專利名稱：一種風(fēng)力機(jī)分段葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)力機(jī)葉片，尤其涉及一種風(fēng)力機(jī)分段葉片，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的零部件。
背景技術(shù)：
能源的短缺和生態(tài)環(huán)境的惡化促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展，為了捕獲更多的能量和提高風(fēng)能利用效率，風(fēng)力機(jī)單機(jī)容量不斷增加，已經(jīng)由初期瓦級(jí)到千瓦級(jí)，以及到今天的兆瓦和多兆瓦級(jí)別，葉片長(zhǎng)度也隨之增加，目前商業(yè)化的葉片最長(zhǎng)已經(jīng)達(dá)到61. 5米，在歐洲，單機(jī)容量為7麗，葉片長(zhǎng)約80米的商業(yè)風(fēng)力機(jī)已經(jīng)進(jìn)入最后測(cè)試階段。8-10麗葉片也在研發(fā)當(dāng)中，葉片長(zhǎng)度將進(jìn)一步增加。然而現(xiàn)有運(yùn)輸條件沒有明顯的變化，當(dāng)葉片長(zhǎng)度超過(guò)50米， 葉片運(yùn)輸問題就變得很突出且無(wú)法負(fù)擔(dān)。一方面，出于安全考慮，世界各國(guó)鐵路、公路管理部門對(duì)運(yùn)載貨物的長(zhǎng)度、高度等都有一定的限制；另一方面，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)分布非常廣泛，很多地方偏遠(yuǎn)、交通不便，建造風(fēng)電場(chǎng)時(shí)大型葉片運(yùn)輸成本非常高昂，有些地區(qū)甚至根本無(wú)法送達(dá)。而風(fēng)力機(jī)葉片普遍采用纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料，而復(fù)合材料葉片生產(chǎn)對(duì)環(huán)境和工藝要求特別苛刻，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)大部分處在近風(fēng)沙嚴(yán)重或濕度、鹽度很高的地方。在這種環(huán)境下，風(fēng)力機(jī)葉片生產(chǎn)質(zhì)量難以控制。而未來(lái)的超大型風(fēng)力機(jī)葉片會(huì)使用到碳纖維，這種材料對(duì)工藝和環(huán)境非常敏感。近風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)葉片生產(chǎn)基地也存在地域上的局限性。由此可見， 一體式長(zhǎng)葉片在生產(chǎn)、運(yùn)輸及安裝過(guò)程中均存在諸多不便，因而，采用分段葉片，分段生產(chǎn)、 運(yùn)輸及安裝是解決上述難題的明智選擇。分段葉片在使用過(guò)程中需要裝配成完整的葉片，現(xiàn)有技術(shù)的分段葉片在連接過(guò)程中，在葉片連接處加工成狹槽，通過(guò)狹槽內(nèi)加入充填物進(jìn)行粘結(jié)，并以單獨(dú)緊固件進(jìn)行連接，以及在內(nèi)外表面疊加加固結(jié)構(gòu)將分段式葉片連接在一起，然而這樣的結(jié)構(gòu)安排對(duì)風(fēng)力機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中所承受的載荷情況以及現(xiàn)場(chǎng)安裝的便利性等方面考慮較少，同時(shí)，緊固件與疊加結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實(shí)際工程中時(shí)會(huì)導(dǎo)致葉片連接處強(qiáng)度不足以及氣動(dòng)損失較大等問題，并且存在實(shí)際裝配操作復(fù)雜及費(fèi)用、風(fēng)險(xiǎn)高的缺點(diǎn)，然而分段式風(fēng)力機(jī)葉片本身的結(jié)構(gòu)直接影響著其裝配方法，因此有必要對(duì)現(xiàn)有的風(fēng)力機(jī)分段式葉片的結(jié)構(gòu)及其裝配方法作出改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)和不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種連接穩(wěn)固、氣動(dòng)損失小及裝配連接操作簡(jiǎn)單的風(fēng)力機(jī)分段葉片及其裝配連接方法。根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是—種風(fēng)力機(jī)分段葉片，包括至少兩段葉片段，各葉片段之間使用雙頭反向螺紋螺栓依次順序連接成一個(gè)葉片整體，所述葉片段采用復(fù)合材料鋪層，其特征在于，所述葉片段分為梁帽區(qū)、過(guò)渡區(qū)和連接區(qū)，在梁帽區(qū)，梁帽位置的復(fù)合材料鋪層厚度大，其它位置的復(fù)合材料鋪層厚度小；在過(guò)渡區(qū)，厚度漸變?yōu)榈群皲亴?；在連接區(qū)，復(fù)合材料鋪層為等厚鋪層，在連接區(qū)的連接端面靠近葉片段的外表面位置處向外延伸一小段長(zhǎng)度的鋪層，該一小段長(zhǎng)度的鋪層即為連接段外延部分，其厚度為3-15mm、其長(zhǎng)度至少為雙頭反向螺紋螺栓的螺栓頭厚度的1/2，所述螺栓頭厚度是指螺栓頭沿雙頭反向螺紋螺栓長(zhǎng)度方向的厚度，在連接區(qū)的等厚鋪層的連接端預(yù)埋金屬螺栓套并準(zhǔn)確定位螺栓套的位置。優(yōu)選地，所述螺栓頭中開有小通孔，所述雙頭反向螺紋螺栓擰緊從而實(shí)現(xiàn)各葉片段的裝配連接時(shí)，使用柔性高強(qiáng)鋼絲繩依次順序穿過(guò)各螺栓頭的小通孔，并將所述鋼絲繩兩端頭固定在一起，從而串聯(lián)所有雙頭反向螺紋螺栓，有效防止了在風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行時(shí)雙頭反向螺紋螺栓可能出現(xiàn)的松動(dòng)，增強(qiáng)了分段式葉片連接的牢固性和可靠性。優(yōu)選地，所述連接段外延部分(6)其外表面同葉片段的主體部分具有一致的氣體動(dòng)力學(xué)外形，從而保證各葉片段連接后，風(fēng)力機(jī)葉片整體具有良好的氣體動(dòng)力學(xué)特性。優(yōu)選地，在所述分段式葉片的連接縫處使用膠帶密封，從而避免外界環(huán)境中的風(fēng)沙或雨水進(jìn)入連接縫腐蝕損壞連接螺栓。優(yōu)選地，所述雙頭反向螺紋螺栓均勻布置在所述葉片段的連接端面上，這樣的布置方式可以使各葉片段的連接處受力均勻，增加連接的安全性和可靠性。優(yōu)選地，所述葉片段的中空部分中設(shè)置有主梁，從而保證風(fēng)力機(jī)葉片整體具有良好的結(jié)構(gòu)特性。根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，本實(shí)用新型為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案還提供了一種風(fēng)力機(jī)分段式葉片的裝配連接方法，包括以下步驟(1)對(duì)各葉片段的連接端面進(jìn)行粗糙度處理，并清理螺栓套；(2)相鄰兩葉片段對(duì)中放置后，將雙頭反向螺紋螺栓擰緊；(3)螺栓擰緊后，使用柔性高強(qiáng)鋼絲繩依次穿過(guò)各雙頭反向螺紋螺栓的螺栓頭的小通孔，從而串聯(lián)所有雙頭反向螺紋螺栓，并將所述鋼絲繩兩端頭固定在一起，防止螺栓在風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)松動(dòng)；(4)使用步驟(1)- (3)依次順序連接各葉片段，從而完成風(fēng)力機(jī)分段式葉片的組裝。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)分段式葉片及其裝配方法具有以下顯著的技術(shù)效果1、本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)分段葉片可實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)葉片的分段制造、分段加工及分段運(yùn)輸，大大降低了運(yùn)輸成本；2、本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)分段葉片在連接部位復(fù)合材料鋪層沿周向厚度均勻化，增加了葉片連接強(qiáng)度，提高了連接的可靠性；3、本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)分段葉片采用預(yù)埋螺栓套和雙頭反向螺紋螺栓連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、現(xiàn)場(chǎng)安裝方便；4、本實(shí)用新型的風(fēng)力機(jī)分段葉片通過(guò)在雙頭螺栓頭處開設(shè)小孔，使用高強(qiáng)鋼絲繩將各螺栓連接起來(lái)，有效地防止了螺栓連接松動(dòng)。

圖1為葉片段連接區(qū)端面正視圖。[0024]圖2為圖1在A-A截面的剖面圖。圖3為分段葉片裝配連接示意圖。圖4為葉片段鋪層過(guò)渡示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1螺桿，2螺栓頭，3螺栓頭上小通孔，4螺栓套，5葉片段連接區(qū)復(fù)合材料鋪層，6連接段外延部分，7串聯(lián)螺栓頭的鋼絲繩，8葉片段梁帽區(qū)復(fù)合材料鋪層，9雙頭反向螺紋螺栓，10葉片段梁過(guò)渡區(qū)鋪層變化起始截面，11葉片段梁過(guò)渡區(qū)鋪層變化終止截面，12葉片段連接區(qū)，13葉片段過(guò)渡區(qū)，14葉片段梁帽區(qū)，15梁帽。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1-4所示，風(fēng)力機(jī)分段葉片，包括至少兩段葉片段I、II，葉片段I和葉片段 II之間使用雙頭反向螺紋螺栓9依次順序連接成一個(gè)葉片整體，葉片段I、II采用復(fù)合材料鋪層，所述葉片段分為梁帽區(qū)14、過(guò)渡區(qū)13和連接區(qū)12，在梁帽區(qū)14，梁帽位置的復(fù)合材料鋪層厚度大，其它位置的復(fù)合材料鋪層厚度小；在過(guò)渡區(qū)13，厚度漸變?yōu)榈群皲亴樱辉谶B接區(qū)12，復(fù)合材料鋪層為等厚鋪層，在連接區(qū)12的連接端面靠近葉片段的外表面位置處向外延伸一小段長(zhǎng)度的鋪層，該一小段長(zhǎng)度的鋪層即為連接段外延部分6，其厚度為3-15mm、 其長(zhǎng)度至少為雙頭反向螺紋螺栓的螺栓頭厚度的1/2，從而方便分段葉片連接后形成完整的氣動(dòng)外形，所述螺栓頭2厚度是指螺栓頭2沿雙頭反向螺紋螺栓9長(zhǎng)度方向的厚度，在連接區(qū)I2的等厚鋪層的連接端預(yù)埋金屬螺栓套4并使用固定裝置準(zhǔn)確定位螺栓套4的位置。 在復(fù)合材料鋪層時(shí)，在葉片段梁帽區(qū)8開始逐漸增加鋪層的寬度，使鋪層漸進(jìn)過(guò)渡，從葉片段梁過(guò)渡區(qū)鋪層變化起始截面10到葉片段梁過(guò)渡區(qū)鋪層變化終止截面11，如果在葉片連接端附近的最大鋪層厚度不足連接端設(shè)計(jì)厚度，則適當(dāng)漸變的增加鋪層厚度使葉片在連接端達(dá)到設(shè)計(jì)的厚度。優(yōu)選地，所述螺栓頭2中開有小通孔3，所述雙頭反向螺紋螺栓9擰緊從而實(shí)現(xiàn)各葉片段的裝配連接時(shí)，使用柔性高強(qiáng)鋼絲繩7依次順序穿過(guò)各螺栓頭2的小通孔4，并將所述鋼絲繩7兩端頭固定在一起，從而串聯(lián)所有雙頭反向螺紋螺栓9，有效防止了在風(fēng)力機(jī)葉片運(yùn)行時(shí)雙頭反向螺紋螺栓9可能出現(xiàn)的松動(dòng)，增強(qiáng)了分段式葉片連接的牢固性和可靠性。優(yōu)選地，所述連接段外延部分6其外表面同葉片段的主體部分具有一致的氣體動(dòng)力學(xué)外形，從而保證各葉片段連接后，風(fēng)力機(jī)葉片整體具有良好的氣體動(dòng)力學(xué)特性。優(yōu)選地，在所述分段式葉片的連接縫處使用膠帶密封，從而避免外界環(huán)境中的風(fēng)沙或雨水進(jìn)入連接縫腐蝕損壞連接螺栓9。優(yōu)選地，所述雙頭反向螺紋螺栓9均勻布置在所述葉片段的連接端面上，這樣的布置方式可以使各葉片段I、II的連接處受力均勻，增加連接的安全性和可靠性。優(yōu)選地，所述葉片段I、II的中空部分中設(shè)置有主梁，從而保證風(fēng)力機(jī)葉片整體具有良好的結(jié)構(gòu)特性。葉片在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝時(shí)，安裝以下步驟進(jìn)行(1)對(duì)各葉片段的連接端面進(jìn)行粗糙度處理，并清理螺栓套；[0037](2)將兩段葉片I、II對(duì)中并使用雙頭反向螺紋螺栓9擰緊，兩段葉片同時(shí)靠近連接成一體；(3)使用柔性鋼絲繩7插入螺栓頭2的小孔3，按順序?qū)⑺械穆菟ù?lián)起來(lái)，并將鋼絲繩兩端頭固定在一起。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)力機(jī)分段葉片，包括至少兩段葉片段(I、II)，各葉片段(I、II)之間使用雙頭反向螺紋螺栓(9)依次順序連接成一個(gè)葉片整體，所述葉片段(I、II)采用復(fù)合材料鋪層，其特征在于，所述葉片段(I、II)分為梁帽區(qū)(14)、過(guò)渡區(qū)(13)和連接區(qū)(12)，在梁帽區(qū)(14)，梁帽(15)位置的復(fù)合材料鋪層厚度大，其它位置的復(fù)合材料鋪層厚度?。辉谶^(guò)渡區(qū)(13)，復(fù)合材料鋪層的厚度漸變?yōu)榈群皲亴?；在連接區(qū)(12)，復(fù)合材料鋪層為等厚鋪層， 在連接區(qū)(12)的連接端面靠近葉片段的外表面位置處向外延伸一小段長(zhǎng)度的鋪層，該一小段長(zhǎng)度的鋪層即為連接段外延部分(6)，其厚度為3-15mm、其長(zhǎng)度至少為雙頭反向螺紋螺栓(9)的螺栓頭(2)厚度的1/2，所述螺栓頭厚度是指螺栓頭(2)沿雙頭反向螺紋螺栓(9) 長(zhǎng)度方向的厚度，在連接區(qū)(12)的等厚鋪層的連接端預(yù)埋金屬螺栓套(4)并準(zhǔn)確定位螺栓套(4)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)分段葉片，其特征在于，所述螺栓頭(2)中開有小通孔 (3)，所述雙頭反向螺紋螺栓(9)擰緊從而實(shí)現(xiàn)各葉片段(I、II)的裝配連接時(shí)，使用柔性高強(qiáng)鋼絲繩(7)依次順序穿過(guò)各螺栓頭(2)的小通孔(3)，并將所述鋼絲繩(7)兩端頭固定在一起，從而串聯(lián)所有雙頭反向螺紋螺栓(9 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力機(jī)分段葉片，其特征在于，所述連接段外延部分(6) 其外表面同葉片段的主體部分具有一致的氣體動(dòng)力學(xué)外形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力機(jī)分段葉片，其特征在于，在所述分段式葉片的連接縫處使用膠帶密封。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力機(jī)分段葉片，其特征在于，所述雙頭反向螺紋套(4) 均勻布置在所述葉片段(I、II)的連接端面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力機(jī)分段葉片，其特征在于，所述葉片段(I、II)的中空部分中設(shè)置有主梁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力機(jī)分段葉片，其特征在于，在所述連接區(qū)(12)，復(fù)合材料鋪層沿截面周向厚度均勻。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種風(fēng)力機(jī)分段葉片。該風(fēng)力機(jī)葉片由兩段或兩段以上復(fù)合材料葉段組成，在葉段連接部位預(yù)埋金屬螺栓套，使用雙頭反向螺紋螺栓連接相鄰的葉段成為一個(gè)整體風(fēng)力機(jī)葉片。本實(shí)用新型可以解決長(zhǎng)葉片運(yùn)輸困難的問題，降低運(yùn)輸成本。同時(shí)該型風(fēng)力機(jī)葉片連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、現(xiàn)場(chǎng)組裝方便。
文檔編號(hào)F03D11/00GK202073726SQ20112019579
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月12日
發(fā)明者徐宇, 徐建中, 楊科, 秦志文, 趙曉路, 黃宸武 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所