分段式风力发电叶片连接结构和连接方法与流程

本发明涉及分段式风力发电叶片，特别是与分段式风力发电叶片的连接结构和连接方法有关。

背景技术：

随着环境污染问题的日益严重，清洁能源的发展越来越受到重视。风电作为重要的清洁能源，其开发利用也日益受到重视。由于低风速和大功率风力发电机的发展，要求叶片的尺寸不断增加，叶片尺寸的增加是捕获更多风能提高风机发电效率重要手段，因此，大型叶片的设计和制造是风电技术发展的一个趋势。然而由于风场分布广泛、地处偏远、交通不便，大型风机叶片的运输难度大、成本高。在这种情况下，将大型叶片在工厂分段制造，然后分段运输到风场，然后再组装连接成整体成为解决以上问题的有效手段，其中分段叶片的组装连接是其中的关键技术。

现有技术中，分段叶片的连接主要有三种类型：一种是机械连接，即通过螺栓、铆钉、中间转接法兰等进行连接；一种是通过灌注或手糊的方法进行连接；另一种是胶结，即通过结构胶进行粘接连接。一般分段叶片之间的连接通过其中的一种或多种方式进行连接。机械连接具有操作方便，受环境要求影响较小，可以拆卸，出现故障以后可以分段更换，但缺点是增加了金属件的重量，局部刚度可能会有较大变化容易引起应力集中，而且会降低叶片工作效率。灌注和胶结连接的优点是结构轻、抗疲劳、密封、减震及绝缘性好。其缺点是操作环境要求相对较高，连接性能受环境(湿，热，腐蚀介质)影响较大，而且连接后不可拆卸。

目前国内外采用螺栓连接的专利主要有：

1、中科院工程热物理研究所(一种风力机分段叶片及其装配方法，申请号/专利号：201110156422.4，发明设计人：秦志文；赵晓路；杨科；徐宇； 黄宬武)通过在分段叶片的连接端预埋螺栓套，然后使用双头反向螺栓进行连接。

2、国电联合动力技术有限公司(一种分段式风机叶片，申请号/专利号：201220038154.6，发明设计人：白宏伟；代海涛；秦明；张林中；刘伟超；闫文娟；赵静)通过在分段叶片的连接端打孔然后采用T型螺栓连接。

专利1中通过双头反向螺栓连接，分段叶片在连接的时候需要所有的双头螺栓同步拧紧，在拧紧螺栓的时候需逐次扳动双向反向螺栓，每个螺栓每次只能前进很短的距离，因此操作起来不方便。专利2中通过T型螺栓连接，需要打轴向孔和径向孔，打孔不但增加了工作量而且容易造成应力集中。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的为提供一种可以避免轴向打孔、不需要每个螺栓同时拧紧从而提高强度和装配效率的分段式风力发电叶片连接结构和连接方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分段式风力发电叶片连接结构，用于连接分段式风力发电叶片，所述叶片包括两段以上叶片段，所述连接结构包括多个双头螺栓和多个螺母以及多对成对设置的螺栓套，其中，每对所述螺栓套中一螺栓套预置于一叶片段中，则另一螺栓套预置于另一叶片段中，且每对所述螺栓套中一螺栓套无螺纹，另一螺栓套具有螺纹，在对应所述无螺纹的螺栓套的所述叶片段上预设有安装孔，在连接所述两叶片段时，任一所述双头螺栓穿过所述无螺纹的螺栓套上的光孔，并与所述具有螺纹的螺栓套的螺纹配合连接，所述双头螺栓的另一螺纹部露出于所述安装孔中，并于所述安装孔中通过螺母拧紧所述双头螺栓。

在一可选的实施例中，所述两叶片段上的所述无螺纹的螺栓套和所述具有螺纹的螺栓套交错设置。

在一可选的实施例中，所述两叶片段之间还夹设有金属法兰，所述金属法兰与避雷线相连。

在一可选的实施例中，所述安装孔为盲孔。

在一可选的实施例中，所述螺栓套外周面为凸凹相间的结构。

为实现上述目的，本发明还提供如下的技术方案：

一种分段式风力发电叶片连接方法，用于连接分段式风力发电叶片，所述叶片包括两段以上叶片段，所述连接方法包括如下步骤：

在任意两相连的叶片段上预置多对螺栓套，其中，每对所述螺栓套中一螺栓套预置于一叶片段中，则另一螺栓套预置于另一叶片段中，且每对所述螺栓套中一螺栓套无螺纹，另一螺栓套具有螺纹；

在对应所述无螺纹的螺栓套的所述叶片段上预设有安装孔；

在连接所述两叶片段时，使用多个双头螺栓，且任一所述双头螺栓穿过所述无螺纹的螺栓套上的光孔，并与所述具有螺纹的螺栓套的螺纹配合连接；

所述双头螺栓的另一螺纹部露出于所述安装孔中，于所述安装孔中通过螺母拧紧所述双头螺栓，从而使所述两叶片段相连。

在一可选的实施例中，所述两叶片段上的所述无螺纹的螺栓套和所述具有螺纹的螺栓套交错设置。

在一可选的实施例中，在将所述具有螺纹的螺栓套预置于所述叶片段中时包括如下步骤：

加工套装孔；

将所述具有螺纹的螺栓套设置于所述套装孔中；

将定位工装抵靠所述具有螺纹的螺栓套的外侧端面；

将定位螺栓穿过所述定位工装和所述具有螺纹的螺栓套，并与所述具有螺纹的螺栓套的内螺纹配合连接，并通过所述定位工装对所述具有螺纹的螺栓套施以一定预紧力；

向所述具有螺纹的螺栓套灌注树脂并固化；

取出所述定位螺栓和定位工装。

在一可选的实施例中，在将所述无螺纹的螺栓套预置于所述叶片段中时包括如下步骤：

加工套装孔和所述安装孔，所述套装孔和所述安装孔连通；

在所述安装孔中设置安装座，所述安装座对应所述套装孔的一面为平面，且该平面上加工有螺纹盲孔；

在所述平面上抵靠密封圈；

将所述无螺纹的螺栓套设置于所述套装孔中，且所述螺栓套的内侧端面 抵靠所述密封圈；

将定位工装抵靠所述无螺纹的螺栓套的外侧端面；

将定位螺栓穿过所述定位工装、所述无螺纹的螺栓套和所述密封圈，并与所述螺纹盲孔配合连接，所述定位螺栓将所述定位工装、所述无螺纹的螺栓套和所述密封圈夹靠于所述安装座与所述定位螺栓的螺栓头之间，并施以一定预紧力；

向所述无螺纹的螺栓套灌注树脂并固化；

取出所述定位螺栓、定位工装、安装座和密封圈。

在一可选的实施例中，所述螺栓套在设置于所述套装孔中之前进行喷砂处理。

本发明的有益效果在于，本发明与现有技术相比，本发明无需在叶片段上进行轴向打孔，因此可提高强度，而且在进行连接操作时，无需每个螺栓同时进行拧紧操作，因此操作简单方便、效率高，另外本发明不会额外增加叶片重量，从而避免影响叶片工作效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例的使用状态剖视示意图；

图2为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例的整体结构示意图；

图3为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例的个体立体结构示意图；

图4为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例的个体平面结构示意图；

图5为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例的个体剖视结构示意图；

图6为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例中的第一螺栓套的平面结构示意图；

图7为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例中的第一螺栓套 的剖视结构示意图；

图8为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例中的第二螺栓套的平面结构示意图；

图9为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例中的第二螺栓套的剖视结构示意图；

图10为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例中的双头螺栓的立体结构示意图；

图11为本发明的分段式风力发电叶片连接结构一实施例中的金属法兰的平面结构示意图；

图12为本发明的分段式风力发电叶片连接方法一实施例中的第二螺栓套的预置操作结构示意图；

图13为本发明的分段式风力发电叶片连接方法一实施例中的安装座结构示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

本发明的分段式风力发电叶片连接结构用于连接分段式风力发电叶片，以使叶片形成整体结构。如图1和图2所示，本实施例中，用于连接的两叶片段分别定义为第一叶片段1和第二叶片段2，如图中所示，第一叶片段1和第二叶片段2左右并排设置。

本实施例中，如图3、图4和图5所示，连接结构包括多个第一螺栓套4、第二螺栓套5、双头螺栓6、螺母7、垫片8和金属法兰9。其中，第一螺栓套4和第二螺栓套5为成对设置，即一个第一螺栓套4对应一个第二螺栓套5。为提高第一叶片段1和第二叶片2之间的连接强度，需要设置多对螺栓套4和5，而且每个第一螺栓套4和第二螺栓套5均采用预置的方式固定设置于第一叶片段1和第二叶片段2中。另外，本实施例中，第一螺栓套4和第二螺栓套5采用交错设置的方式，即在第一叶片段1上，一个第一螺栓套4的两侧均为第二螺栓套5，对应地在第二叶片段2上，一个第二螺栓套5的两 侧均为第一螺栓套4。

本实施例中，第一螺栓套4的结构如图6和图7所示，其外周面上间隔设置有凸部41和凹部42，以增强其与第一叶片段1和第二叶片段2之间的连接强度。第一螺栓套4的内侧设置有孔40，孔40的底部加工有内螺纹43。第二螺栓套5的结构如图8和图9所示，其外周面上间隔设置有凸部51和凹部52，以增强其与第一叶片段1和第二叶片段2之间的连接强度。第二螺栓套5的内侧设置有孔50，该孔50为光孔。

本实施例中，双头螺栓6的结构如图10所示，包括有第一螺纹部61、第二螺纹部62、第一锥部63、第二锥部64和光杆部65。其中，第一螺纹部61和第二螺纹部62分别位于双头螺栓6的两端；光杆部65位于双头螺纹6的中部，且光杆部65的外径小于第一螺纹部61和第二螺纹部62的外径；第一锥部63连接于第一螺纹部61与光杆部65之间，具有一定锥度；第二锥部64连接于第二螺纹部62与光杆部65之间，也具有一定锥度。本实施例中，第二螺纹部62用于与第一螺栓套4中的内螺纹43配合连接，第一螺纹部61用于与螺母7配合连接。为提高互换性，双头螺栓6可设置为左右对称结构，也就是说第一螺纹部61与第二螺纹部62相同，第一锥部63与第二锥部64相同，方便进行装配操作。

本实施例中，金属法兰9的结构如图11所示，法兰本体90为片状，外形结构比照第一叶片段1和第二叶片段2，法兰本体90上加工有多个通孔91，以穿过双头螺栓6。另外，在法兰本体90上还设置有一个通孔92，以连接避雷线。

本实施例中，连接结构的使用参考图1-图5所示。先将第一螺栓套4和第二螺栓套5以交错设置的方式预置于第一叶片段1和第二叶片段2中，并在第一叶片段1和第二叶片段2上对应第二螺栓套5的位置上开设安装孔10，该安装孔10为盲孔，其尺寸应该与所采用的螺母7和双头螺栓6的长度相适应并预留拧紧螺母7时所采用套筒等工具的空间。在连接第一叶片段1和第二叶片段2时，将双头螺栓6穿过第一螺栓套4上的孔40，并与内螺纹43配合连接，多个双头螺栓6连接完毕后，穿过金属法兰9上的通孔91，使得金属法兰9靠于第一叶片段1或第二叶片段2上，然后对齐第一叶片段1和第二叶片段2，使得双头螺栓6对应插入第二螺栓套5内，并最终穿过第二 螺栓套5的光孔50外露于安装孔10，将垫片8套装于双头螺栓6上，最后再通过安装孔10将螺母7套入双头螺栓6，使用工具将螺母7拧紧，多个螺母7与双头螺栓6的配合依次操作即可，直至全部完成。

本实施例中，为提高连接强度，垫片8可采用弹性垫片。另外，为方便对螺母7进行操作，螺母7可采用六角螺母。但实际上，垫片8和螺母7并不以该种形式为限。

另外，本发明还提供了一种分段式风力发电叶片连接方法，用于连接分段式风力发电叶片，所述叶片包括两段以上叶片段，本实施例中的连接方法包括如下步骤：

在任意两相连的叶片段上预置多对螺栓套，其中，每对所述螺栓套中一螺栓套预置于一叶片段中，则另一螺栓套预置于另一叶片段中，且每对所述螺栓套中一螺栓套无螺纹，另一螺栓套具有螺纹。

在对应所述无螺纹的螺栓套的所述叶片段上预设有安装孔。

在连接所述两叶片段时，使用多个双头螺栓，且任一所述双头螺栓穿过所述无螺纹的螺栓套上的光孔，并与所述具有螺纹的螺栓套的螺纹配合连接。

所述双头螺栓的另一螺纹部露出于所述安装孔中，于所述安装孔中通过螺母拧紧所述双头螺栓，从而使所述两叶片段相连。

本实施例中，所述两叶片段上的所述无螺纹的螺栓套和所述具有螺纹的螺栓套交错设置，以减小应力集中程度，增强安全性。

本实施例中，在将所述具有螺纹的螺栓套预置于所述叶片段中时包括如下步骤：

加工套装孔。

将所述具有螺纹的螺栓套设置于所述套装孔中。

将定位工装抵靠所述具有螺纹的螺栓套的外侧端面。

将定位螺栓穿过所述定位工装和所述具有螺纹的螺栓套，并与所述具有螺纹的螺栓套的内螺纹配合连接，并通过所述定位工装对所述具有螺纹的螺栓套施以一定预紧力。

向所述具有螺纹的螺栓套灌注树脂并固化。

取出所述定位螺栓和定位工装。

本实施例中，如图12和图13所示，在将所述无螺纹的螺栓套105预置 于所述叶片段101中时包括如下步骤：

加工套装孔和所述安装孔，所述套装孔和所述安装孔连通。

在所述安装孔中设置安装座103，所述安装座103对应所述套装孔的一面为平面，且该平面上加工有螺纹盲孔104。安装座103的尺寸与定位螺栓102的螺纹相匹配，同时为了方便安装座103拆卸，将其设置为楔形六面体，其底面面积比上面的面积稍小，与螺栓套105相邻的一面为直面，另外三个面为斜面。安装座103的功能包括保证预留安装孔的尺寸和定位螺栓套105，安装座103与螺栓套105之间设有密封圈107，防止灌注的时候进胶，并且安装座103需要打脱模剂方便拆卸。

在所述平面上抵靠密封圈107。

将所述无螺纹的螺栓套105设置于所述套装孔中，且所述螺栓套105的内侧端面抵靠所述密封圈107。

将定位工装106抵靠所述无螺纹的螺栓套105的外侧端面。

将定位螺栓102穿过所述定位工装106、所述无螺纹的螺栓套105和所述密封圈107，并与所述螺纹盲孔104配合连接，所述定位螺栓102将所述定位工装106、所述无螺纹的螺栓套105和所述密封圈107夹靠于所述安装座103与所述定位螺栓102的螺栓头108之间，并施以一定预紧力。

向所述无螺纹的螺栓套105灌注树脂并固化。

取出所述定位螺栓102、定位工装109、安装座103和密封圈107。

本实施例中，有无螺纹的所述螺栓套在设置于所述套装孔中之前均进行喷砂处理，还可以在所述螺栓套的凹槽内缠纱，纱线要填满凹槽并且均匀。

与现有最好技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明针对分段叶片的连接问题，避免采用双头反向螺栓，而双头反向螺栓连接需要逐次扳动并且每次螺栓前进距离微小，因此本发明可大幅提高了连接效率。

2、本发明无需打孔，减小了工序，避免了打孔造成的应力损失。

本发明的技术方案已由可选实施例揭示如上。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权利要求的保护范围之内。