CN107366673A - 风电叶片的螺栓套、叶根预埋件及风电叶片生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风电叶片的螺栓套、叶根预埋件及风电叶片生产方法。风电叶片的螺栓套，预埋于风电叶片叶根，所述螺栓套包括第一端和第二端；所述螺栓套外径由所述第二端向所述第一端逐渐缩小；所述螺栓套具有一个内孔，所述内孔贯通所述螺栓套第一端，所述内孔沿所述螺栓套轴线延伸，所述内孔包括前段、中段和内段，所述内孔的中段设为内螺纹。通过机械连接替代胶合连接，提高了一般螺栓套界面强度的稳定性，同时降低了叶根整体重量，有利于降低叶片成本。

Description

风电叶片的螺栓套、叶根预埋件及风电叶片生产方法

技术领域

本发明总体来说涉及一种风电叶片生产技术，具体而言，涉及一种通过机械连接替代胶合连接，提高了一般螺栓套界面强度稳定性的风电叶片的螺栓套、叶根预埋件及风电叶片生产方法。

背景技术

在风电叶片的生产中，一般会将多个螺栓套直接整体预埋于风电叶片叶根，叶根可选择与叶片主体同步一体成形。而由于复合材料的叶根强度要求高，韧性较差。所以现有技术中，为避免螺栓套被拉脱后影响叶根整体外形，螺栓套外形一般选择为等径设计。而等径设计的螺栓套与叶根之间的结合力较差。

目前，风电叶片的螺栓套主要以胶合连接传递应力，而传递应力的胶合界面容易受到操作环境以及工艺条件影响而发生变化。一般螺栓套外表面要求苛刻，需要特殊处理。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种风电叶片的螺栓套，通过机械连接替代胶合连接，提高了一般螺栓套界面强度的稳定性，同时降低了叶根整体重量，有利于降低叶片成本。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种叶根预埋件及风电叶片生产方法，可以批量化快速生产，而且可以更好地保证合格率和结构强度，预压成型的叶根预埋件在生产使用前可以进行充分的检测，以避免因为叶根不良而适成大型叶片的整体报废。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：本发明实施例提供一种风电叶片的螺栓套，预埋于风电叶片叶根，所述螺栓套包括第一端和第二端；所述螺栓套外径由所述第二端向所述第一端逐渐缩小；所述螺栓套具有一个内孔，所述内孔贯通所述螺栓套第一端，所述内孔沿所述螺栓套轴线延伸，所述内孔包括前段、中段和内段，所述内孔的中段设为内螺纹。

根据本发明的一实施方式，所述第一端向所述风电叶片叶根方向延伸，所述第二端向所述风电叶片叶尖方向延伸；所述第一端外露于所述叶根端面。

根据本发明的一实施方式，所述螺栓套外表面为圆锥面，所述螺栓套圆锥面斜率在0.010至0.018之间。

根据本发明的一实施方式，所述螺栓套在接近所述第二端的位置设有止转结构，所述止转结构为截面非圆形结构。

根据本发明的一实施方式，所述螺栓套外表面为圆锥面，所述螺栓套圆锥面斜率在0.010至0.018之间；所述螺栓套外表面轴向上间隔地开设有多个凸环或多个凹槽。

根据本发明的一实施方式，所述内孔在所述螺栓套第二端为开放孔或封闭孔；所述内孔内段的内端对齐或接近于所述第二端，所述内孔的内段由外端向内端孔径逐渐扩大；所述内孔的内段由外端向内端的斜率在0.29至0.82之间。

根据本发明的一实施方式，所述内孔的内段由外端向内端的斜率为0.652。

根据本发明的另一方面，提供一种风电叶片的叶根预埋件，所述预埋件预埋于风电叶片叶根，所述预埋件中一体结合有多个螺栓套，所述预埋件以树脂与纤维混合后预压成型；各所述螺栓套平行于所述风电叶片轴线延伸，各所述螺栓套包括第一端和第二端，所述第一端向所述风电叶片叶根方向延伸，所述第一端外露于所述叶根端面；所述第二端向所述风电叶片叶尖方向延伸；各所述螺栓套外径由所述第二端向所述第一端逐渐缩小；所述螺栓套具有一个内孔，所述内孔贯通所述螺栓套第一端，所述内孔沿所述螺栓套轴线延伸，所述内孔包括前段、中段和内段，所述内孔的中段设为内螺纹。

根据本发明的一实施方式，所述螺栓套外表面为圆锥面，所述螺栓套圆锥面斜率在0.010至0.018之间；所述螺栓套外表面轴向上间隔地开设有多个凸环或多个凹槽。

根据本发明的另一方面，提供一种风电叶片生产方法，包括如下步骤：

准备多个如前所述的风电叶片的螺栓套；

准备如前所述风电叶片的叶根预埋件；

在风电叶片生产中，以所述风电叶片的叶根预埋件结合于所述风电叶片的叶根部。

由上述技术方案可知，本发明实施例的风电叶片的螺栓套、叶根预埋件及风电叶片生产方法的优点和积极效果在于：

即能提供适用的锚固力，还能防止螺栓套的第二端受拉后胀破叶根部内侧，不仅可减轻螺栓套的整体重量，还可以避免第二端过多挤占叶根的内侧厚度空间，增加叶根结合强度。

发明实施例的风电叶片的螺栓套，以机械连接为主并且保留部分粘接连接功能，同时具备了机械连接和粘接连接的特点，使得产品耐冷热冲击性能更好叶片适应性更广，可很好的满足大型叶片复杂载荷要求。本发明对螺栓套金属表面无处理特殊要求，属于环境友好产品。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据第一实施例示出的风电叶片的螺栓套结构立体示意图。

图2是根据第一实施例示出的风电叶片的螺栓套结构剖视示意图。

图3是根据第二实施例示出的风电叶片的螺栓套结构立体示意图。

图4是根据第二实施例示出的风电叶片的螺栓套结构侧视示意图。

图5是根据第二实施例示出的风电叶片的螺栓套结构剖视示意图。

图6是根据第二实施例示出的风电叶片的螺栓套结构后视示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、螺栓套；11、第一端；12、第二端；13、内孔；131、前段；132、中段；133、内段；14、外表面；15、止转结构；16、凸环；17、凹槽。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其它的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

第一实施例

图1是根据第一实施例示出的风电叶片的螺栓套结构立体示意图。图2是根据第一实施例示出的风电叶片的螺栓套结构剖视示意图。

如图所示，本发明实施例提供一种风电叶片的螺栓套1，其可以预埋于风电叶片的叶根部位，可将一螺栓杆螺接固定于此螺栓套1，之后再利用螺栓杆与外部连接。也可以选择直接与外部的螺栓杆螺接固定。以便于利用此螺栓套1将风电叶片与发电机组固定连接。

本示例性实施例中，螺栓套1可为圆柱形长条状(圆柱形更适应轻量化设计的需求)，可包括第一端11和第二端12。第一端11是指向风电叶片叶根方向延伸的一端，第二端12是指向风电叶片叶尖方向延伸的一端。可将第一端11外露于叶根外端面，第一端11可选择为与叶根端面齐平，第一端11也可选择为凸出于叶根端面一定高度。螺栓套1外径可由第二端12向第一端11逐渐缩小，以形成内大外小的具有燕尾作用的螺栓套。具体举例而言，如图1中所示，螺栓套1外表面14可为圆锥面，而螺栓套1圆锥面斜率控制在0.010至0.018之间，即能提供适用的锚固力，还能防止螺栓套1的第二端12受拉后胀破叶根部内侧。并且，本实施例中外表面14的斜率是通过由第二端12向第一端11逐渐车薄螺栓套1外壁来实现，并不是采用向第二端12逐渐加厚外壁的简单方法。也就是说，第二端12处的外径与现有螺栓套相同，而第一端11处的外径相当于现有螺栓套的85％至95％之间。

如此，不仅可减轻螺栓套1的整体重量，还可以避免第二端12过多挤占叶根的内侧厚度空间，增加叶根结合强度。

如图2所示，本示例性实施例中，螺栓套1具有一个内孔13，内孔13贯通螺栓套1第一端11，内孔13沿螺栓套1轴线延伸，内孔13包括前段131、中段132和内段133，本示例性实施例中，内孔13基本是由第一端11向第二端12三等分形成这三个分段。且本实施例中是在内孔13的中段132设为内螺纹区，以此内螺纹与外接的螺栓进行螺接。具体示例中，螺纹长度在90mm至115mm之间。如此，可使得螺栓套1的受力部位位于中部，使得以叶根中部来负荷外部拉力，避免以叶根外侧和内侧直接负荷外部拉力，经实验室的长期测试，以此可很大程度地提高叶根使用寿命。而且，内螺纹位于中段132，还可便于快速安装装配，螺栓在前段131一定距离的导引后，在中段132内螺纹处可快速对丝，还能避免因角度不对造成滑丝和叶根外侧损坏。再有，由于本实施例中外表面14的斜率是通过由第二端12向第一端11逐渐车薄螺栓套1外壁来实现，这样，在中段132处，螺栓套1外壁厚度还可以保证足够的强度，以此能有利于轻量化设计。

螺栓套1在接近第二端12的位置设有止转结构15，止转结构15为截面非圆形结构。具体举例而言，可通过在第二端12切削形成多个缺口来实现，较佳是，在对应靠近叶根内侧表面的位置切削出一个小平面，而在与之相对的另一侧对应靠近叶根外侧表面的位置切削出另一个小平面，当然，也可以选择在这两个切出的小平面之间再对应增加两个小平面，以形成等间距分布。这些平面可以平行于螺栓套1轴线。以此，可以在与叶根结合后，防止螺栓套在叶根内转动。并且还可以避免第二端12过多挤占叶根的内侧厚度空间，增加叶根结合强度。

根据本发明的一实施方式，如图2所示，内孔13在螺栓套1第二端12可为开放孔或封闭孔。内孔内段133的内端对齐或接近于第二端12，其中，内孔的内段133可选择由外端向内端孔径逐渐扩大。这主要通过向第二端12逐渐扩大内孔13的外径来实现。内孔13的内段133由外端向内端的斜率在0.29至0.82之间。经不断验证，一具有较佳效果的实施例是，内孔的内段由外端向内端的斜率为0.652。这里的外端是指面向叶根方向这一端，内端是指面向风电叶片叶尖方向这一端。内段133选择由外端向内端孔径逐渐扩大，不仅可减轻螺栓套1的整体重量；还能使得内段133外的螺栓套1外壁更易变形，向第二端12的末端方向，逐渐减弱钢性而增强塑性。使得螺栓套1受的过载拉力后，内段133外的螺栓套1外壁可向内变形，不至于整体胀裂叶根外形，增强叶根抗局部过载的能力，避免因局部过载引发叶根整体损坏，可较大程度地避免安全事故。

本发明上述实施例中，虽然螺栓套形成内大外小以具有燕尾作用，但由于内孔13的内段133由外端向内端孔径逐渐扩大，不仅再次逐渐减薄了内段133外的螺栓套1外壁，还在螺栓套1外壁与螺栓之间留出了变形空间，使得本实施例中螺栓套1通过内大外小的外形增大了最大静负载力，但当负载突破最大静负载力后，螺栓套1虽然可能被拉脱，但由于螺栓套1较大的内端可以向内变形，所以又不会因内大外小的外形发生整体胀裂叶根外形的事故。

第二实施例

图3是根据第二实施例示出的风电叶片的螺栓套结构立体示意图。图4是根据第二实施例示出的风电叶片的螺栓套结构侧视示意图。图5是根据第二实施例示出的风电叶片的螺栓套结构剖视示意图。

如图所示，本发明第二实施例螺栓套1也可为圆柱形长条状(圆柱形更适应轻量化设计的需求)，可包括第一端11和第二端12。第一端11是指向风电叶片叶根方向延伸的一端，第二端12是指向风电叶片叶尖方向延伸的一端。可将第一端11外露于叶根外端面，第一端11可选择为与叶根端面齐平，第一端11也可选择为凸出于叶根端面一定高度。螺栓套1外径可由第二端12向第一端11逐渐缩小，以形成内大外小的具有燕尾作用的螺栓套。本实施例中螺栓套1外表面14轴向上间隔地开设有多个凸环16或多个凹槽17。较佳的实施例是，在第一实施例的基础上等间隔地车出多个凹槽17，两个相邻凹槽17之间可形成凸环16。由于是基于内大外小的外形，所以形成的各个凸环16其实是非等径结构。以此结构能便于螺栓套1与周围的树脂或纤维进行充分结合。凸环16截面还可以选择为方形、梯形、半圆形或其他内侧大外侧小形状。

具体举例而言，如图1中所示，凸环16外表面可为圆锥面，而圆锥面斜率可控制在0.010至0.018之间，即能提供适用的锚固力，还能防止螺栓套1的第二端12受拉后胀破叶根部内侧。并且，本实施例中外表面的斜率是通过由第二端12向第一端11逐渐车薄螺栓套1外壁来实现，并不是采用向第二端12逐渐加厚外壁的简单方法。也就是说，第二端12处的外径与现有螺栓套相同，而第一端11处的外径相当于现有螺栓套的85％至90％之间。

如此，不仅可减轻螺栓套1的整体重量，还可以避免第二端12过多挤占叶根的内侧厚度空间，增加叶根结合强度。

如图5所示，本示例性实施例中，螺栓套1具有一个内孔13，内孔13贯通螺栓套1第一端11，内孔13沿螺栓套1轴线延伸，内孔13包括前段131、中段132和内段133，本示例性实施例中，内孔13基本是由第一端11向第二端12三等分形成这三个分段。且本实施例中是在内孔13的中段132设为内螺纹区，以此内螺纹与外接的螺栓进行螺接。如此，可使得螺栓套1的受力部位位于中部，使得以叶根中部来负荷外部拉力，避免以叶根外侧和内侧直接负荷外部拉力，经实验室的长期测试，以此可很大程度地提高叶根使用寿命。而且，内螺纹位于中段132，还可便于快速安装装配，螺栓在前段131一定距离的导引后，在中段132内螺纹处可快速对丝，还能避免因角度不对造成滑丝和叶根外侧损坏。再有，由于本实施例中外表面14的斜率是通过由第二端12向第一端11逐渐车薄螺栓套1外壁来实现，这样，在中段132处，螺栓套1外壁厚度还可以保证足够的强度，以此能有利于轻量化设计。

参照图3、图6所示，螺栓套1在接近第二端12的位置设有止转结构15，止转结构15为截面非圆形结构。具体举例而言，可通过在第二端12切削形成多个缺口来实现，较佳是，在对应靠近叶根内侧表面的位置切削出一个小平面，而在与之相对的另一侧对应靠近叶根外侧表面的位置切削出另一个小平面，当然，也可以选择在这两个切出的小平面之间再对应增加两个小平面，以形成等间距分布。这些平面与螺栓套1轴线有一定交角，较佳是选择反向于外表面斜率，以进一步增强第二端的可变形效果。以此，可以在与叶根结合后，防止螺栓套在叶根内转动。并且还可以避免第二端12过多挤占叶根的内侧厚度空间，增加叶根结合强度。

根据本发明的一实施方式，如图5所示，内孔13在螺栓套1第二端12可为开放孔或封闭孔。内孔内段133的内端对齐或接近于第二端12，其中，内孔的内段133可选择由外端向内端孔径逐渐扩大。这主要通过向第二端12逐渐扩大内孔13的外径来实现。内孔13的内段133由外端向内端的斜率在0.29至0.82之间。经不断验证，一具有较佳效果的实施例是，内孔的内段由外端向内端的斜率为0.652。这里的外端是指面向叶根方向这一端，内端是指面向风电叶片叶尖方向这一端。内段133选择由外端向内端孔径逐渐扩大，不仅可减轻螺栓套1的整体重量；还能使得内段133外的螺栓套1外壁更易变形，向第二端12的末端方向，逐渐减弱钢性而增强塑性。使得螺栓套1受的过载拉力后，内段133外的螺栓套1外壁可向内变形，不至于整体胀裂叶根外形，增强叶根抗局部过载的能力，避免因局部过载引发叶根整体损坏，可较大程度地避免安全事故。

本发明上述实施例中，虽然螺栓套形成内大外小以具有燕尾作用，但由于内孔13的内段133由外端向内端孔径逐渐扩大，不仅再次逐渐减薄了内段133外的螺栓套1外壁，还在螺栓套1外壁与螺栓之间留出了变形空间，使得本实施例中螺栓套1通过内大外小的外形增大了最大静负载力，但当负载突破最大静负载力后，螺栓套1虽然可能被拉脱，但由于螺栓套1较大的内端可以向内变形，所以又不会因内大外小的外形发生整体胀裂叶根外形的事故。

上述两实施例中，在风电叶片的生产中，可将多个螺栓套1直接整体预埋于风电叶片叶根，叶根可选择与叶片主体同步一体成形，也可选择为单独成型叶根后再结合于叶片主体。

以下，本发明实施例提供另一种施工方式：

叶根预埋件实施例

根据本发明的一实施方式，提供一种风电叶片的叶根预埋件，这种预埋件预成型后，在叶片生产中再预埋于风电叶片叶根。预埋件可以概呈圆环体状，其中预埋件一体结合有多个上述实施例提供的螺栓套1，预埋件以树脂与纤维混合后在模具中预压成型。这种预压成型的叶根预埋件，可以批量化快速生产，而且可以更好地保证合格率和结构强度。预压成型的叶根预埋件在生产使用前可以进行充分的检测，以避免因为叶根不良而适成大型叶片的整体报废。

并且，预压成型的叶根预埋件，在对应使用上述第二实施例的螺栓套1时，由于采用预压成型，在成型模具中，纤维与树脂是充分混合状态，可以受压后均匀无死角地进入螺栓套1的各凹槽17中，能避免在螺栓套1外再预缠绕纤维布。这种技术的叶根预埋件结构强度也要大于一般工艺。

螺栓套的加工工艺实施例

本发明上述实施例中，螺栓套可选择通过铸造、冷或热锻压制作。具体操作工艺举例说明如下：

锻造或铸造毛坯件后，首先进行热处理，以去应力细化晶粒；在切削前正火，改善切削加工性能和机械物理性能，去除应力；在半精加工前调质，去除应力，以提高综合机械性能；定位基准的选择，加工基准和装配基准重合；螺栓套1表面加工步骤是先粗后精，多次加工，逐步提高精度；粗加工车去除大部分加工预料，精加工修正热处理后的变形，逐步提高零件的精度，达到要求。

如图中所示3至图6所示的具体示例中，螺栓套外壁为非等厚燕尾型结构，壁厚在4.2mm至12.5mm之间。螺栓套长度在270mm至370mm之间。最大外径50mm左右，内孔前两段的内径32mm左右。螺栓套内部的螺纹，为非全杆螺纹设计，螺纹一般可在螺栓套1叶根方向的中部或后部。螺纹长度在90mm至115mm之间。螺栓套一端开口，另一端为闭口或开口。闭口或开口的另一端壁厚连续过渡减薄，即内壁孔径逐渐扩大至端口使壁呈锐角，或端口壁厚小于2.5mm。

基于此本发明实施例提供的螺栓套，以机械连接为主并且保留部分粘接连接功能，同时具备了机械连接和粘接连接的特点，使得产品耐冷热冲击性能更好叶片适应性更广，可很好的满足大型叶片复杂载荷要求。本发明对螺栓套金属表面无处理特殊要求，属于环境友好产品。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。

尽管已经参照某些实施例公开了本发明，但是在不背离本发明的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变型和修改。因此，应该理解本发明并不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。

Claims (10)

1.一种风电叶片的螺栓套，预埋于风电叶片叶根，其特征在于，所述螺栓套包括第一端和第二端；所述螺栓套外径由所述第二端向所述第一端逐渐缩小；

所述螺栓套具有一个内孔，所述内孔贯通所述螺栓套第一端，所述内孔沿所述螺栓套轴线延伸，所述内孔包括前段、中段和内段，所述内孔的中段设为内螺纹。

2.如权利要求1所述的风电叶片的螺栓套，其特征在于，所述第一端向所述风电叶片叶根方向延伸，所述第二端向所述风电叶片叶尖方向延伸；所述第一端外露于所述叶根端面。

3.如权利要求1所述的风电叶片的螺栓套，其特征在于，所述螺栓套外表面为圆锥面，所述螺栓套圆锥面斜率在0.010至0.018之间。

4.如权利要求1所述的风电叶片的螺栓套，其特征在于，所述螺栓套在接近所述第二端的位置设有止转结构，所述止转结构为截面非圆形结构。

5.如权利要求1所述的风电叶片的螺栓套，其特征在于，所述螺栓套外表面为圆锥面，所述螺栓套圆锥面斜率在0.010至0.018之间；所述螺栓套外表面轴向上间隔地开设有多个凸环或多个凹槽。

6.如权利要求1至5任一项所述的风电叶片的螺栓套，其特征在于，所述内孔在所述螺栓套第二端为开放孔或封闭孔；所述内孔内段的内端对齐或接近于所述第二端，所述内孔的内段由外端向内端孔径逐渐扩大；所述内孔的内段由外端向内端的斜率在0.29至0.82之间。

7.如权利要求6所述的风电叶片的螺栓套，其特征在于，所述内孔的内段由外端向内端的斜率为0.652。

8.一种风电叶片的叶根预埋件，其特征在于，所述预埋件预埋于风电叶片叶根，所述预埋件中一体结合有多个螺栓套，所述预埋件以树脂与纤维混合后预压成型；各所述螺栓套平行于所述风电叶片轴线延伸，各所述螺栓套包括第一端和第二端，所述第一端向所述风电叶片叶根方向延伸，所述第一端外露于所述叶根端面；所述第二端向所述风电叶片叶尖方向延伸；各所述螺栓套外径由所述第二端向所述第一端逐渐缩小；

所述螺栓套具有一个内孔，所述内孔贯通所述螺栓套第一端，所述内孔沿所述螺栓套轴线延伸，所述内孔包括前段、中段和内段，所述内孔的中段设为内螺纹。

9.如权利要求8所述的风电叶片的叶根预埋件，其特征在于，所述螺栓套外表面为圆锥面，所述螺栓套圆锥面斜率在0.010至0.018之间；所述螺栓套外表面轴向上间隔地开设有多个凸环或多个凹槽。

10.一种风电叶片生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

准备多个如权利要求1至7任一项所述的风电叶片的螺栓套；

准备如权利要求8或9所述风电叶片的叶根预埋件；

在风电叶片生产中，以所述风电叶片的叶根预埋件结合于所述风电叶片的叶根部。