CN109296507B - 一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构及风力发电设备 - Google Patents

一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构及风力发电设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构及一种风力发电设备。该风电复合材料叶片叶根预埋连接结构包括叶片本部、叶根预埋螺栓套和叶根法兰；叶根预埋螺栓套包括螺栓套筒和凸缘，所述凸缘位于叶根预埋螺栓套的端部，叶根预埋螺栓套预埋于叶片根部中的与所述叶根预埋螺栓套相配合的孔中，所述凸缘突出于叶片叶根的端部，所述凸缘靠近所述螺栓套筒一侧的面与叶根接触，所述凸缘远离螺栓套筒一侧的面与叶根法兰接触。本发明不仅能够提高连接螺栓的疲劳寿命和可靠性，还进一步优化了叶片的生产工艺，避免了叶片根部在打磨时摩擦热量导致复合材料烧糊变质，使其生产工艺更易于控制。

Description

一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构及风力发电设备
技术领域
本发明涉及风力发电机组的复合材料叶片领域，尤其涉及一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构。
背景技术
风电叶片叶根与变桨轴承之间的连接通常有两种方式：T型打孔式和预埋叶根螺栓套式。随着叶片长度增加，风力发电机组兆瓦级提高，叶片载荷也不断增大，越来越多的叶片从传统的T型打孔连接方式过渡为预埋叶根螺栓套连接方式，以便在叶根布置更多的连接螺栓，以保证叶根连接螺栓具有足够的极限强度和疲劳强度。
目前现有的风电叶片叶根预埋结构存在以下缺点：
(1)为了便于高速金属打磨机打磨，叶根预埋螺栓套普遍突出叶根复合材料端面；因复合材料固化收缩，在叶片合模后，通常合模缝的位置处的叶根预埋螺栓套，其端面会明显普遍低于其他位置处的螺栓套端面，且叶片节圆越大，合模缝位置的收缩越大。为了保证叶根预埋螺栓套端面的平面度，在端面打磨时，存在合模缝附近叶根预埋螺栓套端面尚未被打磨到，其他位置的叶根预埋螺栓套端面，已经被打磨得与叶根复合材料平齐；当高速金属打磨机触碰到复合材料时，高速摩擦生热，复合材料易被烧糊，致使其力学性能变差。
(2)叶根预埋螺栓套端面面积较小，与法兰端面接触时，使得被连接件刚度较小，连接螺栓的疲劳寿命降低。
(3)传统叶根预埋连接结构中，只有螺栓套、法兰和变桨轴承为被压构件，叶根复合材料没有被压缩，对被连接件的刚度没有贡献，降低了预埋螺栓套的最大拉拔力和连接螺栓的抗疲劳性能。
以上三点弊端导致预埋型叶片在生产时工艺难以控制，同时挂机运行过程中，叶根螺栓的疲劳寿命短，叶根螺栓断裂频繁发生，减低了风电叶片的可靠性和使用寿命。
发明内容
本发明克服了现有技术中存在的缺陷，提供了一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构。该风电复合材料叶片叶根预埋连接结构不仅能够提高连接螺栓的疲劳寿命和可靠性，还进一步优化了叶片的生产工艺，使其生产工艺更易于控制。
为解决上述技术问题，本发明采用的具体技术方案概述如下：
一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，包括叶片本部、叶根预埋螺栓套和叶根法兰；其特征在于，叶根预埋螺栓套包括螺栓套筒和凸缘，所述凸缘位于叶根预埋螺栓套的端部，叶根预埋螺栓套预埋于叶片根部中的与所述叶根预埋螺栓套相配合的孔中，所述凸缘突出于叶片叶根的端部，所述凸缘靠近所述螺栓套筒一侧的面与叶根接触，所述凸缘远离螺栓套筒一侧的面与叶根法兰接触。
进一步的，所述凸缘为在周向上呈一体的环形结构或在周向上由多个弧形间隔组合而成的结构。
进一步的，叶根预埋螺栓套均匀间隔布置在所述叶片根部上；所述叶根预埋螺栓套的材质为高强度材料，优选为金属或树脂，所述金属优选为高强度合金，所述树脂优选为聚氯乙烯或聚四氟乙烯材料；至少两个相邻的叶根预埋螺栓套连成一体。
本发明还提供一种风力发电设备，包括多个叶片，所述叶片包括上述的所述风电复合材料叶片叶根预埋连接结构。
本发明所取得的有益技术效果是：
1.本发明将叶根预埋螺栓套设置成包括螺栓套筒和凸缘的结构形式，通过叶根预埋螺栓套的凸缘与叶根法兰相接触，增大了叶根预埋螺栓套与叶根法兰的接触面积，有效提高了被连接件的刚度，降低了连接螺栓的等效刚度，从而提高了叶根连接螺栓的疲劳寿命；
2.本发明通过将叶根预埋螺栓套的凸缘与叶根接触，从而使复合材料叶根也作为受压构件，使其对提高被连接件的刚度作出贡献，从而提高叶根预埋螺栓套的拉拔力和连接螺栓的抗疲劳性能；
3.本发明通过将叶根预埋螺栓套的凸缘突出于叶根端部，从而避免了在打磨叶根端面时可能出现的打磨机触碰叶根导致其烧糊变质的一系列工艺问题，不需要人为监测叶根预埋螺栓套端面与复合材料叶根端面是否平齐。
附图说明
为了获得本发明的上述和其他优点及特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述；在附图中：
图1是本发明的叶片的端部结构示意图；
图2是本发明的叶片的侧面剖视图；
附图中：1-叶片根部，2-叶根预埋螺栓套，3-叶根法兰，4-连接螺栓。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。以下描述中的“前”、“后”、“左”、“右”等方向性术语并不解释为对本发明的限制。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
下面结合附图对本发明提供的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构作进一步的详细说明：
如图1-2所示，本发明提供的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，包括叶片根部1、叶根预埋螺栓套2和叶根法兰3；叶根预埋螺栓套2包括螺栓套筒和凸缘，所述凸缘位于叶根预埋螺栓套2的端部，叶根预埋螺栓套2预埋于叶片根部1中与所述叶根预埋螺栓套相配合的孔中，所述凸缘突出于叶片根部的端部，所述凸缘靠近所述螺栓套筒一侧的面与叶片根部接触连接，所述凸缘远离螺栓套筒一侧的面与叶根法兰3接触连接。
本发明将叶根预埋螺栓套1设置成包括螺栓套筒和凸缘的结构形式，通过叶根预埋螺栓套1的凸缘与叶根法兰3相接触，增大了叶根预埋螺栓套1与叶根法兰3的接触面积，能够有效提高被连接件的刚度，并且能够有效降低连接螺栓4的等效刚度，从而能够提高叶根连接螺栓4的疲劳寿命。
叶根预埋螺栓套2端部具有凸缘，叶根预埋螺栓套1与叶根法兰3接触的凸缘突出于叶片根部1，,并且所述凸缘与叶片根部1相接触；此结构预埋至叶片1中增加叶根预埋螺栓套2与叶根法兰3的接触面积，根据连接螺栓的等效刚度公式
Figure BDA0001828585530000041
与被连接件刚度公式
Figure BDA0001828585530000042
在连接长度不变的情况下，提高叶根法兰3与叶片根部1的端面的接触面积，可有效提高被连接件的刚度，降低连接螺栓4的等效刚度，从而提高叶根连接螺栓4的疲劳寿命；在预紧力和工作弯矩的作用下，叶片根部1同样能够作为受压构件，也对提高被连接件刚度做出贡献，能够有效提高叶根预埋螺栓套2的拉拔力和连接螺栓4的抗疲劳性能，且叶根预埋螺栓套2突出叶片根部1的端面的凸缘的面积越大，复合材料叶片根部1对提高被连接件刚度的贡献也越大。
本发明的预埋螺栓套2具有一定高度的凸缘结构，可以解决叶根端面在打磨处理时存在的一系列工艺问题，不需要人为监测叶根预埋螺栓套端面与叶根端面是否平齐，避免叶根复合材料在被高速打磨造时高温烧糊变质，同时能够有效保证叶根打磨后的平面度。
作为优选的实施例，所述凸缘的结构形式可以为在周向上呈一体的环形结构，也可以选择为在周向上由多个弧形结构片间隔组合而成的结构。
作为优选的实施例，所述叶根预埋螺栓套(2)均匀间隔布置在所述叶片根部(1)的端面上，该结构设置能够使叶片根部受力均匀，提高叶片的整体强度。
作为优选的实施例，所述叶根预埋螺栓套2的材质为高强度材料，优选为金属或树脂，所述金属优选为高强度合金，所述树脂优选为聚氯乙烯或聚四氟乙烯材料，上述材料不仅能够提高叶片的整体强度，也能够有效降低风电叶片的重量，提高风电叶片的运行效率。
作为优选的实施例，至少两个相邻的叶根预埋螺栓套2通过连接部件连接为一个整体，优选的，将全部叶根预埋螺栓套2通过连接部件连接为一体，可以进一步提高被连接件的整体强度，并且提高连接螺栓4的疲劳寿命。
本发明还提供一种风力发电设备，包括多个叶片，所述叶片包括上述的所述风电复合材料叶片叶根预埋连接结构。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，包括叶片根部(1)、叶根预埋螺栓套(2)和叶根法兰(3)；其特征在于，
所述叶根预埋螺栓套(2)包括螺栓套筒和凸缘；
所述凸缘位于叶根预埋螺栓套(2)的端部，叶根预埋螺栓套(2)预埋于叶片根部(1)中与所述叶根预埋螺栓套相配合的孔中；
所述凸缘突出于叶片根部(1)的端部，所述凸缘靠近所述螺栓套筒一侧的面与叶片根部(1)接触，所述凸缘远离螺栓套筒一侧的面与叶根法兰(3)接触；
所述凸缘为在周向上呈一体的环形结构，或者所述凸缘为在周向上由多个弧形间隔组合而成的结构；
至少两个相邻的所述叶根预埋螺栓套(2)连成一体。
2.根据权利要求1所述的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，其特征在于，所述叶根预埋螺栓套(2)均匀间隔布置在所述叶片根部(1)上。
3.根据权利要求1权利要求所述的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，其特征在于，所述叶根预埋螺栓套的材质为高强度材料。
4.根据权利要求3所述的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，其特征在于，所述叶根预埋螺栓套的材质为金属或树脂。
5.根据权利要求4所述的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，其特征在于，所述金属优选为高强度合金。
6.根据权利要求5所述的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构，其特征在于，所述树脂优选为聚氯乙烯或聚四氟乙烯。
7.一种风力发电设备，包括多个叶片，其特征在于，所述叶片包括权利要求1-6任一项权利要求所述的一种风电复合材料叶片叶根预埋连接结构。
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