CN114851581A - 一种模块化叶片连接结构、方法及工装 - Google Patents

Abstract

本公开涉及风电叶片制造技术领域，尤其涉及一种模块化叶片连接结构、方法及工装，该结构包括：第一模块、第二模块和结构胶模块；第一模块的端面上朝向第二模块延伸设置有伸入至第二模块内的粘接法兰；第一模块与第二模块的对接面之间的间隙中注入结构胶经挤压固化形成结构胶模块；其中，第一模块在粘接法兰起始端处的厚度朝向内表面延伸形成第一加强部，结构胶模块在第二模块内部朝向远离粘接法兰的方向延伸形成第二加强部。本公开通过粘接法兰的设置，有利于控制模块化叶片双面搭接的粘接质量，通过第一模块厚度增加形成的第一加强部以及结构胶模块溢出形成的第二加强部，有利于提高装配位置的抗疲劳安全性，同时降低叶片气动性能的影响。

Description

一种模块化叶片连接结构、方法及工装

技术领域

本公开涉及风电叶片制造技术领域，尤其涉及一种模块化叶片连接结构、方法及工装。

背景技术

风电叶片是风电机组中将自然界风能转换为风力发电机组电能的核心部件，随着风电叶片的竞争激烈，开始朝着大型化、轻量化的方向发展；

发明人已知的相关技术中，风电叶片的制造多采用模具进行加工，然而随着风电叶片的大型化发展，普通的模具已经无法满足制造需求；为此，发明人开始研究模块化风电叶片制作技术，通过模块化制作，一方面可以减少模具的占地面积，降低制作难度，另一方面，也能够减少风电叶片的运输和安装难度；

然而相比较一体化叶片的制作，如何保证模块化分段连接叶片连接点的强度成为了亟待解决的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种模块化叶片连接结构、方法及工装，采用粘接法兰伸入至第二模块内部，以及对第一模块与粘接法兰连接处厚度的加厚，提高第一模块和第二模块的连接强度。

根据本公开的第一方面，提供一种模块化叶片连接结构，包括：第一模块、第二模块和结构胶模块；

所述第一模块和第二模块相对设置，且所述第一模块的端面上朝向第二模块延伸设置有粘接法兰，所述粘接法兰伸入至所述第二模块内；

所述第一模块与第二模块的对接面之间以及所述粘接法兰与所述第二模块的内壁之间具有间隙，所述结构胶模块填充于该间隙中经挤压固化成型；

其中，所述第一模块和第二模块的外表面齐平，所述第一模块在所述粘接法兰起始端处的厚度朝向内表面延伸形成第一加强部，所述结构胶模块在所述第二模块内部朝向远离粘接法兰的方向延伸形成第二加强部。

在本公开的一些实施例中，所述第一加强部从远离所述粘接法兰至靠近所述粘接法兰的方向厚度逐渐增加设置。

在本公开的一些实施例中，所述第二加强部朝向远离所述粘接法兰的方向厚度逐渐减小设置。

在本公开的一些实施例中，所述第一加强部和第二加强部的倾斜比例为1:30~1:20。

在本公开的一些实施例中，所述第一加强部、处于所述第二模块内的粘接法兰底部以及所述第二加强部上还覆盖有复合材料补强层。

根据本公开的第二方面，提供一种模块化叶片连接方法，应用于如第一方面任一项所述的模块化叶片连接结构中，包括以下步骤：

制备第一模块和第二模块；

在第一模块和第二模块的对接面上涂覆结构胶；

对接第一模块和第二模块至设定位置处，并沿第一模块和第二模块的对接方向施加设定压力；

当沿对接方向压力达到停止保持压力后，开始在厚度方向的两侧施加设定压力，使得粘接法兰边缘的结构胶溢出，保持施压至固化完成；

其中，在制备第一模块时，所述第一模块靠近粘接法兰处的厚度加厚形成第一加强部；

在厚度方向施压使得粘接法兰边缘的结构胶溢出时，将溢出的结构胶朝向远离法兰的方向刮涂形成第二加强部。

在本公开的一些实施例中，在制备第一模块时，所述第一加强部被配置为朝向靠近粘贴法兰的方向厚度逐渐加厚设置；在刮涂形成第二加强部时，所述第二加强部朝向远离粘贴法兰的方向厚度逐渐减小设置。

在本公开的一些实施例中，在厚度方向施压固化后，若结构胶从第一模块和第二模块对接面的外侧溢出，则对溢出部分进行打磨平整，以消除缺陷。

在本公开的一些实施例中，在固化完成，消除缺陷后，在第一模块对接面的内表面上覆盖复合材料补强层。

根据本公开的第三方面，提供一种模块化叶片连接工装，应用于第一方面任一项所述的模块化叶片连接结构中，包括：

内部顶压机构，所述内部顶压机构与的两端具有与部分第一加强部以及部分粘接法兰内壁抵触的挤压块，所述挤压块与所述第一模块和第二模块的内壁随型设置，所述内部顶压机构用于朝向相反的方向施加压力；

外部承托机构，设置在所述第一模块和第二模块对接面的外侧，且分别与两所述挤压块相对设置，所述外部承托机构具有与所述第一模块和第二模块的外表面随型设置的托块，所述托块在所述第一模块和第二模块的对接面处具有朝向对接缝开口设置的溢胶槽。

本公开的有益效果为：本公开通过在第一模块朝向第二模块内部延伸设置的粘接法兰，有利于控制模块化叶片双面搭接的粘接质量，通过第一模块厚度增加形成的第一加强部以及结构胶模块溢出形成的第二加强部，有利于提高装配位置的抗疲劳安全性，同时降低叶片气动性能的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中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公开中记载的一些实施例，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为本公开实施例中模块化叶片连接结构的爆炸分解结构示意图；

图2为本公开实施例中模块化叶片连接结构的轴向剖视图；

图3为本公开实施例中第一模块和第二模块的对接结构示意图（不含结构胶模块）；

图4为本公开实施例中第一模块和第二模块的对接结构示意图；

图5为本公开实施例中覆盖了复合材料补强层的对接结构示意图；

图6为本公开实施例中第一加强部和第二加强部的倾斜结构示意图；

图7为本公开实施例中施压过程中具有缺陷的压接位置示意图；

图8为本公开实施例中对缺陷位置进行打磨修整后的结构示意图；

图9为本公开实施例中模块化叶片连接工装的结构示意图；

图10为本公开实施例中图10中的A处局部放大图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示的模块化叶片连接结构，包括第一模块10、第二模块20和结构胶模块30；

如图1中所示，第一模块10和第二模块20相对设置，且第一模块10的端面上朝向第二模块20延伸设置有粘接法兰11，粘接法兰11伸入至第二模块20内；在本公开一些实施例中，粘接法兰11是直接在第一模块10的端部加工成型的，通过一体成型的方式，可以减少分段连接的不稳定性；请参照图2和图3，在具体进行对接时，需要将第一模块10和第二模块20的进行对接，使得粘接法兰11进入至第二模块20内部，如图3中所示，在第一模块10和第二模块20进行对接时，第一模块10与第二模块20的对接面之间以及粘接法兰11与第二模块20的内壁之间具有间隙，结构胶模块30填充于该间隙中经挤压固化成型；需要指出的是，这里的间隙是为了便于描述结构胶模块30，并非对结构胶模块30的成型方式进行的限定，在本公开实施例中，是先将结构胶涂覆在对接面与粘接法兰11上再将第一模块10与第二模块20进行对接的；当然在本公开的其他实施例中，也可以先留出空隙，然后再通过将注入结构胶的方式实现；

如图4中所示，在本公开实施例中，第一模块10和第二模块20的外表面齐平，第一模块10在粘接法兰11起始端处的厚度朝向内表面延伸形成第一加强部10a，结构胶模块30在第二模块20内部朝向远离粘接法兰11的方向延伸形成第二加强部30a。通过第一加强部10a的设置，提高了粘接法兰11的支撑强度，同时也可以减少在第一模块10和第二模块20连接后形成的整体在受力时对法兰处的应力集中；并且，在本公开实施例中，通过结构胶外溢形成的第二加强部30a的设置，一方面可以进一步提高粘接法兰11与第二模块20之间的粘接强度，同时也能够降低结构胶固化之后在对接整体受力时应力集中的情况；

在上述实施例中，通过在第一模块10朝向第二模块20内部延伸设置的粘接法兰11，有利于控制模块化叶片双面搭接的粘接质量，通过第一模块10厚度增加形成的第一加强部10a以及结构胶模块30溢出形成的第二加强部30a，有利于提高装配位置的抗疲劳安全性，同时降低叶片气动性能的影响。

在本公开一些实施例中，请继续参照图4，第一加强部10a从远离粘接法兰11至靠近粘接法兰11的方向厚度逐渐增加设置。通过这种设置，使得靠近粘接法兰11底部的位置处的第一模块10的厚度最大，既可以保证粘接法兰11的结构强度，又可以降低叶片制造成本，提高其经济实用性；请继续参照图4，在本公开实施例中，第二加强部30a朝向远离粘接法兰11的方向厚度逐渐减小设置。通过这种设置，基本上达到与第一加强部10a对称的形式，一方面可以提高连接处的受力均衡性，另一方面，也便于保障后续的加工流程，以进一步提高第一模块10和第二模块20的连接强度；

在本公开实施例中，为了便于加工，第一加强部10a和第二加强部30a均采用直线倾斜的方式，如图6中所示，其倾斜的比例在厚度方向和对接的长度方向的比例范围为1:30~1:20。通过上述结构设置，既可以保证连接强度，又能够降低制造成本，还能够降低制造难度，满足了风电叶片分段化制作的高质量、低成本的要求。

如图5中所示，在本公开实施例中，为了进一步加强整体的连接强度，第一加强部10a、处于第二模块20内的粘接法兰11底部以及第二加强部30a上还覆盖有复合材料补强层。这里的底部是指在第一模块10和第二模块20连接以后的内壁部分，在本公开实施例中，复合材料补强层的具体材质为碳纤维布或者玻璃纤维布，通过覆盖复合材料补强层的方式，进一步提高对接面整体的支撑性能以及抗拉性能。

在本公开实施例中，还提供了一种模块化叶片连接方法，应用于上述模块化叶片连接结构中，包括以下步骤：

S10：制备第一模块10和第二模块20；这里的第一模块10和第二模块20的制备为在模具中单独制作每段模块，在本公开的一些实施例中，第一模块10和第二模块20为通过分段的方式拼接制作；这样，可以在制备完成每个拼接段之后，运输至现场进行安装，以提高风电叶片制备过程中的便捷性。

S20：在第一模块10和第二模块20的对接面上涂覆结构胶；在本公开实施例中，对接面为如图3中所示的空隙位置所对应的面，具体为法兰的侧面和外表面以及第二模块20朝向第一模块10的端面以及第二模块20的内表面；

S30：对接第一模块10和第二模块20至设定位置处，并沿第一模块10和第二模块20的对接方向施加设定压力；这里并不对先后顺序做出限定，因为一般在对接过程中结构胶受到挤压，会发生一定的变形，一般顺序为先对接，然后按照设定压力进行挤压，直至第一模块10和第二模块20达到设定的位置处；

S40：当沿对接方向压力达到停止保持压力后，开始在厚度方向的两侧施加设定压力，使得粘接法兰11边缘的结构胶溢出，保持施压至固化完成；由于结构胶在没有固化之前具有一定的流动性，在挤压第一模块10和第二模块20时，结构胶会从对接面中溢出，当结构胶溢出时，说明内部已经被结构胶充满，进而可以判定结构胶量满足需求；若通过挤压发现没有结构胶溢出，则说明涂胶量不够，需要补充胶量；

其中，在制备第一模块10时，第一模块10靠近粘接法兰11处的厚度加厚形成第一加强部10a；

在厚度方向施压使得粘接法兰11边缘的结构胶溢出时，将溢出的结构胶朝向远离法兰的方向刮涂形成第二加强部30a。这里在上述结构部分已经做了详细介绍，可参照上文对该部分的结构以及效果进行理解。

在本公开实施例中，在制备第一模块10时，第一加强部10a被配置为朝向靠近粘贴法兰的方向厚度逐渐加厚设置；在刮涂形成第二加强部30a时，第二加强部30a朝向远离粘贴法兰的方向厚度逐渐减小设置。同样此处也在上文结构中做了详细介绍，对其作用以及效果不再进行详细介绍，但需要指出的是，在结构胶溢出后，是在其没有固化之前进行的刮涂，以形成厚度逐渐减小的结构。

如图7中所示，在厚度方向施压固化后，若结构胶从第一模块10和第二模块20对接面的外侧溢出，则对溢出部分进行打磨平整，以消除缺陷。由于溢出部分已经固化，但影响了第一模块10和第二模块20之间外表面的平整性，为了提高整体的外观平整性以及为后续的加工提供良好的基础，在本公开实施例中，需要将溢出部分进行打磨平整；请继续参照图8，在本公开实施例中，在固化完成，消除缺陷后，在第一模块10对接面的内表面上覆盖复合材料补强层。当然，如果没有产生缺陷则可以直接进行复合材料补强层的铺贴，这里的铺贴不仅仅指在对接面内部的铺贴，也可以是在对接面外表面进行的铺贴。

在本公开的一些实施例中，还提供了一种模块化叶片连接工装，应用于上述模块化叶片连接结构中，如图9和图10中所示，包括：

内部顶压机构，内部顶压机构与的两端具有与部分第一加强部10a以及部分粘接法兰11内壁抵触的挤压块，挤压块与第一模块10和第二模块20的内壁随型设置，内部顶压机构用于朝向相反的方向施加压力；这里需要指出的是，该部分连接工装仅仅指的是在厚度方向进行施压时使用的，在对接方向上进行的施压为现有技术中的施压结构，例如液压缸、气压缸、或者其他现有的施压机构；

外部承托机构，设置在第一模块10和第二模块20对接面的外侧，且分别与两挤压块相对设置，外部承托机构具有与第一模块10和第二模块20的外表面随型设置的托块，托块在第一模块10和第二模块20的对接面处具有朝向对接缝开口设置的溢胶槽。在本公开实施例中，挤压块与托块均随型设置，指的是挤压块和托块与第一模块10和第二模块20的接触部分随着第一模块10和第二模块20表面的变化而变化，从而消除接触的缝隙，使得施力更加均匀；这里的内部顶压机构可以是千斤顶、液压缸或者其他形式的施力机构，这里对其内部的结构部件不做详细赘述；在本公开实施例中，通过溢胶槽的设置，一方面可以在施工的过程中很直观的观察到溢胶情况，用来判断涂胶是否达到要求，另一方面，由于在挤压初期，结构胶还没有固化，故可以通过溢胶槽对溢出的结构胶进行及时的刮除，转移，以便于对溢出胶的再利用，提高结构胶的利用率。

本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。本公开要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种模块化叶片连接结构，其特征在于，包括：第一模块、第二模块和结构胶模块；

所述第一模块和第二模块相对设置，且所述第一模块的端面上朝向第二模块延伸设置有粘接法兰，所述粘接法兰伸入至所述第二模块内；

所述第一模块与第二模块的对接面之间以及所述粘接法兰与所述第二模块的内壁之间具有间隙，所述结构胶模块填充于该间隙中经挤压固化成型；

其中，所述第一模块和第二模块的外表面齐平，所述第一模块在所述粘接法兰起始端处的厚度朝向内表面延伸形成第一加强部，所述结构胶模块在所述第二模块内部朝向远离粘接法兰的方向延伸形成第二加强部。

2.根据权利要求1所述的模块化叶片连接结构，其特征在于，所述第一加强部从远离所述粘接法兰至靠近所述粘接法兰的方向厚度逐渐增加设置。

3.根据权利要求2所述的模块化叶片连接结构，其特征在于，所述第二加强部朝向远离所述粘接法兰的方向厚度逐渐减小设置。

4.根据权利要求3所述的模块化叶片连接结构，其特征在于，所述第一加强部和第二加强部的倾斜比例为1:30~1:20。

5.根据权利要求4所述的模块化叶片连接结构，其特征在于，所述第一加强部、处于所述第二模块内的粘接法兰底部以及所述第二加强部上还覆盖有复合材料补强层。

6.一种模块化叶片连接方法，应用于如权利要求1至5任一项所述的模块化叶片连接结构中，其特征在于，包括以下步骤：

制备第一模块和第二模块；

在第一模块和第二模块的对接面上涂覆结构胶；

对接第一模块和第二模块至设定位置处，并沿第一模块和第二模块的对接方向施加设定压力；

当沿对接方向压力达到停止保持压力后，开始在厚度方向的两侧施加设定压力，使得粘接法兰边缘的结构胶溢出，保持施压至固化完成；

其中，在制备第一模块时，所述第一模块靠近粘接法兰处的厚度加厚形成第一加强部；

在厚度方向施压使得粘接法兰边缘的结构胶溢出时，将溢出的结构胶朝向远离法兰的方向刮涂形成第二加强部。

7.根据权利要求6所述的模块化叶片连接方法，其特征在于，在制备第一模块时，所述第一加强部被配置为朝向靠近粘贴法兰的方向厚度逐渐加厚设置；在刮涂形成第二加强部时，所述第二加强部朝向远离粘贴法兰的方向厚度逐渐减小设置。

8.根据权利要求6所述的模块化叶片连接方法，其特征在于，在厚度方向施压固化后，若结构胶从第一模块和第二模块对接面的外侧溢出，则对溢出部分进行打磨平整，以消除缺陷。

9.根据权利要求8所述的模块化叶片连接方法，其特征在于，在固化完成，消除缺陷后，在第一模块对接面的内表面上覆盖复合材料补强层。

10.一种模块化叶片连接工装，应用于如权利要求1至5任一项所述的模块化叶片连接结构中，其特征在于，包括：

内部顶压机构，所述内部顶压机构与的两端具有与部分第一加强部以及部分粘接法兰内壁抵触的挤压块，所述挤压块与所述第一模块和第二模块的内壁随型设置，所述内部顶压机构用于朝向相反的方向施加压力；

外部承托机构，设置在所述第一模块和第二模块对接面的外侧，且分别与两所述挤压块相对设置，所述外部承托机构具有与所述第一模块和第二模块的外表面随型设置的托块，所述托块在所述第一模块和第二模块的对接面处具有朝向对接缝开口设置的溢胶槽。

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