CN101718250B - 风力发电机组分段式风轮叶片及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组分段式风轮叶片及其装配方法，该分段式风轮叶片包括有叶根段及至少一个径向叶片，叶根段靠近轮毂一侧，叶根段与各径向叶片内均埋设有主梁，叶根段与各径向叶片通过各主梁之间的依次衔接而首尾连接。借由本发明的分段式风轮叶片，可以实现连接强度大、气动损失小的效果。

Description

风力发电机组分段式风轮叶片及其装配方法

技术领域

本发明有关一种风轮叶片及其装配方法，尤其是指一种用于特大型风力发电机组中的分段式风轮叶片及其装配方法。 

背景技术

目前，随着人们环保意识的增强，风能的应用愈来愈广泛，风力发电机组实现了风能与电能之间的转换。风轮叶片是风力发电机组的核心部件，风轮叶片的扫风面积直接决定风力发电机组的输出电量。随着风力发电机组单机容量不断增大，风轮叶片的长度也在不断增大，然而这种长的风轮叶片在生产、运输及吊装等过程中非常不便。因此可采用分段制造方式生产风轮叶片，以减小叶片的成型模具及叶片生产车间，同时可以改进叶片成型过程中制备工艺，并使风轮叶片到风电场地之间的运输更为方便。分段式的风轮叶片在使用过程中需要装配成完整的叶片，现有技术对分段式风轮叶片的连接过程中，在叶片连接处加工出狭槽，通过在狭槽内加入填充物进行粘结，并以单独紧固件连接，以及在内外表面叠加加固结构将分段式叶片连接在一起，但是现有的连接技术针对风轮叶片在实际工作中所承受的载荷情况、现场安装的便利性等方面考虑较少，同时，紧固件与叠加结构应用于实际工程中时会导致叶片连接处强度不足及气动损失大等问题，并且存在实际装配操作复杂及费用、风险高的缺点，然而分段式风轮叶片本身的结构直接影响着其装配方法，因此有必要对现有分段式风轮叶片的结构及其装配方法做出改进。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种连接稳固、气动损失小及操作简单的风力发电机组分段式风轮叶片及其装配方法。 

为达到上述目的，本发明提供一种风力发电机组分段式风轮叶片，其包括有叶根段及至少一个径向叶片，叶根段靠近轮毂一侧，叶根段与各径向叶片内均埋设有主梁，叶根段与各径向叶片通过各主梁之间的依次衔接而首尾连接。 

叶根段内的主梁远离轮毂的一端为该主梁的连接段，该连接段为中空形态，连接段的内壁沿风轮叶片展向形成有内槽；径向叶片内的主梁靠近轮毂的一端为前置连接段，该前置连接段露出径向叶片的端面，前置连接段的外周缘沿风轮叶片展向形成有外齿；径向叶片内的主梁远离轮毂的一端为后置连接段，该后置连接段的端面与径向叶片的端面平齐，后置连接段为中空形态，后置连接段的内壁沿风轮叶片展向形成有内槽；径向叶片内主梁的前置连接段插入相邻的径向叶片内主梁的后置连接段，前置连接段的外齿与后置连接段的内槽相互咬合，叶根段内主梁的连接段内插入相邻于叶根段的径向叶片内主梁的前置连接段，该前置连接段的外齿与叶根段内主梁的连接段的内槽相互咬合；各径向叶片的前置连接段处埋设有法兰盘，该法兰盘与径向叶片的主梁固结在一起，叶根段内主梁的连接段的端面与各径向叶片内主梁的后置连接段的端面处均埋设有多数个螺栓，法兰盘与所对接的螺栓通过螺母紧固结合；叶根段及各径向叶片之间的连接处设置有外蒙皮。 

径向叶片内主梁的后置连接段的横截面与相邻径向叶片内主梁的前置连接段的横截面形状相同，叶根段内主梁的连接段的横截面与相邻于叶根段的径向叶片内主梁前置连接段的横截面形状相同，前置连接段的横截面为“C”形、“D”形或“O”形，后置连接段的横截面为“C”形、“D”形或“O”形，叶根段内主梁的连接段的横截面为“C”形、“D”形或“O”形。 

径向叶片内主梁的后置连接段的内槽与相邻径向叶片内主梁前置连接段的外齿形状相同，后置连接段的内槽为渐开线形槽、三角形槽、矩形槽或梯形槽，前置连接段的外齿为渐开线形齿、三角形齿、矩形齿或梯形齿，叶根段内主梁的连接段的内槽与相邻于叶根段的径向叶片内主梁前置连接段的外齿形状相同，叶根段内主梁的连接段的内槽为渐开线形槽、三角形槽、矩形槽或梯形槽。 

叶根段内主梁的连接段的端面与各径向叶片内主梁的后置连接段的端面处 设置有起导向作用的金属盘，法兰盘贴合金属盘通过螺栓与设有金属盘的主梁紧固在一起。 

金属盘具有厚并设有内齿，金属盘的内齿数量少于设有该金属盘的主梁端面的内槽数量，且金属盘的内齿与设有该金属盘的主梁端面的相邻两内槽之间的凸部对齐。 

主梁采用以碳纤维增强体与树脂为基体的复合材料制成。 

本发明还提供一种风力发电机组分段式风轮叶片的装配方法，该装配方法包括有如下步骤： 

(1)对叶根段及各径向叶片内主梁的外齿与内槽的表面进行粗糙度处理； 

(2)叶根段内主梁的连接段内插入相邻径向叶片内主梁的前置连接段，使叶根段内连接段的内槽与该相邻径向叶片的前置连接段的外齿相互咬合，并将径向叶片内主梁的前置连接段插接在相邻径向叶片内主梁的后置连接段内，使该前置连接段的外齿与该后置连接段的内槽相互咬合； 

(3)对所述叶根段及所述各径向叶片内主梁的外齿与内槽的装配面之间进行粘合，粘合方式为手糊成型、干法成型或真空注塑成型； 

(4)将法兰盘与所对接的螺栓通过螺母紧固结合； 

(5)对叶根段及各径向叶片之间连接处的缝隙用外蒙皮进行包合。 

借由本发明的风力发电机组分段式风轮叶片极其装配方法，可以达到连接强度大，气动损失小的效果，同时本发明的分段式风轮叶片结构简单，组装操作方便。 

图1为本发明风力发电机组分段式风轮叶片分解示意图； 

图2为本发明中的叶根段或径向叶片的截面示意图； 

附图说明

图3为本发明中的主梁连接部分示意图； 

图4为本发明中的连接段与前置连接段或者后置连接段与前置连接段插接状态示意图； 

图5为本发明风力发电机组分段式风轮叶片组装后的示意图； 

图6为本发明风力发电机组分段式风轮叶片组装后的连接状态示意图； 

图7A为本发明中的连接段或后置连接段与前置连接段的截面示意图之一； 

图7B为本发明中的连接段或后置连接段与前置连接段的截面示意图之二； 

图7C为本发明中的连接段或后置连接段与前置连接段的截面示意图之三。 

具体实施方式

为便于理解本发明的结构及达到的效果，现配合附图并列举较佳实施例详细说明如下。 

本发明中的风轮叶片为多段式风轮叶片，如图1所示，该风轮叶片包括有叶根段1及至少一个径向叶片2，叶根段1与各径向叶片2内均埋设有主梁3，通过各主梁3之间的依次衔接，将叶根段1与各径向叶片2首尾连接组成完整的风轮叶片。 

如图3所示，本发明的风轮叶片中的叶根段1靠近轮毂一侧，叶根段1与其内部的主梁3在制造时固结在一起，远离轮毂一侧的叶根段1的端面与主梁3的端面平齐，叶根段1内主梁3远离轮毂的一端为主梁的连接段30，且该主梁3的连接段30为中空形态，该连接段30的横截面可为“C”形、“D”形或“O”形(如图2所示的“D”形)，本发明中连接段30的横截面以“O”形为例。连接段30的内壁沿风轮叶片展向形成有内槽300，该内槽300为渐开线形槽、三角形槽、矩形槽或梯形槽(如图7A至图7C所示)。 

本发明中的各径向叶片2与其内部埋设的主梁3在制造时固结在一起，如图3与图4所示，径向叶片2内的主梁3靠近轮毂的一端为前置连接段31，该前置连接段31露出径向叶片2的端面，径向叶片2内主梁3的前置连接段31的横截面为“C”形、“D”形或“O”形(图中以“O”形为例)，该前置连接段31的外周缘沿风轮叶片展向形成有外齿310，该外齿310为渐开线形齿、三角形齿、矩形齿或梯形齿(如图7A至图7C所示)。径向叶片内2的主梁3远离轮毂的一端为后置连接段32，该后置连接段32的端面与径向叶片2的端面 平齐，且该后置连接段32为中空形态，其横截面与相邻径向叶片2内主梁3的前置连接段31的横截面形状相同，该后置连接段32的横截面也为“C”形、“D”形或“O”形(图中以“O”形为例)，该后置连接段32的内壁沿风轮叶片展向形成有与相邻径向叶片2内主梁3的前置连接段31外周缘的外齿310形状相同的内槽320，该内槽320为渐开线形槽、三角形槽、矩形槽或梯形槽(如图7A至图7C所示)。相邻于叶根段1的径向叶片2的前置连接段31的横截面与叶根段1内连接段30的横截面形状相同，且该径向叶片2前置连接段31的外齿310与叶根段1内连接段30的内槽300形状相同。如图5与图6所示，径向叶片2内主梁3的前置连接段31插接在相邻径向叶片2内主梁3的后置连接段32内，使前置连接段31的外齿310与后置连接段32的内槽320相互咬合，叶根段1内主梁3的连接段30内插入相邻径向叶片2内主梁3的前置连接段31，使叶根段1内连接段30的内槽300与相邻径向叶片2的前置连接段31的外齿310相互咬合。 

叶根段1与各径向叶片2通过各主梁3上的外齿与内槽插接在一起组成完整的风轮叶片，并对内槽和外齿的装配面进行粘合，以增加叶根段1与各径向叶片2之间的连接强度，该粘合方式为手糊成型、干法成型和/或真空注塑成型。在对分段式风轮叶片进行组装之前，可以首先对主梁3的内槽及外齿表面进行粗糙度处理，如研磨、喷砂等引入毫米级表面粗糙度，还可以在内槽及外齿表面上加工出厘米级表面粗糙度的矩形、三角形等凹凸齿槽，随着粗糙度的增加，主梁3的内槽及外齿的表面积增大，因此主梁3的内槽与外齿表面与粘结剂之间的粘结面积也增大，粘结强度也相应增加。由于风轮叶片在运行中存在离心力，为了进一步增加叶根段1及各径向叶片2之间的连接强度，在各径向叶片2的前置连接段31靠近径向叶片2处埋设有法兰盘33(如图3所示)，该法兰盘33与径向叶片2的主梁3固结在一起，法兰盘33的边缘形成有通孔，叶根段1内主梁3的连接段30的端面与各径向叶片2内主梁3的后置连接段32的端面处均埋设有多数个螺栓321(如图3与图4所示)，叶根段1与各径向叶片2插接后，进行主梁3的内槽与外齿表面的粘结，之后将法兰盘33与所对接的 螺栓321通过螺母紧固结合，法兰盘33在装配时兼具有定位作用。设有螺栓321的各主梁3的端面还设置有起导向作用的金属盘(图中未示出)，金属盘具有一定的厚度，金属盘设有若干个内齿，金属盘的内齿数量少于设有该金属盘的主梁3端面的内槽数量，且金属盘的内齿与设有该金属盘的主梁3端面的相邻两内槽之间的凸部对齐，使径向叶片2的前置连接段31的相邻两外齿310之间的凹部与金属盘的内齿嵌合，径向叶片2的前置连接段31便很容易的插接在相邻径向叶片2的后置连接段32内或叶根段1的连接段30内。风轮叶片组装后，法兰盘33贴合金属盘通过螺栓321与设有金属盘的主梁3紧固在一起。风轮叶片组装完成后，由于叶根段1与各径向叶片2之间连接处有缝隙，通过外蒙皮12(如图6所示)对该缝隙进行包合，可以减小风轮叶片的气动损失，并进一步加强连接强度。 

因此，本发明的分段式风轮叶片的装配步骤如下所述： 

(1)对叶根段及各径向叶片内主梁的外齿与内槽的表面进行粗糙度处理； 

(2)叶根段内主梁的连接段内插入相邻径向叶片内主梁的前置连接段，使叶根段内连接段的内槽与该相邻径向叶片的前置连接段的外齿相互咬合，并将径向叶片内主梁的前置连接段插接在相邻径向叶片内主梁的后置连接段内，使该前置连接段的外齿与该后置连接段的内槽相互咬合； 

(3)对所述叶根段及所述各径向叶片内主梁的外齿与内槽的装配面之间进行粘合，该粘合方式为手糊成型、干法成型和/或真空注塑成型； 

(4)将法兰盘与所对接的螺栓通过螺母紧固结合； 

(5)通过外蒙皮对叶根段及各径向叶片之间连接处的缝隙进行包合。 

本发明中的主梁采用以碳纤维增强体与树脂为基体的复合材料制成。 

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.一种风力发电机组分段式风轮叶片，其特征在于，其包括有叶根段及至少一个径向叶片，所述叶根段靠近轮毂一侧，所述叶根段与所述各径向叶片内均埋设有主梁，所述叶根段与所述各径向叶片通过所述各主梁之间的依次衔接而首尾连接；所述叶根段内的主梁远离所述轮毂的一端为该主梁的连接段，所述连接段为中空形态，所述连接段的内壁沿所述风轮叶片展向形成有内槽；所述径向叶片内的主梁靠近所述轮毂的一端为前置连接段，该前置连接段露出所述径向叶片的端面，所述前置连接段的外周缘沿所述风轮叶片展向形成有外齿；所述径向叶片内的主梁远离所述轮毂的一端为后置连接段，该后置连接段的端面与所述径向叶片的端面平齐，所述后置连接段为中空形态，所述后置连接段的内壁沿所述风轮叶片展向形成有内槽；所述径向叶片内主梁的前置连接段插入相邻的所述径向叶片内主梁的后置连接段，所述前置连接段的外齿与所述后置连接段的内槽相互咬合，所述叶根段内主梁的连接段内插入相邻于所述叶根段的径向叶片内主梁的前置连接段，该前置连接段的外齿与所述叶根段内主梁的连接段的内槽相互咬合；所述各径向叶片的前置连接段处埋设有法兰盘，该法兰盘与所述径向叶片的主梁固结在一起，所述叶根段内主梁的连接段的端面与所述各径向叶片内主梁的后置连接段的端面处均埋设有多数个螺栓，所述法兰盘与所对接的所述螺栓通过螺母紧固结合；叶根段及所述各径向叶片之间的连接处设置有外蒙皮。

2.如权利要求1所述的风力发电机组分段式风轮叶片，其特征在于，所述径向叶片内主梁的后置连接段的横截面与相邻所述径向叶片内主梁的前置连接段的横截面形状相同，所述叶根段内主梁的连接段的横截面与相邻于所述叶根段的径向叶片内主梁前置连接段的横截面形状相同，所述前置连接段的横截面为“C”形、“D”形或“O”形，所述后置连接段的横截面为“C”形、“D”形或“O”形，所述叶根段内主梁的连接段的横截面为“C”形、“D”形或“O”形。

3.如权利要求2所述的风力发电机组分段式风轮叶片，其特征在于，所述径向叶片内主梁的后置连接段的内槽与相邻径向叶片内主梁前置连接段的外齿形状相同，所述后置连接段的内槽为渐开线形槽、三角形槽、矩形槽或梯形槽，所述前置连接段的外齿为渐开线形齿、三角形齿、矩形齿或梯形齿，所述叶根段内主梁的连接段的内槽与相邻于所述叶根段的径向叶片内主梁前置连接段的外齿形状相同，所述叶根段内主梁的连接段的内槽为渐开线形槽、三角形槽、矩形槽或梯形槽。

4.如权利要求1所述的风力发电机组分段式风轮叶片，其特征在于，所述叶根段内主梁的连接段的端面与所述各径向叶片内主梁的后置连接段的端面处设置有起导向作用的金属盘，所述法兰盘贴合所述金属盘通过所述螺栓与设有所述金属盘的主梁紧固在一起。

5.如权利要求4所述的风力发电机组分段式风轮叶片，其特征在于，所述金属盘具有厚度并设有内齿，所述金属盘的内齿数量少于设有该金属盘的主梁端面的内槽数量，且所述金属盘的内齿与设有该金属盘的主梁端面的相邻两内槽之间的凸部对齐。

6.如权利要求1所述的风力发电机组分段式风轮叶片，其特征在于，所述主梁采用以碳纤维增强体与树脂为基体的复合材料制成。

7.一种用于权利要求1所述的风力发电机组分段式风轮叶片的装配方法，其特征在于，所述装配方法包括有如下步骤：

(1)对所述叶根段及所述各径向叶片内主梁的外齿与内槽的表面进行粗糙度处理；

(2)所述叶根段内主梁的连接段内插入相邻径向叶片内主梁的前置连接段，使所述叶根段内连接段的内槽与该相邻径向叶片的前置连接段的外齿相互咬合，并将所述径向叶片内主梁的前置连接段插接在相邻径向叶片内主梁的后置连接段内，使该前置连接段的外齿与该后置连接段的内槽相互咬合；

(3)对所述叶根段及所述各径向叶片内主梁的外齿与内槽的装配面之间进行粘合，粘合方式为手糊成型、干法成型或真空注塑成型；

(4)将所述法兰盘与所对接的所述螺栓通过螺母紧固结合；

(5)对所述叶根段及所述各径向叶片之间连接处的缝隙用外蒙皮进行包合。

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