CN109185077A - 一种风电叶片人孔盖板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风力发电机叶片结构领域，特别的是涉及一种风电叶片人孔盖板及其制备方法，包括设置在叶根挡板上的盖板本体，盖板本体上设置有螺栓孔，所述盖板本体的材质为橡胶，盖板本体内设置有钢丝网，所述螺栓孔内套装有和螺栓匹配的且和盖板本体固定连接的钢套，钢套突出于盖板本体的内表面，所述盖板本体内表面固定有2个密封圈，2个密封圈之间为钢套，所述盖板本体内还设置有和钢套对应的密封钢板，本发明可以吸收从叶根经叶根挡板传递的载荷和震动，保护螺栓，防止螺栓断裂。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机叶片结构领域，特别的是涉及一种风电叶片人孔盖板及其制备方法。
背景技术
风机在运行过程中，叶片内残留的物品如若掉落砸到轮毂上，会导致轮毂发生损伤进而影响风机正常运作。为避免上述问题出现，现有的风电叶片通常会采用在叶根位置安装叶根挡板的设计，以将叶片型腔和轮毂隔开。当检修叶片时，需要维修人员穿过叶根挡板进入叶片，为了使维修人员可以进入叶片，通常会在叶根挡板中心处设置人孔，而此人孔需要一个人孔盖板与叶根挡板装配，进而实现上述所有功能。同时，工作人员在维修风机时，需要站在叶片挡板上，以叶片挡板为工作台，叶片挡板的材质不能太软。
目前应用最广的人孔盖板为圆形结构，人孔盖板与叶根挡板采用螺栓连接结构进行装配，人孔盖板与螺栓之间在径向上为刚性连接。如此一来，在风机运转过程中，叶根的变形会直接传递到叶根挡板螺栓上，致使螺栓受疲劳剪切而断裂。断裂的螺栓会落入风机轮毂中，进而砸坏轮毂电气元件或者损坏变桨轴承，给风机运行造成较大损害。
叶片震动、变形会导致叶根挡板和叶根之间的刚性连接结构断裂，或传递到盖板结构本身，导致人孔盖板上的螺栓松脱，为了解决这种问题，现有技术中一般采取改变叶根挡板和叶根之间的连接结构或材质的方法，防止连接结构断裂松脱，降低叶根挡板的震动。
比如在叶根挡板与叶根之间全部采用弹性胶连接的方案，该方案能够解决叶根挡板螺栓断裂问题，但是此方案中胶用量较大，造成叶片制造成本大幅增加，并且已经在风场运行的叶片无法采用此方案进行技改，具有一定的局限性。
申请公布号为CN 107559156A的专利公开了叶根挡板以及风电叶片，其在叶根挡板本体外周设置膨胀节，实现叶片本体和叶根挡板的柔性连接。零部件越多，连接部分就越容易出现松脱等问题。
叶根挡板和人孔盖板的材料一般为玻璃钢或者胶合板，玻璃钢密度比钢材密度小，可以有效减轻结构重量，玻璃钢比橡胶材料强度高、刚度大，不易产生变形，可以给站在其上的操作人员一种安全可靠的感觉。如授权公告号为CN207122387U的专利公开了一种叶片用柔性叶根挡板，包括柔性环1、叶根挡板2和L型固定片3，柔性环1为玻璃钢柔性环，玻璃钢为一种柔性材料，在受力时会出现较大的变形，但是不会断裂(见说明书[0021段])。专利申请公布号为CN102797644A公开了叶根挡板、其制作方法及隔板专用模具和人孔板专用模具，其中说明书[0050段]公开了隔板1和人孔板2为胶合板，说明书[0047段]公开了在人孔板的下端面设置有一层环形防水密封胶条24。
现有的风机叶片叶根挡板结构，在使用一段时间后，叶根挡板螺栓可能会断裂，造成的风力发电机轮毂电气元件及变桨轴承损坏，甚至造成人员伤亡，在这种情况下，如果更换的产品还是之前使用的产品，这个问题就有可能继续发生，继续造成危害。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风电叶片人孔盖板及其制备方法。其可以吸收从叶根经叶根挡板传递的载荷和震动，保护螺栓，防止螺栓断裂。
本发明的内容包括设置在叶根挡板上的盖板本体，盖板本体上设置有螺栓孔，所述盖板本体的材质为橡胶，盖板本体内设置有钢丝网，所述螺栓孔内套装有和螺栓匹配的且和盖板本体固定连接的钢套，钢套突出于盖板本体的内表面，所述盖板本体内表面固定有2个密封圈，2个密封圈之间为钢套，所述盖板本体内还设置有和钢套对应的密封钢板。
本发明的叶根挡板和叶根可以采用现有技术的常规结构，比如背景技术中所采用的结构，螺栓孔在盖板本体上的分布为现有技术，一般位于盖板本体的靠近盖板本体边缘的位置。本发明改变了现有技术中常规使用的玻璃钢，采用橡胶材料制成，特别优选的是选用硫化橡胶。玻璃钢和硫化橡胶具有相似性，玻璃钢可以经受住很大的应变，具有粘弹性和弹塑性，风电行业中通常采用与叶片本体相同的玻璃钢作为叶根挡板和人孔盖板的材料。橡胶一般由于与叶片本体材料差别较大，特别是玻璃钢属于弹性材料，而橡胶属于超弹性材料，变形大，工作人员站在其上会很不安全，一般不考虑橡胶作为叶根挡板和人孔盖板的材料。
本发明在人孔盖板内部铺设有一层钢丝网，优选其面积和盖板本体1的面积相当，提高了人孔盖板的刚度，安全性更好。钢丝网由钢丝编织成网组成，钢丝的直径优选为1-1.5mm。
为了方便螺栓将人孔盖板和叶根挡板连接的较为稳固，现有技术中一般采用在螺栓的端部增设垫片，垫片加大了螺栓的作用力和盖板本体之间的接触面积，不易松脱。本发明在螺栓孔内装配有钢套，钢套和盖板本体固定连接，其通过硫化工艺成型阶段固定在一起，钢套和螺栓螺纹连接，螺栓和叶根挡板螺纹连接，其不仅仅提高了螺栓和盖板本体的连接牢固度，更重要的是其可以作为密封钢板的布置锚点，提高制备的成品率。
现有技术中一般采用密封圈和盖板本体分离的方式，就像防水密封圈一样，在被固定件和螺栓垫片之间布置。本发明的密封圈固定在盖板本体上，且包括2个，2个密封圈紧贴钢套的外表面，即钢套位于2个密封圈之间，钢套和密封圈的这种结构关系，不仅仅是为了提高密封效果，更重要的是，其可以保证螺栓的预紧力的有效施加。为了达到更好的预紧效果，本发明的钢套突出于盖板本体的内表面，所述盖板本体的内表面为面向叶片内部的表面，外表面为面向轮毂的表面。如果钢套不突出橡胶本体表面(详见图4)，给螺栓施加预紧力，预紧力将100％用于橡胶变形，钢套将无法起作用，橡胶会产生蠕变，螺栓无法很好的预紧，螺栓连接副会出现螺栓松动，甚至产生螺栓疲劳断裂。如果钢套突出橡胶本体表面(详见图5)，给螺栓施加预紧力，预紧力10％将使密封圈产生变形，其余90％将使螺栓产生预紧。
所述密封圈为半圆球形，半圆球形的半径为4-6mm，密封圈和盖板本体一体成型，即密封圈的顶点和盖板本体之间的直线距离一般在4-6mm，所述钢套突出于盖板本体内表面的长度为1-2mm。在螺栓拧紧的情况下，钢套一般紧邻叶根挡板，密封圈被压缩，钢套端部和叶根挡板接触，其可以提高螺栓连接的预紧力。
所述密封钢板的形状为弧形，且具有通孔，钢套穿过所述通孔。优选的，所述密封钢板的数量为至少2块，最优选为4块，密封钢板之间相互独立。所述密封钢板和钢套间隔分布设置，密封钢板之间相互独立，如图1所示，具有4块密封钢板，每一块密封钢板都具有通孔，螺栓穿过通孔，螺栓对密封钢板具有定位作用；同时，2块相邻密封钢板之间为螺栓(即钢套)，本发明的多个密封钢板组成一个中间具有间隙的圆，多个密封钢板距离人孔盖板的圆心的距离是一样的，最优选的结构如图1所示，密封钢板套装在钢套上，相邻的密封钢板之间为和上述钢套相邻的钢套。为了提高螺栓连接处的结构强度，本领域技术人员顶多可以想到在螺栓连接处加固钢板，即在盖板本体的内部或者表面设置有一圈串联螺栓孔的钢板。本发明将钢板分为几段，相互之间独立，且相邻钢板之间为螺栓孔，当螺栓受到来自叶根挡板的剪力时，该剪力传递至钢板，而几块钢板之间是相互独立的，所以会释放掉来自叶根挡板的剪力。本发明的这种结构，相比密封钢板为整体的结构，具有更好的优点。
所述密封钢板和钢套之间具有间隙，或者/和，所述钢丝网和钢套之间具有间隙。所述的间隙中间会充满硫化橡胶，当密封钢板和钢套之间存在作用力时，可以通过填充的橡胶起到缓冲作用。
所述橡胶为硫化橡胶。
本发明还提供一种风电叶片人孔盖板的制备方法，包括如下步骤，
在人孔盖板模具上铺设橡胶，依次将钢丝网、钢套和密封钢板放入相应位置，定位，再铺设橡胶，最后固化成形，脱模。
本发明的有益效果是，本发明的主体是橡胶材质，属于超弹性的材料，风力发电机叶片在运行时产生的剪切力和震动可以很好的被人孔盖板吸收，不会导致螺栓断裂，以此解决由于叶根挡板螺栓断裂，造成的风力发电机轮毂电气元件及变桨轴承损坏，甚至造成人员伤亡。橡胶盖板内部有钢丝网提供刚度，可以大大提高人孔盖板的安全系数。当维修人员站立在风力发电机叶片人孔盖板上进行风力发电机方面的维修时，不会产生明显的不安全感觉。本发明中提到的橡胶盖板可以进行一定程度的弯曲，这样人孔盖板可以直接通过风力发电机轮毂拿入风力发电叶片中，对于已经挂机的风力发电机叶片，需要维修人孔盖板时，可以直接用本发明的人孔盖板进行替换，大大提高了工作效率。如果采用传统的玻璃钢人孔盖板，当风场需要更换和维修人孔盖板时，只能将人孔盖板切割为若干部分，拿入叶片中后再进行组装后才可以使用，维修效率将大大减小。本发明中提到的人孔盖板在叶尖侧具有密封圈，并且在密封圈区域布置密封钢板，有效的提高了人孔盖板的密封性，可以防止风力发电机叶片中杂质进入轮毂，从而损害轮毂中的电气元件。本发明中提到的钢套高度比人孔盖板厚度大1-2mm，即可以效保证人孔盖板的密封性，又可以保证人孔盖板螺栓的预紧力的有效施加。
本发明还可以缓解外界带给叶根挡板和叶根的刚性连接结构的载荷和震动，防止叶根挡板和叶根连接处损坏，增加其使用寿命。
附图说明
图1为本发明的俯视结构示意图。
图2为本发明的测试结构示意图。
图3为图2的局部结构放大图。
图4为钢套不突出盖板本体表面时压缩前后的示意图。其中左侧为压缩前的示意图，右侧为压缩后示意图。
图5为钢套突出盖板本体表面时压缩前后的示意图，其中左侧为压缩前示意图，右侧为压缩后示意图。
在图中，1盖板本体、2密封钢板、3把手、4密封圈、5钢套、51凸起、6密封钢板、7钢丝网、8螺栓孔。
具体实施方式
实施例1
如图1-3所示，本发明包括设置在叶根挡板上的盖板本体1，盖板本体1上设置有螺栓孔8，所述盖板本体1的材质为橡胶，盖板本体1内设置有钢丝网7，所述螺栓孔8内套装有和螺栓匹配的且和盖板本体1固定连接的钢套5，钢套5突出于盖板本体1的内表面，所述盖板本体1内表面固定有2个密封圈4，2个密封圈4之间为钢套5，所述盖板本体1内还设置有和钢套5对应的密封钢板6。
本发明改变了本行业通常使用的盖板本体1的材质，采用橡胶，特别是硫化橡胶，利用和盖板本体1固定的钢套5与螺栓固定，提高固定的可靠性，利用钢套5突出盖板本体1以及2个密封圈4的结构，达到提高预紧力的目的，利用密封钢板6和钢套5之间的结构关系，提高了制备过程的成品率。
如图3所示，所述钢套5突出于盖板本体1内表面，为凸起51，其长度为1-2mm。
所述密封圈4为半圆球形，半圆球形的半径为4-6mm。其和盖板本体1一体成型。
所述密封钢板6套装在钢套5上，密封钢板6具有通孔，钢套5穿过所述通孔。密封钢板6的形状为弧形，所述密封钢板6的数量为至少2块，密封钢板6之间相互独立。如图1所示，螺栓孔8的数量为8个，钢套5的数量和螺栓孔8相同，密封钢板6的数目为4个，每一个密封钢板6都开设有一个通孔，钢套5穿过通孔，所述密封钢板6相互独立，密封钢板6的两端都为钢套5，这样间隔排列，可以有效的提高密封性能，吸收剪切力，做好密封钢板6的定位。本发明的螺栓孔8、螺栓、钢套5和密封钢板6等的数量可以根据需要进行调整，不局限于本实施例的数量，如螺栓孔8的数量为6或12，密封钢板6的数量为4或6等等。
所述密封钢板6的数目少于钢套5的数目，优选设置有4块密封钢板6。
所述密封钢板6和钢套5之间具有间隙，所述钢丝网7和钢套5之前具有间隙，间隙中填充有橡胶。
所述螺栓孔8的数量为6-8个，优选为8个。所述橡胶为硫化橡胶。
所述钢丝网7镶嵌在盖板本体1内，其面积和盖板本体1的面积相当，所述钢丝网7的钢丝直径为1-1.5mm。
本发明的密封盖板6上固定有把手3，把手3通过螺栓连接在密封盖板6上。
如图4-5所示，其显示了钢套突出或者不突出盖板本体时，密封圈在压缩前后的变化形貌图。
本发明还提供一种风电叶片人孔盖板的制备方法，包括如下步骤，
A.物料准备，包括钢丝网7、密封钢板2等零部件；
B.模具清理，并布置第一层橡胶；
C.布置钢丝网7，钢丝网7通过模具进行定位；
D.布置钢套5，钢套5通过模具定位销定位；
E.布置4块密封钢板6，密封钢板6通过模具使其与钢丝网7之间有一定的间隙，并通过钢套5定位；
F.布置第二层橡胶；
G.采用硫化工艺成型风力发电机人孔盖板；
H.将成型后的风力发电机叶片人孔盖板脱模，并进行修边处理，而后用螺栓将把手3固定至风力发电机人孔盖板上。
Claims (10)
1.一种风电叶片人孔盖板，包括设置在叶根挡板上的盖板本体(1)，盖板本体(1)上设置有螺栓孔(8)，其特征是，所述盖板本体(1)的材质为橡胶，盖板本体(1)内设置有钢丝网(7)，所述螺栓孔(8)内套装有和螺栓匹配的且和盖板本体(1)固定连接的钢套(5)，钢套(5)突出于盖板本体(1)的内表面，所述盖板本体(1)内表面固定有2个密封圈(4)，2个密封圈(4)之间为钢套(5)，所述盖板本体(1)内还设置有和钢套(5)对应的密封钢板(6)。
2.如权利要求1所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述密封钢板(6)的形状为弧形，且具有通孔，钢套(5)穿过所述通孔。
3.如权利要求2所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述密封钢板(6)的数量为至少2块，密封钢板(6)之间相互独立。
4.如权利要求3所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述密封钢板(6)和钢套(5)间隔分布。
5.如权利要求1-4任一项所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述钢套(5)突出于盖板本体(1)内表面的长度为1-2mm。
6.如权利要求1-4任一项所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述密封圈(4)为半圆球形，密封圈(4)和盖板本体(1)一体成型。
7.如权利要求1-4任一项所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述密封钢板(6)和钢套(5)之间具有间隙，或者/和，所述钢丝网(7)和钢套(5)之间具有间隙。
8.如权利要求1-4任一项所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述橡胶为硫化橡胶。
9.如权利要求1-4任一项所述的风电叶片人孔盖板，其特征是，所述钢丝网(7)镶嵌在盖板本体(1)内，其面积和盖板本体(1)的面积相当。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的风电叶片人孔盖板的制备方法，其特征是，包括如下步骤，
在人孔盖板模具上铺设橡胶，依次将钢丝网(7)、钢套(5)和密封钢板(6)放入相应位置，定位，再铺设橡胶，最后固化成形，脱模。
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