CN103470456A - 一种具有互换性的分段式风力发电叶片 - Google Patents

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Abstract

一种具有互换性的分段式风力发电叶片,用于解决大尺寸风力发电叶片制造、运输及装配困难的问题。它包括第一叶片段、第一金属连接件、第二金属连接件、第二叶片段和维护盖板,所述第一叶片段与第一金属连接件为一体式结构,所述第一金属连接件右端与第二金属连接件左端配装,所述第二金属连接件与第二叶片段为一体式结构,在第一金属连接件与第二金属连接件装配位置处安装维护盖板。本发明不仅降低了大尺寸风力发电叶片的制造难度,减少了运输成本,而且提高了分段式风力发电叶片的装配效率,同时节省了风力发电叶片的维护费用。

Description

一种具有互换性的分段式风力发电叶片
技术领域
本发明涉及一种风力发电叶片,尤其是一种分段式风力发电叶片的连接结构,属于风力发电技术领域。
背景技术
随着工业化现代化的迅猛发展,人们对能源的需求也在快速增长,与之相矛盾的是煤炭、石油和天然气等化石能源储量的日趋减少,并且化石能源消耗过程中存在严重污染环境问题。风力发电以其环保、安全和可再生等优点近些年来在世界各国得到迅速发展,2010年我国风电总装机容量超过了美国,成为装机容量第一的风电大国。
目前,风电机组大型化已经成为风电发展的一种趋势,而风力发电叶片是风电机组的获取风能的关键部件,叶片尺寸及其气动外形是决定风力发电机功率的重要因素。现有的最大叶片长度尺寸已经超过60m,英国正在建造和测试的大于90 m叶片可用于发电能力为8~10MW的风力发电机。但是,风力发电叶片尺寸增大使得叶片生产制造的难度加大,在生产成本大幅提高的同时也带来了运输和安装难题,为此有人开始研究分段式叶片,但现有的分段式叶片连接结构复杂,互换性能差,叶片定位精度和重复定位精度较低,不能保证叶片的可靠运转。
中国专利申请CN 102518568 A公布了一种风电分段式叶片,所述叶片至少用两段叶片组成,各个叶片段通过连接构件连接成整体。但是上述技术方案还存在以下缺陷:1、连接件、连接螺栓及螺母裸露在叶片外面影响了叶片的气动外形,进而影响了叶片气动特性;2、连接件、连接螺栓及螺母在长期的风吹日晒、雨淋的作用下生锈,影响叶片连接强度;3、叶片上下段之间连接定位不准,使得安装误差加大;4、连接螺栓受力主要是受剪切,所能承受的应力受到很大制约。
 另外,中国专利申请CN 102635514A公布了一种大型风电机组分段式叶片及其连接方法,其结构如下:所述发明将叶片设计成两段,在每段的接头叶片壳体中预先埋放螺纹钢,同时螺纹钢露出部分长度,两段叶片接头段螺纹钢搭接位置要对应好,当叶片分段运到整机安装现场后,利用工装将两段叶片调整成理想相对位置,然后利用预制好的叶片内模板和与其母材相同的材料进行现场糊制,将叶片连接起来。但是上述技术方案还存在以下缺点:1、叶片现场安装需要工装来调整螺纹钢的位置,定位精度不好保证且效率较低;2、两叶片段通过螺纹钢焊接连接成整体,连接部分还需要相应的模具进行现场糊制连接部分外形,安装效率较低;3、一旦叶片局部损坏严重,叶片上下段不能单独更换,叶片将整个报废,不利于叶片的维护,使得维护维修成本加大。
 综上所述,现有的分段式叶片存在叶片连接结构复杂,互换性能差,叶片定位精度和重复定位精度较低,安装效率低,不能保证叶片的可靠运转的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端,提供一种便于运输和安装、互换性能好、定位精度高的具有互换性的分段式风力发电叶片。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的:
一种具有互换性的分段式风力发电叶片,它包括第一叶片段、第一金属连接件、第二金属连接件、第二叶片段和维护盖板,所述第一叶片段与第一金属连接件为一体式结构,所述第一金属连接件右端与第二金属连接件左端配装,所述第二金属连接件与第二叶片段为一体式结构,在第一金属连接件与第二金属连接件装配位置处安装维护盖板。
上述具有互换性的分段式风力发电叶片,所述第一金属连接件外表面与叶片气动外形匹配,在第一金属连接件的右端设有与第二金属连接件匹配的插接块,在插接块上设置第一金属连接件销钉孔和第一金属连接件铰制螺栓孔,所述第一金属连接件销钉孔为上下贯通结构,所述第一金属连接件铰制螺栓孔为轴向贯通结构。
上述具有互换性的分段式风力发电叶片,所述第一金属连接件左端设有与第一叶片段匹配的第一金属连接件预埋连接块,所述第一金属连接件预埋连接块为空腔结构,在第一金属连接件预埋连接块外壁上设置一组矩形螺纹槽。
上述具有互换性的分段式风力发电叶片,所述第二金属连接件外表面与叶片气动外形匹配,在第二金属连接件的左端设有与第一金属连接件匹配的插接槽,在插接槽侧壁上设置第二金属连接件销钉孔和第二金属连接件铰制螺栓孔,所述第二金属连接件销钉孔为上下贯通结构,所述第二金属连接件铰制螺栓孔为轴向贯通结构。
上述具有互换性的分段式风力发电叶片,所述第二金属连接件右端设有与第二叶片段匹配的第二金属连接件预埋连接块,所述第二金属连接件预埋连接块为空腔结构,在第二金属连接件预埋连接块外壁上设置一组矩形螺纹槽。
上述具有互换性的分段式风力发电叶片,所述维护盖板外表面与叶片的气动外形匹配,它通过连接螺钉与第一金属连接件及第二金属连接件装配。
本发明通过第一金属连接件插接块与第二金属连接件插接槽配合,连接件设有配合面和定位面,连接件连接后可保证连接缝隙及连接处台阶小于0.02mm,盖板处不会出现逆气流台阶,顺气流台阶要小于0.02mm,大大提高了分段式风力发电叶片连接结构的定位精度;本发明将大型叶片分成两段或多段,且具有互换性,使相应的模具大大减小,模具及吊装合模设备成大大降低,同时叶片的运输成本也大大下降。本发明采用铰制孔螺栓组件将第一金属连接件与第二金属连接件紧固连接,更便于分段式风力发电叶片的装配和拆卸,提高了装配效率,同时使安装成本大大降低;本发明通过数控机床设备将第一金属连接件和第二金属连接件外表面加工为与风力发电叶片气动外形匹配的曲面,避免了风力发电叶片组装时再重新成型接口处翼型,比起中国专利申请CN 102635514A公布的现场模具定位、现场糊制的技术方案来说,进一步提高了组装效率。本发明的维护盖板通过可拆卸结构与第一金属连接件及第二金属连接件装配,方便了叶片连接结构的维护;本发明可单独更换风力发电叶片的叶尖或叶根,提高了互换性能,从而大大降低了风力发电叶片的维护成本。第一金属连接件2和第二金属连接件3主要是用来连接第一、第二叶片段、并在连接过程中起到配合和定位作用,以保证叶片连接段连接精度,保证连接处缝隙及台阶小于0.02mm,连接件与叶片段连接处内外均为矩形螺纹状,可以保证和叶片段复合材料的胶接强度。总之,本发明不仅降低了大尺寸风力发电叶片的制造难度,减少了运输成本,而且提高了分段式风力发电叶片的互换性和装配效率,同时节省了风力发电叶片的维护费用。 
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明结构示意图;
图2是图1的爆炸结构图;
图3是第一金属连接件结构示意图;
图4是第二金属连接件结构示意图;
图5是本发明通过铰制孔螺栓组件装配示意图;
图6是图5中A-A剖面结构示意图;
图7是本发明通过销钉装配示意图;
图8是图7中B-B剖面结构示意图;
图9是本发明通过铰制孔螺栓组件及销钉装配示意图;
图10是图9中C-C剖面结构示意图。
图中各标号清单为:1、第一叶片段 ,2、第一金属连接件,2-1、插接块,2-2、第一金属连接件预埋连接块,2-3、第一金属连接件销钉孔,2-4、第一金属连接件铰制螺栓孔, 3、第二金属连接件,3-1、插接槽,3-2、第二金属连接件预埋连接块,3-3、第二金属连接件铰制螺栓孔,3-4、第二金属连接件铰制销钉孔,4、第二叶片段,5、维护盖板,6、紧固螺钉,7、铰制孔螺栓组件,8、销钉。
具体实施方式
参看图1、图2,本发明包括第一叶片段1、第一金属连接件2、第二金属连接件3、第二叶片段4和维护盖板5,所述第一叶片段1与第一金属连接件2为一体式结构,所述第一金属连接件2右端与第二金属连接件3左端配装,所述第二金属连接件3与第二叶片段4为一体式结构,在第一金属连接件2与第二金属连接件3的装配位置处安装维护盖板5,所述维护盖板5外表面与叶片的气动外形匹配,它通过连接螺钉6与第一金属连接件2及第二金属连接件3装配。
参看图3,本发明的第一金属连接件2外表面与叶片气动外形匹配,在第一金属连接件2的右端设有与第二金属连接件匹配的插接块2-1,在插接块2-1上设置第一金属连接件销钉孔2-3和第一金属连接件铰制螺栓孔2-4,所述第一金属连接件销钉孔2-3为上下贯通结构,所述第一金属连接件铰制螺栓孔2-4为轴向贯通结构;在第一金属连接件2左端设有与第一叶片段1匹配的第一金属连接件预埋连接块2-2,所述第一金属连接件预埋连接块2-2为空腔结构,在第一金属连接件预埋连接块2-2外壁上设置一组矩形螺纹槽。
参看图4,本发明的第二金属连接件3外表面与叶片气动外形匹配,在第二金属连接件3的左端设有与第一金属连接件匹配的插接槽3-1,在插接槽3-1侧壁上设置第二金属连接件销钉孔3-4和第二金属连接件铰制螺栓孔3-3,所述第二金属连接件销钉孔3-4为上下贯通结构,所述第二金属连接件铰制螺栓孔3-3为轴向贯通结构;在第二金属连接件3右端设有与第二叶片段4匹配的第二金属连接件预埋连接块3-2,所述第二金属连接件预埋连接块3-2为空腔结构,在第二金属连接件预埋连接块3-2外壁上设置一组矩形螺纹槽。
参看图5、图6,图中所示为本发明的第一个具体实施例,风力发电叶片被至少分成两段,首先对第一金属连接件2和第二金属连接件3配合加工,使第一金属连接件2的插接块2-1与第二金属连接件3的插接槽3-1相互匹配,在第一金属连接件2的插接块2-1上设置第一金属连接件铰制螺栓孔2-4,在第二金属连接件3的插接槽3-1侧壁上设置第二金属连接件铰制螺栓孔3-3;然后将第一金属连接件2和第二金属连接件3分别定位到第一叶片段1、第二叶片段4的成型模具上,在第一金属连接件2的第一金属连接件预埋连接块和第二金属连接件3的第二金属连接件预埋连接块上利用环氧树脂胶接玻璃纤维或碳纤维布,使第一叶片段1与第一金属连接件2、第二叶片段4和第二金属连接件3成为一体;在轴向开设的第一金属连接件铰制螺栓孔2-4和第二金属连接件铰制螺栓孔3-3中装配铰制孔螺栓组件7,将第一金属连接件2和第二金属连接件3连接在一起,这样第一叶片段1和第二叶片段4连接成一体;最后由紧固螺钉6将维护盖板5固定在第一金属连接件2和第二金属连接件3上,组成完整的风力发电叶片。本实施例适用于翼型较薄,发电机功率较小的风力发电叶片的装配。第一金属连接件2和第二金属连接件3主要是用来连接第一第二叶片段,在连接过程中起到靠配合和定位作用。连接件连接件与叶片段连接处内外均为矩形螺纹状,增大了复合材料与连接件的接触面积,以保证和叶片段复合材料的胶接强度。螺栓7作用是把叶片段1和叶片段2通过金属连接件紧固成一体,紧固螺栓段部有防松螺母和防松垫片用来防止螺母松开,紧固螺栓7主要承受展向拉应力和部分剪应力,螺栓8主要承受剪切应力,金属连接件之间承受弯扭应力。已有技术中的定位形面均为复合材料叶片外形定位,定位精度不高,而且效率较低,不具备在互换性。
参看图7、图8,图中所示为本发明的第二个具体实施例,风力发电叶片被至少分成两段,首先对第一金属连接件2和第二金属连接件3配合加工,使第一金属连接件2的插接块2-1与第二金属连接件3的插接槽3-1相互匹配,在第一金属连接件2的插接块2-1上设置第一金属连接件销钉孔2-3,在第二金属连接件3的插接槽3-1侧壁上设置第二金属连接件销钉孔3-4;然后将第一金属连接件2和第二金属连接件3分别定位到第一叶片段1、第二叶片段4的成型模具上,在第一金属连接件2的第一金属连接件预埋连接块和第二金属连接件3的第二金属连接件预埋连接块上利用环氧树脂胶接玻璃纤维或碳纤维布,使第一叶片段1与第一金属连接件2、第二叶片段4和第二金属连接件3成为一体;在上下方向开设的第一金属连接件销钉孔2-3和第二金属连接件销钉孔3-4中装配销钉8,将第一金属连接件2和第二金属连接件3连接在一起,这样第一叶片段1和第二叶片段4连接成一体;最后由紧固螺钉6将维护盖板5固定在第一金属连接件2和第二金属连接件3上,组成完整的风力发电叶片。本实施例中销钉8承受剪切力,适用于受力较小的风力发电机叶片的装配。
参看图9、图10,图中所示为本发明的第三个具体实施例,风力发电叶片被至少分成两段,首先对第一金属连接件2和第二金属连接件3配合加工,使第一金属连接件2的插接块2-1与第二金属连接件3的插接槽3-1相互匹配,在第一金属连接件2的插接块2-1上设置第一金属连接件销钉孔2-3和第一金属连接件铰制螺栓孔2-4,在第二金属连接件3的插接槽3-1侧壁上设置第二金属连接件销钉孔3-4和第二金属连接件铰制螺栓孔3-3;然后将第一金属连接件2和第二金属连接件3分别定位到第一叶片段1、第二叶片段4的成型模具上,在第一金属连接件2的第一金属连接件预埋连接块和第二金属连接件3的第二金属连接件预埋连接块上利用环氧树脂胶接玻璃纤维或碳纤维布,使第一叶片段1与第一金属连接件2、第二叶片段4和第二金属连接件3成为一体;在轴向开设的第一金属连接件铰制螺栓孔2-4和第二金属连接件铰制螺栓孔3-3中装配铰制孔螺栓组件7,在上下方向开设的第一金属连接件销钉孔2-3和第二金属连接件销钉孔3-4中装配销钉8,通过一组铰制孔螺栓组件7和一组销钉8,将第一金属连接件2和第二金属连接件3连接在一起,这样第一叶片段1和第二叶片段4连接成一体;最后由紧固螺钉6将维护盖板5固定在第一金属连接件2和第二金属连接件3上,组成完整的风力发电叶片。本实施例适用于对功率较大风力发电机叶片的装配。

Claims (6)

1.一种具有互换性的分段式风力发电叶片,其特征是,它包括第一叶片段(1)、第一金属连接件(2)、第二金属连接件(3)、第二叶片段(4)和维护盖板(5),所述第一叶片段(1)与第一金属连接件(2)为一体式结构,所述第一金属连接件(2)右端与第二金属连接件(3)左端配装,所述第二金属连接件(3)与第二叶片段(4)为一体式结构,在第一金属连接件(2)与第二金属连接件(3)的装配位置处安装维护盖板(5)。
2.根据权利要求1所述的一种具有互换性的分段式风力发电叶片,其特征是,所述第一金属连接件(2)外表面与叶片气动外形匹配,在第一金属连接件(2)的右端设有与第二金属连接件匹配的插接块(2-1),在插接块(2-1)上设置第一金属连接件销钉孔(2-3)和第一金属连接件铰制螺栓孔(2-4),所述第一金属连接件销钉孔(2-3)为上下贯通结构,所述第一金属连接件铰制螺栓孔(2-4)为轴向贯通结构。
3.根据权利要求2所述的一种具有互换性的分段式风力发电叶片,其特征是,所述第一金属连接件(2)左端设有与第一叶片段(1)匹配的第一金属连接件预埋连接块(2-2),所述第一金属连接件预埋连接块(2-2)为空腔结构,在第一金属连接件预埋连接块(2-2)外壁上设置一组矩形螺纹槽。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种具有互换性的分段式风力发电叶片,其特征是,所述第二金属连接件(3)外表面与叶片气动外形匹配,在第二金属连接件(3)的左端设有与第一金属连接件匹配的插接槽(3-1),在插接槽(3-1)侧壁上设置第二金属连接件销钉孔(3-4)和第二金属连接件铰制螺栓孔(3-3),所述第二金属连接件销钉孔(3-4)为上下贯通结构,所述第二金属连接件铰制螺栓孔(3-3)为轴向贯通结构。
5.根据权利要求4所述的一种具有互换性的分段式风力发电叶片,其特征是,所述第二金属连接件(3)右端设有与第二叶片段(4)匹配的第二金属连接件预埋连接块(3-2),所述第二金属连接件预埋连接块(3-2)为空腔结构,在第二金属连接件预埋连接块(3-2)外壁上设置一组矩形螺纹槽。
6.根据权利要求5所述的一种具有互换性的分段式风力发电叶片,其特征是,所述维护盖板(5)外表面与叶片的气动外形匹配,它通过连接螺钉(6)与第一金属连接件(2)及第二金属连接件(3)装配。
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