壁可以由钢制成。腐蚀防护在海洋应用中特别重要，使得风力涡轮机可以优选地是近海风力涡轮机。然而，本发明也能够有利地应用在任何潮湿的岸上场地中。
附图说明
当前发明的另外的细节和优点能够结合附图从以下对优选实施例的描述中获得，附图中：
图1至图6图示根据本发明的方法的实施例的步骤和材料，以及
图7示出根据本发明的风力涡轮机中的叶片与毂之间的连接区域的细节。
具体实施方式
图1至图6示出材料并且图示根据本发明的方法的实施例的某些步骤。图1示出风力涡轮机的叶片支承件1的示意图，该风力涡轮机具有螺栓孔2，螺栓孔2在将风力涡轮机固定到毂时接收螺栓。
图2示出这种螺栓孔2的横截面。螺栓孔2形成在钢3中，钢3因此也形成螺栓孔壁4。由于钢3经受腐蚀，所以本发明旨在保护螺栓孔壁4免受由水或相应的水雾引起的腐蚀作用。为了实现这种保护，使用如图3中所示的套管5。套管5由耐腐蚀金属材料6、具体地包括锌或铝或者包含这些金属中的至少一者的合金制成。圆筒形套管5的外径匹配螺栓孔壁4的内径。
图4示出扩张器工具7的示意图，在这种情况下扩张器工具7是从相应的技术领域已知的管道扩张器，例如电动辊压机。图3中的扩张器工具7仅是示例性的；具体地，可以应用任何类型的合适的可商业购得的管道扩张器。
根据该方法，如图5中所示，套管5被插入螺栓孔2中，并且使用扩张器工具7扩张以固定套管5，使得金属材料6粘附于螺栓孔壁4。
图6示出该方法的最终产品。螺栓孔2的整个壁4被套管5覆盖，从而保护钢3免受腐蚀。
任选地，套管5可以选择为比螺栓孔2的长度略微更长，使得套管5在两个端部处凸出超过螺栓孔2，从而导致在扩张过程期间形成保持边缘8。
最终，图7示出根据本发明的风力涡轮机的细节。使用螺栓连接来连接毂9和风力涡轮机的叶片的根部10，其中，螺栓11延伸穿过螺栓孔2。如从图7的截面可见的那样，对应的螺栓孔2中的每一个均包括根据依据本发明的方法被插入且固定的套管5。
尽管已经参考优选实施例详细描述了本发明，但是本发明不由所公开的示例限制，本领域技术人员在不脱离本发明的范围的情况下能够从所公开的示例得出其它变型。

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮机的螺栓孔（2）中的腐蚀防护的方法，其特征在于，由耐腐蚀金属材料（6）制成的套管（5）被插入所述螺栓孔（2）中，具体地覆盖螺栓孔壁（4）的整个长度，并且使用扩张器工具（7）至少部分地扩张以被固定在所述螺栓孔（2）中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐腐蚀金属材料包括铝和/或锌。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述套管（5）具有至少1.2 mm的厚度，具体地1.2 mm至3 mm的厚度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，管道扩张器、具体地气动或电动辊压机被用作扩张器工具（7）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述套管的至少端部部分、具体地在所述套管（5）的至少20%上延伸的端部部分被扩张。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述套管（5）在其整个长度上被扩张。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述套管（5）在至少一个端部处、具体地两个端部处从所述螺栓孔（2）凸出，以在所述套管（5）扩张时形成保持边缘（8）。
8.一种风力涡轮机，包括用于部件之间的螺栓连接的螺栓孔（2），其中，所述螺栓孔（2）的至少一部分具有由耐腐蚀金属材料（6）制成的套管（5），所述套管通过扩张、具体地使用根据权利要求1至7中任一项所述的方法固定在所述螺栓孔（2）中，并且覆盖所述螺栓孔（2）的整个长度。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机，其特征在于，有套管的螺栓孔（2）被用于将叶片支承件连接到毂（9）。
10.根据权利要求8或9所述的风力涡轮机，其特征在于，所述螺栓孔壁（4）由钢（3）制成，和/或所述风力涡轮机是近海风力涡轮机。
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