CN105508131B - 一种分段组合式风力发电机叶片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分段组合式风力发电机叶片及其制造方法，包括叶尖段、叶根段，第一、二气动外形组合板，桁架式钢结构，第一、二镶块；叶尖段和叶根段的迎风面内侧固定有第一镶块，该第一镶块外露有粘接面，叶尖段和叶根段的背风面内侧固定有第二镶块，该第二镶块外露有粘接面，第一、二镶块的连接端面上设有第一螺栓孔，桁架式钢结构的两端法兰面上设有第二螺栓孔，桁架式钢结构与第一、二镶块通过双头螺栓连接，用自锁螺母固定，叶尖段和叶根段通过桁架式钢结构连为一整体，第一、二气动外形组合板粘贴在相应粘接面上，叶尖段和叶根段的迎风面和背风面各设有防雷导线。本发明解决了两段连接的可靠性及工程现场分段连接的方便性。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机叶片的技术领域，尤其是指一种分段组合式风力发电机叶片及其制造方法。
背景技术
随着市场的需求，目前风力机叶片长度在不断增长，同时运输费用以及运输难度也在不断增加，为了解决这些制约风力机长叶片发展的因素，各大叶片生成厂商都开始着手于分段式叶片技术的研发。图13为某风力发电机叶片从靠近中部将叶片分成两部份，目前有采用在叶片分段位置的两个端面，分别预埋有钻螺钉连接孔的金属法兰，通过螺钉将叶根部分和叶尖部分组合连接在一起的分段叶片。这种方式能满足分段的两部份连接在一起，但为了将两段连接在一起后保证叶片气动外形，对金属法兰的位置精度和平面度要求就相当高，同时叶片壳体为玻璃钢材料，这种方式的金属法兰与玻璃钢粘附性难以保证，同时叶片的运行环境相当复杂，一旦金属法兰与玻璃钢出现剥离，将造成风力机运行隐患，后果无法估量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分段组合式风力发电机叶片及其制造方法，能够有效解决两段连接的可靠性以及工程现场分段连接的方便性。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案其分段组合式风力发电机叶片，包括叶尖段、叶根段、第一气动外形组合板、第二气动外形组合板、桁架式钢结构、第一镶块、第二镶块、防雷导线，所述叶尖段和叶根段均内置有腹板和主梁，并在靠近端面的位置制作有端面挡板，所述叶尖段和叶根段的迎风面内侧均贴合固定有第一镶块，该第一镶块的形状大小与迎风面内侧相匹配，并外露有用于粘贴固定第一气动外形组合板的粘接面，所述叶尖段和叶根段的背风面内侧均贴合固定有第二镶块，该第二镶块的形状大小与背风面内侧相匹配，并外露有用于粘贴固定第二气动外形组合板的粘接面，所述第一镶块和第二镶块连接于桁架式钢结构的连接端面上钻有多个第一螺栓孔，所述桁架式钢结构的形状大小与风力发电机叶片分段处的截面形状大小相匹配，其两端法兰面上分布有与第一镶块和第二镶块上的第一螺栓孔一一对应的第二螺栓孔，所述叶尖段和叶根段上的第一镶块和第二镶块能组合形成为与桁架式钢结构形状大小相匹配的组合结构，且所述桁架式钢结构与该组合结构通过双头螺栓连接，并用自锁螺母锁紧固定，所述叶尖段和叶根段通过桁架式钢结构连接为一整体，且连接后，所述第一气动外形组合板和第二气动外形组合板分别粘贴固定在各自相应的粘接面上，进而将桁架式钢结构、第一镶块、第二镶块遮挡住，所述第一气动外形组合板和第二气动外形组合板的形状大小与各自粘接面相匹配；在所述叶尖段和叶根段的迎风面和背风面各设有一条防雷导线，且所述防雷导线穿过端面挡板并通过螺钉固定在桁架式钢结构的端面法兰上。
所述第一镶块、第二镶块为金属件，其上设有凹槽和通孔结构，用于保证玻璃钢与金属件能很好的粘附在一起，以使玻璃钢与金属件能形成为一个整体。
所述腹板与第一镶块和第二镶块相搭接。
所述第一镶块、第二镶块为SKD11钢铸件。
本发明所述分段组合式风力发电机叶片的制造方法，包括以下步骤：
1)在制作分段组合式风力发电机叶片的模具上，按照分段位置尺寸将已制作好的定位凸台安装好，除分段连接处的铺层外，叶片壳体的铺层方式按照传统制作方式制作即可；在叶尖段和叶根段的迎风面、背风面各设有一条防雷导线，分别连接在桁架式钢结构上，通过桁架式钢结构进行导通；第一镶块、第二镶块采用材质为SKD11钢铸件，只需将其连接端面和粘接面通过机加工保证尺寸后，按照装配尺寸要求进行钻孔攻牙即可，分段位置的壳体铺层工艺流程为：外蒙皮→外增强层→放置镶块→放置主梁→内增强层→内蒙皮；
2)待叶尖段的迎风面内侧与第一镶块、背风面内侧与第二镶块一体真空灌注固化完成，将已制作好的腹板按照尺寸粘接固定在背风面上，为了保证镶块与主梁之间力的传递，将腹板与第一镶块和第二镶块相搭接，腹板固定好后，迎风面与背风面合模粘接，叶尖段固化脱模后，在有镶块的前、后缘区域附近再做额外的补强处理；为了防止雨水或杂物进入到叶片腔体内，在靠近端面附近制作端面挡板，迎风面与背风面处的防雷导线需穿出挡板，露出镶块贴合面；然后再按照同样的制作过程完成叶根段的制作；
3)在生产制作现场进行试组合，将桁架式钢结构的端面法兰与叶根段的第一镶块、第二镶块的贴合面对齐，如果贴合面有出现不平齐的缺陷，则需塞薄金属垫片保证平齐；桁架式钢结构与叶根段通过双头螺栓连接，用自锁螺母锁紧固定，同时将叶根段的防雷导线通过螺钉固定连接在桁架式钢结构的端面法兰上；
4)工程现场对接时，先将叶根段与风力发电机的轮毂端对接组装完成后，再进行叶尖段与叶根段组装，组装时，将叶尖段的第一镶块、第二镶块的贴合面与桁架式钢结构的端面法兰贴合面对齐，如果贴合面有出现不平齐的缺陷，则同样需塞薄金属垫片保证平齐，之后再通过双头螺栓和自锁螺母锁紧固定叶尖段与桁架式钢结构即可，同时将叶尖段的防雷导线通过螺钉固定连接在桁架式钢结构的端面法兰上；
5)检查叶尖段、桁架式钢结构、叶根段三部分组合后是否与设计尺寸数据一致，没有问题后，先用多层三轴布手糊，包裹桁架式钢结构、叶根段和叶尖段的粘接面，待固化后，再在叶根段和叶尖段的前、后缘以及粘接面处施快速结构胶，将第一气动外形组合板和第二气动外形组合板贴紧粘接面；
6)在叶尖段的接缝处及叶根段的接缝处采用挤压复位工装夹紧，使对接型面能够很好的吻合，确保整个叶片的气动外形型面与理论设计一致，待结构胶完全固化后再拆除挤压复位工装；
7)打磨掉接缝处的富余结构胶，在接缝处和前、后缘粘接处手糊多层三轴布进行补强，每层错开预设距离，再手糊表面毡，固化后对手糊层与原型面进行过渡打磨并抛光处理后，刷涂与原叶片色调一致的油漆，到这里整个分段组合式风力发电机叶片就制作完成，待整套叶片组装完成后与轮毂一起吊装挂机运行即可。
所述挤压复位工装包括有带钢架的第一压紧板、第二压紧板，所述第一压紧板、第二压紧板的压紧面与各自相应的第一气动外形组合板、第二气动外形组合板的形状大小相匹配，该第一压紧板上的钢架与第二压紧板上的钢架通过两端拧紧螺栓连接，进而将第一压紧板、第二压紧板组合形成为形状大小与叶片待夹紧部位相匹配的结构；使用时，先预拧紧螺栓，待第一压紧板、第二压紧板的压紧面与各自相应的气动外形组合板型面贴合后，前、后缘两端同时对螺栓进行拧紧，保证受力均匀，当对接型面吻合后，保证预紧力即可。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、通过对叶片进行分段，降低了叶片运输难度，大大的节约了运输成本，特别是对于60米以上的长叶片优势尤为明显。
2、叶尖段与叶根段之间采用桁架式钢结构连接，能很好的保证分段位置叶片结构的稳定性。
3、通过采用镶嵌结构形式，同时在镶块上设计凹槽和通孔结构，保证了玻璃钢与金属件能很好的粘附在一起，使玻璃钢与金属结构形成一个整体；同时有利于真空灌注时导流，避免金属件下面注胶不充分，引起发白，影响结构性能。
4、采用挤压复位工装、型面修补等工程手段保证了整个气动外形与传统方式制作的叶片一致。
附图说明
图1为叶片分段处的结构示意图。
图2为蒙皮接缝处夹有挤压复位工装的示意图。
图3为分段组合式风力发电机叶片的局部剖视图。
图4为图3的A局部放大图。
图5为第二镶块的轴视图。
图6为第二镶块的侧视图。
图7为第二镶块的俯视图。
图8为桁架式钢结构的轴视图。
图9为镶块与定位凸台的安装示意图。
图10为挤压复位工装的轴视图。
图11为挤压复位工装的侧视图。
图12为挤压复位工装的俯视图。
图13为背景技术中的某风力发电机叶片示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图8所示，本实施例所述的分段组合式风力发电机叶片，包括叶尖段1、叶根段2、第一气动外形组合板3、第二气动外形组合板4、桁架式钢结构5、第一镶块6、第二镶块7、防雷导线8，所述叶尖段1和叶根段2均内置有腹板9和主梁10，并在距离端面100mm处制作有端面挡板11，所述叶尖段1和叶根段2的迎风面12内侧均贴合固定有第一镶块6，该第一镶块6的形状大小与迎风面12内侧相匹配，并外露有100mm宽的粘接面13，用于粘贴固定第一气动外形组合板3，所述叶尖段1和叶根段2的背风面14内侧均贴合固定有第二镶块7，该第二镶块7的形状大小与背风面14内侧相匹配，并外露有100mm宽的粘接面15，用于粘贴固定第二气动外形组合板4，所述第一镶块6和第二镶块7连接于桁架式钢结构5的连接端面上沿其形状轨迹方向钻有多个第一螺栓孔19，所述桁架式钢结构5的形状大小与风力发电机叶片分段处的截面形状大小相匹配，其两端法兰面上分布有与第一镶块6和第二镶块7上的第一螺栓孔一一对应的第二螺栓孔20，所述叶尖段1和叶根段2上的第一镶块6和第二镶块7能组合形成为与桁架式钢结构5形状大小相匹配的组合结构，且所述桁架式钢结构5与该组合结构通过双头螺栓16连接，并用自锁螺母锁紧固定，所述叶尖段1和叶根段2通过桁架式钢结构5连接为一整体，且连接后，所述第一气动外形组合板3和第二气动外形组合板4分别粘贴固定在各自相应的粘接面上，进而将桁架式钢结构5、第一镶块6、第二镶块7遮挡住，所述第一气动外形组合板3和第二气动外形组合板4的形状大小与各自粘接面相匹配；在所述叶尖段1和叶根段2的迎风面12和背风面14各设有一条防雷导线8，且所述防雷导线8穿过端面挡板11，并通过螺钉17固定在桁架式钢结构5的端面法兰上。
所述第一镶块6、第二镶块7为金属件(具体为SKD11钢铸件)，其上设有凹槽21和通孔22结构，用于保证玻璃钢与金属件能很好的粘附在一起，以使玻璃钢与金属件能形成为一个整体。此外，为了保证镶块与主梁之间力的传递，将腹板9与第一镶块6和第二镶块7搭接300mm。
以下为本实施例上述分段组合式风力发电机叶片的具体制造过程，如下：
1)在制作分段组合式风力发电机叶片的模具上，按照分段位置尺寸将已制作好的定位凸台安装好，如图9所示，除分段连接处的铺层外，叶片壳体的铺层方式按照传统制作方式制作即可；在叶尖段1和叶根段2的迎风面12、背风面14各设有一条防雷导线8，分别连接在桁架式钢结构5上，通过桁架式钢结构5进行导通；第一镶块6、第二镶块7采用材质为SKD11钢铸件，只需将其连接端面和100mm宽的粘接面通过机加工保证尺寸后，按照装配尺寸要求进行钻孔攻牙即可，分段位置的壳体铺层工艺流程为：外蒙皮→外增强层→放置镶块→放置主梁→内增强层→内蒙皮。
2)待叶尖段1的迎风面12内侧与第一镶块6、背风面14内侧与第二镶块7一体真空灌注固化完成，将已制作好的腹板9按照尺寸粘接固定在背风面14上，为了保证镶块与主梁之间力的传递，将腹板9与第一镶块6和第二镶块7搭接300mm，腹板9固定好后，迎风面12与背风面14合模粘接，叶尖段1固化脱模后，在有镶块的前、后缘区域附近再做额外的补强处理；为了防止雨水或杂物进入到叶片腔体内，在距离端面100mm处制作端面挡板11，迎风面12与背风面14处的防雷导线8需穿出挡板，露出镶块贴合面100mm；然后再按照同样的制作过程完成叶根段2的制作。
3)在生产制作现场进行试组合，将桁架式钢结构5的端面法兰501与叶根段2的第一镶块6、第二镶块7的贴合面对齐，如果贴合面有出现不平齐的缺陷，则需塞薄金属垫片保证平齐；为了节省工程现场组装时间，可以将桁架式钢结构5与叶根段2连接一并发往工程现场；桁架式钢结构5与叶根段2通过双头螺栓16连接，用自锁螺母锁紧固定，同时将叶根段2的防雷导线8通过螺钉17固定连接在桁架式钢结构5的端面法兰501上。
4)工程现场对接时，先将叶根段2与风力发电机的轮毂端对接组装完成后，再进行叶尖段1与叶根段2组装，组装时，将叶尖段1的第一镶块6、第二镶块7的贴合面与桁架式钢结构5的端面法兰502贴合面对齐，如果贴合面有出现不平齐的缺陷，则同样需塞薄金属垫片保证平齐，之后再通过双头螺栓16和自锁螺母锁紧固定叶尖段1与桁架式钢结构5即可，同时将叶尖段1的防雷导线8通过螺钉17固定连接在桁架式钢结构5的端面法兰502上。
5)检查叶尖段1、桁架式钢结构5、叶根段2三部分组合后是否与设计尺寸数据一致，没有问题后，先用3层500mm宽的三轴布手糊，包裹桁架式钢结构5、叶根段2和叶尖段1的粘接面，待固化后，再在叶根段2和叶尖段1的前、后缘以及粘接面处施100mm宽快速结构胶，将第一气动外形组合板3和第二气动外形组合板4贴紧粘接面。
6)在叶尖段1的接缝处及叶根段2的接缝处采用挤压复位工装18夹紧，使对接型面能够很好的吻合，确保整个叶片的气动外形型面与理论设计一致，待结构胶完全固化后再拆除挤压复位工装18。如图10-图12所示，所述挤压复位工装18包括有带钢架1801的第一压紧板1802、第二压紧板1803，所述第一压紧板1802、第二压紧板1803的压紧面与各自相应的第一气动外形组合板3、第二气动外形组合板4的形状大小相匹配，该第一压紧板1802上的钢架与第二压紧板1803上的钢架通过两端拧紧螺栓1806连接，进而将第一压紧板1802、第二压紧板1803组合形成为形状大小与叶片待夹紧部位相匹配的结构。其中，挤压复位工装制作和使用说明：第一压紧板1802、第二压紧板1803的压紧面在叶片分段区域的阳模上翻制而成，在其背面手糊连接钢板1804与钢架1801焊接，再在两端立柱端面焊上拉紧法兰板1805；使用时，两端先预拧紧螺栓1806，待压紧面与气动外形组合板型面贴合后，前、后缘两端同时对螺栓1806进行拧紧，保证受力均匀，当对接型面吻合后，保证预紧力即可。
7)打磨掉接缝处的富余结构胶，在接缝处和前、后缘粘接处手糊6层宽400mm的三轴布进行补强，每层错开50mm，再手糊表面毡，固化后对手糊层与原型面进行过渡打磨并抛光处理后，刷涂与原叶片色调一致的油漆，到这里整个分段组合式风力发电机叶片就制作完成，待整套叶片组装完成后与轮毂一起吊装挂机运行即可。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种分段组合式风力发电机叶片，其特征在于：包括叶尖段、叶根段、第一气动外形组合板、第二气动外形组合板、桁架式钢结构、第一镶块、第二镶块、防雷导线，所述叶尖段和叶根段均内置有腹板和主梁，并在靠近端面的位置制作有端面挡板，所述叶尖段和叶根段的迎风面内侧均贴合固定有第一镶块，该第一镶块的形状大小与迎风面内侧相匹配，并外露有用于粘贴固定第一气动外形组合板的粘接面，所述叶尖段和叶根段的背风面内侧均贴合固定有第二镶块，该第二镶块的形状大小与背风面内侧相匹配，并外露有用于粘贴固定第二气动外形组合板的粘接面，所述第一镶块和第二镶块连接于桁架式钢结构的连接端面上钻有多个第一螺栓孔，所述桁架式钢结构的形状大小与风力发电机叶片分段处的截面形状大小相匹配，其两端法兰面上分布有与第一镶块和第二镶块上的第一螺栓孔一一对应的第二螺栓孔，所述叶尖段和叶根段上的第一镶块和第二镶块能组合形成为与桁架式钢结构形状大小相匹配的组合结构，且所述桁架式钢结构与该组合结构通过双头螺栓连接，并用自锁螺母锁紧固定，所述叶尖段和叶根段通过桁架式钢结构连接为一整体，且连接后，所述第一气动外形组合板和第二气动外形组合板分别粘贴固定在各自相应的粘接面上，进而将桁架式钢结构、第一镶块、第二镶块遮挡住，所述第一气动外形组合板和第二气动外形组合板的形状大小与各自粘接面相匹配；在所述叶尖段和叶根段的迎风面和背风面各设有一条防雷导线，且所述防雷导线穿过端面挡板并通过螺钉固定在桁架式钢结构的端面法兰上。
2.根据权利要求1所述的一种分段组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述第一镶块、第二镶块为金属件，其上设有凹槽和通孔结构，用于保证玻璃钢与金属件能很好的粘附在一起，以使玻璃钢与金属件能形成为一个整体。
3.根据权利要求1所述的一种分段组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述腹板与第一镶块和第二镶块相搭接。
4.根据权利要求2所述的一种分段组合式风力发电机叶片，其特征在于：所述第一镶块、第二镶块为SKD11钢铸件。
5.一种权利要求1所述分段组合式风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在制作分段组合式风力发电机叶片的模具上，按照分段位置尺寸将已制作好的定位凸台安装好，除分段连接处的铺层外，叶片壳体的铺层方式按照传统制作方式制作即可；在叶尖段和叶根段的迎风面、背风面各设有一条防雷导线，分别连接在桁架式钢结构上，通过桁架式钢结构进行导通；第一镶块、第二镶块采用材质为SKD11钢铸件，只需将其连接端面和粘接面通过机加工保证尺寸后，按照装配尺寸要求进行钻孔攻牙即可，分段位置的壳体铺层工艺流程为：外蒙皮→外增强层→放置镶块→放置主梁→内增强层→内蒙皮；
2)待叶尖段的迎风面内侧与第一镶块、背风面内侧与第二镶块一体真空灌注固化完成，将已制作好的腹板按照尺寸粘接固定在背风面上，为了保证镶块与主梁之间力的传递，将腹板与第一镶块和第二镶块相搭接，腹板固定好后，迎风面与背风面合模粘接，叶尖段固化脱模后，在有镶块的前、后缘区域附近再做额外的补强处理；为了防止雨水或杂物进入到叶片腔体内，在靠近端面附近制作端面挡板，迎风面与背风面处的防雷导线需穿出挡板，露出镶块贴合面；然后再按照同样的制作过程完成叶根段的制作；
3)在生产制作现场进行试组合，将桁架式钢结构的端面法兰与叶根段的第一镶块、第二镶块的贴合面对齐，如果贴合面有出现不平齐的缺陷，则需塞薄金属垫片保证平齐；桁架式钢结构与叶根段通过双头螺栓连接，用自锁螺母锁紧固定，同时将叶根段的防雷导线通过螺钉固定连接在桁架式钢结构的端面法兰上；
4)工程现场对接时，先将叶根段与风力发电机的轮毂端对接组装完成后，再进行叶尖段与叶根段组装，组装时，将叶尖段的第一镶块、第二镶块的贴合面与桁架式钢结构的端面法兰贴合面对齐，如果贴合面有出现不平齐的缺陷，则同样需塞薄金属垫片保证平齐，之后再通过双头螺栓和自锁螺母锁紧固定叶尖段与桁架式钢结构即可，同时将叶尖段的防雷导线通过螺钉固定连接在桁架式钢结构的端面法兰上；
5)检查叶尖段、桁架式钢结构、叶根段三部分组合后是否与设计尺寸数据一致，没有问题后，先用多层三轴布手糊，包裹桁架式钢结构、叶根段和叶尖段的粘接面，待固化后，再在叶根段和叶尖段的前、后缘以及粘接面处施快速结构胶，将第一气动外形组合板和第二气动外形组合板贴紧粘接面；
6)在叶尖段的接缝处及叶根段的接缝处采用挤压复位工装夹紧，使对接型面能够很好的吻合，确保整个叶片的气动外形型面与理论设计一致，待结构胶完全固化后再拆除挤压复位工装；
7)打磨掉接缝处的富余结构胶，在接缝处和前、后缘粘接处手糊多层三轴布进行补强，每层错开预设距离，再手糊表面毡，固化后对手糊层与原型面进行过渡打磨并抛光处理后，刷涂与原叶片色调一致的油漆，到这里整个分段组合式风力发电机叶片就制作完成，待整套叶片组装完成后与轮毂一起吊装挂机运行即可。
6.根据权利要求5所述的一种分段组合式风力发电机叶片的制造方法，其特征在于：所述挤压复位工装包括有带钢架的第一压紧板、第二压紧板，所述第一压紧板、第二压紧板的压紧面与各自相应的第一气动外形组合板、第二气动外形组合板的形状大小相匹配，该第一压紧板上的钢架与第二压紧板上的钢架通过两端拧紧螺栓连接，进而将第一压紧板、第二压紧板组合形成为形状大小与叶片待夹紧部位相匹配的结构；使用时，先预拧紧螺栓，待第一压紧板、第二压紧板的压紧面与各自相应的气动外形组合板型面贴合后，前、后缘两端同时对螺栓进行拧紧，保证受力均匀，当对接型面吻合后，保证预紧力即可。
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