CN105952580A - 一种风电叶片及其制作工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种风电叶片及其制作工艺，以解决现有技术中金属连接筒体增大了叶片重量,叶形骨架制作增加加工工序的问题。其步骤如下：法兰的固定、预埋件上下加强层的铺设、螺栓套和光套的设置、扳手空间块的设置、楔形条和梁帽的搭接、连接定位销拼接分段壳体、分段叶片连接得到完整叶片。本发明使分段叶片的连接结构更加紧凑，且简化了机械加工工序，梁帽与楔形条铺层一体化设计，降低两者的铺层厚度，保障叶片刚度光顺过渡，提高分段连接处复合材料的疲劳强度，降低叶片重量，单向纤维复合材料铺层弦向拼接，和在层间增加复合材料铺层，保证吸注均匀渗透，增加分段处扭转刚度，有效保障叶片分段连接处局部载荷的顺利传递。

Description

一种风电叶片及其制作工艺

技术领域

本发明属于风电叶片制作领域，涉及一种风电叶片及其制作工艺。

背景技术

在我国，风力机大型化发展趋势已经确立。随着叶片长度的不断增加，叶片运输困难、道路交通管制以及运输成本增加等问题很快凸现，一方面，出于安全考虑，世界各国铁路、公路管理部门对运载货物的长度、高度等都有一定的限制，如：风力发电机组的叶片长度在几十米或更长，这些都属于超限范围；另一方面，我国风电场分布非常广泛，很多地方偏远、交通不便，建造风电场时大型叶片运输成本非常高昂，有些地区甚至根本无法送达。大叶片运输问题将成为我国风能发展的一个棘手问题，叶片分段设计、制造将为解决此问题有极其重要的作用，而分段叶片顺利制造和装配最为关键。现有技术中的金属连接筒体增大了叶片的重量,而叶形骨架的制作增加了加工工序。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电叶片及其制作工艺，以解决现有技术中金属连接筒体增大了叶片重量,叶形骨架制作增加加工工序的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种风电叶片，包括至少两段叶片段，叶片段包括叶根段和叶尖段，各叶片段之间设置连接装置连接成一个叶片整体，在分段连接处铺设预埋件下加强层，加强层由至少3层单轴向布层间加铺至少2层三轴向布组成，单轴向布弦向对接，三轴向布弦向搭接，分段连接处铺设尾缘加强布；在预埋件下加强层上设置预埋件，预埋件包括连接装置、PVC楔形条和梁帽，连接装置至少设置2组，相邻两组连接装置中的螺栓套和光套正反向设置，光套结构与螺栓套相同，但内部无螺纹，两端开口，光套尾端设置扳手空间，螺栓套和扳手空间尾端设置PVC楔形条，PVC楔形条上搭接梁帽；连接装置上设置预埋件上加强层，加强层由至少3层单轴向布层间加铺至少2层双轴向布组成，单轴向布弦向对接，双轴向布弦向搭接；连接装置通过螺栓总成连接叶根段和叶尖段，螺栓总成一端与螺栓套连接，另一端穿过光套用螺母固定。

优选的，尾缘加强布近似三角形。可以保证尾缘侧分段连接处的强度，并起到调整合模间隙的作用。

优选的，螺栓套和光套间的间隙设置玻璃钢楔形条填充。填充螺栓套和光套间的间隙，使铺层和预埋件接触面平整顺滑，防止出现台阶或褶皱。

优选的，PVC楔形条和梁帽的搭接面设置加强层。加强楔形条和梁帽间的粘接效果，防止出现局部位置黏结物质堆积或出现气泡空腔，影响叶片质量。

优选的，分段叶片的叶根段和叶尖段的连接处设置薄片法兰。使分段叶片分段处紧密结合，减少缝隙。

6、一种风电叶片的制作工艺，包括如下步骤：

步骤一：分段定位法兰固定：将分段叶片吸力面翼型定位法兰和分段叶片压力面翼型定位法兰分别固定在分段叶片定位法兰固定装置上。保证分段法兰安装的重复性和一致性。

步骤二：预埋件之下加强层制作：在叶片壳体的分段连接处铺设预埋件下加强层，所述加强层由至少3层单轴向布层间加铺至少2层三轴向布组成，所述单轴向布弦向对接，三轴向布弦向搭接，尾缘铺设近似三角形加强布。采用三轴向布可以保证吸注时树脂的均匀渗透，同时能够增加叶片弦向强度；尾端三角加强布的使用时为了保证尾缘侧分段连接处强度，并起到调节合模间隙的作用。

步骤三：预埋件安装：在步骤二的预埋件下加强层上设置至少两组预埋件，相邻两组正反向设置，所述预埋件包括螺栓套和光套，分段叶片叶根段和叶尖段的螺栓套和光套配套安装；光套尾端设置扳手空间块，扳手空间块内预埋与定位螺杆螺纹配合的螺套，扳手空间块周围密封；螺栓套和光套的间隙设置玻璃钢楔形条，螺栓套和扳手空间块远离分段连接处一端设置PVC楔形条。交错安装螺栓套和光套，可以达到分段叶片连接处受力均匀的目的，并且能提高扳手空间块位置的强度；扳手空间块内预埋螺栓，可在分段叶片壳体拼接时使定位销准确定位和连接，在完成分段叶片制作后拆除即可形成扳手空间，用于分段叶片的拼接时螺栓总成的螺母固定；楔形条填充可以实现密封效果，防止出现浸胶造成螺杆拆卸困难。

步骤四：梁帽搭接：在楔形条上搭接梁帽，PVC楔形条和梁帽间设置加强层。加强PVC楔形条和梁帽间的粘接效果，防止出现局部位置黏结物质堆积或出现气泡空腔，影响叶片质量。

步骤五：预埋件之上加强层制作：铺设壳体中芯材后，在螺栓套、光套和扳手空间块上铺设加强层，所述加强层由至少3层单轴向布层间加铺至少2层双轴向布组成，所述单轴向布弦向对接，双轴向布弦向搭接。保证吸注时树脂能够均匀渗透，增加分段处的扭转刚度，保障叶片分段连接局部载荷的顺利传递。

步骤六：分段壳体拼接和分段叶片完成：在步骤七的预埋件上加强层上真空吸注铺设辅材，再经前固化、去除辅材、打磨、拆除分段叶片吸力面翼型定位法兰和分段叶片压力面翼型定位法兰后，通过连接定位销拼接分段壳体，所述连接定位销一端为螺纹，另一端为锥销，连接定位销螺纹端与螺栓套连接，锥销端与光套连接。安装大梁、合模、后固化、起模后，拆卸扳手空间块获得分段叶片。使用定位销先将壳体分段拼接，再进行一体化合模，起模后拆卸分段运输，既节约模具，又能保证拼接的准确性。

步骤七：风电叶片拼接：取出连接定位销，在分段叶片叶根段和叶尖段的螺栓套与光套间设置螺栓总成，在扳手空间内设置拉力器，螺栓总成一端与螺栓套连接，另一端穿过光套在扳手空间内用螺母固定，连接分段叶片叶根段和叶尖段，得到完整的风电叶片。采用无螺纹的光套+扳手空间的结构替代转接体可以使连接结构更加紧凑，简化机械加工工艺，降低连接处的金属重量，并且可以用较粗短的螺栓套代替原有的细长螺栓套，增加了连接处的轴向刚度，降低螺栓连接的载荷系数和螺栓承受的疲劳载荷，从而提高螺栓的疲劳寿命。

优选的，步骤一所述的分段叶片吸力面翼型定位法兰和分段叶片压力面翼型定位法兰通过分段叶片定位法兰固定装置固定在叶片模具桁架上，所述装置的下连接管一端与叶片模具桁架连接，另一端通过连接法兰与固定架连接，固定架的横梁下方设置连接板，连接板底部沿远离固定架的横梁方向依次设置连接螺栓和定位销，分别与分段叶片吸力面翼型定位法兰和分段叶片压力面翼型定位法兰连接。保证分段法兰安装的重复性和一致性。

优选的，步骤三所述的扳手空间块由结构胶制作，扳手空间块内设置螺套，螺套螺纹与光套定位螺杆螺纹配合，扳手空间块与光套连接处设置钢纸垫圈和密封胶条密封。扳手空间块内预埋螺栓，可在分段叶片壳体拼接时使定位销准确定位和连接，在完成分段叶片制作后拆除即可形成扳手空间，用于分段叶片的拼接时螺栓总成的螺母固定。采用垫圈和胶条密封可保证吸注时树脂不会渗透进螺栓套内，防止拆卸螺杆时损伤螺栓套位置粘结强度。

优选的，步骤四所述PVC楔形条和梁帽间的加强层采用单轴向布。防止梁帽与楔形条直接接触影响粘接质量，并通过铺层对叶片整体强度进行补强。

优选的，步骤七所述拉力器包括拉杆及对称设置在拉杆两侧的螺套，两个螺套上反方向设置拉力器连接板，拉力器连接板远离拉杆一端连接连接管，连接管尾端设有拉钩。利用相邻两组连接装置的正反向设置和利用拉力器的独特结构使两个对应的扳手空间在拉钩的拉力下向中间合拢，达到准确定位使螺栓总成穿入光套的目的，简化连接工艺。

本发明相对现有技术具有以下有益效果：

1、采用光套与扳手空间预埋块结合的方式，使结构更加紧凑，简化了机械加工工序。

2、在分段叶片叶尖段和叶根段连接区域采用梁帽铺层与PVC楔形条铺层一体化设计，降低两者的铺层厚度，保障叶片刚度光顺过渡，避免铺层在PVC楔形条尾部的突然递减以及因此引入的局部疲劳强度的显著下降，提高了分段连接处复合材料的的疲劳强度，同时降低了叶片的重量。

3、在分段处两个梁帽之间，采用单向纤维复合材料铺层弦向拼接加强，并在层间适当加入三向和双向纤维复合材料铺层，既能够保证吸注时树脂能够均匀渗透，同时增加了分段处的扭转刚度，还能有效保障叶片分段连接处局部载荷的顺利传递。

附图说明

图1为本发明风电叶片结构示意图。

图2为本发明分段叶片定位法兰固定装置结构图。

图3为本发明预埋件之下加强层铺设示意图。

图4为本发明预埋件安装示意图。

图5为本发明分段连接处预埋件安装示意图。

图6为本发明分段连接处PVC楔形条和梁帽搭接示意图。

图7为本发明预埋件之上加强层铺设示意图。

图8为本发明拉力器工作示意图。

图9为本发明分段叶片连接示意图。

图10为拉力器结构示意图。

附图标记含义如下：1、叶片模具桁架；2、下连接管；3、连接法兰；4、固定架；5、分段叶片吸力面翼型定位法兰；6、分段叶片压力面翼型定位法兰；7、定位销；8、连接板；9、连接螺栓；11、单轴向布；12、三轴向布；13、三角形单轴向布；14、双轴向布；21、光套；22、光套定位螺杆；23、螺栓套定位螺杆；24、螺栓套；25、扳手空间块；31、玻璃钢楔形条；32、玻璃钢薄片；33、PVC楔形条41、梁帽；51、连接定位销；52、拉力器；53、扳手空间；61、薄片法兰；62、螺栓总成；71、拉钩；72、连接管；73、拉力器连接板；74、螺套；75、拉杆；101、加强层铺设第一层；102、加强层铺设第二层；103、加强层铺设第三层；104、加强层铺设第四层；105、加强层铺设第五层；201、叶根段；202、叶尖段；203、叶片壳体；204、壳体中芯材；205、预埋件下加强层；206、预埋件上加强层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

下述单轴向布、双轴向布及三轴向布均为市场商购。

一种风电叶片，如图1所示，包括至少两段叶片段，叶片段包括叶根段201和叶尖段202，各叶片段之间设置连接装置连接成一个叶片整体，在分段连接处铺设预埋件下加强层205，加强层由至少3层单轴向布11层间加铺至少2层三轴向布12组成，单轴向布11弦向对接，三轴向布12弦向搭接，分段连接处铺设尾缘加强布15，尾缘加强布15近似三角形；在预埋件下加强层205上设置预埋件，预埋件包括连接装置、PVC楔形条33和梁帽41，连接装置至少设置2组，相邻两组连接装置中的螺栓套24和光套21正反向设置，螺栓套24和光套21间的间隙设置玻璃钢楔形条31填充，光套21尾端设置扳手空间53，螺栓套24和扳手空间53尾端设置PVC楔形条33，PVC楔形条33上搭接梁帽41，PVC楔形条33和梁帽41的搭接面设置加强层；连接装置上设置预埋件上加强层206，加强层由至少3层单轴向布11层间加铺至少2层双轴向布14组成，单轴向布11弦向对接，双轴向布14弦向搭接；连接装置通过螺栓总成62连接叶根段201和叶尖段202，的螺栓总成62一端与螺栓套24连接，另一端穿过光套21用螺母固定；分段叶片的叶根段201和叶尖段202的连接处设置薄片法兰61。

一种风电叶片的制作工艺步骤如下：

步骤一：分段定位法兰固定：如图2所示，分段叶片吸力面翼型定位法兰5和分段叶片压力面翼型定位法兰6通过分段叶片定位法兰固定装置固定在叶片模具桁架1上，该装置的下连接管2一端与叶片模具桁架1连接，另一端通过连接法兰3与固定架4连接，固定架4的横梁下方设置连接板8，连接板8底部沿远离固定架4的横梁方向依次设置M20连接螺栓9和 20定位销7，分别与分段叶片吸力面翼型定位法兰5和分段叶片压力面翼型定位法兰6连接；

在固定作业时，先将分段叶片下连接管焊接在叶片模具上，分段叶片固定架上部分通过连接法兰和下连接管连接，调整好吸、压力面分段叶片定位法兰与叶片模具型面间隙后将定位法兰分别和定位法兰固定架连接，分段叶片定位法兰与定位法兰固定架连接板焊接至固定架上，定位法兰和固定架连接使用连接板连接，连接时采用分段叶片定位法兰20定位销定位，分段叶片定位法兰M20螺栓连接，以便与在分段叶片合模时将定位法兰固定架拆除；

步骤二：预埋件之下加强层制作：如图3所示，在叶片壳体203的分段连接处铺设预埋件下加强层205，所述加强层由至少3层单轴向布11层间加铺至少2层三轴向布12组成，所述单轴向布11弦向对接，三轴向布12弦向搭接，尾缘铺设近似三角形加强布；

步骤三：预埋件安装：如图4所示，在步骤二的预埋件下加强层205上设置至少两组预埋件，相邻两组正反向设置，所述预埋件包括螺栓套24和光套21，分段叶片叶根段201和叶尖段202的螺栓套24和光套21配套安装；光套21尾端设置扳手空间块25，扳手空间块25内预埋与定位螺杆螺纹配合的螺套，扳手空间块25周围密封；如图5所示，螺栓套24和光套21的间隙设置玻璃钢楔形条31，螺栓套24和光套21两侧底部使用无捻粗纱填充后，将玻璃钢楔形条31放置在螺栓套24和光套21中间靠近螺栓套一侧，靠近光套21的一侧由于扳手空间块25与光套21宽度差，使用玻璃钢薄片32填充；螺栓套24和扳手空间块25远离分段连接处一端设置PVC楔形条33；

步骤四：梁帽搭接：如图6所示，在PVC楔形条33上搭接梁帽41，PVC楔形条33和梁帽41间铺设单轴向布11；

步骤五：预埋件之上加强层制作：如图7所示，铺设壳体中芯材204后，在螺栓套24、光套21和扳手空间块25上铺设加强层，所述加强层由至少3层单轴向布11层间加铺至少2层双轴向布14组成，所述单轴向布11弦向对接，双轴向布14弦向搭接；

步骤六：分段壳体拼接和分段叶片完成：如图8所示，在步骤七的预埋件上加强层206上真空吸注铺设辅材，再经前固化、去除辅材、打磨、拆除分段叶片吸力面翼型定位法兰5和分段叶片压力面翼型定位法兰6后，通过连接定位销51拼接分段壳体，所述连接定位销51一端为螺纹，另一端为锥销，连接定位销51螺纹与螺栓套24旋紧后将光套21套入锥销中。安装大梁、合模、后固化、起模后，拆卸扳手空间块获得分段叶片；

步骤七：风电叶片拼接：取出连接定位销51，如图9所示，在分段叶片叶根段201和叶尖段202的螺栓套24与光套21间设置螺栓总成62，在扳手空间53内设置拉力器52，如图10所示，该拉力器52包括拉杆75及对称设置在拉杆75两侧的螺套74，两个螺套74上反方向设置拉力器连接板73，拉力器连接板73远离拉杆75一端连接连接管72，连接管72尾端设有拉钩71；

分段叶片拼接作业时，先将螺栓总成62一侧安装在螺栓套24内旋紧，然后将拉力器52的两个拉钩71分别挂在分段叶片叶尖段202和叶根段201交错安装的扳手空间53内，拧动拉力器52的拉杆75，在左右旋螺纹的转动下带动螺套74向拉杆75中心方向移动，将分段叶片叶尖段202和叶根段201连接起来，螺栓总成62穿过对应的光套21后，在扳手空间53位置安装螺母固定，完成分段叶片的连接，得到完整的叶片。

Claims (10)

1.一种风电叶片，包括至少两段叶片段，各叶片段之间设置连接装置连接成一个叶片整体，其特征在于：所述叶片段包括叶根段（201）和叶尖段（202），在分段连接处铺设预埋件下加强层（205），所述加强层由至少3层单轴向布（11）层间加铺至少2层三轴向布（12）组成，单轴向布（11）弦向对接，三轴向布（12）弦向搭接，分段连接处铺设尾缘加强布（15）；在所述预埋件下加强层（205）上设置预埋件，预埋件包括连接装置、PVC楔形条（33）和梁帽（41），连接装置至少设置2组，相邻两组连接装置中的螺栓套（24）和光套（21）正反向设置，光套（21）尾端设置扳手空间（53），螺栓套（24）和扳手空间（53）尾端设置PVC楔形条（33），PVC楔形条（33）上搭接梁帽（41）；连接装置上设置预埋件上加强层（206），所述加强层由至少3层单轴向布（11）层间加铺至少2层双轴向布（14）组成，单轴向布（11）弦向对接，双轴向布（14）弦向搭接；连接装置通过螺栓总成（62）连接叶根段（201）和叶尖段（202），所述的螺栓总成（62）一端与螺栓套（24）连接，另一端穿过光套（21）并固定。

2.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于：所述螺栓套（24）和光套（21）间的间隙设置玻璃钢楔形条（31）填充。

3.根据权利要求1或2所述的风电叶片，其特征在于：所述PVC楔形条（33）和梁帽（41）的搭接面设置加强层。

4.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于：所述尾缘加强布（15）近似三角形。

5.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于：所述分段叶片的叶根段（201）和叶尖段（202）的连接处设置薄片法兰（61）。

6.一种风电叶片的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：分段定位法兰固定：将分段叶片吸力面翼型定位法兰（5）和分段叶片压力面翼型定位法兰（6）分别固定在分段叶片定位法兰固定装置上；

步骤二：预埋件之下加强层制作：在叶片壳体（203）的分段连接处铺设预埋件下加强层（205），所述加强层由至少3层单轴向布（11）层间加铺至少2层三轴向布（12）组成，所述单轴向布（11）弦向对接，三轴向布（12）弦向搭接，尾缘铺设近似三角形加强布；

步骤三：预埋件安装：在步骤二的预埋件下加强层（205）上设置至少两组预埋件，相邻两组正反向设置，所述预埋件包括螺栓套（24）和光套（21），分段叶片叶根段（201）和叶尖段（202）的螺栓套（24）和光套（21）配套安装；光套（21）尾端设置扳手空间块（25），扳手空间块（25）内预埋与定位螺杆螺纹配合的螺套，扳手空间块（25）周围密封；螺栓套（24）和光套（21）的间隙设置玻璃钢楔形条（31），螺栓套（24）和扳手空间块（25）远离分段连接处一端设置PVC楔形条（33）；

步骤四：梁帽搭接：在楔形条（31）上搭接梁帽（41），PVC楔形条（33）和梁帽（41）间设置加强层；

步骤五：预埋件之上加强层制作：铺设壳体中芯材（204）后，在螺栓套（24）、光套（21）和扳手空间块（25）上铺设加强层，所述加强层由至少3层单轴向布（11）层间加铺至少2层双轴向布（14）组成，所述单轴向布（11）弦向对接，双轴向布（14）弦向搭接；

步骤六：分段壳体拼接和分段叶片完成：在步骤七的预埋件上加强层（206）上真空吸注铺设辅材，再经前固化、去除辅材、打磨、拆除分段叶片吸力面翼型定位法兰（5）和分段叶片压力面翼型定位法兰（6）后，通过连接定位销（51）拼接分段壳体，所述连接定位销（51）一端为螺纹，另一端为锥销，连接定位销（51）螺纹端与螺栓套（24）连接，锥销端与光套（21）连接；安装大梁、合模、后固化、起模后，拆卸扳手空间块（25）获得分段叶片；

步骤七：风电叶片拼接：取出连接定位销（51），在分段叶片叶根段（201）和叶尖段（202）的螺栓套（24）与光套（21）间设置螺栓总成（62），在扳手空间（53）内设置拉力器（52），螺栓总成（62）一端与螺栓套（24）连接，另一端穿过光套（21）在扳手空间（53）内用螺母固定，连接分段叶片叶根段（201）和叶尖段（202），得到完整的风电叶片。

7.根据权利要求6所述的风电叶片的制作工艺，其特征在于：步骤一所述的分段叶片吸力面翼型定位法兰（5）和分段叶片压力面翼型定位法兰（6）通过分段叶片定位法兰固定装置固定在叶片模具桁架（1）上，所述装置的下连接管（2）一端与叶片模具桁架（1）连接，另一端通过连接法兰（3）与固定架（4）连接，固定架（4）的横梁下方设置连接板（8），连接板（8）底部沿远离固定架（4）的横梁方向依次设置连接螺栓（9）和定位销（7），分别与分段叶片吸力面翼型定位法兰（5）和分段叶片压力面翼型定位法兰（6）连接。

8.根据权利要求6所述的风电叶片的制作工艺，其特征在于：步骤三所述的扳手空间块（25）由结构胶制作，扳手空间块（25）内设置螺套，螺套螺纹与光套定位螺杆（22）螺纹配合，扳手空间块（25）与光套（21）连接处设置钢纸垫圈和密封胶条密封。

9.根据权利要求6所述的风电叶片的制作工艺，其特征在于：步骤四所述PVC楔形条（33）和梁帽（41）间的加强层采用单轴向布（11）。

10.根据权利要求6所述的风电叶片的制作工艺，其特征在于：步骤七所述拉力器（52）包括拉杆（75）及对称设置在拉杆（75）两侧的螺套（74），两个螺套（74）上反方向设置拉力器连接板（73），拉力器连接板（73）远离拉杆（75）一端连接连接管（72），连接管（72）尾端设有拉钩（71）。