水平轴风力发电机组叶片段间连接结构制造技术

一种水平轴风力发电机组复合材料叶片的段间连接结构，尤其是针对布置有外置纵向梁的叶片分段情况，引入段间连接法兰盘的方案解决了段间连接问题，实现了叶片截面平滑过渡和力的传递。针对互连的叶片片段之壳体是夹层结构的特征，利用特制的连接螺栓柄和壳体的“回”字夹心管四壁胶接连接；针对外置拉杆承受拉伸载荷的特征，设计使用内锥体金属接头实现外置拉杆和法兰盘的可靠连接。特制连接螺栓的螺栓柄和螺栓柱之间构造有足够大的螺栓连接配合面，使得连接螺栓施加预紧力后，螺栓柄和“回”字夹心管之间的胶接面不负担这个预紧力。这些技术方案使得这种叶片的连接简单、经济、可靠。叶片的分段和有效的段间连接，大型叶片的运输不成问题。

Connecting structure between blade segments of horizontal axis wind turbine generator set

A connecting structure of a horizontal axis wind turbine blades composite section, especially for the layout of a blade external longitudinal beam segment, introducing the connection between the flange resolved the link between the transfer to achieve a smooth transition and the force of blade section. The blade is the shell fragment interconnection characteristics of sandwich structure, using a special connecting bolt handle and the shell of the word \return\ sandwich canal walls of the adhesive joint; according to the characteristics of external rod under tensile load, designed using the inner cone metal joint connection rod and external flange. A large enough bolt connection with the surface structure between the bolt handle and bolt connecting bolts, the preload bolt, the bolt handle and the \return\ between the word sandwich tube adhesive surface do not bear this preload. The technical scheme enables the connection of the blades to be simple, economical and reliable. The segmentation of the blade and the effective connection between segments are not a problem for the transport of large blades.

【技术实现步骤摘要】
水平轴风力发电机组叶片段间连接结构所属
:本专利技术涉及一种水平轴风力发电机组复合材料叶片的段间连接结构，这种叶片的气动功能部分和承载结构部分相互分离设计，特征是在叶片的气动翼型型面的前侧、或者前后两侧面布置有外置纵向梁的情况，并保持气动翼型和外置梁之间足够气动净空距离的分段式叶片。本专利技术提出适用于这种结构的分段式叶片的段间连接方式和连接结构。本专利技术属于水平轴风力发电机组复合材料叶片
。
技术介绍
:兆瓦级以上大型水平轴风力发电机组复合材料叶片，悬臂安装承受风力弯曲载荷，叶片长度在40m-80m水平，无论从运输的角度考虑，还是叶片自身工艺或结构的需要，出现了分段组装式叶片。这必然涉及到叶片的段间连接的关键技术。连接结构设计的质量水平和制造成本都决定了叶片的可靠性、寿命、经济性。传统叶片，由于承载结构束缚在叶片气动轮廓外形的内部，基本上都是主梁加蒙皮的结构形式，因此分段叶片连接的原理和方法也限于梁的连接方法，不予展开讲述。本专利技术涉及的主要是针对专利申请:ZL201210207846.3 “一种水平轴风力发电机叶片及其成型方法和设备”所提及的一类新结构的叶片，其气动功能和承载结构分离设计，承载结构突破气动外形的限制，设置了外部承载梁，或者说承载拉杆。这种结构，如附图图一示意，叶片连接部位的承力方式和传统叶片完全不同。外部承载拉杆永远承受纵向的拉伸载荷，叶片气动翼型部分承受弯曲载荷和纵向的压缩应力的合成载荷，段间连接法兰承受了压缩了、扭转力、弯曲力等复杂受力，于是，诞生了针对这种结构的特有的连接方法和连接结构。
技术实现思路
:本专利技术的目的是针对上述新型叶片，实现一种简洁的、轻质的、廉价的、可靠的连接结构，从而实现这种分段组合的叶片产品的产业化使用。如果没有有效的段间连接技术，叶片分段肯定是空想。然而，纤维复合材料的叶片，最薄弱最复杂的，不是材料或结构的主体部分，而是连接部分。叶片片段好比人的躯干，连接部分好比人体的关节，关节结构要复杂得多。因此，分段叶片的连接结构非常重要。本专利技术针对叶片的分段特征，尤其是不同段采用不同截面的拉挤制品特征，再结合外部纵向承载梁承受拉伸应力的特点。本专利技术给出了不同连接部位不同结构的优选案例。首先,针对截面轮廓较大的气动翼型的主体部分连接(例如:截面宽度尺寸达到3米，厚度达到I米)，由于是连接两个可能是不同截面的叶片片段，自然会想到一个回转锥体曲面的过渡连接段。但进一步分析知道，这种连接过渡结构，如果为了可靠做的太厚实，就不经济，而且重量太大，还造成附加的叶片旋转时的离心力的存在；如果设计单薄了，又难以做到高可靠，复杂的受力和结构失稳将威胁叶片的安全运行。而且加工工艺复杂。考虑到相互连接的两段叶片都是拉挤成型的等截面的情况，以及叶片壳体必须是有足够厚度的夹层结构的事实。本专利技术提出了段间设置一个截面过渡用的连接法兰盘概念。该法兰盘当然要传递应力，包括局部的拉、压、弯、剪、扭转应力。其次，针对截面轮廓细小的外置纵向拉伸梁的连接(例如截面直径5厘米的拉杆)，由于其连接部位核心的应力就是拉伸应力，受力相对简单。但是，这种分段结构的叶片，安全绳几乎就系在这个拉杆上。一旦拉杆接头失效断裂，叶片的承载结构奔溃，叶片瞬时就会折断。这种对可靠性的要求，自然包括了极限静力载荷的承载能力，还包括了疲劳载荷的可靠性设计。于是，一种针对拉杆杆端接头的超级简单和有效的结构诞生了，那就是一种锥体结构。这种结构针对纤维复合材料特别有效(例如木材这种特殊的纤维复合材料)，这种结构在木工结构中有见使用。上述两处的连接都涉及一个连接法兰，于是，这两处的连接法兰可融合为一体，称为法兰盘。当然，法兰盘可以是装配式的，也可以是一个单体，起着传递载荷、分配载荷、均化载荷作用。并且，这个法兰盘起到一个提供外置拉杆着力点、以及保障气动型面和外置拉杆之间净空距离的作用。法兰盘的设置，一举三得。下面结合附图阐述本专利技术涉及的分段叶片的段间连接结构的具体实施例。【附图说明】:图1是一个气动功能和承载结构分离的新型叶片的结构组成图图2A是一个平板法兰盘构筑段间连接结构轴剖面图图2B是一个U型缘连接法兰盘构筑段间连接结构轴剖面图图3A是一平板式连接法兰盘部件图3B是一 U型缘连接法兰盘部件图4A示意连接对象-叶片壳体的夹层结构示意图图4B是壳体连接实施方案一:螺栓柄内植壳体夹层后胶接图4C是壳体连接实施方案二:螺栓柄内植壳体夹层并延伸到壳体内外表后胶接图4D是壳体连接实施方案三:螺栓柄埋置在分段叶片壳体的外周图5A是外置拉杆连接实施方案一:锥形接头结构图5B是外置拉杆连接实施方案二:连接件埋置在拉杆的外周图1中，1-气动翼型、2-外置拉杆、3-段间连接法兰、4-桁架段、5-对接轮毂法兰、L-桁架段长度、Lc-气动净空距离、T-翼型厚度。图2A中，20-导流罩、21-平板式连接法兰盘、22-叶尖侧PS面拉杆接头、23-叶根侧PS面拉杆接头、24-叶尖侧SS面拉杆接头、25-叶根侧SS面拉杆接头、26-叶尖侧叶片片段壳体、27-叶根侧叶片片段壳体、28-拉杆接头螺栓付、29-壳体连接螺栓付。图2B中，20-导流罩、21-U型缘连接法兰盘、22-叶尖侧PS面拉杆接头、23-叶根侧PS面拉杆接头、24-叶尖侧SS面拉杆接头、25-叶根侧SS面拉杆接头、26-叶尖侧叶片片段壳体、27-叶根侧叶片片段壳体、28-拉杆连接螺栓付、29-壳体连接螺栓付。图3A中，211-右侧叶片片段螺栓孔、212-左侧叶片片段螺栓孔、213-右侧拉杆螺栓孔、212-左侧拉杆螺栓孔，XX-右剖视图。图3B中，211-右侧叶片片段螺栓孔、212-左侧叶片片段螺栓孔、213-右侧拉杆螺栓孔、212-左侧拉杆螺栓孔，YY-右剖视图。图4A中，1-气动翼型(叶片片段)、261_壳体外蒙皮、262-壳体内蒙皮、263-壳体蒙皮间空腔。图4B中，21-连接法兰盘、261-壳体外蒙皮、262-壳体内蒙皮、263-壳体蒙皮间空腔、264-蒙皮内胶接面层、291-螺栓连接配合面、292-螺栓柄、293-螺栓柱、294-垫片、295-螺母。图4C中，21-连接法兰盘、261-壳体外蒙皮、262-壳体内蒙皮、263-壳体蒙皮间空腔、264-蒙皮内胶接面层、265-蒙皮外胶接面层、291-螺栓连接配合面、292-螺栓柄、293-螺栓柱、294-垫片、295-螺母。图4D中，21-连接法兰盘、261-壳体外蒙皮、262-壳体内蒙皮、263-壳体蒙皮间空腔、266-纤维复合材料积层增强、291-螺栓连接配合面、292-螺栓柄、293-螺栓柱、294-垫片、295-螺母。图5A中，28-拉杆连接螺栓付、251-拉杆、252-内锥体金属接头、2511-拉杆组元、2522-拉杆组元间填充基材、Lmin-胶接面长度。图5B中，28-拉杆连接螺栓付、251-拉杆、253-金属接头、2513-纤维复合材料外部积层增强、2514-纤维复合材料内部积层增强、Lmax-胶接面长度。图一示意出这种分段组合的叶片结构。在分段叶片气动翼型I之叶片的气动压力面(PS面)外侧和气动吸附面(SS面)外侧各有一外置拉杆2，图示案例的叶片复合材料片段划分为三个自然段。叶片分断处涉及到叶片的气动翼型I的分断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水平轴风力发电机组用复合材料分段叶片的段间连接结构，尤其是拉挤成型的具有恒定横截面的、气动翼型外部设置有纵向拉杆结构的分段式叶片的段间连接结构，该连接结构包括气动翼型(1)主体部分的连接结构和外置纵向拉杆(2)的连接结构两个组成部分，该连接结构包括过渡接头、连接螺栓、法兰盘、导流罩等结构件，其特征在于：互连的两段叶片之间有一个起过渡作用的连接法兰盘(21)，连接法兰盘(21)同时连接气动翼型(1)以及外置纵向拉杆(2)两个连接部位。

【技术特征摘要】
1.一种水平轴风力发电机组用复合材料分段叶片的段间连接结构，尤其是拉挤成型的具有恒定横截面的、气动翼型外部设置有纵向拉杆结构的分段式叶片的段间连接结构，该连接结构包括气动翼型(I)主体部分的连接结构和外置纵向拉杆(2)的连接结构两个组成部分，该连接结构包括过渡接头、连接螺栓、法兰盘、导流罩等结构件，其特征在于:互连的两段叶片之间有一个起过渡作用的连接法兰盘(21)，连接法兰盘(21)同时连接气动翼型(I)以及外置纵向拉杆(2)两个连接部位。2.根据权利要求1所述的复合材料叶片的段间连接结构，针对气动翼型(I)的段间连接，其特征在于:连接法兰盘(21)两侧的叶片片段气动翼型的轮廓尺寸差异悬殊时，两侧的壳体连接螺栓付(29)在径向空间上相互错开，连接法兰盘(21)是一块平板式连接法兰盘。3.根据权利要求1所述的复合材料叶片的段间连接结构，针对气动翼型(I)的段间连接，其特征在于:连接法兰盘(21)两侧的叶片片段气动翼型的轮廓尺寸相近时，两侧的壳体连接螺栓付(29)在径向空间上位置接近重叠，连接法兰盘(21)是一块U型缘连接法兰盘。4.根据权利要求1所述的复合材料叶片的段间连接结构，针对气动翼型(I)的段间连接，其特征在于:对应于叶片气动翼型(I)的壳体的连接，壳体连接螺栓付(29)的布置沿壳体横截面的外周轮廓线布置，螺栓付数量和间距根据不同的设计取值。5.根据权利要求1所述的复合材料叶片的段间连接结构，针对气动翼型(I)的段间连接，其特征在于:叶片气动翼型(I)的壳体是具有夹层结构的壳体，壳体连接螺栓付(29)的螺栓柄部植入壳体的夹层结构“回”字夹心管中间，四壁面配合，胶接连接；或者壳体连接螺栓付(29)的螺栓柄部同时植入壳体的夹层结构中间并延伸到蒙皮外部，壁面配合，胶接连接。6.根据权利要求1和5所述的复合材料叶片的段间连接结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张向增，
申请(专利权)人：张向增，
类型：发明
国别省市：