CN112302880A - 一种风电叶片和变桨轴承的连接结构及其应用方法 - Google Patents

Abstract

一种风电叶片和变桨轴承的连接结构，双头螺杆的右端和预埋螺栓套螺纹连接，双头螺杆的左端向左依次穿过低圆套、高圆套后和螺母螺纹连接，把高圆套的右端和低圆套的左端球面贴合在一起，可以使得双头螺杆不会受到弯曲力，进而有利于提高双头螺杆的使用寿命。利用所述连接结构把风电叶片和变桨轴承相连在一起的步骤：1.风电叶片的叶片尾缘处的预埋螺栓套为基准在三个成120°夹角的预埋螺栓套内各拧入一个定位销；2.在风电叶片的其余的预埋螺栓套内拧入双头螺杆；3.移动风电叶片至法兰和变桨轴承贴合；4.安装螺栓自动对中装置，然后拧上螺母；5.把定位销换成双头螺杆，在其上安装螺栓自动对中装置，然后拧上螺母。

Description

一种风电叶片和变桨轴承的连接结构及其应用方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组安装技术领域，具体涉及风电叶片和变桨轴承的连接结构及应用该连接结构把风电叶片和变桨轴承连接在一起的方法步骤。

背景技术

风力发电机组作为一种精密设备，长期在自然条件较差的野外运行，要保证风机的长时间有效工作，就必须关注风机上的每一个细节，精心呵护每一个部件。风机的外观主要由四个部分组成：塔架、机舱、轮载、叶片。而这四个部分都需要靠螺栓来进行连接。因此，在风机的安装过程中，螺栓紧固效果的好坏将直接影响到日后风机的正常运行和发电效率，叶片叶根螺栓的使用寿命，则直接影响到风电发电设备的使用维护成本。

公告号CN103061995B、名称为“兆瓦级风电叶片叶根螺杆预埋工艺方法”的中国专利文献和公告号CN200910049234 、名称为“兆瓦级风电叶片根端螺栓安装及定位的方法”的中国专利文献公开了现有风电叶片根端螺栓的结构及相应的安装方法。但随着风电机组叶片的长度越来越长，叶片重量越来越重，叶根预埋螺栓套的叶片以其承载能力强、对玻璃钢破坏小等特点越来越受到市场青睐，成为主流的叶片叶根结构。然而，叶片的主要材料为玻璃钢，玻璃钢在成型过程中存在收缩变形，以及叶片在合模过程中的误差，这样就可能造成预埋的螺栓套的垂直度和位置度的偏差较大。另外，叶片与变桨轴承拼接时安装方法不当，也会导致拼接孔错位产生。当遇到上述问题时，如果依旧采用传统的螺栓与变桨轴承连接时，螺栓会出现倾斜、错位等现象，造成螺栓与变桨轴承干涉，螺栓产生弯曲，使螺栓承受附加应力，最终导致螺栓断裂。这就要求从连接结构设计和拼接安装工艺中采取必要的预防控制措施，以调整螺栓倾斜、错位等异常状态发生，进而避免螺栓产生干涉，提高螺栓疲劳强度，延长螺栓使用寿命。

发明内容

本发明的主要发明目的，是提供一种新的风电叶片和变桨轴承的连接结构及相应的安装方法，以期可以有效防止把风电叶片和变桨轴承相连在一起的螺栓【以下称为双头螺杆】不对中时带来的不利影响，从而进一步延长双头螺杆的使用寿命，进而有利于降低风电发电设备的故障率。

本发明所述的一种新的风电叶片和变桨轴承的连接结构所用的技术方案是：一种风电叶片和变桨轴承的连接结构，包括变桨轴承、风电叶片、双头螺杆、螺母。风电叶片包括法兰、预埋螺栓套、叶片、O型橡胶圈。O型橡胶圈设在预埋螺栓套内，每根双头螺杆的右端向右穿过法兰、O型橡胶圈后和一个预埋螺栓套螺纹连接，变桨轴承外圈连接螺栓穿过变桨轴承的外圈后和风轮轮毂螺纹连接。还包括有螺栓自动对中装置，所述螺栓自动对中装置包括高圆套、低圆套。高圆套的右端和低圆套的左端球面滑动相连，高圆套、低圆套的内孔直径大于双头螺杆的直径，双头螺杆的左端向左依次穿过低圆套、高圆套后和螺母螺纹连接，把高圆套的右端和低圆套的左端贴合在一起。

本发明巧妙地利用由高圆套、低圆套之间的球面滑动相连，使得当预埋螺栓套的垂直度和位置度出现偏差时，螺母靠高圆套一侧的表面也能和高圆套的左侧面相平行，从而使得双头螺杆在紧固时不会受到弯曲力，进而有利于提高双头螺杆的使用寿命，也有利于降低风电发电设备的故障率。

作为优选，高圆套的轴线和低圆套的轴线共线时，高圆套的自由端面和低圆套的自由端面之间的距离L大于等于30毫米、小于等于60毫米；双头螺杆左端的螺纹的右端位于螺栓自动对中装置中，双头螺杆右端的螺纹位于风电叶片内。本优选方案，对中装置使双头螺栓长度增加，有利于提高双头螺杆使用寿命的同时，也可以防止双头螺杆的螺纹段进入变桨轴承内带来的不利影响。

进一步地优选，双头螺杆的中间光杆段的直径小于两头螺纹段的直径，双头螺杆的中间光杆段的右端位于预埋螺栓套内、左端位于低圆套的内孔内；O型橡胶圈的内圈与双头螺杆的光杆部分为过盈连接、外圈与预埋螺栓套的内孔为过渡配合。以上优选方案，有利于降低预埋螺栓套的垂直度和位置度出现一定程度偏差时带来的不利影响，O型橡胶圈的内外圈和光杆及预埋螺栓套的内孔的配合结构，有利于保证双头螺杆的对中状态。

作为优选，高圆套的内孔轴线和低圆套的内孔轴线的交角α小于等于3°，当高圆套的内孔轴线和低圆套的内孔轴线的交角α等于3°时，高圆套和低圆套的贴合面未超出低圆套的相应球面区。本优选方案，结构合理，能很好地满足设计目的。

综上所述，本发明，一种风电叶片和变桨轴承的连接结构的有益效果是：由于巧妙地利用由高圆套、低圆套之间的球面滑动相连，使得当预埋螺栓套的垂直度和位置度出现偏差时，螺母靠高圆套一侧的表面也能和高圆套的左表面相平行，从而使得双头螺杆不会受到弯曲力，进而有利于提高双头螺杆的使用寿命，并有利于降低风电发电设备的故障率。

一种利用上述风电叶片和变桨轴承的连接结构把风电叶片和变桨轴承相连在一起的方法所用的技术方案是：

1.把需要装配的零部件和需要使用的工具准备好；

2.正确摆放好一个风电叶片，以其上的叶片尾缘处的预埋螺栓套为基准在三个成120°夹角的预埋螺栓套内各拧入一个定位销到不能拧入为止；

3.依序在上述风电叶片的其余的预埋螺栓套内拧入双头螺杆，所有双头螺杆的左端伸出该风电叶片的法兰的高度相同，定位销伸出法兰高度均大于双头螺栓伸出法兰的高度；在所有双头螺杆的伸出法兰段上的螺纹上涂抹润滑剂；

4.起吊、移动该风电叶片，调整变桨轴承的孔位，首先使三个定位销的左端插入变桨轴承的相应孔位中，然后把变桨轴承继续向右推到底；

5.按装配工艺依序把螺栓自动对中装置的低圆套、高圆套向右套到相应的双头螺杆的左端上后再把相应的螺母拧上，采用50%、100%标准力矩，分两次按十字交叉顺序拧紧各螺母；

6.拆除和该叶片相连的三个定位销，然后在这些定位销退出位置按装配工艺依序把螺栓自动对中装置的低圆套、高圆套向右套到相应的双头螺杆的左端上后再把相应的螺母拧上，采用50%、100%标准力矩，分两次拧紧螺母，至此完成一个风电叶片和变桨轴承的连接安装。

按以上6步把另两个风电叶片和相应的变桨轴承连接安装好后，就可以进行进一步的安装连接工作。以上利用本申请所述的风电叶片和变桨轴承的连接结构把风电叶片和变桨轴承相连在一起的方法，步骤清晰合理，风电叶片安装质量高。

附图说明

图1：风电叶片和变桨轴承的连接结构的结构示意图；

图2：风电叶片和变桨轴承的连接结构中螺栓自动对中装置在高圆套和低圆套的轴线共线时的剖视示意图；

图3：高圆套和低圆套的轴线不共线时的示意图；

图4：三个定位销和一片叶片的连接结构示意图；

图5：双头螺杆和三个定位销与一片叶片的连接结构示意图；

图中：风轮轮毂1、变桨轴承2、风电叶片3、法兰3-1、预埋螺栓套3-2、叶片3-3、O型橡胶圈4、双头螺杆5、螺栓自动对中装置6、高圆套6-1、低圆套6-2、变桨轴承外圈连接螺栓7、螺母8、定位销9。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

一种风电叶片和变桨轴承的连接结构实施例：

如图1-5所示，本发明包括变桨轴承2、风电叶片3、双头螺杆5、螺母8。风电叶片3包括法兰3-1、预埋螺栓套3-2、叶片3-3、O型橡胶圈4。O型橡胶圈4设在预埋螺栓套3-2内，风电叶片3更具体的结构细节因系公知技术，在此不做赘述。每根双头螺杆5的右端向右穿过法兰3-1、O型橡胶圈4后和一个预埋螺栓套3-2螺纹连接，变桨轴承外圈连接螺栓7穿过变桨轴承2的外圈后和风轮轮毂1螺纹连接。此外，还包括有螺栓自动对中装置6，所述螺栓自动对中装置6包括高圆套6-1、低圆套6-2，高圆套6-1的右端和低圆套6-2的左端球面滑动相连，高圆套6-1、低圆套6-2的内孔直径大于双头螺杆5的直径，双头螺杆5的左端向左依次穿过低圆套6-2、高圆套6-1后和螺母8螺纹连接，把高圆套6-1的右端和低圆套6-2的左端贴合在一起。高圆套6-1的轴线和低圆套6-2的轴线共线时，高圆套6-1的自由端面和低圆套6-2的自由端面之间的距离L不小于60毫米；双头螺杆5的左端的螺纹的右端位于高圆套6-1的内孔内；另外高圆套6-1的外径小于低圆套6-2的外径，高圆套6-1的内孔轴线和低圆套6-2的内孔轴线的交角α小于等于3°，当高圆套6-1的内孔轴线和低圆套6-2的内孔轴线的交角α等于3°时，高圆套6-1和低圆套6-2的贴合面未超出低圆套6-2的相应球面区。

作为优选，双头螺杆5的中间光杆段的直径小于两头螺纹段的直径，双头螺杆5的中间光杆段的右端位于预埋螺栓套3-2内、左端位于低圆套6-2的内孔内。双头螺杆5的右端的螺纹段的左端和双头螺杆5的中间光杆段的右端通过一右端直径大于左端直径的圆台形左过渡段相连，双头螺杆5的左端的螺纹段的右端通过一左端直径大于右端直径的右过渡段相连。O型橡胶圈4的内圈与双头螺杆5的光杆部分为过盈连接、外圈与预埋螺栓套3-2的内孔为过渡配合。

利用风电叶片和变桨轴承的连接结构把一片风电叶片和变桨轴承相连在一起的方法实施例：

1.把需要装配的零部件和需要使用的工具准备好；

2.正确摆放好一个风电叶片3，以其上的叶片3-3尾缘处的预埋螺栓套3-2为基准在三个成120°夹角的预埋螺栓套3-2内各拧入一个定位销9到不能拧入为止；该定位销9的拧入端为圆锥外螺纹，可与预埋螺栓套3-2内的螺纹配合，另一端有扳手卡口，定位销中间段9-2可同时与变桨轴承2的安装孔和预埋螺栓套3-2内孔进行间隙配合，间隙为0.2~0.3mm；

3.依序在上述风电叶片3的其余的预埋螺栓套3-2内拧入双头螺杆5，所有双头螺杆5的左端伸出该风电叶片的法兰3-1的高度相同【记为H】，定位销伸出法兰高度均大于双头螺栓伸出法兰的高度【本实施例为H+50】；在所有双头螺杆5的伸出法兰段上的螺纹上涂抹润滑剂；

4.起吊、移动该风电叶片3，调整变桨轴承2的孔位，首先使三个定位销9的左端插入变桨轴承2的相应孔位中，然后把变桨轴承2继续向右推到底；

5.按装配工艺依序把螺栓自动对中装置6的低圆套6-2、高圆套6-1向右套到相应的双头螺杆5的左端上后再把相应的螺母8拧上，采用50%、100%标准力矩，分两次按十字交叉顺序拧紧各螺母；

6.拆除和该叶片相连的三个定位销9，然后在这些定位销退出位置按装配工艺依序把螺栓自动对中装置6的低圆套6-2、高圆套6-1向右套到相应的双头螺杆5的左端上后再把相应的螺母8拧上，采用50%、100%标准力矩，分两次拧紧螺母8；至此完成一个风电叶片3和变桨轴承2的连接安装。

以上未注明的长度或距离单位均为毫米，所述之具体实施例仅为本发明较佳的实施方式，而并非以此限定本发明的具体实施结构和实施范围。事实上，依据本发明所述之形状、结构和设计目的也可以作出一些等效的变化。因此，凡依照本发明所述之形状、结构和设计目的所作出的一些等效变化理应均包含在本发明的保护范围内，也即这些等效变化都应该受到本发明的保护。

Claims (6)

1.一种风电叶片和变桨轴承的连接结构，包括变桨轴承（2）、风电叶片（3）、双头螺杆（5）、螺母（8）；风电叶片（3）包括法兰（3-1）、预埋螺栓套（3-2）、叶片（3-3）、O型橡胶圈（4）；O型橡胶圈（4）设在预埋螺栓套（3-2）内；每根双头螺杆（5）的右端向右穿过法兰（3-1）、O型橡胶圈（4）后和一个预埋螺栓套（3-2）螺纹连接，变桨轴承外圈连接螺栓（7）穿过变桨轴承（2）的外圈后和风轮轮毂（1）螺纹连接；其特征是：还包括有螺栓自动对中装置（6），所述螺栓自动对中装置（6）包括高圆套（6-1）、低圆套（6-2）；高圆套（6-1）的右端和低圆套（6-2）的左端球面滑动相连，高圆套（6-1）、低圆套（6-2）的内孔直径大于双头螺杆（5）的直径，双头螺杆（5）的左端向左依次穿过低圆套（6-2）、高圆套（6-1）后和螺母（8）螺纹连接，把高圆套（6-1）的右端和低圆套（6-2）的左端贴合在一起。

2.根据权利要求1所述的风电叶片和变桨轴承的连接结构，其特征是：高圆套（6-1）的轴线和低圆套（6-2）的轴线共线时，高圆套（6-1）的自由端面和低圆套（6-2）的自由端面之间的距离L大于等于30毫米、小于等于60毫米；双头螺杆左端的螺纹的右端位于螺栓自动对中装置中，双头螺杆右端的螺纹位于风电叶片内。

3.根据权利要求1所述的风电叶片和变桨轴承的连接结构，其特征是：双头螺杆（5）的中间光杆段的直径小于两头螺纹段的直径，双头螺杆（5）的中间光杆段的右端位于预埋螺栓套（3-2）内、左端位于低圆套（6-2）的内孔内。

4.根据权利要求1所述的风电叶片和变桨轴承的连接结构，其特征是：O型橡胶圈（4）的内圈与双头螺杆（5）的光杆部分为过盈连接、外圈与预埋螺栓套（3-2）的内孔为过渡配合。

5.根据权利要求1所述的风电叶片和变桨轴承的连接结构，其特征是：高圆套（6-1）的内孔轴线和低圆套（6-2）的内孔轴线的交角α小于等于3°，当高圆套（6-1）的内孔轴线和低圆套（6-2）的内孔轴线的交角α等于3°时，高圆套（6-1）和低圆套（6-2）的贴合面未超出低圆套（6-2）的相应球面区。

6.利用权利要求1-5中任一项权利要求把风电叶片和变桨轴承相连在一起的方法，其特征是：

（1）把需要装配的零部件和需要使用的工具准备好；

（2）正确摆放好一个风电叶片（3），以其上的叶片（3-3）尾缘处的预埋螺栓套（3-2）为基准在三个成120°夹角的预埋螺栓套（3-2）内各拧入一个定位销（9）到不能拧入为止；

（3）依序在上述风电叶片（3）的其余的预埋螺栓套（3-2）内拧入双头螺杆（5），所有双头螺杆（5）的左端伸出该风电叶片的法兰（3-1）的高度相同，定位销伸出法兰高度均大于双头螺栓伸出法兰的高度；在所有双头螺杆（5）的伸出法兰段上的螺纹上涂抹润滑剂；

（4）起吊、移动该风电叶片（3），调整变桨轴承（2）的孔位，首先使三个定位销（9）的左端插入变桨轴承（2）的相应孔位中，然后把变桨轴承（2）继续向右推到底；

（5）按装配工艺依序把螺栓自动对中装置（6）的低圆套（6-2）、高圆套（6-1）向右套到相应的双头螺杆（5）的左端上后再把相应的螺母（8）拧上，采用50%、100%标准力矩，分两次按十字交叉顺序拧紧各螺母；

（6）拆除和该叶片相连的三个定位销（9），然后在这些定位销退出位置按装配工艺依序把螺栓自动对中装置（6）的低圆套（6-2）、高圆套（6-1）向右套到相应的双头螺杆（5）的左端上后再把相应的螺母（8）拧上，采用50%、100%标准力矩，分两次拧紧螺母；至此完成一个风电叶片（3）和变桨轴承（2）的连接安装。

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