CN109367077B - 一种风电叶片叶根预埋螺栓定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片叶根预埋螺栓定位装置及方法，包括铺放在模具上的叶根加强层，一端插接在叶根加强层内，另一端插接在法兰板内的螺栓套，以及穿过法兰板插接在螺栓套内的定位螺栓，所述定位螺栓与法兰板之间设置有用于矫正定位螺栓轴心的定位衬套，所述螺栓套插接在叶根加强层内的一端设置有用于密封螺栓套的密封插件，所述螺栓套与法兰板之间设置有密封元件Ⅰ，所述模具与法兰板之间设置有密封元件Ⅱ，所述定位螺栓与法兰板之间设置有密封元件Ⅲ。本发明能定位、定向的设置螺栓套，保证辅助工装与叶根模具型面间的密封性，并能通过加热加快叶根的固化速度。

Description

一种风电叶片叶根预埋螺栓定位装置及方法

技术领域

本发明涉及风电叶片的零件装配领域，具体涉及到一种风电叶片叶根预埋螺栓定位装置及方法。

背景技术

风力发电机叶片是风力发电机中的关键部件之一，通过叶片的旋转将风能转化为机械能，再带动发电机发电。叶片在运转过程中，同时承受着气动力、重力及离心力等复杂载荷的作用。其中，叶片根部连接成为叶片设计中最关键的部分。因为需要将叶片固定到轮毅，叶根连接方式是将叶片与轮毅连接的唯一“中介”，作用在叶片上的载荷通过叶根连接传递到轮毅上。叶根的受力方式极为复杂，同时承受拉伸、压缩、扭转及剪切等复杂应力的作用，一旦连接方式出现了问题，整只叶片乃至整台风机都会出现灾难性的质量事故。因此，叶根连接方式对叶片的安全运行起着决定性的作用。

风电叶片通过叶根螺栓连接到主机上，连接方式主要有T型螺栓和预埋螺栓两种技术。T型螺栓通过有限元分析可以准确模拟出极限载荷下的受力情况，在进行第三方认证时不需要做部件实验，但钻孔占用车间场地不可避免，会增加设备投入费用，且叶根能承受的载荷较低。预埋螺栓能承受更大载荷，取消了后处理钻孔环节，在节约场地、减少废料的同时提高了叶片产出效率，但辅助工装与叶根模具型面间的密封性存在较大风险，且不易于保证叶根端面的平面度。

文献CN101865092A公开了一种兆瓦级风电叶片根端螺栓安装及定位的方法，该发明将T型螺母置入叶根孔内，并通过定位套和定位法兰进行定位，但并没有解决辅助工装与叶根模具型面间的密封性问题，也不易保证叶根端面的平面度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风电叶片叶根预埋螺栓定位装置及方法，能定位、定向的设置螺栓套，保证辅助工装与叶根模具型面间的密封性，并能通过加热加快叶根的固化速度。

本发明的内容包括铺放在模具上的叶根加强层，一端插接在叶根加强层内，另一端插接在法兰板内的螺栓套，以及穿过法兰板插接在螺栓套内的定位螺栓，所述法兰板上设置有与螺栓套配合的插槽，所述法兰板上设置有供定位螺栓穿过的通孔，所述定位螺栓与法兰板之间设置有用于矫正定位螺栓轴心的定位衬套，所述法兰板上设置有用于嵌放定位衬套的定位槽，所述螺栓套插接在叶根加强层内的一端设置有用于密封螺栓套的密封插件，所述螺栓套与法兰板之间设置有密封元件Ⅰ，所述模具与法兰板之间设置有密封元件Ⅱ，所述定位螺栓与法兰板之间设置有密封元件Ⅲ。

本发明通过定位辅助工装，即密封插件、螺栓套、法兰板、定位衬套和定位螺栓，使预埋螺栓孔的位置精准、固定，其中预埋螺栓孔的定位原理为：通过定位螺栓与定位衬套中的锥孔进行配合，施加一定预紧力后，利用锥孔定心的原理，使定位螺栓、定位衬套、螺栓套和密封插件处于同一轴线，这一点是发明人付出了相关创造性劳动并在实际生产中得出的结论，使本发明能克服现有技术中螺栓套的垂直度及精度难以把控的问题。

本发明与传统的预埋方法不同，还提出了螺栓套伸出模具端面预留加工的方法，从而能够通过法兰板固定螺栓套的位置，在螺栓套的位置固定的同时，再利用定位辅助工装调整螺栓套的角度，使整个预埋螺栓孔的设置能定位、定向的进行。

本发明是采用真空灌注的工艺制作叶根，为避免定位辅助工装与模具间的间隙渗透有树脂，通过密封元件密封模具与定位辅助工装之间的间隙，能避免叶片灌注过程中叶根漏气的风险；此外，将定位辅助工装与模具的所有间隙密封，还能保证端面的平面度，防止富树脂缺陷以及粘坏模具表面，使叶根质量能得到保证。

所述定位螺栓包括依次连接的螺帽、凸体和定位杆，所述凸体与定位衬套相互配合，所述定位杆插接在螺栓套内，通过旋转螺帽可以对螺栓套施加预紧力。

所述螺栓套内设置有空腔，所述空腔包括依次连通的通腔Ⅰ、紧缩腔和通腔Ⅱ，所述定位螺栓穿过通腔Ⅰ并插接在紧缩腔内，所述定位螺栓与通腔Ⅰ通过间隙配合的方式连接，所述定位螺栓与紧缩腔通过螺纹连接；所述密封插件穿过通腔Ⅱ并插接在紧缩腔内，所述密封插件与通腔Ⅱ通过间隙配合的方式连接，所述密封插件与紧缩腔通过螺纹连接。

所述密封插件包括用于与叶根加强层固定的固定插头和用于与螺栓套插接的插杆，所述固定插头和插杆之间设置有密封板。

所述插杆上设置有卡槽，所述螺栓套上设置有与卡槽匹配的密封环，卡槽与密封环配合能防止固化树脂渗透进入螺栓套内。

所述定位衬套为限位筒，所述限位筒包括与法兰板连接的外环面和与定位螺栓连接的内环面，所述内环面的横截面与竖直方向间设置有夹角，所述定位螺栓上设置有与内环面匹配的凸体。

作为优选的，所述夹角为30-45°。

所述法兰板上设置有插槽，所述螺栓套插接在插槽内，所述插槽内设置有密封槽Ⅰ，所述密封元件Ⅰ环绕设置在密封槽Ⅰ内，所述密封元件Ⅰ为密封圈。

所述密封元件Ⅱ包括硅胶条、导流网、脱模布和袋膜，所述法兰板包括与模具连接并平行的接触面以及不与模具接触的侧面，所述胶条嵌置在接触面上，所述模具不与法兰板接触的表面上环绕法兰板设置有密封胶Ⅰ，所述侧面上环绕设置有密封胶Ⅱ，所述密封胶Ⅰ和密封胶Ⅱ上从下到上依次铺设有导流网、脱模布和袋膜。

所述接触面上环绕定位螺栓设置有密封槽Ⅱ，所述胶条设置在密封槽Ⅱ内。

所述密封元件Ⅲ为密封胶、导流网、脱模布和袋膜，所述密封胶环绕定位螺栓并设置在法兰板上，所述导流网、脱模布和袋膜从下到上依次覆盖定位螺栓并分别与密封胶连接。

所述法兰板上设置有用于加热叶根的加热管，利用导热性能好的金属物对叶根加热，缩短叶根的固化时间。

作为优选的，所述法兰板上环绕预埋螺栓孔设置有用于放置加热管的加热管槽。

更优选的，所述加热管为铜管，所述铜管的直径为12mm。

在叶片的生产过程中，由于模具尺寸巨大，一般无法采用烘箱等传统的外部加热方式对其进行升温固化，生产一般只是在室温下或模具余热下进行，这就造成叶片固化周期较长，难以进行较连续化的生产。解决办法是叶片在模具上基本固化后，利用模具自带的加热系统对叶片进行后固化处理。但叶根段位置，产品厚度较大(一般为100mm左右)，固化时间相对其他位置会延长3-4小时。因此，本发明采用在法兰板上铺设热源的方式，对叶根进行加热从而实现叶片的快速固化，达到不受自然条件制约的、可连续进行的生产。

还包括以下步骤：

(1)将密封插件插接在螺栓套内，组成螺栓固定套；

(2)将螺栓固定套插接在叶根加强层内，使密封插件与叶根加强层固定；

(3)预先在法兰板上设置密封元件Ⅰ，再将法兰板与螺栓固定套插接；

(4)预先在法兰板上设置定位衬套，再将定位螺栓穿过法兰板并插接在螺栓固定套内，使定位螺栓与定位衬套相互配合，然后施加一定的预紧力，使螺栓套、定位螺栓和定位衬套处于同一轴线上；

(5)在模具与法兰板之间设置密封元件Ⅱ；

(6)在定位螺栓与法兰板之间设置密封元件Ⅲ；

(7)通过真空灌注的工艺制作叶片，再利用加热管加快叶根固化速度，待叶片固化后，去除密封元件Ⅲ，取下定位螺栓，再去除密封元件Ⅱ，取下法兰板，得到待安装的叶根。

本发明通过提出一种针对兆瓦级风电叶片模具叶根预埋螺栓定位的装置和方法，解决现有预埋定位螺栓套固定和位置精度不足的问题，从而保证叶片叶根的强度。对于采用真空灌注的工艺制作的叶片，本发明能减少高风险的保压工序，降低叶片的质量损失风险，降低运营成本，同时通过对叶根增加加热功能，实现加快叶根固化，缩短生产时间，提升生产效率。

本发明的有益效果为：

(1)利用定位衬套和凸体间相互配合以及与密封插件的对应，通过两点一线的原理，确保螺栓套垂直于模具型面设置在叶根加强层内。

(2)通过螺栓套伸出模具端面预留加工的方法，能够将螺栓套插接在法兰板内，并利用法兰板固定螺栓套的位置。

(3)通过在法兰板内设置加热管，能实现叶片的快速固化，使叶根生产工艺不受自然条件的制约，并能连续生产。

(4)通过密封元件的设置，能避免叶片灌注过程中叶根漏气的风险，还能保证叶根端面的平面度，防止富树脂缺陷以及粘坏模具表面，使叶根质量能得到保证。

(5)卡槽与密封环配合，能防止固化树脂渗透进入螺栓套内。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明螺栓套的剖视图。

图3为本发明密封插件的结构示意图。

图4为本发明密封插件插接在螺栓套内的剖视图。

图5为本发明密封插件插接在螺栓套内的结构示意图。

图6为本发明定位螺栓的结构示意图。

图7为本发明定位衬套的剖视图。

图8为本发明定位衬套的结构示意图。

图9为本发明法兰板的剖视图。

图10为本发明法兰板和定位螺栓连接处的局部放大图。

图11为本发明法兰板和模具连接处的局部放大图。

1模具，2密封插件，211固定插头，212插杆，213卡槽，3螺栓套，311通腔Ⅰ，312紧缩腔，313通腔Ⅱ，314密封环，4叶根加强层，5密封圈，6法兰板，611定位槽，612通孔，613插槽，614密封槽Ⅰ，615密封槽Ⅱ，616加热管槽，617接触面，618侧面，7密封胶，8加热管，9定位螺栓，911螺帽，912定位杆，913凸体，10定位衬套，1011外环面，1012内环面，11硅胶条，12导流网，13脱模布，14袋膜。

具体实施方式

如附图1-11所示，本发明包括铺放在模具1上的叶根加强层4，一端插接在叶根加强层4内，另一端插接在法兰板6内的螺栓套3，以及穿过法兰板6插接在螺栓套3内的定位螺栓9，所述法兰板6上设置有与螺栓套3配合的插槽613，所述法兰板6上设置有供定位螺栓9穿过的通孔612，所述定位螺栓9与法兰板6之间设置有用于矫正定位螺栓9轴心的定位衬套10，所述法兰板6上设置有用于嵌放定位衬套10的定位槽611，所述螺栓套3插接在叶根加强层4内的一端设置有用于密封螺栓套3的密封插件2，所述螺栓套3与法兰板6之间设置有密封元件Ⅰ，所述模具1与法兰板6之间设置有密封元件Ⅱ，所述定位螺栓9与法兰板6之间设置有密封元件Ⅲ。

所述定位螺栓9包括依次连接的螺帽911、凸体913和定位杆912，所述凸体913与定位衬套10相互配合，所述定位杆912插接在螺栓套3内，通过旋转螺帽911可以对螺栓套3施加预紧力。

所述螺栓套3内设置有空腔，所述空腔包括依次连通的通腔Ⅰ311、紧缩腔312和通腔Ⅱ313，所述定位螺栓9穿过通腔Ⅰ311并插接在紧缩腔312内，所述定位螺栓9与通腔Ⅰ311通过间隙配合的方式连接，所述定位螺栓9与紧缩腔312通过螺纹连接；所述密封插件2穿过通腔Ⅱ313并插接在紧缩腔312内，所述密封插件2与通腔Ⅱ313通过间隙配合的方式连接，所述密封插件2与紧缩腔312通过螺纹连接。

所述密封插件2包括用于与叶根加强层4固定的固定插头211和用于与螺栓套3插接的插杆212，所述固定插头211和插杆212之间设置有密封板。

所述插杆212上设置有卡槽213，所述螺栓套3上设置有与卡槽213匹配的密封环314，所述卡槽213与密封环314配合能防止树脂渗透进螺栓套3内。

所述定位衬套10为限位筒，所述限位筒包括与法兰板6连接的外环面1011和与定位螺栓9连接的内环面1012，所述内环面1012的横截面与竖直方向间设置有夹角，所述定位螺栓9上设置有与内环面1012匹配的凸体913。

所述法兰板6上设置有插槽613，所述螺栓套3插接在插槽613内，所述插槽613内设置有密封槽Ⅰ614，所述密封元件Ⅰ环绕设置在密封槽Ⅰ614内，所述密封元件Ⅰ为密封圈5。

所述密封元件Ⅱ包括硅胶条11、导流网12、脱模布13和袋膜14，所述法兰板6包括与模具1连接并平行的接触面617以及不与模具1接触的侧面618，所述胶条11嵌置在接触面617上，所述模具1不与法兰板6接触的表面上环绕法兰板6设置有密封胶Ⅰ，所述侧面618上环绕设置有密封胶Ⅱ，所述密封胶Ⅰ和密封胶Ⅱ上从下到上依次铺设有导流网12、脱模布13和袋膜14。

作为优选的，所述接触面617上环绕定位螺栓9设置有密封槽Ⅱ615，所述胶条11设置在密封槽Ⅱ615内。

所述密封元件Ⅲ为密封胶7、导流网12、脱模布13和袋膜14，所述密封胶7环绕定位螺栓9并设置在法兰板6上，所述导流网12、脱模布13和袋膜14从下到上依次覆盖定位螺栓9并分别与密封胶7连接。

所述法兰板6上设置有用于加热叶根的加热管8，利用导热性能好的金属物对叶根加热，缩短叶根的固化时间。

作为优选的，所述法兰板6上环绕预埋螺栓孔设置有用于放置加热管8的加热管槽616。

更优选的，所述加热管8为铜管，所述铜管的直径为12mm。

经实验表明，在真空灌注完毕后，通过加热管加热叶根，能加快叶根的固化时间，固化时间由原来的9小时缩短为现有的6-7小时，缩短固化时间为2-3小时。

本发明的使用步骤为：

(1)将密封插件2插接在螺栓套3内，组成螺栓固定套；

(2)将螺栓固定套插接在叶根加强层4内，使密封插件2与叶根加强层4固定；

(3)预先在法兰板6上设置密封元件Ⅰ，再将法兰板6与螺栓固定套插接；

(4)预先在法兰板6上设置定位衬套10，再将定位螺栓9穿过法兰板6并插接在螺栓固定套内，使定位螺栓9与定位衬套10相互配合，然后施加一定的预紧力，使螺栓套3、定位螺栓9和定位衬套10处于同一轴线上；

(5)在模具1与法兰板6之间设置密封元件Ⅱ；

(6)在定位螺栓9与法兰板6之间设置密封元件Ⅲ；

(7)通过真空灌注的工艺制作叶片，再利用加热管加快叶根固化速度，待叶片固化后，去除密封元件Ⅲ，取下定位螺栓9，再去除密封元件Ⅱ，取下法兰板6，得到待安装的叶根。

Claims (7)

1.一种风电叶片叶根预埋螺栓定位装置，其特征在于：包括铺放在模具(1)上的叶根加强层(4)，一端插接在叶根加强层(4)内，另一端插接在法兰板(6)内的螺栓套(3)，以及穿过法兰板(6)插接在螺栓套(3)内的定位螺栓(9)，所述定位螺栓(9)与法兰板(6)之间设置有用于矫正定位螺栓(9)轴心的定位衬套(10)，所述螺栓套(3)插接在叶根加强层(4)内的一端设置有用于密封螺栓套(3)的密封插件(2)，所述螺栓套(3)与法兰板(6)之间设置有密封元件Ⅰ，所述法兰板(6)上设置有插槽(613)，所述螺栓套(3)插接在插槽(613)内，所述插槽(613)内设置有密封槽Ⅰ(614)，所述密封元件Ⅰ环绕设置在密封槽Ⅰ(614)内，所述密封元件Ⅰ为密封圈(5)，所述模具(1)与法兰板(6)之间设置有密封元件Ⅱ，所述定位螺栓(9)与法兰板(6)之间设置有密封元件Ⅲ，所述密封元件Ⅱ包括硅胶条(11)、导流网(12)、脱模布(13)和袋膜(14)，所述法兰板(6)包括与模具(1)连接并平行的接触面(617)以及不与模具(1)接触的侧面(618)，所述胶条(11)嵌置在接触面(617)上，所述模具(1)不与法兰板(6)接触的表面上环绕法兰板(6)设置有密封胶Ⅰ，所述侧面(618)上环绕设置有密封胶Ⅱ，所述密封胶Ⅰ和密封胶Ⅱ上从下到上依次铺设有导流网(12)、脱模布(13)和袋膜(14)，所述密封元件Ⅲ为密封胶(7)、导流网(12)、脱模布(13)和袋膜(14)，所述密封胶(7)环绕定位螺栓(9)并设置在法兰板(6)上，所述导流网(12)、脱模布(13)和袋膜(14)从下到上依次覆盖定位螺栓(9)并分别与密封胶(7)连接。

2.如权利要求1所述的风电叶片叶根预埋螺栓定位装置，其特征在于：所述螺栓套(3)内设置有空腔，所述空腔包括依次连通的通腔Ⅰ(311)、紧缩腔(312)和通腔Ⅱ(313)，所述定位螺栓(9)穿过通腔Ⅰ(311)并插接在紧缩腔(312)内，所述定位螺栓(9)与通腔Ⅰ(311)通过间隙配合的方式连接，所述定位螺栓(9)与紧缩腔(312)通过螺纹连接；所述密封插件(2)穿过通腔Ⅱ(313)并插接在紧缩腔(312)内，所述密封插件(2)与通腔Ⅱ(313)通过间隙配合的方式连接，所述密封插件(2)与紧缩腔(312)通过螺纹连接。

3.如权利要求2所述的风电叶片叶根预埋螺栓定位装置，其特征在于：所述密封插件(2)包括用于与叶根加强层(4)固定的固定插头(211)和用于与螺栓套(3)插接的插杆(212)，所述固定插头(211)和插杆(212)之间设置有密封板。

4.如权利要求3所述的风电叶片叶根预埋螺栓定位装置，其特征在于：所述插杆(212)上设置有卡槽(213)，所述螺栓套(3)上设置有与卡槽(213)匹配的密封环(314)。

5.如权利要求1-4任意一项所述的风电叶片叶根预埋螺栓定位装置，其特征在于：所述定位衬套(10)为限位筒，所述限位筒包括与法兰板(6)连接的外环面(1011)和与定位螺栓(9)连接的内环面(1012)，所述内环面(1012)的横截面与竖直方向间设置有夹角，所述定位螺栓(9)上设置有与内环面(1012)匹配的凸体(913)。

6.如权利要求1-4任意一项所述的风电叶片叶根预埋螺栓定位装置，其特征在于：所述法兰板(6)上设置有用于加热叶根的加热管(8)。

7.一种风电叶片叶根预埋螺栓定位方法，包括如权利要求1所述的风电叶片叶根预埋螺栓定位装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将密封插件(2)插接在螺栓套(3)内，组成螺栓固定套；

(2)将螺栓固定套插接在叶根加强层(4)内，使密封插件(2)与叶根加强层(4)固定；

(3)预先在法兰板(6)上设置密封元件Ⅰ，再将法兰板(6)与螺栓固定套插接；

(4)预先在法兰板(6)上设置定位衬套(10)，再将定位螺栓(9)穿过法兰板(6)并插接在螺栓固定套内，使定位螺栓(9)与定位衬套(10)相互配合，然后施加一定的预紧力，使螺栓套(3)、定位螺栓(9)和定位衬套(10)处于同一轴线上；

(5)在模具(1)与法兰板(6)之间设置密封元件Ⅱ；

(6)在定位螺栓(9)与法兰板(6)之间设置密封元件Ⅲ；

(7)通过真空灌注的工艺制作叶片，待叶片固化后，去除密封元件Ⅲ，取下定位螺栓(9)，再去除密封元件Ⅱ，取下法兰板(6)，得到待安装的叶根。

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