一種可拆卸的風(fēng)力機葉片及其裝配方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種可以拆卸的風(fēng)力機葉片及其裝配方法，該型葉片采用緊固螺栓連接主承力梁帽、定型翼板、前/尾緣承力梁骨架結(jié)構(gòu)，通過懸繩張緊連接柔性蒙皮與定型翼板的形成完整的氣動外形，實現(xiàn)了的葉片的結(jié)構(gòu)與材料的高效利用。該結(jié)構(gòu)形式的葉片具有可拆卸，方便運輸，可現(xiàn)場組裝方便，結(jié)構(gòu)效率高，維護簡單，具有廣闊的應(yīng)用前景和較強的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性。
【專利說明】—種可拆卸的風(fēng)力機葉片及其裝配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機葉片，尤其涉及一種可拆卸的葉片及其裝配方法，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的零部件。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石能源的減少，可再生能源變得越來越重要，將逐步成為未來能源結(jié)構(gòu)中的主要力量，風(fēng)能作為可再生能源的一分子具有開發(fā)成本較低，技術(shù)成熟，分布廣泛等優(yōu)點，成為近年來可再生能源發(fā)展的重點。隨著技術(shù)的不斷進步，風(fēng)力機也逐步走向大型化，其葉片長度也不斷增加，而風(fēng)資源豐富的地方往往是一些地勢崎嶇山脊或者海上，交通路況惡劣，運輸葉片相當(dāng)困難，維護不易。
[0003]當(dāng)前風(fēng)力機葉片普遍采用纖維增強復(fù)合材料制造，而復(fù)合材料葉片生產(chǎn)對環(huán)境和工藝要求特別苛刻，很多風(fēng)電場都處在近風(fēng)沙嚴(yán)重或濕度、鹽度很高的地方。在這種環(huán)境下，風(fēng)力機葉片生產(chǎn)質(zhì)量難以控制，而未來的超大型風(fēng)力機葉片會使用到碳纖維，這種材料對工藝和環(huán)境更加敏感。相比傳統(tǒng)的大部分金屬材料，復(fù)合材料價格相對昂貴、回收困難，復(fù)合材料一次成型出來的風(fēng)力機葉片具有較好的結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，但是對工廠設(shè)備條件、技術(shù)水平提出了較高的要求，一次成型工藝存在較大操作風(fēng)險，一旦出現(xiàn)問題極有可能導(dǎo)致整只葉片報廢，當(dāng)葉片長度到一定限度，傳統(tǒng)整體葉片在生產(chǎn)、運輸及安裝維護過程中也存在諸多不足，因而，為了解決葉片大型化出現(xiàn)種種問題，采用可拆卸式風(fēng)力機葉片，將復(fù)雜的風(fēng)力機葉片主要承力構(gòu)件在原有工廠生產(chǎn)，分散運輸、現(xiàn)場組裝是解決風(fēng)力機大型化的有效方法。
[0004]這種可拆卸的葉片具有化整為零的特點，針對葉片不同部位承受載荷的情況和所需具有的功能，優(yōu)化材料和結(jié)構(gòu)的組合，實現(xiàn)葉片結(jié)構(gòu)更輕、成本更低、運輸、維護更方便的目的，這種葉片在受載最大的位置采用高強度和剛度的金屬或者復(fù)合材料，在承受局部風(fēng)壓的蒙皮部位使用輕質(zhì)、柔性復(fù)合材料薄殼或者布蒙皮，既可以節(jié)省制造成本，又可以有效減輕葉片重量、降低葉片載荷。因此，可拆卸風(fēng)力機葉片可以從根本上解決當(dāng)前大型風(fēng)力機復(fù)合材料葉片的工藝問題、降低運輸成本和維護難度。有助于風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進步。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點和不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)輕便、結(jié)構(gòu)可靠性高、可設(shè)計性強、制造、運輸、安裝、維護簡單的風(fēng)力機葉片及其裝配連接方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:一種可拆卸的風(fēng)力機葉片，包括葉片骨架結(jié)構(gòu)和蒙皮，其特征在于，所述蒙皮為柔性蒙皮，所述葉片骨架結(jié)構(gòu)包括沿葉片展向間隔布置的至少兩個定型翼板以及設(shè)置于所述定型翼板上的主承力梁帽、前緣承力梁和尾緣承力梁，所述主承力梁帽裝配于葉片定型翼板上、下開槽位置，并且在葉片的吸力面和壓力面各至少布置一所述主承力梁帽，所述前緣承力梁裝配于葉片定型翼板上前緣承力梁開孔位置，所述尾緣承力梁裝配于葉片定型翼板上尾緣承力梁開孔位置；所述蒙皮通過懸繩張緊連接在所述定型翼板上。
[0007]優(yōu)選地，所述主承力梁帽、前緣承力梁和尾緣承力梁通過緊固件裝配于所述定型翼板上。優(yōu)選地，所述緊固件為緊固螺栓。優(yōu)選地，所述緊固螺栓均為耐腐蝕金屬螺栓，可采用六角螺栓，為了保持葉片一致性氣動外形也可采用沉頭螺栓。優(yōu)選地，各所述定型翼板上布置一列或者多列緊固螺栓來裝配前緣承力梁、尾緣承力梁、主承力梁帽。優(yōu)選地，所述緊固螺栓排列方式可以并排也可以交錯排列。
[0008]優(yōu)選地，所述主承力梁帽為沿葉片展向的變截面尺寸連續(xù)梁，其截面尺寸可以根據(jù)葉片當(dāng)?shù)剌d荷、結(jié)構(gòu)/材料性能來確定，為了滿足一致的氣動外形，其外表面壓力面和吸力面加工滿足葉片整體氣動外形幾何尺寸要求。
[0009]優(yōu)選地，所述主承力梁帽在葉片上可以是一組，即壓力面和吸力面各一個主承力梁帽，也可以是多組。其截面形狀為階梯形，也可以為簡單的長方形或者梯形。
[0010]優(yōu)選地，所述主承力梁帽在與每個定型翼板連接的局部均設(shè)有螺紋通孔，通過螺栓與定型翼板緊固。
[0011]優(yōu)選地，所述定型翼板的截面幾何形狀為T字形，也可以為工字形、箱形等形狀；所述定型翼板存在一個垂直內(nèi)端面，用于提高其強度和穩(wěn)定性，其外側(cè)壓力面表面和吸力面表面滿足葉片氣動外形要求，同時用于與主承力梁帽連接，方便前緣承力梁和尾緣承力梁的使用螺栓緊固。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)載荷從定型翼板至主承力梁帽、前緣承力梁、尾緣承力梁的傳遞。
[0012]優(yōu)選地，所述定型翼板在壓力面和吸力面沿葉片展向分別設(shè)有開槽用于連接主承力梁帽，前緣位置設(shè)有沿葉片展向的開孔用于連接前緣承力梁，在尾緣位置設(shè)有沿葉片展向的開孔用于連接尾緣承力梁。
[0013]優(yōu)選地，所述定型翼板在前緣設(shè)有螺紋開孔、尾緣設(shè)有螺紋開孔、壓力面和吸力面設(shè)有螺紋開孔，其孔軸線方向均平行于葉片當(dāng)?shù)匾硇偷姆ň€方向。
[0014]優(yōu)選地，所述前緣承力梁和尾緣承力梁均為圓形截面梁，可以為方形或梯形等截面梁，且所述前緣承力梁和尾緣承力梁沿展向為變截面梁，其截面尺寸可以根據(jù)葉片當(dāng)?shù)剌d荷、結(jié)構(gòu)/材料性能來確定。
[0015]優(yōu)選地，所述前緣蒙皮位于葉片弦向的前緣位置，以及葉片展向的兩個定型翼板的之間的位置，所述尾緣蒙皮位于葉片弦向的尾緣位置，以及葉片展向的兩個定型翼板的之間的位置。
[0016]優(yōu)選地，所述蒙皮為柔性材質(zhì)，可為耐腐蝕、高強布匹或復(fù)合材料等柔性薄壁蒙皮。采用此種材料可以最大限度的減輕葉片的重量、降低葉片成本。
[0017]優(yōu)選地，所述蒙皮由高強柔性懸繩通過定型翼板上的開孔連接到定型翼板上。實現(xiàn)氣動作用力從蒙皮到定型翼板的傳輸。
[0018]優(yōu)選地，所述用于連接蒙皮和定型翼板的懸繩也可使用鉚釘鉚接或者粘接連接來實現(xiàn)替代。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明還提供了上述可拆卸葉片的裝配方法，其特征在于，包括如下裝配步驟:
[0020](I)分別制造葉片各部分組件，對組件進行表面防腐蝕處理或涂層處理，以及部分壓力面和吸力面的的表面的粗糙度處理，使之滿足設(shè)計的氣動外形要求和裝配要求；
[0021](2)根據(jù)設(shè)計要求，在各展向位置放置定型翼板，調(diào)整定型翼板的放置高度和弦向位置；
[0022](3)將前緣承力梁沿展向順序套進各定型翼板，用前緣緊固螺栓預(yù)緊，初步固定；用同樣的方法將尾緣承力梁裝配到各定型翼板上，采用類似方法將主承力梁帽梁裝配到各定型翼板上；
[0023](4)按照順序分級(3-5級)擰緊主承力梁帽的緊固螺栓、前緣承力梁緊固螺栓、尾緣承力梁緊固螺栓；
[0024](5)將蒙皮上的懸繩按次序分別套進定型翼板的開孔中，調(diào)整、對齊后張緊蒙皮固定好懸繩；
[0025](6)按照設(shè)計擰緊力矩，檢查各部件連接螺栓緊固力矩，至此風(fēng)力機可拆卸葉片即安裝完畢；
[0026](7)當(dāng)需要拆卸葉片，則按照相反的順利實現(xiàn)葉片的拆卸，完成部件的組裝、更換、維護和回收。
[0027]同現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明的風(fēng)力機可拆卸葉片及其裝配方法具有以下顯著的技術(shù)效果:
[0028]1、本發(fā)明的風(fēng)力機可拆卸葉片可實現(xiàn)風(fēng)力機葉片的分散制造、運輸以及現(xiàn)場組裝,大大降低了運輸和制造難度。
[0029]2、本發(fā)明的風(fēng)力機可拆卸葉片按照部件獨立生產(chǎn)制造，相比傳統(tǒng)復(fù)合材料一體化葉片，顯著降低了葉片制造對工廠條件、人數(shù)素質(zhì)的要求以及技術(shù)難度和制造風(fēng)險。
[0030]3、本發(fā)明的風(fēng)力機可拆卸葉片采用金屬或高強復(fù)合材料主承力梁帽、前緣承力梁、尾緣承力梁能大幅提升葉片的剛度，避免葉片與塔架之間的干涉。
[0031]4、本發(fā)明的風(fēng)力機可拆卸葉片大膽采用輕質(zhì)、柔性布蒙皮或者薄殼復(fù)合材料蒙皮可以明顯降低葉片的重量。
[0032]5、本發(fā)明的風(fēng)力機可拆卸葉片采用鋼制定型翼板，剛度比復(fù)合材料大，能更好的保障葉片的氣動外形。
[0033]6、本發(fā)明的風(fēng)力機可拆卸葉片的思路結(jié)合了葉片結(jié)構(gòu)與功能考量，可以采用多種材料、多種形式的構(gòu)件，大大增加了葉片的可設(shè)計性，同時也為后續(xù)改進、完善預(yù)留了空間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1.本發(fā)明專利可拆卸葉片翼段局部視圖；
[0035]圖2.翼段局部俯視圖；
[0036]圖3翼段局部正視圖；
[0037]圖4翼段局部剖面圖；
[0038]圖5定型翼板正視圖；
[0039]圖6主承力梁帽截面幾何外形示意圖。
【具體實施方式】
[0040]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。
[0041]如圖1所示，本發(fā)明的可拆卸的風(fēng)力機葉片，包括葉片骨架結(jié)構(gòu)和蒙皮2，所述蒙皮2為柔性蒙皮，所述葉片骨架結(jié)構(gòu)包括沿葉片展向間隔布置的至少兩個定型翼板3以及設(shè)置于所述定型翼板3上的主承力梁帽1、前緣承力梁5和尾緣承力梁6，所述主承力梁帽I裝配于葉片定型翼板3上、下開槽21位置，并且在葉片的吸力面和壓力面各至少布置一所述主承力梁帽I，所述前緣承力梁5裝配于葉片定型翼板3上前緣承力梁開孔16位置，所述尾緣承力梁6裝配于葉片定型翼板3上尾緣承力梁開孔17位置；所述蒙皮2通過懸繩張緊連接在所述定型翼板3上。
[0042]如圖1-4所示，所述主承力梁帽1、前緣承力梁5和尾緣承力梁6通過緊固件4裝配于所述定型翼板3上。所述緊固件4優(yōu)選為緊固螺栓。優(yōu)選地，所述緊固螺栓4a，4b，4c均為耐腐蝕金屬螺栓，可采用六角螺栓，為了保持葉片一致性氣動外形也可采用沉頭螺栓。優(yōu)選地，各所述定型翼板3上布置一列或者多列緊固螺栓4a，4b，4c來裝配前緣承力梁5、尾緣承力梁6、主承力梁帽I。優(yōu)選地，所述緊固螺栓4a，4b，4c排列方式可以并排也可以交錯排列。
[0043]優(yōu)選地，所述主承力梁帽I為沿葉片展向25的變截面尺寸連續(xù)梁，其截面尺寸可以根據(jù)葉片當(dāng)?shù)剌d荷、結(jié)構(gòu)/材料性能來確定，為了滿足一致的氣動外形，其外表面壓力面23和吸力面24加工滿足葉片整體氣動外形幾何尺寸要求。
[0044]如圖6所示,所述主承力梁帽I在葉片上可以是一組，即壓力面23和吸力面24各一個主承力梁帽1，也可以是多組。其截面10形狀為階梯型，也可以為簡單的長方形或者梯形。優(yōu)選地，所述主承力梁帽I在與每個定型翼板3連接的局部均設(shè)有螺紋通孔19，通過螺栓4a與定型翼板3緊固。
[0045]如圖5所示，所述定型翼板3的截面幾何形狀為T字形，也可以為工字形、箱形等形狀；所述定型翼板3存在一個垂直內(nèi)端面15，用于提高其強度和穩(wěn)定性，其外側(cè)壓力面表面23和吸力面表面24滿足葉片氣動外形要求，同時用于與主承力梁帽I連接，方便前緣承力梁5和尾緣承力梁6的使用螺栓4b、4c緊固。實現(xiàn)結(jié)構(gòu)載荷從定型翼板3至主承力梁帽
1、前緣承力梁5、尾緣承力梁6的傳遞。優(yōu)選地，所述定型翼板3在壓力面和吸力面沿葉片展向25分別設(shè)有開槽21用于連接主承力梁帽1，前緣13位置設(shè)有沿葉片展向25的開孔16用于連接前緣承力梁5，在尾緣14位置設(shè)有沿葉片展向25的開孔17用于連接尾緣承力梁6。優(yōu)選地，所述定型翼板3在前緣13設(shè)有螺紋開孔18、尾緣14設(shè)有螺紋開孔17、壓力面23和吸力面24設(shè)有螺紋開孔19，其孔軸線方向均平行于葉片當(dāng)?shù)匾硇偷姆ň€方向。
[0046]如圖1、2所示，所述前緣承力梁5和尾緣承力梁6均為圓形截面梁，可以為方形或梯形等截面梁，且所述前緣承力梁5和尾緣承力梁6沿展向25為變截面梁，其截面尺寸可以根據(jù)葉片當(dāng)?shù)剌d荷、結(jié)構(gòu)/材料性能來確定。
[0047]如圖1所示，所述前緣蒙皮2a位于葉片弦向26的前緣13位置，以及葉片展向25的兩個定型翼板3的之間的位置，所述尾緣蒙皮2a位于葉片弦向26的尾緣13位置，以及葉片展向25的兩個定型翼板3的之間的位置。優(yōu)選地，所述蒙皮2為柔性材質(zhì)，可為耐腐蝕、高強布匹或復(fù)合材料等柔性薄壁蒙皮。采用此種材料可以最大限度的減輕葉片的重量、降低葉片成本。優(yōu)選地，所述蒙皮2由高強柔性懸繩8通過定型翼板3上的開孔7連接到定型翼板3上。實現(xiàn)氣動作用力從蒙皮2到定型翼板3的傳輸。優(yōu)選地，所述用于連接蒙皮2和定型翼板3的懸繩8也可使用鉚釘鉚接或者粘接連接來實現(xiàn)替代。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明還提供了上述可拆卸葉片的裝配方法，其特征在于，包括如下裝配步驟:
[0049](I)分別制造葉片各部分組件，對組件進行表面防腐蝕處理或涂層處理，以及部分壓力面和吸力面的的表面的粗糙度處理，使之滿足設(shè)計的氣動外形要求和裝配要求；
[0050](2)根據(jù)設(shè)計要求，在各展向位置放置定型翼板，調(diào)整定型翼板的放置高度和弦向位置；
[0051](3)將前緣承力梁沿展向順序套進各定型翼板，用前緣緊固螺栓預(yù)緊，初步固定；用同樣的方法將尾緣承力梁裝配到各定型翼板上，采用類似方法將主承力梁帽梁裝配到各定型翼板上；
[0052](4)按照順序分級(3-5級)擰緊主承力梁帽的緊固螺栓、前緣承力梁緊固螺栓、尾緣承力梁緊固螺栓；
[0053](5)將蒙皮上的懸繩按次序分別套進定型翼板的開孔中，調(diào)整、對齊后張緊蒙皮固定好懸繩；
[0054](6)按照設(shè)計擰緊力矩，檢查各部件連接螺栓緊固力矩，至此風(fēng)力機可拆卸葉片即安裝完畢；
[0055](7)當(dāng)需要拆卸葉片，則按照相反的順利實現(xiàn)葉片的拆卸，完成部件的組裝、更換、維護和回收。
[0056]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可拆卸的風(fēng)力機葉片，包括葉片骨架結(jié)構(gòu)和蒙皮，其特征在于，所述蒙皮為柔性蒙皮，所述葉片骨架結(jié)構(gòu)包括沿葉片展向間隔布置的至少兩個定型翼板以及設(shè)置于所述定型翼板上的主承力梁帽、前緣承力梁和尾緣承力梁，所述主承力梁帽裝配于葉片定型翼板上、下開槽位置，并且在葉片的吸力面和壓力面各至少布置一所述主承力梁帽，所述前緣承力梁裝配于葉片定型翼板上前緣承力梁開孔位置，所述尾緣承力梁裝配于葉片定型翼板上尾緣承力梁開孔位置；所述蒙皮張緊連接在相鄰兩個所述定型翼板之間，且所述蒙皮的前緣部分、尾緣部分分別位于葉片弦向的前緣位置和尾緣位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述主承力梁帽、前緣承力梁和尾緣承力梁通過緊固件裝配于所述定型翼板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述緊固件為緊固螺栓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述緊固螺栓均為耐腐蝕金屬螺栓，可采用六角螺栓，為了保持葉片一致性氣動外形也可采用沉頭螺栓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，各所述定型翼板上布置一列或者多列緊固螺栓來裝配前緣承力梁、尾緣承力梁、主承力梁帽，所述緊固螺栓排列方式為并排或交錯排列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述主承力梁帽為沿葉片展向的變截面尺寸連續(xù)梁，其截面尺寸可以根據(jù)葉片當(dāng)?shù)剌d荷、結(jié)構(gòu)/材料性能來確定，為了滿足一致的氣動外形，其外表面壓力面和吸力面加工滿足葉片整體氣動外形幾何尺寸要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述主承力梁帽在葉片上可以是一組，即壓力面和吸力面各一個主承力梁帽，也可以是多組，其截面形狀為階梯形、長方形或者梯形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述主承力梁帽在與每個定型翼板連接的局部均設(shè)有螺紋通孔，通過螺栓與定型翼板緊固。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述定型翼板的截面幾何形狀為T字形，也可以為工字形或箱形；所述定型翼板存在一個垂直內(nèi)端面，用于提高其強度和穩(wěn)定性，其外側(cè)壓力面表面和吸力面表面滿足葉片氣動外形要求，同時用于與主承力梁帽連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可拆卸的風(fēng)力機葉片，其特征在于，所述定型翼板在壓力面和吸力面沿葉片展向分別設(shè)有開槽用于連接主承力梁帽，前緣位置設(shè)有沿葉片展向的開孔用于連接前緣承力梁，在尾緣位置設(shè)有沿葉片展向的開孔用于連接尾緣承力梁。
【文檔編號】F03D11/00GK103629055SQ201310690643
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】秦志文, 楊科, 趙曉路, 徐宇, 廖猜猜, 榮曉敏, 楊坤 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所