CN107013408A - 一种大型风力机分段叶片及其连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型风力机分段叶片及其连接方法。大型风力机分段叶片包括能连接形成大型风力机分段叶片的两个或多个叶片段，在叶片段翼型周向布置双排交叉螺母孔；在叶片段连接部位端面分布与交叉螺母孔一一对应的轴向螺栓孔；通过螺栓、连接钢架将叶片段紧固连接；在叶片段连接处粘接预制蒙皮。本发明可实现大型风力机叶片分段制造、分段运输和分段连接安装，有效地避免了整体制造带来的质量风险，同时也会大大降低叶片运输难度和成本；可用于将先前短叶片在结构强度允许的条件下进行叶尖段更换；可用于在叶片制造或运行过程中局部出现严重质量缺陷时替换缺陷段，从而减少了资源浪费，节省叶片生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及大型风力机分段叶片技术领域，特别是涉及一种大型风力机分段叶片及其新型连接方法。同时还涉及一种短叶片延长、各段(叶尖\叶中\叶根)损坏段更换的技术方法。
背景技术
为解决化石燃料应用所产生的环境问题，人类大力开发对环境友好的新型能源替代化石燃料，风能是其中一种大力开发的新型能源，目前利用风能的主要方式是风力发电。随着大型风力机单机容量不断增大，为了提高风能利用率和捕获更多的风能，风力机叶片长度也随之越来越长。但随着叶片长度的不断增加，这将给整体式叶片的制造、运输和安装等带来了新的挑战。目前国内外商业级叶片长度已达到80m左右，其实对于长度达到60m级别的叶片运输已相当困难。这样长度级别的叶片一方面对制造工艺提出更高要求，工人操作困难，易造成叶片制造缺陷，且一旦局部出现重大质量问题将会导致整个叶片报废，损失极大；另一方面叶片越长，越不便于叶片运输和安装，导致运输和安装成本会大大增加，尤其在偏远山区、无运输公路等较难送达的地方，同时叶片太长也可能导致公路、铁路运输条件根本无法完成运输任务。分段叶片是指将风力发电机叶片整体结构改为分段结构，用适当方式将分段部分连接成一个整体，且不影响叶片的发电性能。对于采用分段连接的大型风力机叶片将会给叶片制造、叶片运输以及叶片安装带来极大的便利。
现有技术中，申请号为201310695151.9的发明公开了一种分段式风力机叶片的连接装置，连接装置包括叶片壳体连接装置和剪切肋连接装置，壳体连接装置包括若干个玻璃钢法兰，玻璃钢法兰直接成型在每段叶片连接处的截面上，相对接的两个玻璃钢法兰上分别设有相互对应的螺孔，螺孔上设有螺栓，螺栓上设有自锁螺母；剪切肋连接装置包括若干个泡沫和若干个玻璃钢板，泡沫分别设置在相对应的两段剪切肋之间，泡沫上设有通孔，玻璃钢板分别设置在相对应的两段剪切外侧的连接处，玻璃钢板与剪切肋上设有相对应的螺孔，螺孔与泡沫上的通孔相对应，剪切肋连接装置还包括若干个螺栓和自锁螺母。申请号为01410654954.4的中国发明专利申请公开了一种大型风力机分段叶片及其配装连接方法，大型风力分段叶片的配装连接方法包括如下步聚 ：( 一）、 将叶片段一和叶片段二的上连接件一和连接基体左右两端的连接件二相连接，使叶片段一、叶片段二和连接基体连接成整体 ；（二）、将与叶片段一和叶片段二具有一致的气体动力学外形的连接外壳安装在连接基体的外表面，使叶片整体具有完整的气体动力学外形 ；（三）、使用步聚（一）和（二）依次顺序连接各叶片段，完成大型风力力分段叶片的组装连接 ；（四）、 用手糊的方式在各叶片段与连接外壳接触部位的外表面包裹上玻纤布保护层 ；（五）、连接而成的叶片表面经过打磨后，在叶片的外表面刮腻子，待腻子干后将叶片表面打磨光滑，最后在叶片表面涂上油漆。以上现有技术，均有待进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种大型风力机分段叶片及其连接方法，其操作简单、连接可靠，用于分段式叶片连接、短叶片段延长连接和损坏段叶片更换的连接。
本发明所采用的技术方案是：一种大型风力机分段叶片连接方法，所述大型风力机分段叶片包括能连接形成大型风力机分段叶片的两个或多个叶片段，在叶片段翼型周向布置双排交叉螺母孔；在叶片段连接部位端面分布与交叉螺母孔一一对应的轴向螺栓孔；通过螺栓、连接钢架将叶片段紧固连接；在叶片段连接处粘接预制蒙皮。
在叶片段连接部位沿翼型周向和展向增加多层玻纤布进行结构加强，灌注固化后在展向预定区域内形成等厚玻璃钢结构。
所述连接钢架的形状、结构与叶片段连接处相配合；各叶片段均由复合材料形成。
相邻两个叶片段的连接部位外表面设有凹槽；粘接预制蒙皮时，通过打磨、清理、粘接、补强、修型和喷涂工艺步骤将预制蒙皮粘接在相邻两个叶片段连接部位的凹槽内。
各叶片段连接部位截面均匀并沿翼型周向等间距分布双排交叉螺母孔，通过加工使安装交叉螺母后叶片表面过渡光滑。
在叶片段连接部位的展向，T型螺栓长短交错、紧密均匀分布；在翼型周向，用T型螺栓牢固连接叶片段。
所述连接钢架包括钢架前部、钢架中部、钢架后部；安装前使连接钢架两侧端面保持平整、并使连接钢架两侧端面与水平面垂直，连接钢架的结构与相邻两个叶片段连接部位两侧长短不同的T型螺栓相配合，从而通过T型螺栓、连接钢架将相邻两个叶片段进行牢固连接，并按设计要求给定力矩值；所述连接钢架轮廓外表面比叶片段连接部位外表面低5mm，用于后续预制蒙皮覆盖后与各叶片段之间能够光滑过渡。
在剪切腹板连接部位用腹板连接板和螺栓组件进行加固连接；腹板连接板设置在连接钢架的两边；腹板连接板和连接钢架形成中间连接体；预制蒙皮与连接钢架通过螺钉紧固连接，并在预制蒙皮与叶片主体结合边间隙内使用耐候性密封材料进行密封处理。
大型风力机分段叶片连接步骤包括：
腹板连接的步骤；
翼型过渡主体结构连接的步骤；
预制蒙皮修型连接的步骤；
将腹板连接板和叶片段的剪切腹板相连，用螺栓组件固定；用螺栓螺母将中间连接体和叶片段端面相连，用螺栓固定；将预制好的预制蒙皮粘接到中间连接体上，待预制蒙皮粘接固化后，充分打磨预制蒙皮、叶片相邻部位，然后将打磨部位清理干净，用结构胶和螺钉将预制蒙皮和叶片粘接固联为一体，待结构胶固化后，打磨粘接部位表面，清理打磨部位，刮涂腻子、油漆，使叶片表面无色差。
一种大型风力机分段叶片，包括中间连接体、预制蒙皮、能连接形成大型风力机分段叶片的两个或多个叶片段，所述叶片包括叶片腹板，叶片段包括剪切腹板，叶片腹板由各叶片段的剪切腹板连接而成；中间连接体包括连接钢架和连接在连接钢架两边的腹板连接板；叶片段连接部位沿翼型周向分布双排径向交叉螺母孔，在叶片段连接部位端面分布有与交叉螺母孔一一对应的轴向螺栓孔，用于与T型螺栓连接；相邻叶片段由连接钢架连接，连接钢架与叶片段通过T型螺栓连接；所述剪切腹板通过腹板连接板和螺栓组件相连接；叶片段与叶片段的连接部位设有凹槽，预制蒙皮粘接在相邻两个叶片段连接部位的凹槽内。
与现有技术相比，本发明大型风力机分段叶片连接方法具有以下有益技术效果：1.本发明的分段叶片连接方法可实现大型风力机叶片段制造、分段运输和分段连接安装，有效地避免了整体制造带来的质量风险，同时也会大大降低叶片运输难度和成本；2．本发明的分段叶片连接方法可用于将先前短叶片在结构强度允许的条件下进行叶尖段更换，使之叶片长度增加，从而大大提高叶片的年发电量；3. 本发明的分段叶片连接方法可用于在叶片制造或运行过程中局部出现严重质量缺陷时替换缺陷段叶片，从而减少了资源浪费，节省叶片生产成本。
附图说明
图1是本发明中大型风力机分段叶片连接总图。
图2是本发明中大型风力机分段叶片连接钢架结构示意图。
图3是本发明中大型风力机分段叶片的叶片段及连接组件（其中连接组件包括交叉螺母孔、轴向螺栓、腹板连接板、螺栓组件；结构胶和螺钉将预制蒙皮和叶片段粘接固联为一体，待结构胶固化后）的示意图。
图4是本发明中大型风力机分段叶片的分段连接示意图。
图中: 1、叶片 ，2、钢架前部，3、钢架中部，4、钢架后部，5、叶片段，6、交叉螺母孔，7、轴向螺栓，8、腹板连接板，9、螺栓组件，10、预制蒙皮，11、叶片腹板。
具体实施方式
请参考图1至图4，一种大型风力机分段叶片1，可分为两段或多段，即分为两个或多个叶片段5。各段之间采用长短不同的T型螺栓、中间连接体（包括特殊结构的连接钢架和腹板连接板8，其中连接钢架包括钢架前部2、钢架中部3、钢架后部4）、螺栓组件9以及预制蒙皮10将其组合连接为整体叶片。整个叶片连接可分为翼型过渡主体结构连接、腹板连接和预制蒙皮修型连接。翼型过渡段连接须在展向和翼型厚度方向进行玻璃纤维增强处理并保持设计的厚度值以确保连接的可靠性。同时在连接部位翼型周向双排等距分布交叉螺母孔6，而在展向通过轴向螺栓7连接，用于交叉径向螺母和连接螺栓的装配，连接螺栓长度不同。腹板连接主要是通过腹板连接板和螺栓组件来实现的，须有足够多的螺栓来确保腹板（叶片腹板11）连接牢固。预制蒙皮连接是在过渡段不同翼型之间采用预制约5mm的蒙皮结构并连接在连接钢架上，从而实现分段叶片连接部位的光滑过渡。每个叶片段的大小形状构造不完全相同，以能组成一个完整的大型风力机分段叶片为准，相应的T型螺栓、连接钢架、腹板连接板、螺栓组件以及预制蒙皮等其他零部件的形状构造也与所在相邻两个叶片段的连接部位相配合。
大型风力机分段叶片连接步骤如下：
1、首先将中间连接体上的腹板连接板和腹板相连，用螺栓固定；
2、用螺栓将中间连接体和叶片端面相连，用螺栓固定；
3、将预制好的蒙皮粘接到中间连接体上，待蒙皮粘接固化后，充分打磨蒙皮、叶片连接段相邻部位，然后将打磨部位清理干净，用结构胶和螺钉将蒙皮和叶片粘接固联为一体，待结构胶固化后，打磨粘接部位表面，清理打磨部位，刮涂腻子、油漆，使叶片表面无色差。
本发明中，各个叶片段均由复合材料结构形成。在各段连接部位沿翼型周向和展向增加多层玻纤布进行结构加强，灌注固化后在展向一定区域内作为等厚玻璃钢结构，并在翼型周向布置双排交叉螺母孔。同时在连接部位端面分布与交叉螺母孔一一对应的轴向孔用于与T型螺栓连接。通过随形特殊结构连接钢架将分段部位连接紧固，而剪切腹板部位则利用腹板连接板和螺栓组件将其加强连接。最后将预制蒙皮结构粘接在两段之间的凹槽内并进行补强、修型、喷涂等完成整个叶片连接工作。各连接部位截面厚度均匀并沿翼型周向等间距分布双排交叉螺母孔，要求其安装交叉螺母后叶片表面过渡光滑、无明显凹凸，通过修型等工艺来保证连接过渡段并不会影响叶片气动效率。分段位置的展向T型螺栓长短交错、紧密均匀分布在翼型周向，增加T型螺栓数量，牢固连接分段叶片段。特殊连接钢架结构由前、中、后三个部分组成。安装前须保证钢架两侧端面的平面度和垂直度，通过特殊连接钢架结构能够将连接部位两侧长短不同的T型螺栓进行牢固连接，并按设计要求给定力矩值。同时要求三部分钢架轮廓需比叶片连接部位表面低约5mm，用于后续蒙皮覆盖后与各段之间能够光滑过渡。前、后缘断开腹板须通过专用腹板连接板和螺栓组件进行加固连接。预制蒙皮结构与连接钢架通过螺钉紧固，并在结合边间隙内使用耐候性密封材料进行密封处理。
分段叶片连接采用等距交错、伸出长度不同的T型螺栓结构来进行连接，此连接方式结构简单、受力均匀、安全可靠，有效地避开螺栓孔间的应力危险部位并能够增加连接螺栓的数量，提高整体连接的可靠性。分段叶片连接利用伸出长度不同的螺栓与特殊钢架结构进行连接有效缩减了过渡段的连接空间，最大限度控制连接过渡段外形对叶片气动性能的影响。腹板连接方式不仅使得断开腹板（剪切腹板）之间连接得到加强，而且能够使腹板承受的剪应力转换为螺栓组的拉应力。这一连接方式的转变能有效地增强螺栓组的使用寿命。预制蒙皮与两侧的连接段之间的连接缝采用耐候性密封材料进行密封，从而有效避免自然界中风沙、雨水进入叶片壳体内部影响螺栓连接的安全性和可靠性。
本发明是一种大型风力机叶片段新型连接方法。此风力机叶片可由两段或多段玻璃钢结构连接而成。在各叶片段连接部位沿翼型周向分布双排径向交叉螺母孔，而轴向分布着轴向螺栓孔，并通过特殊结构的连接钢架将各段紧密连接起来。同时，各前、后剪切腹板通过连接钢板和螺栓组将其牢固连接。最后，通过打磨、清理、粘接、补强、修型和喷涂等工艺步骤将预制蒙皮结构粘接在分段（叶片段）连接处，从而将各叶片段连接为一体。本发明可以在不影响叶片气动效率的前提下，有效地解决了长叶片运输难、成本高的问题，同时也为短叶片延长、各叶片段更换提供了可行方案。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大型风力机分段叶片连接方法，所述大型风力机分段叶片包括能连接形成大型风力机分段叶片的两个或多个叶片段，其特征在于：在叶片段翼型周向布置双排交叉螺母孔；在叶片段连接部位端面分布与交叉螺母孔一一对应的轴向螺栓孔；通过螺栓、连接钢架将叶片段紧固连接；在叶片段连接处粘接预制蒙皮。
2.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，在叶片段连接部位沿翼型周向和展向增加多层玻纤布进行结构加强，灌注固化后在展向预定区域内形成等厚玻璃钢结构。
3.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，所述连接钢架的形状、结构与叶片段连接处相配合；各叶片段均由复合材料形成。
4.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，相邻两个叶片段的连接部位外表面设有凹槽；粘接预制蒙皮时，通过打磨、清理、粘接、补强、修型和喷涂工艺步骤将预制蒙皮粘接在相邻两个叶片段连接部位的凹槽内。
5.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，各叶片段连接部位截面均匀并沿翼型周向等间距分布双排交叉螺母孔，通过加工使安装交叉螺母后叶片表面过渡光滑。
6.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，在叶片段连接部位的展向，T型螺栓长短交错、紧密均匀分布；在翼型周向，用T型螺栓牢固连接叶片段。
7.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，所述连接钢架包括钢架前部、钢架中部、钢架后部；安装前使连接钢架两侧端面保持平整、并使连接钢架两侧端面与水平面垂直，连接钢架的结构与相邻两个叶片段连接部位两侧长短不同的T型螺栓相配合，从而通过T型螺栓、连接钢架将相邻两个叶片段进行牢固连接，并按设计要求给定力矩值；所述连接钢架轮廓外表面比叶片段连接部位外表面低5mm，用于后续预制蒙皮覆盖后与各叶片段之间能够光滑过渡。
8.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，在剪切腹板连接部位用腹板连接板和螺栓组件进行加固连接；腹板连接板设置在连接钢架的两边；腹板连接板和连接钢架形成中间连接体；预制蒙皮与连接钢架通过螺钉紧固连接，并在预制蒙皮与叶片主体结合边间隙内使用耐候性密封材料进行密封处理。
9.根据权利要求1所述的大型风力机分段叶片连接方法，其特征是，大型风力机分段叶片连接步骤包括：
腹板连接的步骤；
翼型过渡主体结构连接的步骤；
预制蒙皮修型连接的步骤；
将腹板连接板和叶片段的剪切腹板相连，用螺栓组件固定；用螺栓螺母将中间连接体和叶片段端面相连，用螺栓固定；将预制好的预制蒙皮粘接到中间连接体上，待预制蒙皮粘接固化后，充分打磨预制蒙皮、叶片相邻部位，然后将打磨部位清理干净，用结构胶和螺钉将预制蒙皮和叶片粘接固联为一体，待结构胶固化后，打磨粘接部位表面，清理打磨部位，刮涂腻子、油漆，使叶片表面无色差。
10.一种大型风力机分段叶片，包括能连接形成大型风力机分段叶片的两个或多个叶片段，所述叶片包括叶片腹板，叶片段包括剪切腹板，叶片腹板由各叶片段的剪切腹板连接而成；其特征是，还包括中间连接体、预制蒙皮；中间连接体包括连接钢架和连接在连接钢架两边的腹板连接板；叶片段连接部位沿翼型周向分布双排径向交叉螺母孔，在叶片段连接部位端面分布有与交叉螺母孔一一对应的轴向螺栓孔，用于与T型螺栓连接；相邻叶片段由连接钢架连接，连接钢架与叶片段通过T型螺栓连接；所述剪切腹板通过腹板连接板和螺栓组件相连接；叶片段与叶片段的连接部位设有凹槽，预制蒙皮粘接在相邻两个叶片段连接部位的凹槽内。
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