CN101915220A - 风轮叶片大梁连接杆 - Google Patents

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苑初明
张自国
高凤羽
王静
王逸波
李晓波
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Baoding Meiwo Science & Technology Development Co Ltd
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Baoding Meiwo Science & Technology Development Co Ltd
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Abstract

本发明的风轮叶片大梁连接杆，所述大梁连接杆包括一根由硬质共聚物泡沫塑料制成的柱体、以及一根螺栓组成，该柱体中间具有一个通孔，该螺栓穿伸于该通孔。该螺栓两端可伸出该柱体，且形成螺纹部；或螺栓两端在该柱体内部，并在端面形成内凹的螺纹部。该连接杆用于连接并抵撑大梁的相对两个侧面，在抵接之处设有相对的两个固定孔，以供借助螺丝、垫片等元件将该连接杆的螺栓固定，同时也使连接杆支撑于该两个大梁之间。由于该硬质共聚物泡沫塑料制成的柱体比重轻，具有良好的拉伸性能、压缩性能、剪切强度、弯曲强度，借此，使用本发明大梁连接杆的风轮叶片不仅具有更强的机械强度，且不增加其重量和制造成本。

Description

风轮叶片大梁连接杆
技术领域
本发明涉及一种大梁连接杆，尤其是一种用于连接风轮叶片大梁以构成叶片骨架的连接杆。
背景技术
叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。恶劣的环境和长期不停地运转，对叶片的要求有：重量轻且具有较佳的抗疲劳强度和机械性能，能经受暴风等。目前，大型风力发电机的风轮叶片骨架部分，为了节约材料和减轻叶片整体的重量，采用两条并排设置的大梁以及支撑于两条大梁中间的连接杆构成。按照叶片的具体形状的设计不同，大梁各处的宽度也不一样，因此，在大梁较宽的位置需要设置较密的连接杆，在较窄的地方可设置较少的连接杆，因此在此种叶片中，连接杆数量较多，是叶片骨架的重要组成部分。为了达到叶片的设计要求，即重量轻且具有较佳的抗疲劳强度和机械性能，现有叶片骨架中的连接杆是采用PVC塑料空心管，并于空心管中间穿设一条金属杆构成。连接杆的金属杆主要是承受拉应力，而PVC塑料空心管主要是承受压应力及扭应力。在该现有连接杆在安装时，是将连接杆的两端抵接于两大梁的相对侧面上，并于大梁相应位置设有通孔，以供金属杆穿过该通孔，并通过铆合或用螺丝、螺母、垫片等元件固定于大梁的外侧面。现有叶片骨架连接杆虽然满足重量较轻，且也具有较强的机械性能，然而由于该支撑架采用的是空心的PVC塑胶管，其与大梁抵接之处的接触面只有一圈环面，相对于庞大的大梁和强劲大风的作用，于连接杆及大梁接触处会产生很大的压应力，由于作用面积越小，压强越大，因此，采用现有连接杆的叶片，在暴风作用时，很有可能使连接杆折断、大梁断裂、并造成叶片变形及其他连接杆的损毁。如为了增大抵接面，而增加连接杆的横截面或增加其数量，势必又会增加叶片整体的重量。因此，现有风轮叶片的大梁连接杆实在有需要改进的必要。因此，本申请人经过研究和试验，研制出了一种支撑作用更好的大梁连接杆。
发明内容
本发明提供了一种风轮叶片大梁连接杆，使得风轮叶片在保证具有较佳的抗疲劳强度和机械性能的同时，仍具有较轻的重量。
本发明采用的构思是，增加连接杆与大梁抵接面之处的接触面积，且使连接杆具有足够的机械强度，但不增加连接杆及叶片整体的重量。
本发明的风轮叶片大梁连接杆，用于连接和支撑大梁，以构成叶片的骨架，其中：该大梁连接杆包括一根由硬质共聚物泡沫塑料制成的柱体、以及一根螺栓组成，该柱体中间具有一个通孔，该螺栓穿伸于该通孔。
其中，该硬质共聚物泡沫塑料选自硬质聚氨酯(PU)泡沫塑料、聚氯乙烯(PVC)泡沫塑料、聚苯乙烯(PS)泡沫塑料、丙烯腈一苯乙烯共聚物(SAN)泡沫塑料、聚醚酰亚胺(PEI)泡沫塑料、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)或甲基丙烯酸/丙烯晴(MAA/AN)共聚物泡沫塑料，且较佳选择为MAA/AN共聚物泡沫塑料。
其中，该螺栓长度小于该柱体，该螺栓两端在该柱体内部，并在该螺栓的两端面形成内螺纹。
其中，该螺栓长度大于该柱体，该螺栓伸出该柱体的两端，且该螺栓的两端形成螺纹部。
其中，该螺栓为一根钢筋螺栓。
其中，该共聚物泡沫塑料柱体与该螺栓之间为紧密结合，该连接杆整体为实心体。
其中，该硬质共聚物泡沫塑料柱体是在该螺栓外部通过按比例混合的单体、引发剂、发泡剂等原料经过聚合反应、发泡、热处理，最终成型于该螺栓的外部。
其中，该泡沫塑料柱体具有正方形或圆形横截面，且两端面积大于中段的截面积。
其中，所述硬质共聚物泡沫塑料制成的柱体的外壁另包覆一个玻璃钢层，该玻璃钢层的厚度较佳为2mm，并较佳与该杆体形成一体。
本发明的有益技术效果是：本发明风轮叶片大梁连接杆，是将传统PVC塑料空心圆管式连接杆改为一种硬质共聚物泡沫塑料制成的连接杆，该硬质共聚物泡沫具有较小的比重，且具有较高的压缩强度及拉伸弹性模量，因此连接杆外部的柱体的形状，大小及厚度较不受限制，可使柱体有较大的厚度，甚至使螺栓与外部柱体之间可为紧密结合，使连接杆整体为实心体。而且，还可在该硬质共聚物泡沫塑料的外部包覆一个玻璃钢层，并使之与该硬质共聚物泡沫塑料形成一体，以保护硬质共聚物泡沫塑料柱体以及进一步增加连接杆整体的机械强度。借此，本发明的风轮叶片大梁连接杆，不仅具有较强的机械强调度，且在连接及支撑叶片骨架大梁时，与大梁侧面之间具有较大的抵接面，因此，使得大梁与连接杆之间相互的压应力被分散，避免了叶片在受强大风力时容易造成的大梁断裂及损毁。同时，由于硬质共聚物泡沫塑料成本低廉，因而具有较好的经济效益。
附图说明
图1为大梁连接杆在风轮叶片中使用示意图。
图2为大梁连接杆的结构示意图。
符号说明：
1连接杆        11柱体        111通孔       12螺栓
121螺纹部      13玻璃钢层    2风轮叶片骨架 21大梁
22大梁对侧面        23固定孔        24垫片或螺母
具体实施方式
为了使发明的特征，优点能被进一步了解，以下结合附图做详细说明：
如图1所示，风轮叶片的骨架2具有两个相对设置的大梁21，在大梁21中间设有数个连接杆1，这些连接杆1的两端抵接于两条大梁21的对侧面22，构成叶片的骨架2。
如图2所示，为本发明的具体实施例，连接杆1包括外部的硬质共聚物泡沫塑料柱体11和一根螺栓12构成。该硬质共聚物泡沫塑料柱体11中间有一个通孔111，该螺栓12穿伸于该通孔111中。该螺栓12为钢筋螺栓，其两端伸出该硬质共聚物泡沫塑料柱体11，且螺栓12伸出的部分形成螺纹部121。
再请参照图1，叶片骨架2的两条大梁21上，与所安装的连接杆1抵接的位置上对应设置两个固定孔23，将连接杆1两端伸出的螺栓12穿过大梁21上的固定孔23，借助螺母及垫片24等元件将连接杆1与大梁21形成固定，连接杆1外层的硬质共聚物泡沫塑料柱体11的两端面抵接于大梁21上。因此，在大梁21宽度较宽处，设置较多的连接杆1，在较窄处，即可设置较少的连接杆1，连接杆1的长度也随着两个大梁21之间的间距适应性变化。为了进一步增加连接杆1与大梁21之间的抵接面积，该硬质共聚物泡沫塑料柱体11的两端面积相较于柱体中段具有较大的横截面，以使所承受的压应力得以分散。
其中，螺栓12可比外部的柱体11较短，螺栓12的两端位于该柱体内部，但螺栓的两端表面形成有内凹的螺纹部121，以便于借助长螺钉，通过大梁21上的固定孔23将连接杆1整体固定。
其中，该硬质共聚物泡沫塑料选自硬质聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈一苯乙烯共聚物(SAN)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、甲基丙烯酸/丙烯晴(MAA/AN)共聚物泡沫塑料，其中，较佳选择为MAA/AN共聚物泡沫塑料(申请号为200610091394.1的中国专利所述产品)。原因是，在相同密度情况下，MAA/AN共聚物泡沫塑料具有较佳的机械强度，和具有较低的生产成本。
例如，MAA/AN共聚物泡沫塑料与市面上常用的PEI、PVC、XPVC、PMI泡沫塑料在密度为70kg*m-3时的力学性能对比如下表所示：
对比产品 拉伸强度/MPa   压缩强度/MPa   拉伸弹性模量/MPa   剪切强度/MPa
  本塑料   2.0   1.4   70   1.3
  PEI塑料   1.8   0.8   48   0.9
  PVC塑料   1.0   0.5   35   0.6
  XPVC塑料   1.6   1.0   52   1.0
  PMI塑料   2.4   1.3   85   1.3
根据上表的数据可知，在同一密度70kg*m-3下，MAA/AN共聚物泡沫塑料的拉伸强度、压缩强度、拉伸弹性模量、剪切强度等力学性能优于目前市面上常用的PEI、XPVC、PVC泡沫塑料，接近市面上的PMI泡沫塑料，但其成本远低于PMI泡沫塑料。
目前，MAA/AN共聚物泡沫塑料的制备方法为一项成熟的技术，很多材料科研所及高等院校都在这方面作了研究，一般来说MAA/AN共聚物泡沫塑料的制备方法包括：将组分配料、聚合形成共聚物、发泡制成共聚物泡沫塑料、热处理等过程。因此，可在制作本发明的连接杆1时，可将制备共聚物泡沫塑料的过程中得到的共聚物包覆于螺栓12的外部，再进行发泡制成一种共聚物泡沫塑料、再进行热处理，以制造出本发明的大梁连接杆1，即连接杆1整体为实心体。
实际制造中，连接杆1外部的泡沫塑料柱体11的厚度可依具体情况成型，其内部的通孔111孔径也可以根据螺栓12的外径或具体需要而成型，因而外部柱体11与螺栓12之间能够形成紧密配合或松配合。
为了进一步增加本发明大梁连接杆1的机械强度，以及对该外部的共聚物泡沫塑料柱体11起到有效的保护的作用，可另于该共聚物泡沫塑料柱体11的外部另包覆一个玻璃钢层13，且该玻璃钢层13的厚度较佳为2mm，并较佳与该硬质共聚物泡沫塑料柱体11形成一体。玻璃钢层13与共聚物泡沫塑料制成的柱体11的结合方式为相粘合、或采用玻璃钢围成一个空间，并于中间预先放置一螺栓12，在螺栓12与玻璃钢之间的空间内直接将共聚物发泡、热处理等步骤，而一体成型该共聚物泡沫塑料柱体11。
本发明的风轮叶片大梁21支连接杆1，采用了由硬质共聚物泡沫塑料制成的连接杆1，所述连接杆1不仅重量轻，而且具有良好的拉伸性能、压缩性能、剪切强度、弯曲强度。借此，不仅保证了传统PVC塑料连接杆1的机械强度，而且由于其密度较小，可将连接杆1外部的泡沫柱体的形状可以不受限制，其厚度也可较大，甚至可使通孔111恰好能容纳螺栓，使连接杆1整体做成一个实心体。如此，使本发明的连接杆1与大梁21抵接之处的接触面更大，相对减小了大梁21对连接杆1的压强，可避免风轮叶片受强风时造成的大梁21破裂；且，相对传统的风轮叶片骨架2，可减少连接杆1的数量，从而进一步减轻风轮叶片整体重量。

Claims (10)

1.一种风轮叶片大梁连接杆，用于连接和支撑大梁，以构成叶片的骨架，其特征在于：
该大梁连接杆包括一根由硬质共聚物泡沫塑料制成的柱体、以及一根螺栓组成，该柱体中间具有一个通孔，该螺栓穿伸于该通孔。
2.依权利要求1所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，该硬质共聚物泡沫塑料选用聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、丙烯腈一苯乙烯共聚物泡沫塑料、聚醚酰亚胺泡沫塑料、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料或甲基丙烯酸/丙烯晴共聚物泡沫塑料。
3.依权利要求1所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，该螺栓长度小于该柱体，该螺栓两端在该柱体内部，并在该螺栓的两端面形成内螺纹。
4.依权利要求1所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，该螺栓长度大于该柱体，该螺栓伸出该柱体的两端，且该螺栓的两端形成螺纹部。
5.依权利要求3或4所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，该螺栓为一根钢筋螺栓。
6.依权利要求1所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，该共聚物泡沫塑料柱体与该螺栓之间为紧密结合，该连接杆整体为实心体。
7.依权利要求6所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，该共聚物泡沫塑料柱体是通过在该螺栓的外部包覆的一种共聚物经发泡、热处理最终成型并包覆于该螺栓的外部。
8.依权利要求3或4所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，大梁与该连接杆抵接之处形成对应的穿孔，所述连接杆与大梁之间借助固定元件固定。
9.依权利要求1所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，该连接杆具有正方形或圆形横截面，且两端面积大于中段的截面积。
10.依权利要求1所述的一种风轮叶片大梁连接杆，其特征在于，所述硬质共聚物泡沫塑料制成的柱体的外壁另包覆一个玻璃钢层。
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