專利名稱：一種風(fēng)力機分段葉片及其裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力機葉片，尤其涉及一種風(fēng)力機分段葉片，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)力機單機容量不斷增加，已經(jīng)由初期瓦級到千瓦級，以及到今天的兆瓦和多兆瓦級別，葉片長度也隨之增加，目前商業(yè)化的葉片最長已經(jīng)達到61. 5米，在歐洲，單機容量為7麗，葉片長約80米的商業(yè)風(fēng)力機已經(jīng)進入最后測試階段。8-10麗葉片也在研發(fā)當(dāng)中，葉片長度將進一步增加。然而現(xiàn)有運輸條件沒有明顯的變化，當(dāng)葉片長度超過50米， 葉片運輸問題就變得很突出且無法負擔(dān)。一方面，出于安全考慮，世界各國鐵路、公路管理部門對運載貨物的長度、高度等都有一定的限制；另一方面，我國風(fēng)電場分布非常廣泛，很多地方偏遠、交通不便，建造風(fēng)電場時大型葉片運輸成本非常高昂，有些地區(qū)甚至根本無法送達。而風(fēng)力機葉片普遍采用纖維增強聚合物復(fù)合材料，而復(fù)合材料葉片生產(chǎn)對環(huán)境和工藝要求特別苛刻，我國風(fēng)電場大部分處在近風(fēng)沙嚴重或濕度、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)境非常敏感。近風(fēng)電場建設(shè)葉片生產(chǎn)基地也存在地域上的局限性。由此可見， 一體式長葉片在生產(chǎn)、運輸及安裝過程中均存在諸多不便，因而，采用分段葉片，分段生產(chǎn)、 運輸及安裝是解決上述難題的明智選擇。分段葉片在使用過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程中，在葉片連接處加工成狹槽，通過狹槽內(nèi)加入充填物進行粘結(jié)，并以單獨緊固件進行連接，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)安排對風(fēng)力機在實際運行過程中所承受的載荷情況以及現(xiàn)場安裝的便利性等方面考慮較少，同時，緊固件與疊加結(jié)構(gòu)應(yīng)用于實際工程中時會導(dǎo)致葉片連接處強度不足以及氣動損失較大等問題，并且存在實際裝配操作復(fù)雜及費用、風(fēng)險高的缺點，然而分段式風(fēng)力機葉片本身的結(jié)構(gòu)直接影響著其裝配方法，因此有必要對現(xiàn)有的風(fēng)力機分段式葉片的結(jié)構(gòu)及其裝配方法作出改進。

發(fā)明內(nèi)容
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)問題是提供一種連接穩(wěn)固、氣動損失小及裝配連接操作簡單的風(fēng)力機分段葉片及其裝配連接方法。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
一種風(fēng)力機分段葉片，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?。辉谶^渡區(qū)，復(fù)合材料鋪層的厚度漸變?yōu)榈群皲亴樱辉谶B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度的鋪層，該一小段長度的鋪層即為連接段外延部分，其厚度為3-15mm、其長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)埋金屬螺栓套并準確定位螺栓套的位置。優(yōu)選地，這也是本發(fā)明的另一個重要發(fā)明點，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現(xiàn)各葉片段的裝配連接時，使用柔性高強鋼絲繩依次順序穿過各螺栓頭的小通孔，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)力機葉片運行時雙頭反向螺紋螺栓可能出現(xiàn)的松動，增強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力學(xué)外形，從而保證各葉片段連接后，風(fēng)力機葉片整體具有良好的氣體動力學(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)力機葉片整體具有良好的結(jié)構(gòu)特性。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案還提供了一種風(fēng)力機分段式葉片的裝配連接方法，包括以下步驟
(1)對各葉片段的連接端面進行粗糙度處理，并清理螺栓套；
(2)相鄰兩葉片段對中放置后，將雙頭反向螺紋螺栓擰緊；
(3)螺栓擰緊后，使用柔性高強鋼絲繩依次穿過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)力機葉片運行時出現(xiàn)松動；
(4)使用步驟(1)-(3)依次順序連接各葉片段，從而完成風(fēng)力機分段式葉片的組裝。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的風(fēng)力機分段式葉片及其裝配方法具有以下顯著的技術(shù)效果
1、本發(fā)明的風(fēng)力機分段葉片可實現(xiàn)風(fēng)力機葉片的分段制造、分段加工及分段運輸，大大降低了運輸成本；
2、本發(fā)明的風(fēng)力機分段葉片在連接部位復(fù)合材料鋪層沿周向厚度均勻化，增加了葉片連接強度，提高了連接的可靠性；
3、本發(fā)明的風(fēng)力機分段葉片采用預(yù)埋螺栓套和雙頭反向螺紋螺栓連接，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、現(xiàn)場安裝方便；
4、本發(fā)明的風(fēng)力機分段葉片通過在雙頭螺栓頭處開設(shè)小孔，使用高強鋼絲繩將各螺栓連接起來，有效地防止了螺栓連接松動。


圖1為葉片段連接區(qū)端面正視圖。
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為葉片段鋪層過渡示意圖。附圖標(biāo)記說明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葉片段梁過渡區(qū)鋪層變化起始截面，11葉片段梁過渡區(qū)鋪層變化終止截面，12葉片段連接區(qū)，13葉片段過渡區(qū)，14葉片段梁帽區(qū)，15梁帽。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖1-4所示，風(fēng)力機分段葉片，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?。辉谶^渡區(qū)13，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度的鋪層，該一小段長度的鋪層即為連接段外延部分6，其厚度為3-15mm、 其長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并使用固定裝置準確定位螺栓套4的位置。 在復(fù)合材料鋪層時，在葉片段梁帽區(qū)8開始逐漸增加鋪層的寬度，使鋪層漸進過渡，從葉片段梁過渡區(qū)鋪層變化起始截面10到葉片段梁過渡區(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)計厚度，則適當(dāng)漸變的增加鋪層厚度使葉片在連接端達到設(shè)計的厚度。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擰緊從而實現(xiàn)各葉片段的裝配連接時，使用柔性高強鋼絲繩7依次順序穿過各螺栓頭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)力機葉片運行時雙頭反向螺紋螺栓9可能出現(xiàn)的松動，增強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力學(xué)外形，從而保證各葉片段連接后，風(fēng)力機葉片整體具有良好的氣體動力學(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)力機葉片整體具有良好的結(jié)構(gòu)特性。葉片在現(xiàn)場進行組裝時，安裝以下步驟進行
(1)對各葉片段的連接端面進行粗糙度處理，并清理螺栓套；(2)將兩段葉片I、II對中并使用雙頭反向螺紋螺栓9擰緊，兩段葉片同時靠近連接成一體；
(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，并將鋼絲繩兩端頭固定在一起。 以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明。所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(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)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力機分段葉片，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^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度的鋪層，該一小段長度的鋪層即為連接段外延部分(6)，其厚度為3-15mm、其長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)擰緊從而實現(xiàn)各葉片段(I、II)的裝配連接時，使用柔性高強鋼絲繩(7)依次順序穿過各螺栓頭(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力學(xué)外形，從而保證各葉片段連接后，風(fēng)力機葉片整體具有良好的氣體動力學(xué)特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)力機分段葉片，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的風(fēng)力機分段葉片的裝配方法，其特征在于，包括如下裝配步驟(1)對各葉片段的連接端面進行粗糙度處理，并清理螺栓套；(2)相鄰兩葉片段對中放置后，將雙頭反向螺紋螺栓擰緊；(3)螺栓擰緊后，使用柔性高強鋼絲繩依次穿過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)力機葉片運行時出現(xiàn)松動；(4)使用步驟(1)- (3)依次順序連接各葉片段，從而完成風(fēng)力機分段式葉片的組裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)力機分段葉片及其裝配方法。該風(fēng)力機葉片由兩段或兩段以上復(fù)合材料葉片段組成，在葉片段連接部位預(yù)埋金屬螺栓套，使用雙頭反向螺紋螺栓、并通過鋼絲繩穿過螺栓頭上的小孔，從而連接相鄰的葉片段成為一個整體風(fēng)力機葉片。本發(fā)明可以解決長葉片運輸困難的問題，降低運輸成本。同時該型風(fēng)力機葉片連接結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、現(xiàn)場組裝方便。
文檔編號F03D11/00GK102192110SQ20111015642
公開日2011年9月21日 申請日期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, 黃宬武 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所