CN108386303B - 一种海流能发电机组叶片根部连接件及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种海流能发电机组叶片根部连接件及其连接方法，所述连接件包括翼杆、压板、齿型轮毂、加强件和压板螺钉，加强件安装于叶片的根部内，加强件的外径与叶片的内径相同；叶片的根部周向均匀设置M个通孔，加强件周向均匀设置N个安装孔，齿型轮毂周向均匀设置N个半圆柱槽，所述半圆柱槽与所述安装孔相对应；所述翼杆为P个，该P个翼杆呈十字交叉状径向贯穿所述半圆柱槽、所述通孔和所述安装孔设置。本发明所述连接件及其叶片根部连接方法通过双翼杆、齿型轮毂的半圆柱槽和叶片根部的通孔实现自适应定位，快速地完成现场安装的定位，避免了传统多螺纹连接的复杂的螺纹孔对准和定位步骤，整个安装过程便捷迅速，拆卸维修简单。

Description

一种海流能发电机组叶片根部连接件及其连接方法

技术领域

本发明属于海流能发电技术领域，具体涉及一种海流能发电机组叶片根部连接件及其连接方法。

背景技术

海流能是一种能量密度高、无污染、可持续性强的新能源，开发海流能对于缓解现在的全球能源危机有着重要且深远的意义。类似于风能发电，海流能发电是通过叶轮将流体介质(海水)的动能，转化为叶轮的动能，再进一步转换为电能。不同于风能发电，海流能发电的流动介质是海水，海水的密度远大于空气导致叶轮在工作时所受的载荷密度比风能大很多，因此对于叶片根部和轮毂的连接强度有着较高的要求。

现有的海流能叶片根部连接是通过预埋螺栓套的方法实现的。预埋螺栓套的方法是在叶片制造成型前事先在叶片模具中埋入很多预制好的螺栓套，定位排列好以后，浇筑叶片的本体材料，这样预埋的螺栓套和叶片本体是一个整体。这种连接方式存在的问题主要有三个：一是需要预埋螺栓套，导致整个制造加工工艺变得复杂，叶片模具也需要更改，增大了制造成本和周期。叶片根部预埋的螺栓套和轮毂端面处分布的螺栓孔的精度和端面平整度要很好，才能相互配合，达到安装要求，这又无形地增加了制造的难度；二是预埋的螺栓套表面是平整的圆柱面，圆柱面和叶片本体通过剪切力相连，强度比较低，在海流速度比较大和局部的极限强载荷的情况下存在被拔出来的危险。三是现场安装时，定位难度高。安装时需要叶片根部端面的所有螺栓套和轮毂的螺栓孔一一对准才能固定，要求较高的定位精度才能完成安装，同样拆卸和维修也比较困难。现场安装中，海流能叶片是通过起重机吊装起来的，调整起来很麻烦。繁复的定位对准环节需要耗费大量的时间和人力。

海流能叶轮是海流能发电第一级能量转换的关键零部件，保证叶轮高效可靠地工作是海流能发电的前提。根据其现场安装条件和工作所受的载荷，对叶片根部和轮毂的连接方式提出了强度高，安装快和可靠性好等要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明提出一种海流能发电机组叶片根部连接件及其连接方法，满足现场安装条件和工作所受载荷。

为实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种海流能发电机组叶片根部连接件，包括翼杆、压板、齿型轮毂、加强件和压板螺钉，加强件安装于叶片的根部内，加强件的外径与叶片的内径相同；叶片的根部周向均匀设置M个通孔，加强件周向均匀设置N个安装孔，齿型轮毂周向均匀设置N个半圆柱槽，所述半圆柱槽与所述安装孔相对应，且M≥N，M和N均为大于2的偶数；

所述翼杆为P个，该P个翼杆均匀分布在所述连接件内，且该P个翼杆均径向贯穿所述半圆柱槽、所述通孔和所述安装孔设置；其中，2≤P≤(N/2)，且P为整数；

所述翼杆的两端各形成一半圆柱翼，所述两端的半圆柱翼的切向相同，所述半圆柱翼的半径等于所述翼杆的半径；所述半圆柱翼插入所述半圆柱槽内，所述半圆柱翼的平面与所述半圆柱槽的平面完全重合；

所述压板置于该重合的平面上，通过所述压板螺钉固定在齿型轮毂上。

进一步地，当所述翼杆为两个时，该两个翼杆呈十字交叉状径向贯穿所述半圆柱槽、所述通孔和所述安装孔设置。

进一步地，所述齿型轮毂的端面具有N个矩形槽，所述半圆柱槽形成于所述矩形槽的中心位置。

进一步地，，所述压板安装于所述矩形槽内。

进一步地，，所述翼杆的两端伸出所述齿型轮毂一定尺寸。

本发明还提供一种海流能发电机组叶片根部连接方法，采用如本发明所述的海流能发电机组叶片根部连接件，包括如下步骤：

S1，在叶片的根部周向均匀开设N个通孔，该通孔的半径与翼杆的半径相同；

S2，将加强件安装在叶片的根部内；

S3，旋转加强件，使其安装孔与所述通孔重合；

S4，将P个翼杆均匀径向贯穿所述半圆柱槽、通孔和安装孔设置；

S5，粗调P个翼杆两端的半圆柱翼，使加强件的中心与叶片的中心相重合；

S6，微调P个翼杆两端的半圆柱翼，使半圆柱翼的平面与所述半圆柱槽的端面重合；

S7，将压板置于该重合平面上，并通过压板螺钉固定在齿型轮毂上；

S8，检查验收。

本发明与现有技术相比，有益效果是：

1、海流能发电机组叶片根部连接件可以通过双翼杆、齿型轮毂的半圆柱槽和叶片根部的通孔实现自适应定位，快速地完成现场安装的定位，避免了传统多螺纹连接的复杂的螺纹孔对准和定位步骤。整个安装过程便捷迅速，且拆卸维修简单。

2、采用本发明提出的连接件对海流能发电机组叶片根部进行连接的方法中，无需更改叶片模具，无需预埋各种预制件，只需在周围打四个通孔，并且通过加强件增强打孔处的强度，减小应力集中效应，制造简单，节约成本。

3、本发明提出的连接件以翼杆和压板螺钉为传递载荷的零件。翼杆直径粗，可以很好地传递叶片载荷；压板厚度大，受压面积大，承载能力强；压板螺钉安装于轮毂上，脱离了叶片厚度对传统多螺纹连接螺纹直径的限制。本领域技术人员可以根据实际情况增大螺钉的直径，延长螺钉的长度使得螺纹连接更加可靠，同时避免极限载荷螺栓套被拔出来的危险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的海流能发电机组叶片根部连接件的装配图；

图2为本发明的海流能发电机组叶片根部连接件P-P截面示意图；

图3为本发明的海流能发电机组叶片根部连接件的三维示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图以及具体的实施方式，对本发明进行详细地介绍说明。

如图1‐3所示，本发明所述海流能发电机组叶片根部连接件，包括翼杆1、压板2、齿型轮毂4、加强件5和压板螺钉6，加强件5安装于叶片3的根部内，加强件5的外径与叶片3的内径相同，叶片3的根部周向均匀设置M个通孔，本实施例中设置为四个通孔，加强件5上周向均匀设置N个安装孔，本实施例中设置为四个安装孔，齿型轮毂4上周向均匀设置四个半圆柱槽，所述半圆柱槽与所述安装孔相对应；所述翼杆1为P个，此处设置为两个，且呈十字交叉状径向贯穿所述半圆柱槽、所述通孔和所述安装孔设置。

翼杆1的两端各切去一个长度为200mm的半圆柱以形成两个半圆柱翼，即，翼杆1的两端为半圆柱型，中间为圆柱型，且两个半圆柱翼的平面处于同一个平面中。半圆柱翼的半径等于翼杆1的半径。

翼杆1两端的半圆柱翼插入齿型轮毂4的半圆柱槽内，以使得翼杆1的固定更加牢固。且翼杆1两端的半圆柱翼可径向伸出齿型轮毂4一定尺寸，以便于旋转调节翼杆1的角度和安装方向。

由于半圆柱槽的半径与翼杆1的半径相同，因此，翼杆1两端的半圆柱翼插入半圆柱槽后，半圆柱翼的平面与半圆柱槽的平面完全重合，此时，将压板2置于该重合的平面上，压板2两边通过压板螺钉6固定在齿型轮毂4的端面上。压板2可为扇形，上下两个面的圆弧面的半径和齿型轮毂4的内圆柱面和外圆柱面半径相同，以使得固定效果更佳。

由于两个翼杆1十字交叉贯穿设置于齿型轮毂4、叶片3和加强件5，每个翼杆对应一组半圆柱槽、通孔和安装孔，且每个翼杆1的中心与其对应的半圆柱槽、通孔和安装孔的中心完全重合，因此，为了使两根翼杆可交叉设置，每个翼杆对应的半圆形槽的中心在齿型轮毂4的位置与另一个翼杆对应的半圆柱槽的中心位置必定存在一个高度差h，叶片3上的两组通孔的位置以及加强件5上的两组安装孔的位置也是如此。因此，本实施例中，将该高度差h设定为翼杆1的直径，如图1所示，以此保证连接件的紧凑性。

本发明所述的海流能发电机组叶片根部连接件主要依靠压板2、翼杆1和压板螺钉6来传递载荷，依靠翼杆1两端的半圆柱翼和齿型轮毂4上的半圆柱槽完成自适应性定位，依靠加强件5进一步加强叶片打孔处的连接强度。因此，该叶片根部连接件可达到较高的承载能力、定位精准，且结构简单，操作方便，成本较低，具有极大的市场发展前景。

此外，本发明还提出一种海流能发电机组叶片根部连接连接方法，该方法采用本发明上述海流能发电机组叶片根部连接件，其中，M＝N＝4，P＝2，则连接方法包括以下步骤：

S1，在叶片3的根部周向均匀开设四个通孔，该通孔的直径与翼杆1的半径相同；

S2，将加强件5安装在叶片3的根部内；

S3，旋转加强件5，使其安装孔与所述通孔重合；

S4，将两个翼杆1呈十字交叉状径向贯穿所述半圆柱槽、通孔和安装孔设置；

S5，粗调两个翼杆1两端的半圆柱翼，使加强件5的中心与叶片3的中心相重合；

S6，微调两个翼杆1两端的半圆柱翼，使半圆柱翼的平面与所述半圆柱槽的端面重合；

S7，将压板2置于该重合平面上，并通过压板螺钉6固定在齿型轮毂4上；

S8，检查验收。

采用本发明所述叶片根部连接方法，可通过翼杆、半圆柱翼、半圆柱槽、通孔和安装孔的自适应定位，快速地完成现场安装的定位，避免了传统多螺纹连接的复杂的螺纹孔对准和定位步骤。整个安装连接过程便捷迅速，且拆卸维修简单。同时，该连接方法不需更改叶片模具，无需预埋各种预制件，只需在周围打多个通孔，并且通过加强件增强打孔处的强度，减小应力集中效应，制造简单，节约成本。本领域技术人员可以根据实际情况增大螺钉的直径，延长螺钉的长度使得螺纹连接更加可靠，同时避免极限载荷螺栓套被拔出来的危险。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种海流能发电机组叶片根部连接件，其特征在于，包括翼杆、压板、齿型轮毂、加强件和压板螺钉，加强件安装于叶片的根部内，加强件的外径与叶片的内径相同；叶片的根部周向均匀设置M个通孔，加强件周向均匀设置N个安装孔，齿型轮毂周向均匀设置N个半圆柱槽，所述半圆柱槽与所述安装孔相对应，且M≥N，M和N均为大于2的偶数；

所述翼杆为P个，该P个翼杆均匀分布在所述连接件内，且该P个翼杆均径向贯穿所述半圆柱槽、所述通孔和所述安装孔设置；其中，2≤P≤(N/2)，且P为整数；

所述翼杆的两端各形成一半圆柱翼，所述两端的半圆柱翼的切向相同，所述半圆柱翼的半径等于所述翼杆的半径；所述半圆柱翼插入所述半圆柱槽内，所述半圆柱翼的平面与所述半圆柱槽的平面完全重合；

所述压板置于该重合的平面上，通过所述压板螺钉固定在齿型轮毂上。

2.根据权利要求1所述的海流能发电机组叶片根部连接件，其特征在于，当所述翼杆为两个时，该两个翼杆呈十字交叉状径向贯穿所述半圆柱槽、所述通孔和所述安装孔设置。

3.根据权利要求1所述的海流能发电机组叶片根部连接件，其特征在于，所述齿型轮毂的端面具有N个矩形槽，所述半圆柱槽形成于所述矩形槽的中心位置。

4.根据权利要求3所述的海流能发电机组叶片根部连接件，其特征在于，所述压板安装于所述矩形槽内。

5.根据权利要求1所述的海流能发电机组叶片根部连接件，其特征在于，所述翼杆的两端伸出所述齿型轮毂一定尺寸。

6.一种海流能发电机组叶片根部连接方法，采用如权利要求1-5中任一项所述的海流能发电机组叶片根部连接件，其特征在于，包括如下步骤：

S1，在叶片的根部周向均匀开设N个通孔，该通孔的半径与翼杆的半径相同；

S2，将加强件安装在叶片的根部内；

S3，旋转加强件，使其安装孔与所述通孔重合；

S4，将P个翼杆均匀径向贯穿所述半圆柱槽、通孔和安装孔设置；

S5，粗调P个翼杆两端的半圆柱翼，使加强件的中心与叶片的中心相重合；

S6，微调P个翼杆两端的半圆柱翼，使半圆柱翼的平面与所述半圆柱槽的端面重合；

S7，将压板置于该重合平面上，并通过压板螺钉固定在齿型轮毂上；

S8，检查验收。