一種風電葉片根部延長段構件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及風力發(fā)電機葉片，尤其涉及一種風電葉片根部延長段構件及其制造方法，屬于風力發(fā)電設備的零部件。
【背景技術】
[0002]風電葉片是風力機發(fā)電機組至關重要的組件，其主要作用是捕獲來流風能，將風能轉換成機械能，驅動風力機發(fā)電機組再將機械能轉換成電能。風電葉片的長度直接影響風力機捕獲風能的能力和風力發(fā)電機組的輸出功率。在相同出功效率的情況下，風力機發(fā)電能力與葉片的長度呈現(xiàn)2次方關系，增加葉片長度是增加風力機發(fā)電能力的直接和有效途徑，然而，葉片越長往往載荷也越大，這也對葉片的結構強度提出嚴格的要求。隨著風電技術的不斷發(fā)展和大量風機運行經驗的積累，先進的控制技術大幅降低了現(xiàn)有葉片的運行載荷，使得葉片結構的強度設計盈余很大，為葉片的增功提供了改造的空間，增加葉片長度是其中一項有效措施。
[0003]不僅如此，由于風電機組在裝機前期并不容易完全掌握裝機位置的風資源狀況，在實際運行的過程中經常出現(xiàn)一些風機在安裝后并沒有達到預期的風速和功率，實際運行載荷也沒有預期的值，這也給風機葉片增長提供了實際需求，而更換整只葉片將大幅增加改造成本，在現(xiàn)有葉片的基礎上，通過增加一個葉根段來增加整個葉片的長度是一個相對經濟的提尚風力機出功的舉措。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種風電葉片根部延長段結構及其制造方法，為風電機組增功改造提供一種簡單有效的方法，同時，改造成本不高而能顯著增加葉片的出功，具有廣泛的應用前景。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明為解決其技術問題所采取的技術方案是:
[0006]—種風電葉片根部延長段構件，包括延長段主體，其特征在于，所述延長段主體一端通過螺栓組件與風力渦輪的輪轂連接，另一端通過螺栓組件與風電葉片根部連接。
[0007]進一步的，所述延長段主體與風電葉片葉根部為同心圓柱段，二者的圓柱半徑至少基本相同；所述延長段主體的外層為由纖維增強復合材料制成的外蒙皮，內層為由纖維增強復合材料制成的內蒙皮，中間層沿其周向均勻鋪設若干復合材料預制型條；所述復合材料預制型條與延長段主體等長，相鄰兩復合材料預制型條之間的空間中沿其軸向依次設置有金屬螺栓套、輕質填充材料、圓柱形假體和金屬光套，其中，各所述金屬螺栓套的尾端至少基本與所述延長段主體的輪轂連接端面平齊，各所述金屬光套的尾端至少基本與所述延長段主體的葉根連接端面平齊；所述風電葉片根部延長段構件在使用時，切除圓柱形假體的內蒙皮，取出圓柱形假體，形成圓柱形假體腔，作為螺栓連接過程的操作空間。
[0008]進一步的，所述復合材料預制型條為由復合材料制成的與延長段主體等長的長條，可單個鋪設制作，也可多條制作切割成型。
[0009]進一步的，所述金屬螺栓套、輕質填充材料、圓柱形假體腔、金屬光套沿軸向依次排列，所述金屬螺栓套預埋在延長段主體與輪轂連接的一端，沿主體軸向依次鋪設有輕質填充材料、圓柱形假體腔、金屬光套，整體形成條狀結構。
[0010]進一步的，所述復合材料預制型條周向間隔排列，所述復合材料預制型條等間距周向排列在延長段主體內側，且與金屬螺栓套、圓柱形假體腔、輕質填充材料、金屬光套沿軸向排列組成的條狀結構間隔排列。
[0011]進一步的，所述圓柱形假體腔的直徑與延長段主體末端預埋的金屬光套一致，且長度大于葉根連接螺栓的長度，其主要是作為葉根鏈接螺栓的裝配空間使用。
[0012]進一步的，所述圓柱形假體腔，其制作過程是，先預埋與金屬光套等直徑、長度大于葉根連接螺栓的圓柱形假體，內層纖維布鋪設完成后，整個延長段采用真空吸注工藝固化，切除圓柱體假體的內層復合材料，取出圓柱體假體，形成圓柱形假體腔。
[0013]進一步的，所述圓柱形假體中設有內螺紋，在制備延長段主體時，所述預埋假體設置在金屬光套端部，采用定位螺栓與圓柱形假體中的內螺紋配合來固定金屬光套；所述圓柱形假體腔與金屬光套配套使用，其主要作用是為螺母留出螺栓預緊和安裝的操作空間。
[0014]進一步的，所述金屬螺栓套為帶有內螺紋的空心圓柱狀金屬套，其螺紋部分通過螺栓組件與風力渦輪的輪轂連接，所述金屬光套為不帶內螺紋的空心圓柱狀金屬套，其內徑大于連接螺栓的外徑，葉根連接螺栓貫穿金屬光套后與葉片根部連接。
[0015]本發(fā)明的風電葉片根部延長段構件，由主體外層、中間層、內層組成，其中外層是由纖維增強復合材料鋪設而成；中間層由金屬螺栓套、葉根連接螺栓、圓柱形假體腔、復合材料預制型條、輕質填充材料、金屬光套組成；內層由纖維增強復合材料鋪設而成。
[0016]所述的延長段主體外層，其特征在于，延長段主體是與葉根圓柱直徑相同的同心圓柱段，采用纖維復合材料制作而成，與輪轂連接端的延長段主體預埋有金屬螺栓套，與葉根連接端的延長段主體預埋有金屬光套。
[0017]所述的延長段主體中間層，由金屬螺栓套、圓柱形假體腔、輕質填充材料、金屬光套、復合材料預制型條組成，其特征在于，金屬螺栓套、輕質填充材料、圓柱形假體腔、金屬光套沿軸向依次排列，形成與延長段主體等長的條狀結構，該條狀結構與復合材料預制型條沿周向等間距間隔排列。
[0018]所述的復合材料預制型條，其特征在于，由復合材料制成，與延長段主體等長的長條，可單個鋪設制作，也可多條制作切割成型。
[0019]所述的圓柱形假體腔，其特征在于，圓柱形假體腔的直徑與延長段主體末端預埋的金屬光套一致，且長度大于葉根連接螺栓的長度，其主要是作為葉根連接螺栓的裝配空間。
[0020]所述的圓柱形假體腔，其制作工藝是，先預埋與金屬光套等直徑，長度大于葉根連接螺栓長度的圓柱形假體，內層纖維布鋪設完成后，整個延長段采用真空吸注工藝固化，切除圓柱體假體的內層復合材料，取出圓柱體假體，形成圓柱形假體腔。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明為解決其技術問題所采取的技術方案還提供了一種上述風電葉片根部延長段構件的制造方法，包括以下步驟:
[0022](1)在模具上先鋪設外層纖維形成延長段主體的外層；
[0023](2)在延長段主體與輪轂連接端內側鋪設金屬螺栓套，金屬螺栓套與復合材料預制型條間隔排列；
[0024](3)在金屬螺栓套的末端沿延長段軸向依次鋪設輕質填充材料、圓柱形假體、金屬光套，形成中間層；
[0025](3)鋪設內層纖維布；
[0026](4)采用復合材料真空吸注工藝完成整個延長段的制造；
[0027](5)切除圓柱體假體的內層復合材料，取出圓柱體假體，形成螺栓連接過程的操作空間。
[0028]同現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的風電葉片根部延長段構件及其制造方法具有以下特占.
[0029]1、采用復合材料主體結構可以發(fā)揮復合材料輕質高強的特點，可以降低結構的重量和葉片的載荷。
[0030]2、采用與螺栓套截面尺寸相同的假體可以實現(xiàn)內表面幾何外形延延長段軸向外形一致性，可以避免纖維布在鋪設和吸注過程中的褶皺缺陷。有利于提高結構的強度。
[0031]3、采用預埋金屬件的連接方式使連接螺栓具有較低的載荷系數(shù)，可以有效減小螺檢承受的載荷。
[0032]4、預制型條采用連續(xù)纖維復合材料可以發(fā)揮單向復合材料的特性，增加延長段的強度，預制型條的高度可以比較小，這樣降低延長段的重量，同時對螺栓的連接強度影響很小。
[0033]5、增加型條在假體臨近位置的高度可以使得延長段的結構剛度變化更平穩(wěn)，提高延長段的疲勞強度。
[0034]6、預埋假體實現(xiàn)螺栓的操作空間對結構的破壞性小，這種結構使得螺栓連接組裝和維護簡單，便于螺栓置換。
【附圖說明】
[0035]圖1.本發(fā)明的風電葉片根部延長段構件總體結構裝配圖；
[0036]圖2.本發(fā)明的風電葉片根部延長段構件總體結構示意圖；
[0037]圖3.本發(fā)明的風電葉片根部延長段構件內部結構輪廓構造圖；
[0038]圖4.本發(fā)明的風電葉片根部延長段構件主體剖視圖；
[0039]圖5.本發(fā)明的風電葉片根部延長段構件主體各段截面視圖；