CN106662069A - 模块化叶片的螺纹连接 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模块化叶片的螺纹连接，该螺纹连接通过连接布置在梁(20)的法兰上的插件(5)将两个对置模块(1和1’)拧在一起的单个螺栓(8)形成。间隔件(9)被加入螺栓(9)的中央部，在使用机械分离器(10)以机械手段分开模块，或者对螺栓(8)使用加热器对间隔件(9)使用冷却器以热手段分开模块的情况下拉伸螺栓而使其预张紧。设有用于接收插件的加工出的容纳部的模块仅在要加工出容纳部的区域被层压，使得层(3)被形成为固化后的最终体积对应于插件(5)用的空穴，从而最小化材料使用。最后，为了确保稍后利用单个螺栓形成连接，在对模块进行表面处理之后形成模块的插件上的螺纹，从而允许控制螺纹的纵向位置及角位置。

Description

模块化叶片的螺纹连接

技术领域

本发明涉及风轮机叶片的模块上的螺栓接头，以及将由特定制造方法所得到的一些模块相连的过程和比现有产品更加程式化的层压件。

背景技术

叶片模块附接和用于叶片模块附接的插件在现有技术中被大量地描述。

因此，在专利ES2265760中，金属插件被容纳，并轴向地固定在纵向抵抗结构(叶片梁)的壁上。容纳部被机加工，插件连接利用粘合剂被固定。在碳纤维13和玻璃纤维14的实心层压件12上机加工出空穴16，然后插件10被插入。插件头有两种类型：用于牵引螺栓的金属U形部件；以及剪切连接元件。这些用于栓接插件对的头部又大又重，因为它们包括用于实现预张紧螺栓的螺母的连接的容纳部，导致这种连接费用高且格外重。

在专利ES2369442中，插件被嵌入且被插入(首先像之前所述那样对它们进行机加工)到构成叶片的复合材料中。插件主体具有圆柱或圆锥形状。根据插件的放置，有两种类型：

机加工插件。在已固化的层压件上加工出一个孔，插件、头部2和主体3被插入该孔中，然后利用粘合剂4进行连接。在整个断面宽度的连续厚度上形成层压件。缺点：层压件非常厚，且由非结构必要材料导致成本高，增加了模块的总重量。

嵌入式插件。插件被层压，从而在层压过程中加入增强部件5。在固化后，所述树脂层压件将插件结合到所述材料。分离器6也被加入在插件之间。缺点：与机加工流程不同，这种手工方法不容易被自动化，所以对环境条件和工人的技术水平高度敏感。另外，为了获得可接受的负载能力，附加部件6被加入。该部件也必须在层层之前被加接到金属插件上。因此，为了消除前一个方案(机加工插件)的过重的缺点，又带来了其他明显的缺点，比如工艺的易感性，以及所述部件和相关加接过程所导致的高成本。

另外，在所述插件中所使用的接头元件的拧紧是一种复杂的工艺，它要么要求外部支撑点，要么通过对置的连接副来完成，从而利用每个连接副的作用/反作用平衡，因此不要求外部支撑。这种连接处理方案与前述专利不同但是通常具有连接元件：专利ES2265760在对置头之间使用螺栓和两个螺母而专利ES2369442使用具有不同特性的单螺栓与螺母的两个连接(在插件上是左旋螺纹，在螺母和用于扳手紧固的机加工头上是右旋螺纹)。在这两种情况下，这两个连接副彼此补偿(双螺母副或螺栓-螺母副)，且额外了额外的支撑点，但是在任何情况下都需要最好是矩形的、重且昂贵的插件头，以能够容纳上述螺母，同时这种新方案限定了预张紧螺栓的两种选择。当由转矩进行预张紧时，螺栓利用相邻连接元件被补偿。当通过拉力进行预张紧时，模块被分离从而同时给所有螺栓上的接头施加必要的张力，因此消除了对在模块之间的头部的需要，以及将连接部件减少到最低程度，所以获得一种在质量上和成本上相比现有技术的显著优势。在这两种情况下，所有的螺栓都通过施加转矩或拉力被同时预张紧，这使其相比现有技术明显具有新颖性。

发明内容

本发明包括通过在两个螺纹插件之间的单个螺栓栓接风轮机叶片模块的栓接接头，所述插件预先被容纳在模块的层压件内。本发明还描述了模块的组件，从而使得接头被彻底简化。本发明还涉及用于制造模块层压件的方法，其特征于仅在随后被加工以形成插件容纳部的区域内进行层压，由此产生更轻更便宜的程式化层压件。

根据前文，本发明的目标是将将层层压成给的形状，从而在固化时通过在插件(嵌入式插件)上进行层压而获得还没有插入插件的体积部。

本发明的另一个目标是了通过单个螺栓经一些螺纹插件将两个叶片模块连接到其他同样面朝这些插件的插件而连接两个叶片模块。因此所形成的组件包括被包含在叶片模块中的螺纹插件、带有间隔件或中间部件的螺栓、以及被包含在另一个叶片模块中的另一个对置的螺纹插件。

本发明的另一个目标是提供一种用于连接的方法，其包括以下步骤：

-制造包含内螺纹插件的叶片模块，

-将螺栓安装在模块之一的插件内，

-将新模块的容纳部连接起来，使其与已经被插入前一个模块的螺栓对齐，

-单独转动螺栓，从而将螺栓拧入到两个模块内，

-根据下面所描述的、也是本发明的目标的方法之一同时预张紧螺栓。

本发明的另一个目标是所述连接方法采用了通过模块的分离同时预张紧所有螺栓。其中所采取的步骤是：

-通过包含肋和液压缸的组件所产生的机械接合或间隔件上的热效应(在放置之前通过冷却造成的收缩)使模块分离，

-在螺栓上安装间隔件，

-撤销并完成预张紧过程。

不同于专利ES2369442，这种新替代方案的具体优点在于通过拉力实现预张紧而不需要改变螺纹的方向，螺栓在两侧上都具有右旋螺纹。因此，这简化了螺栓到模块内的首次插入，这是一种在任何情况下都依赖于非常特别的模块制造细节的任务。

最后，本发明的另一个目标是预张紧过程也能够通过拧紧转矩、相邻对的张力以及利用每对的作用/反作用平衡被实现，但不使用外部支撑点以施加所述拧紧转矩。作为实施例，中间部件被安装在螺栓上，从而允许其旋转。在这种情况下，在插件和螺栓上的螺纹沿各自方向在每个模块上转动插件和螺栓，从而使转动产生相反的前进，由此拉动并最终预张紧螺栓。

附图说明

下面对用于更好地理解本发明的一系列附图给出一个简要的描述。这些附图仅作为一种例子，且明确地关系到而不是限制到本发明的一个实施例。

图1是为了获得随后将被加工出的插件空穴的体积部在插件区域中的层压层的形状的平面图。

图2描绘了在加工插件空穴之前的指定层压件的剖视图。

图3是在插入之前被定位的层压件、容纳部和和插件的剖视图和轮廓图。

图4展示了插件在容纳部中的层压剖视图。

图5是彼此面对的两个叶片模块的平面剖视图。

图6是螺栓与被分成两个部分的间隔件的正视图和侧视图。

图7描绘了四个步骤：a)安装机械间隔件，b)分离模块，c)安装间隔件，以及d)撤销。

图8描绘了机械间隔件的两个实施例。

图9示出了用于在模块上应用间隔件的型板。

图10描绘了实现转矩的施加的中间部件的不同实施例，并且可以具有用于操作杆的孔、有或没有键、呈六边形形状或或带小齿轮轮廓。

图11示出了在叶片模块上的小齿轮-链条拧紧装置的连接接合。

图12描绘了完成的连接。

具体实施方式

图1是风轮机叶片模块1的平面剖视图。该模块1是叶片梁的一部分，并且其主要特征在于只在对应于自由壁2的部件上的容纳插件的部分进行层压，通过层的积聚增强这些区域。因为这些层压件3的层将从最长的层3’叠加到最短的层3”，所以在模块1的表面上可获得的层压件形成一种圆形突起4，如图2所示。因此，这实现了仅对应于将被机加工然后容纳插件的位置的体积部的层压。层压件3的层是在梁成形工艺期间是可获得的，圆形突起4在固化后沿着梁的自由壁2的整个下侧部分和下侧部分产生。这种工艺能一层接一层地或者通过形成小的预制件被自动地或手动地完成。

图3描绘了层压体积3、容纳部6以及插件5。插件5具有主体5’和头部5”，在加接插件并使它们的自由壁彼此面对后，在其中加工出螺纹。因此，这种连接通过以下步骤完成：加工容纳部6面对自由壁2，随后将插件5安装到容纳部6内，然后用粘合剂加接，获得图4所示的结果。最后，为了控制在插件上的螺纹的纵向位置和角位置，它们的自由表面像加工螺纹中的最后步骤那样彼此面对。综上所述，模块1准备好与其他模块连接。

本发明的主要特征是两个叶片模块1和1’通过若干带有内螺纹的插件5的连接，因此通过彼此面对的每对插件5的单个螺栓获得所述连接。前述如图5中所示。

所述连接方法包括以下步骤：

将所有螺栓8拧入模块1之一的插件5中；

将新模块1’的插件5结合在一起，使新模块与之前的模块1对准；

转动螺栓8以将其拧入两个模块1和1’中。

此时，所述模块1和1’通过螺栓8联接，并且在它们之间存在间隙7。以下面所描述的两种方式之一在所述连接中获得合适的张力：a)以机械接合分开模块并在螺栓上插入间隔件；或b)在螺栓上设置热收缩间隔件。

图6描绘了用间隔件9覆盖的螺栓8。该间隔件包括两个半圆间隙，具有上侧部分9’和下侧部分9”。这种细分是必要的，因为在螺栓已经就位时完成了间隔件在插件的自由面之间的放置。

图7示出了根据机械分开方案a)分开模块1和1’的不同阶段。在模块之间形成有机械接合件10。当模块之间的间隙7变宽且成为更大的间隙7’时，螺栓应当受拉。此时，将间隔件9设置在每个螺栓上以覆盖螺栓。间隔件9的长度小于所产生的间隙7’，但长于初始间隙7。当机械接合件10被撤除后，新的间隙7”小于利用该接合所产生的间隙7’但大于初始间隙7，因此保持间隔件9被压缩且螺栓被预张紧。因此，这产生了通过拉力预张紧的牵引连接。

图8描绘了产生模块1和1’的分离的多种实施例。机械接合件10的末端11能接合插件5的自由面或者带有剪力销的插件5的侧面。接合方式的选择将由已存在的间隙7的大小和间隔件需要的截面所决定。如果接合件被形成在插件5的侧面上，那么将存在用于固定两个部件的元件例如销、栓、或类似元件。分离负载能通过如图9所示的型板12被分散。当所选的预张紧系统是模块通过机械接合件10比如液压缸的简单机械分离时使用型板12。型板12能在两个模块1和1’之间传递这些液压缸的作用力，因此将它们彼此分开。在该实施例中型板12的刚度对于保持拉力均匀而言是必要的。

第二种方案，即方案b)，涉及到通过热效应接合螺栓8和间隔件9。因此，螺栓8被延展，从而使模块1和1’之间的已有间隙7增大，从而实现之前通过冷却收缩的间隔件9的加入。例如，液氮被用于冷却间隔件9并使其收缩，使用电阻器加热螺栓8使其延展。间隔件的长度在环境温度下必须大于模块之间的间隙，而已收缩间隔件的长度应当小于带有已膨胀的螺栓的模块之间的间隙。因此两种元件回到它们的正常状态，引起间隔件的压缩和螺栓8的拉紧或预张紧。

当由转矩产生预张紧时，如图10所示，螺栓8带有中间部件，其目的不被限制为在之前的附图中被使用的间隔件，而是还能作为为叶片8提供可操作表面的中间部件13，从而施加转矩以在压缩间隔件时产生预张紧。在一个位置使用杆14、扳手15或其他装置以给组件施加转矩。通过转矩被预张紧；螺栓8具有左旋螺纹和另一右旋螺纹，从而所述旋转在每端产生相反的前进，并被拉动。因此，图10中的方案a)描绘了在螺栓8上的中间部件13以及在它的表面上的孔16，从而使它容纳杆14，通过该杆能施加转矩。方案b)描绘了包括通过螺栓上的栓销17被连接在一起的两个部分的中间部件13’。同样地，它们也具有孔16，从而使杆14能施加拧紧转矩。方案c)描绘了被设置在螺栓8上或作为螺栓一部分的中间部件13”的另一个实施例，它具有六边形并且允许使用常规的扳手15进行拧紧。方案d)描绘了另一种替代的中间部件。该实施例带有齿状部13”’。与中间齿状部13”’上的齿相接合的链条18的动作为所有的螺栓8提供一致的拧紧转矩，如图12所示。马达19驱动交替地接合中间齿状部13”’的链条18，因此利用作用/反作用平衡产生拧紧转矩，不要求用于张紧的外部支持。

图12示出了通过结合有间隔件9的螺栓8被连接的两个模块1和1’。对应于插件5的这部分后续将被整流罩覆盖并安装在位于叶片的前缘21与尾缘22之间的梁20的法兰上。

Claims (9)

1.一种模块化叶片的栓接接头，所述模块化叶片包括两个模块(1和1’)，这两个模块在其复合材料层压件之间容纳有螺纹插件(5)并且彼此面对，其特征在于，利用两端带有螺纹的单个螺栓(8)实现连接：

两个螺纹都是右旋螺纹，且间隔件(9)在中央被加入到所述螺栓(8)，在通过用机械分离器(10)机械分开所述模块，或者通过对所述螺栓(8)使用加热器对所述间隔件(9)使用冷却器而以热手段分开所述模块的情况下所述螺栓(8)通过拉动而被预张紧，

一端具有左旋螺纹，另一端具有右旋螺纹，以便转动运动在每一端上产生相反的前进，从而拉动所述螺栓(8)，为所述螺栓(8)结合用于操控的中间部件(13)，并通过施加转矩而完成预张紧。

2.根据权利要求1所述的模块化叶片的栓接接头，其特征在于，被结合在所述螺栓上的所述中间部件(13’)或被集成在所述螺栓上的中间部件(13)提供：带孔(16)的表面，该孔用于应用一杆(14)来成对收紧；应用扳手(15)的六边形表面(13”)；或者应用链条(18)的带齿表面(13”’)，从而同时接合所有的所述插件(5)并继而由外部马达(19)驱动。

3.根据权利要求1所述的模块化叶片的栓接接头，其特征在于，所述机械分离器(10)具有两个臂(11)，所述臂通过型板(12)接合所述插件(5)的末端或经销或栓附接到所述插件(5)的壁而接合所述插件(5)的末端。

4.根据权利要求1所述的模块化叶片的栓接接头，其特征在于，所述间隔件(9)包括被液氮冷却的两个部分，优选地是铝制的，而所述螺栓(8)被电加热器加热。

5.一种用于螺栓连接模块化叶片的方法，其中通过在对置的模块(1和1’)的内侧进行加工而被容纳的插件(5)的连接的特征在于，所述插件(5)之间的所述连接通过带有两个螺纹末端的单个螺栓(8)按照以下的过程被实现在两个模块(1和1’)上所结合的所述插件上：

a.制造模块(1和1’)，其中在使这些模块(1和1’)的连接表面彼此面对之后，作为最后一步，在所述插件(5)上形成螺纹；

b.将螺栓(8)插入模块(1)中；

c.使另一个模块(1’)对着之前模块精确定位；

d.转动螺栓(8)，从而使该螺栓穿入新的模块(1’)；

e.预张紧。

6.根据权利要求5所述的用于螺栓连接模块化叶片的方法，其特征在于，通过利用热效应拉动以及所述螺纹是右旋螺纹而在所有的螺栓上同时实现预张紧按照以下步骤：

i)通过电阻器使所述螺栓(8)延展，

ii)通过在先冷却使所述间隔件(9)收缩，

ii)插入这些间隔件(9)，所述间隔件被细分成两个部分以简化在已安装的螺栓(8)的两侧上的结合，

iii)通过环境温度撤销所述螺栓(8)的延展和所述间隔件(9)的收缩。

7.根据权利要求5所述的用于螺栓连接模块化叶片的方法，其特征在于，通过拉动和螺纹是右旋螺纹按照以下组装步骤在所有的螺栓上同时实现预张紧：

i)利用机械分离器(10)分开模块，

ii)插入间隔件(9)，所述间隔件被细分成两个部分以简化在已安装的螺栓(8)的两侧上的结合，

iii)撤销所述机械分离器(10)。

8.根据权利要求5所述的用于螺栓连接模块化叶片的方法，其特征在于，通过经移动链条(18)的马达(19)的机械接合以及同时在所述模块的所有带齿插件(13”’)上施加转矩而实现预张紧。

9.一种制造包含两个模块的模块化叶片的方法，其中加工多个容纳部，结合插件，其特征在于：

仅在所述模块的自由壁(2)上在随后被加工出容纳部的位置处实施层压；

成形层压件(3)的形状，从而使固化后的最终体积部为容纳所述插件(5)的空穴；

加工所述容纳部(6)；

加接金属插件(5)。