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CN102635514A - 一种大型风电机组分段式叶片及其连接方法 - Google Patents

一种大型风电机组分段式叶片及其连接方法 Download PDF

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CN102635514A CN2012101353054A CN201210135305A CN102635514A CN 102635514 A CN102635514 A CN 102635514A CN 2012101353054 A CN2012101353054 A CN 2012101353054A CN 201210135305 A CN201210135305 A CN 201210135305A CN 102635514 A CN102635514 A CN 102635514A
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施文江
郭靖
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Guodian United Power Technology Co Ltd
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Guodian United Power Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种大型风电机组分段式叶片及其连接方法：将叶片设计成两段，在每段的接头的叶片壳体中预埋有螺纹钢，同时螺纹钢露出部分长度，两段叶片接头端的螺纹钢需保证一一对应的搭接位置；当叶片分段运至整机安装现场后，利用工装将两段叶片调整成理想相对位置，然后将两段叶片对应的螺纹钢搭接焊接在一起；然后利用预制好的叶片内模板和其它与叶片母材相同的材料进行现场糊制，将分段式叶片连接起来，再利用一段叶片外形阴模完成叶片最后的气动外形的成型，最后完成固化、拆除阴模、修整和涂漆工序。本发明采用螺纹钢搭接焊接结构连接，工艺都相对比较简单，无机加工件，成本低，但连接强度高，可解决超长叶片的加工制造和运输的困难。

Description

一种大型风电机组分段式叶片及其连接方法
技术领域
本发明涉及大型风电机组领域，具体地，涉及一种大型风电机组分段式叶片及其连接方法。
背景技术
随着水平轴风电机组功率的增大，其叶片长度将变得越来越长。目前6MW的风电机组已问世，7MW至12MW的风机也在研发中。这些机组的叶片长度范围将在65m-110m之间。如此长度的叶片将对叶片的制造加工以及运输带来极大的困难。为解决这些超长叶片的加工制造和运输困难，将叶片设计成分段式结构，这无疑是一种可取的方法。叶片可以以分段形式运至安装现场，在现场完成叶片的对接后，再进行与主机的安装。这就很大程度上解决了超长叶片的加工制造和运输的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种大型风电机组分段式叶片，可解决超长叶片的加工制造和运输的困难。
本发明的另一目的在于提供一种大型风电机组分段式叶片的连接方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种大型风电机组分段式叶片，叶片制成两段：叶根段与叶尖段，在每段的接头的叶片壳体中预埋有螺纹钢，同时螺纹钢露出部分长度；每段的接头部位通过螺纹钢搭接焊接结构连接；且在螺纹钢搭接焊接结构周围采用与叶片相同的材料分别将叶根段与叶尖段连接起来。
进一步地，在所述每段的接头的叶片壳体中，承载较小的叶片前缘和后缘区域预埋直径较小、且布置相对较稀的螺纹钢，承载较大的叶片中部区域预埋直径较大、且布置相对较密的螺纹钢。
进一步地，所述分段式叶片在埋入螺纹钢的接头区域的壳体厚度比整体式叶片厚度厚，增加厚度的方向为叶片壳体的内侧，且加厚区域与正常厚度区域之间有一个平滑过渡区。
进一步地，在所述螺纹钢搭接焊接结构的区域内侧由内至外依次设置有叶片内模板、内蒙皮；外侧设置有外蒙皮；内蒙皮与外蒙皮之间的螺纹钢搭接焊接结构外围设置有与叶片母材相同的材料；所述叶片内模板的轴向长度比接头长度略长。
进一步地，所述大型风电机组为水平轴风电机组，叶片为玻璃钢叶片。
一种大型风电机组分段式叶片的连接方法，包括如下步骤：
（1）工厂预制分段式叶片：
将叶片设计成两段，在每段的接头的叶片壳体中预埋有螺纹钢，同时螺纹钢露出部分长度，两段叶片接头端的螺纹钢需保证一一对应的搭接位置；
（2）安装现场叶片连接：
当叶片分段运至整机安装现场后，利用工装将两段叶片调整成理想相对位置，然后将两段叶片对应的螺纹钢搭接焊接在一起；
（3）安装现场叶片整体连接成型：
利用预制好的叶片内模板和其它叶片母材进行现场糊制，将分段式叶片连接起来，再利用一段叶片外形阴模完成叶片最后的气动外形的成型，最后完成固化、拆除阴模、修整和涂漆工序。
进一步地，所述步骤（1）中螺纹钢的埋入方法为：在接头的每侧各利用一个用来为螺纹钢定位的模具进行螺纹钢定位，然后再将螺纹钢直接埋入。
进一步地，所述步骤（1）中两段叶片的接头端部的外轮廓比成形后的外轮廓略小，并在一定的长度范围内过渡到成形后的轮廓。
进一步地，所述步骤（2）中的工装为三个支架，分别支撑接头端、叶根端和叶尖端，用以调整叶片位置。
进一步地，所述步骤（3）中的叶片外形阴模的轴向长度比接头长度略长。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明的分段式叶片的接头的主要承载的元件为螺纹钢搭接焊接结构，强度高，且成本低，施工方便，可解决超长叶片的加工制造和运输的困难。
2、螺纹钢的一端埋入叶片壳体的内，由于螺纹钢表面带有类似螺纹的槽，无需使用专门的螺栓、螺母便可与叶片母材牢固地结合在一起。
3、叶片的母材无需为螺纹钢的埋入钻孔。每个接头端部只需有一个简单的定位模具即可实现螺纹钢的定位，然后将螺纹钢埋入即可。
4、本发明所含的叶片端部的工厂制造以及现场的对接工艺都相对比较简单，无机加工件，成本低，但连接可靠。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明大型风电机组分段式叶片的接头基本视图；
图2为图1中的A-A剖面图；
图3为图2中的Ⅰ处局部放大图；
图4为图3中的B—B剖面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种大型风电机组分段式叶片，叶片制成两段：叶根段与叶尖段两段，如图1-图4所示。在叶尖段的接头的叶片壳体中预埋有一组螺纹钢1a,在叶根段的接头的叶片壳体中预埋有一组螺纹钢1b，同时螺纹钢1a、1b露出部分长度；每段的接头部位通过螺纹钢1a、1b搭接焊接结构连接，焊缝为2；螺纹钢1a、1b搭接焊接结构的区域内侧由内至外依次设置有叶片内模板3、内蒙皮4；外侧设置有外蒙皮5；内蒙皮4与外蒙皮5之间的螺纹钢搭接焊接结构外围设置有与叶片母材相同的材料6。
其中大型风电机组为水平轴风电机组，叶片为玻璃钢叶片。
本发明的一种大型风电机组分段式叶片的连接方法，包括如下步骤：
（1）工厂预制分段式叶片：
将叶片设计成两段，在每段的接头的叶片壳体中预埋有螺纹钢，同时螺纹钢露出部分长度，两段叶片接头端的螺纹钢需保证一一对应的搭接位置（两两并排靠紧）；
（2）安装现场叶片连接：
当叶片分段运至整机安装现场后，利用工装将两段叶片调整成理想相对位置，然后将两段叶片对应的螺纹钢搭接焊接在一起；
（3）安装现场叶片整体连接成型：
利用预制好的叶片内模板和其它叶片母材进行现场糊制，将分段式叶片连接起来，再利用一段叶片外形阴模完成叶片最后的气动外形的成型，最后完成固化、拆除阴模、修整和涂漆工序。
在接头具体的设计和工艺方面要注意以下几点：
1、根据叶片接头部位叶片所受的各种最大载荷确定接头中所有螺纹钢的直径、数量和布置方式，同时还需对接头进行疲劳强度的校核。如，在叶片壳体中部的主要承载区域可埋入直径较大、且布置相对较密的螺纹钢，在前缘和后缘等承载较小的区域可用直径较小、且布置相对较稀的螺纹钢。(如图1-3所示)
2、螺纹钢应有足够的埋入深度，以保证埋入侧的叶片玻璃钢本体部分有足够的强度。螺纹钢的露出部分有足够的长度，以保证足够的焊缝长度，保证焊接强度。
3、叶片在埋入螺纹钢的区域的壳体厚度应比整体式叶片厚度要略厚一些，加厚方向为叶片壳体内侧方向。在加厚区域正常厚度区域之间应有一个平滑过渡区，以保证叶片母材的强度。
4、在螺纹钢埋入作业时，接头的每侧可各利用一个用来为螺纹钢定位的模具，可以方便地保证螺纹钢的准确位置，以保证顺利焊接。
5、两段叶片预制的接头端部的外轮廓7应比成形后的外轮廓略小一些，并在一定的长度范围内过渡到成形后的轮廓，以便增强接头的外蒙皮的结合强度（如图4所示）。
6、在现场作业时应用一个预制好的玻璃钢叶片内模板，其轴向长度比接头长度略长，以方便作业。在现场应有一段叶片外形的阴模，其轴向长度比接头长度略长，以保证现场作业后接头区域的气动外形。
7、在现场应有三个支架分别支撑接头端、叶根端和叶尖端，用以调整叶片位置，保证叶片连接后的准确外形。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大型风电机组分段式叶片，其特征在于，叶片制成两段：叶根段与叶尖段，在每段的接头的叶片壳体中预埋有螺纹钢，同时螺纹钢露出部分长度；每段的接头部位通过螺纹钢搭接焊接结构连接；
且在螺纹钢搭接焊接结构周围采用与叶片相同的材料分别将叶根段与叶尖段连接起来。
2.根据权利要求1所述的大型风电机组分段式叶片，其特征在于，在所述每段的接头的叶片壳体中，承载较小的叶片前缘和后缘区域预埋直径较小、且布置相对较稀的螺纹钢，承载较大的叶片中部区域预埋直径较大、且布置相对较密的螺纹钢。
3.根据权利要求1所述的大型风电机组分段式叶片，其特征在于，所述分段式叶片在埋入螺纹钢的接头区域的壳体厚度比整体式叶片厚度厚，增加厚度的方向为叶片壳体的内侧，且加厚区域与正常厚度区域之间有一个平滑过渡区。
4.根据权利要求1所述的大型风电机组分段式叶片，其特征在于，在所述螺纹钢搭接焊接结构的区域内侧由内至外依次设置有叶片内模板、内蒙皮；外侧设置有外蒙皮；内蒙皮与外蒙皮之间的螺纹钢搭接焊接结构外围设置有与叶片母材相同的材料；所述叶片内模板的轴向长度比接头长度略长。
5.根据权利要求1-4任一项所述的大型风电机组分段式叶片，其特征在于，所述大型风电机组为水平轴风电机组，叶片为玻璃钢叶片。
6.一种大型风电机组分段式叶片的连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）工厂预制分段式叶片：
将叶片设计成两段，在每段的接头的叶片壳体中预埋有螺纹钢，同时螺纹钢露出部分长度，两段叶片接头端的螺纹钢需保证一一对应的搭接位置；
（2）安装现场叶片连接：
当叶片分段运至整机安装现场后，利用工装将两段叶片调整成理想相对位置，然后将两段叶片对应的螺纹钢搭接焊接在一起；
（3）安装现场叶片整体连接成型：
利用预制好的叶片内模板和其它叶片母材进行现场糊制，将分段式叶片连接起来，再利用一段叶片外形阴模完成叶片最后的气动外形的成型，最后完成固化、拆除阴模、修整和涂漆工序。
7.根据权利要求6所述的大型风电机组分段式叶片的连接方法，其特征在于，所述步骤（1）中螺纹钢的埋入方法为：在接头的每侧各利用一个用来为螺纹钢定位的模具进行螺纹钢定位，然后再将螺纹钢直接埋入。
8.根据权利要求6所述的大型风电机组分段式叶片的连接方法，其特征在于，所述步骤（1）中两段叶片的接头端部的外轮廓比成形后的外轮廓略小，并在一定的长度范围内过渡到成形后的轮廓。
9.根据权利要求6所述的大型风电机组分段式叶片的连接方法，其特征在于，所述步骤（2）中的工装为三个支架，分别支撑接头端、叶根端和叶尖端，用以调整叶片位置。
10.根据权利要求6所述的大型风电机组分段式叶片的连接方法，其特征在于，所述步骤（3）中的叶片外形阴模的轴向长度比接头长度略长。
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