CN103511191B - 预埋螺栓、预制叶根、叶片及其成型方法和风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种预埋螺栓、预制叶根、叶片及其成型方法和风力发电机组，其中预埋螺栓包括一体成型、杆状的螺纹部和预埋部，所述螺纹部设置有外螺纹，所述预埋部的尾部具有向外侧伸出的凸起；所述螺纹部用于伸出风电机组叶片的预制叶根，所述预埋部用于预埋固定在所述预制叶根内部。上述技术方案提供的预埋螺栓，只通过预埋部的凸起与预制叶根紧固连接，可以最大限度的保持叶根处初始设计的强度和刚度。同时，可有效增加螺栓本身的抗拉和抗扭能力，螺栓预埋的深度可以设计的更浅，以尽量小的增加叶片的附加质量，从而优化叶片的设计。

Description

预埋螺栓、预制叶根、叶片及其成型方法和风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电机技术，尤其涉及一种预埋螺栓、预制叶根、叶片及其成型方法和风力发电机组。

背景技术

风力发电机组包括固定设置的塔筒，由塔筒支撑的机舱，与机舱主轴固定连接的轮毂，设置在轮毂上的叶片。叶片上与轮毂固定连接的部分为叶根，叶片上最远离轮毂的部分为叶尖。叶片是风电机组中最为重要的部件之一，叶片性能的好坏将直接影响整机的质量。就叶片研究而言，叶根部分是结构设计优先考虑的一部分，因为叶根部分不但要承担整个叶片的重量和各种载荷，而且是叶片与风力发电机组其他部分发生联系的最直接的连接部件。

就现有技术中，叶片与轮毂的连接有两种方式：第一、使用T型螺栓。具体为：在叶片加工完成之后，在叶片根部打T型孔，去除T型螺栓所占的材料，并将T型螺栓装入，最后填胶，铺布密封。第二，使用预埋螺母或螺套。具体为：在叶片根部制作的过程中，将金属螺母或者螺套埋入，预埋件中间在周向方向添加泡沫楔块。

使用T型螺栓的方法存在下述问题：使用T型螺栓不仅会破坏叶片根部原有的纤维结构，大大降低叶片的强度和刚度，同时由于去除的材料较多，所以附加的金属材料重量也较大。这样在设计时，就必然的要加大叶根直径和增加叶根厚度。

使用预埋螺母或螺套的方法存在下述问题：预埋工艺难度大，且附加的金属材料重量大。

发明内容

本发明提供一种预埋螺栓、预制叶根、叶片及其成型方法和风力发电机组，用于优化现有叶片的结构，改善叶根部的力学环境，尽量少的增加叶根部的附加重量。

本发明第一方面提供了一种预埋螺栓，其中，

包括一体成型、杆状的螺纹部和预埋部，所述螺纹部设置有外螺纹，所述预埋部的尾部具有向外侧伸出的凸起；

所述螺纹部用于伸出风电机组叶片的预制叶根，所述预埋部用于预埋固定在所述预制叶根内部。

如上所述的预埋螺栓，优选的是，

所述凸起的端部朝向所述螺纹部弯折。

如上所述的预埋螺栓，优选的是，还包括，

过渡部，表面光滑，且位于所述螺纹部和所述预埋部之间。

如上所述的预埋螺栓，优选的是，所述凸起的数量不少于两个，沿着所述预埋部的中轴线旋转对称设置。

上述技术方案提供的预埋螺栓，在强度和刚度性能上，要优于其他的传统设计方法使用的T型螺栓、预埋螺母或螺套，同时可以有效的控制叶片的附加质量。

本发明第二方面提供了一种预制叶根，其中，

呈圆柱状或锥台状，所述预制叶根内部预埋有本发明任意提供的预埋螺栓。

采用上述预埋螺栓后，叶根部位的预埋深度要浅于现有技术中的预埋深度，从而优化现有了叶片的结构，改善叶根部的力学环境，对于叶片的减重和减薄也有利好的作用。

本发明第三方面提供了一种叶片，其中，包括叶片主体以及本发明所提供的预制叶根，所述叶片主体和所述预制叶根固化成型以形成完整的叶片。

上述技术方案提供的叶片，因预埋螺栓引起的叶根部位的附加重量较少，叶片性能好。

本发明第四方面提供了一种风力发电机组，其中，包括本发明所提供的叶片。

上述技术方案提供的风力发电机组，其叶片上的附加重量较少，叶片性能好，整个风电机组的性能也得以优化。

本发明第五方面提供了一种叶片成型方法，其中，

制作预埋螺栓；其中，包括一体成型、杆状的螺纹部和预埋部，所述螺纹部设置有外螺纹，所述预埋部的尾部具有向外侧伸出的凸起；所述螺纹部用于伸出风电机组叶片的预制叶根，所述预埋部用于预埋固定在所述预制叶根内部；

采用定位工装组件固定预埋螺栓，其中，所述定位工装组件与预制叶根匹配，以将所述预埋螺栓按照预埋在所述预制叶根上的位置固定，以形成一个预制叶根；

将所述具有预埋螺栓的预制叶根与所述叶片主体一起固化成型，形成整个叶片。

如上所述的叶片成型方法，优选的是，所述定位工装组件为整圆型法兰或两个拼凑成整圆的半圆型法兰。

上述技术方案提供了一种新的叶片成型工艺方法，将预制叶根和叶片主体分开成型，可以解放叶片生产工艺，提供更多生产选择，对节约工时，控制成本有益。

附图说明

图1a为本发明实施例一提供的预埋螺栓的结构主视图；；

图1b为图1a的俯视图；

图1c为图1a的左视图；

图2a为本发明实施例二提供的预制叶根在叶片上的位置示意图；

图2b为图2a中的B局部放大示意图；

图2c为图2b的C向视图；

图2d为图2c的A-A向剖视图；

图3a为本发明实施例三还提供一种叶片成型方法的流程图；

图3b为本发明实施例三使用的纤维布的结构示意图；

图3c为整圆型法兰的结构示意图；

图3d为半圆型法兰的结构示意图一；

图3e为半圆状法兰的结构示意图二。

具体实施方式

参见图1a-图1c及图2a，本发明实施例一提供一种预埋螺栓10，其中包括一体成型、杆状的螺纹部1和预埋部2，螺纹部1设置有外螺纹，预埋部2的尾部具有向外侧伸出的凸起3，且该凸起3朝向螺纹部1弯折；螺纹部1用于伸出风电机组叶片的预制叶根5，预埋部2用于预埋固定在预制叶根5内部。

此处，预制叶根是将叶片上的叶根部单独制作形成，叶片主体是指叶片上除了预制叶根之外的其他部分。

预埋部2的凸起3形状可根据仿生学原理设计，比如设计成树根状或草根状，以提高预埋螺栓10的抗拉和抗扭能力。预埋螺栓10上的螺纹部1用于与轮毂固定连接。

此处，为了进一步增强预埋后预埋螺栓与预制叶根之间的作用力，凸起3的端部朝向螺纹部1弯折。

由于预埋部具有朝向螺纹部径向方向的凸起，预埋后，上述凸起会与预制叶根紧固连接，从而保证预埋技术的可靠性；另外，由于上述技术方案提供的预埋螺栓，通过预埋部的凸起与预制叶根紧固连接，所以螺纹部的尺寸可以在满足风力发电机组强度和使用性能的前提下，尽量的小，以减少因预埋而造成的叶片叶根处质量的增加。

上述技术方案提供的预埋螺栓，只通过预埋部的凸起与预制叶根紧固连接，可以最大限度的保持叶根处初始设计的强度和刚度。同时，可有效增加螺栓本身的抗拉和抗扭能力，螺栓预埋的深度可以设计的更浅，以尽量小的增加叶片的附加质量，从而优化叶片的设计。

参见图1a或图1b，进一步地，预埋螺栓10还包括过渡部4，表面光滑，且位于螺纹部1和预埋部2之间。

参见图1a或图1b，此处，具体地，过渡部4一端为圆柱，圆柱的尺寸和螺纹部1的小径尺寸一致，过渡部4另一端为圆锥台。圆锥台的小端尺寸和圆柱的尺寸一致，大端尺寸和预埋部2远离凸起3的一侧尺寸一致，以使得螺纹部1、过渡部4和预埋部2之间平滑过渡，以平均分配预埋螺栓10受到的应力，避免应力集中。

参见图1b或图1c，可选地，预埋部2上凸起3的数量不少于两个，沿着预埋部2的中轴线旋转对称设置。此处以两个示意，但不限于此。凸起3数量越多，凸起3抓紧预制叶根5的力度越大，预埋螺栓10和预制叶根5之间连接的越紧固。但是，凸起3越多，制造工艺越复杂，实际应用中，以2-6个为宜。

预埋螺栓的数量需要根据叶片的实际设计情况所决定，当制作完成所需要的预埋螺栓数量后，通过定位工装组件将其埋入到预制叶根5中。

参见图2a-图2d，本发明实施例二提供一种预制叶根，其中，预制叶根5呈圆柱状或锥台状，预制叶根5内部预埋有本发明任意实施例所提供的预埋螺栓10。此处，图2a-图2d中示意的是，预制叶根5已经通过定位工装组件预埋好设计数量的预埋螺栓10，并已经固化成型。具体地，预埋螺栓10上的凸起3埋入到预制叶根5内部，图2d清楚示意了凸起3已埋入预制叶根5内部的情形。此处，图2a和图2b的视角方向不一样，对比图2a和图2b，可清楚看出预埋螺栓10和预制叶根5之间的相对位置关系。

此处，参见图2c或图2d，预制叶根5的内侧铺设有内蒙皮11，外侧铺设有外蒙皮12，内蒙皮11和外蒙皮12分别从叶片的根部延伸到叶片的叶尖部，此处只显示为叶片根部部分。而后预制叶根5和叶片主体21通过真空灌注的方式成型固化。

此处，预制叶根和叶片主体分开制造成型。上述技术方案提供的预制叶片，由于采用了本发明任意实施例提供的预埋螺栓，叶根处的附加重量得以减少，整个叶片的性能得以优化。

本发明又一实施例提供一种叶片，包括叶片主体以及本发明任意实施例所提供的预制叶根，所述叶片主体和所述预制叶根固化成型以形成完整的叶片。叶片的示意图可参见图2a。

上述技术方案提供的叶片，因预埋螺栓引起的叶根部位的附加重量较少，叶片性能好。

本发明另一实施例还提供一种风力发电机组，其中，包括本发明任意实施例所提供的叶片。

上述技术方案提供的风力发电机组，其叶片上的附加重量较少，叶片性能好，整个风电机组的性能也得以优化。

参见图3a，本发明实施例三还提供一种叶片成型方法，其中，方法包括，

步骤31、制作预埋螺栓；其中，包括一体成型、杆状的螺纹部和预埋部，所述螺纹部设置有外螺纹，所述预埋部的尾部具有向外侧伸出的凸起；所述螺纹部用于伸出风电机组叶片的预制叶根，所述预埋部用于预埋固定在所述预制叶根内部；

步骤32、采用定位工装组件固定预埋螺栓，其中，所述定位工装组件与预制叶根匹配，以将预埋螺栓按照预埋在叶根上的位置固定，以形成预制叶根。

步骤33、将具有预埋螺栓的预制叶根与叶片主体一起固化成型，形成整个叶片。

步骤32中，定位工装组件比如可以为法兰，法兰上设置有一圈节圆孔，以容置预埋螺栓10。此处法兰的尺寸应和预制叶根5尺寸是一致的，预埋螺栓10在法兰上的位置决定了这些螺栓在预制叶根5上的位置。预埋螺栓10在节圆孔中的深度和角度可以根据需要进行设置。

法兰上节圆孔的数量是由叶片的设计参数决定的。此处，预制叶根5部独立于叶片上的其他部分单独设计，而后将预制叶根5和叶片其他部分固定在一起。

预制叶根5采用圆柱状；或是，采用带有一定锥度的结构，即锥台状。在制作预制叶根5时，可以铺设纤维布8。为了防止预制叶根预埋螺栓周围因为空隙堆积过多的树脂，影响结构力学性能，在纤维布8和预埋螺栓的空隙处可以适当的添加短切纤维。此处，纤维布8上可以开设随形孔81，随形孔81的形状与预埋螺栓的形状匹配。纤维布的结构示意图参见图3b。

此处，需要注意的是，预制叶根5有两种成型方式，一种是整圆成型；另一种是半圆成型。定位工装组件应与预制叶根保持一致，以定位工装组件为法兰为例，若叶根模具是整圆，那么法兰也是整圆；若叶根模具是半圆，那么法兰也是半圆。

下面分别详细描述采用整圆型法兰和半圆型法兰的情形。其中，整圆型法兰参见图3c，半圆型法兰给出了两个实例，具体参见图3d和图3e。

参见图3c，图3c示意了法兰为整圆的情形。整圆型法兰9是个整体，预埋螺栓10沿着整圆型法兰9的周向安装。

参见图3d，图3d为半圆型法兰的结构示意图。图3d示意了法兰为半圆的第一种情形，法兰包括相互旋转连接的两个半圆型法兰6，这两个半圆型法兰6在远离旋转轴62的另一侧设置有连接凸台61，需要合模时，将两个连接凸台61螺栓连接。采用整圆方式的预制叶根，将只与叶片主体上的外蒙皮相连接，而不包含内蒙皮。采用上述半圆型法兰6易于后续合模。

参见图3e，图3e示意了法兰为半圆型的第二种情形，法兰包括相互独立设置的两个半圆状法兰7，这两个半圆状法兰7在两侧设置各有连接凸块71，需要合模时，将两侧的连接凸块71螺栓连接。使用时，将各个匹配的预制叶根5连接到两个半圆状法兰7，然后将预制叶根5置于外蒙皮和内蒙皮之间，而后通过真空灌注方式使叶片成型。后续进行合模操作时，通过半圆状法兰7上连接凸块71上的螺栓孔调整定位。调整完成后，将两个半圆状法兰7螺栓固定。采用上述半圆状法兰7易于调整位置。

上述技术方案提供的叶片成型方法，将预制叶根和叶片主体分开成型，然后固定，最后再合模。这样设置，更易于统筹安排生产，节约工时和劳动强度，而且在工艺实施例上，能选择的工艺更多，成型难度也得以降低。另外，预制叶根独立生产，可操作性更大，且可明显地提高加工精度，为更为先进的预埋技术提供条件和技术储备，也为风机叶片技术的设计、加工提供了另一个可行的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种预埋螺栓，其特征在于，

包括一体成型、杆状的螺纹部和预埋部，所述螺纹部设置有外螺纹，所述预埋部的尾部具有向外侧伸出的凸起，所述凸起的端部朝向所述螺纹部弯折；

所述螺纹部用于伸出风电机组叶片的预制叶根，所述预埋部用于预埋固定在所述预制叶根内部；

还包括，

过渡部，表面光滑，且位于所述螺纹部和所述预埋部之间。

2.根据权利要求1所述的预埋螺栓，其特征在于，所述凸起的数量不少于两个，沿着所述预埋部的中轴线旋转对称设置。

3.一种预制叶根，其特征在于，

呈圆柱状或锥台状，所述预制叶根内部预埋有权利要求1或2所述的预埋螺栓。

4.一种叶片，其特征在于，包括叶片主体以及权利要求3所述的预制叶根，所述叶片主体和所述预制叶根固化成型以形成完整的叶片。

5.一种风力发电机组，其特征在于，包括权利要求4所述的叶片。

6.一种叶片成型方法，其特征在于，

制作预埋螺栓；其中，包括一体成型、杆状的螺纹部和预埋部，所述螺纹部设置有外螺纹，所述预埋部的尾部具有向外侧伸出的凸起，所述凸起的端部朝向所述螺纹部弯折；所述螺纹部用于伸出风电机组叶片的预制叶根，所述预埋部用于预埋固定在所述预制叶根内部，还包括过渡部，表面光滑，且位于所述螺纹部和所述预埋部之间；

采用定位工装组件固定预埋螺栓，其中，所述定位工装组件与预制叶根匹配，以将所述预埋螺栓按照预埋在所述预制叶根上的位置固定，以形成一个预制叶根；

将所述具有预埋螺栓的预制叶根与所述叶片主体一起固化成型，形成整个叶片。

7.根据权利要求6所述的叶片成型方法，其特征在于，所述定位工装组件为整圆型法兰或两个拼凑成整圆的半圆型法兰。