专利名称：一种u型加强装置连接的多段式风力机叶片及其装配方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机叶片，尤其涉及一种多段连接的叶片及其装配方法， 属于风力发电设备的零部件。
背景技术：
随着化石能源的减少，可再生能源变得越来越重要，将逐步成为未来能源结构中的主要力量，风能作为可再生能源的一分子具有开发成本较低，技术成熟，分布广泛等优点，成为近年来可再生能源发展的重点。随着技术的不断进步，风力机也逐步走向大型化， 其叶片长度也不断增加，而风资源丰富的地方往往是一些地势崎岖山脊或者海上，交通路况恶劣，运输叶片相当困难，而当叶片长度到达一定的范围，也是运输禁止的。因此风力机大型化受到运输条件的严重制约。
当前风力机叶片普遍采用纤维增强复合材料制造，而复合材料叶片生产对环境和工艺要求特别苛刻，很多风电场都处在近风沙严重或湿度、盐度很高的地方。在这种环境下，风力机叶片生产质量难以控制，而未来的超大型风力机叶片会使用到碳纤维，这种材料对工艺和环境更加敏感。在风电场附近建设叶片生产基地也存在地域上的局限性，并且会大幅增加制造成本。由此可见，当叶片长度到一定限度，传统整体叶片在生产、运输及安装过程中均存在诸多不足，因而，采用多段式叶片，在原有工厂生产，分段运输、现场组装是解决风力机大型化的有效方法。
多段式叶片在吊装前需要对各部件进行装配，形成一个气动外形连续、结构完整、 功能齐全的整体。现有的多段式叶片多采用T型螺栓或预埋螺栓来实现叶片结构的连接， 这种方式需要对连接截面的所有螺栓同时进行预埋或预制工艺成型和定位操作，这对叶片蒙皮成型工艺精度和几何定位要求相当苛刻，工艺上，必须要求不出现明显的结构变形；定位上，容许的偏差很小，只有这样才能保障连接件的精确配合，在装配时，该方式还存在操作空间狭小的问题，对现场操作的工人技术和装备水平要求都很高。因此，多段式风力机叶片本身的结构直接影响着其装配方法，有必要对现有的风力机多段式叶片的结构及其装配方法作出改进。发明内容
针对现有技术的上述缺点和不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种连接稳固、气动损失小及装配连接操作简单的风力机多段式叶片及其装配连接方法。
根据本发明的一方面，本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是
—种风力机多段连接叶片，包括至少两段叶片段，各叶片段之间使用U型加强装置依次顺序连接成一个叶片整体，所述叶片段采用复合材料铺层制造，其特征在于，各所述叶片段包括蒙皮主体及位于叶片段连接端部的若干个蒙皮向内垂直延伸段，在蒙皮主体和蒙皮垂直延伸段分别加工螺栓孔，
所述U型加强装置包括一 U型凹槽和左、右两翼板；
相邻两叶片段的蒙皮垂直延伸段穿设于多个U型加强装置的U型凹槽中，并通过多个螺栓贯通连接，相邻蒙皮垂直段在连接紧固时采用垫片密封；
相邻两叶片段的蒙皮主体分别与各所述U型加强装置的翼板螺栓连接。
优选地，各所述翼板与蒙皮主体采用沉头螺栓连接，U型凹槽与蒙皮垂直段采用多角螺栓优选六角螺栓连接。
优选地，所述沉头螺栓，其凸头埋在叶片蒙皮主体内，其螺杆朝向叶片内侧，采用螺母I紧固并用螺母II防松加固，防止叶片运行时发生连接松动。
优选地，所述多角螺栓，采用螺母III紧固并用螺母IV防松加固，其螺杆朝向近似与叶片轴线平行以保障载荷高效传递。
优选地，所述多角螺栓的螺杆上开有小孔，相邻两叶片段连接处，用导电性能良好的钢丝绳穿过各所述多角螺栓螺杆上的小孔，将所有多角螺栓串联起来，实现电流通路，并将钢丝绳的两端分别连接到相邻两叶片段的导电电缆上，防止雷击对叶片破坏。
优选地，各所述叶片段的蒙皮主体靠近连接部分其外表面具有一致的气体动力学外形，从而保证各叶片段连接后，风力机叶片整体具有良好的气体动力学特性。
优选地，在所述U型加强装置的各翼板端部各设一变厚度段，保证叶片刚度的平稳过渡，所述U型加强装置连接的蒙皮垂直延伸段结合面处使用密封胶条。
优选地，各所述蒙皮垂直延伸段的长度相等，厚度一致，即蒙皮垂直延伸段的向内长度相等，厚度一致。
优选地，所述U型加强装置采用单排或多排沉头螺栓、多角螺栓连接，U型加强装置在槽口外侧设有倒圆角，在槽口内侧设有加强斜角来增加承载，降低局部应力集中。
优选地，同一叶片段的蒙皮主体与蒙皮向内垂直延伸段为连续整体结构，其拐角处内外侧设有倒圆角。
根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题所采取的技术方案还提供了一种风力机多段式叶片的装配连接方法，包括以下步骤
(I)对各叶片段的连接端面进行粗糙度处理，打磨蒙皮主体与垂直延伸段之间的倒角，使之满足工程装配的精度要求；
(2)相邻两叶片段对中放置后，在叶片段接触面放置密封胶条；
(3)按顺序拧上螺母和防松螺母，使U型加强装置处于松弛状态，调整各螺栓和U 型加强装置的姿态，拧紧所有螺栓，并用导电钢丝绳串联各U型凹槽处的螺栓，将钢丝绳的两端连接到相邻两叶片段的防雷击电缆上，使相邻的两叶片段电缆贯通；
(4)使用步骤(I)- (3)依次顺序连接各叶片段，从而完成风力机多段叶片的组装。
同现有技术相比，本发明的风力机多段式叶片及其装配方法具有以下显著的技术效果
I、本发明的风力机多段式叶片可实现风力机叶片的分段制造、分段运输以及现场装配，大大降低了运输和制造成本；
2、本发明的风力机多段式叶片在连接部位复合材料铺层垂直延伸段沿厚度相等和延伸宽度一致，降低工艺难度。
3、本发明的风力机多段式叶片在蒙皮主体采用沉头螺栓消除了连接对气动性能的不利影响。
4、本发明的风力机多段式叶片通过在六角螺栓头处开设小孔，使用导电钢丝绳将各螺栓与防雷击电缆连接起来，可以防止雷击对叶片的损坏。
5、本发明的风力机多段式叶片采用独立的U型加强装置连接可以降低对复合材料蒙皮主体成型工艺和几何定位精度的要求，节约制造和安装成本。
图I.本发明的多段连接叶片连接整体示意图2.叶片连接局部左视图(A-A);
图3. —个U型加强装置螺栓连接剖面图(B-B)；
图4.叶片主体及其垂直延伸段示意图5. U型加强装置外形示意图6.沉头螺栓与六角螺栓外形示意图。
附图标记说明1蒙皮主体，2蒙皮向内垂直延伸段，3U型加强装置，4沉头螺栓，5 六角螺栓，6密封胶条，7沉头螺栓孔，8螺栓孔，9蒙皮主体与蒙皮向内垂直延伸段拐角处的内圆角，10蒙皮与蒙皮向内垂直延伸段拐角处的外圆角，11变厚度段，12翼板，13U型凹槽， 14翼板与U型凹槽拐角处内侧的加强斜角，15翼板与U型凹槽外侧倒圆角，16螺栓孔，17 螺栓孔，18螺杆，19螺母，20防松螺母，21螺杆，22螺母，23防松螺母，24钢丝绳，25开孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1-6所示，本发明的风力机多段连接叶片，包括至少两段叶片段i、ii，叶片段i、 之间使用U型加强装置3依次顺序连接成一个叶片整体，叶片段i、 采用复合材料铺层制造，且由蒙皮主体I和蒙皮向内垂直延伸段2组成。如图4所示，在蒙皮主体I加工螺栓孔7和蒙皮向内垂直延伸段2加工螺栓孔8。如图5所示，U型加强装置3由U型凹槽13和两个翼板12以及位于两翼板12端部的两变厚度段11组成。如图3所示，相邻两叶片段i、 使用U型加强装置3时，相邻两蒙皮向内垂直延伸段2穿设于U型加强装置3 的U型凹槽13中，翼板12与蒙皮主体I采用沉头螺栓4连接，可以采用单排沉头螺栓4连接，也可以采用多排沉头螺栓4连接。U型凹槽13与蒙皮垂直段2采用六角螺栓5连接， 可以采用单排六角螺栓5连接，也可以采用多排六角螺栓5连接，相邻的两个蒙皮垂直段2 在连接紧固时采用垫片6密封。沉头螺栓4的凸头埋在叶片蒙皮主体I内，其螺杆18朝向叶片内侧，采用螺母19紧固并用防松螺母20加固，防止叶片在运行时发生连接松动。所述六角螺栓5采用螺母22紧固并用防松螺母23加固，其螺杆21朝向近似与叶片轴线平行以保障载荷高效传递，其螺杆21开有小孔在拧紧螺栓后并用导电钢丝绳24将所有六角螺栓 5串联起来，实现电流通路，并将钢丝绳24的两端分别连接到相邻两段叶片的导电电缆上， 防止雷击对叶片破坏。
优选地，叶片段i、ii的蒙皮主体I靠近连接部分其外表面具有一致的气体动力学外形，从而保证各叶片段连接后，风力机叶片整体具有良好的气体动力学特性。
优选地，所述U型加强装置3在翼板12端部有变厚度段11，保证叶片刚度的平稳过渡。
优选地，所述蒙皮垂直延伸段，其延伸长度相等，厚度一致，该设计具有成型工艺简单，安装方便，使得U型加强装置通用性更强。
优选地，如图4、5所示，所述U型装置3可以采用单排或多排沉头螺栓4和六角螺栓5连接，具有良好的设计灵活性。U型装置3在槽口外侧有倒圆角15，在内侧有加强斜角 14来增加承载，降低局部应力集中。
优选地,如图4所示,所述蒙皮主体I与蒙皮向内垂直延伸段2为连续整体结构, 其拐角处内侧有倒圆角9，外侧有倒圆角10，保证了复合材料蒙皮结构的连续性。
多段式叶片在现场进行组装时，按照以下步骤进行
(I)对各叶片段的连接端面进行粗糙度处理，加工蒙皮主体I与垂直延伸段2之间的倒角，使之满足工程装配的精度要求；
(2)在叶片支架上将相邻两叶片段对中放置，在叶片段接触面放置密封胶条6，调整叶片姿态使相邻叶片段以及密封胶条精密配合；
(3)按顺序拧上螺母19、22和防松螺母20、23，使U型加强装置3能够处于松弛状态。调整沉头螺栓4和六角螺栓5以及U型加强装置3的姿态，使螺栓与螺栓孔准确对中， 拧紧沉头螺栓4和六角螺栓5，并用导电钢丝绳24依次串联六角螺栓5，再将钢丝绳的两端连接到相邻叶片中的防雷击电缆上；
(4)使用步骤(I)- (3)依次顺序连接各叶片段，从而完成风力机多段叶片的组装。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种风力机多段连接叶片，包括至少两段叶片段(i、ii)，各叶片段(i、ii)之间使用U型加强装置(3 )依次顺序连接成一个叶片整体，所述叶片段(i、i i )采用复合材料铺层制造，其特征在于， 所述叶片段(i、ii)包括蒙皮主体(I)及位于叶片段连接端部的蒙皮向内垂直延伸段(2)，在蒙皮主体(I)和蒙皮向内垂直延伸段(2)分别加工螺栓孔(7，8)， 所述U型加强装置(3)包括一 U型凹槽(13)和左、右两翼板(12)， 相邻两叶片段的蒙皮向内垂直延伸段(2)穿设于多个U型加强装置(3)的U型凹槽(13)中，并通过多个螺栓将蒙皮向内垂直延伸段(2)和U型凹槽(13)贯通连接，相邻两蒙皮向内垂直段(2)的结合面间设密封垫片(6);相邻两叶片段(i、ii)的蒙皮主体(I)分别与各所述U型加强装置(3)的翼板(12)螺栓连接。
2.根据权利要求I所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，各所述翼板(12)与叶片段的蒙皮主体(I)采用沉头螺栓(4)连接，U型凹槽(13)与蒙皮垂直段(2)采用多角螺栓(5 )优选六角螺栓(5 )连接。
3.根据权利要求2所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，所述沉头螺栓(4)，其凸头埋在叶片段的蒙皮主体(I)内，其螺杆(18)朝向叶片段(i、ii)的内侧，采用螺母紧固并用防松螺母加固，防止叶片在运行时发生连接松动。
4.根据权利要求2所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，所述多角螺栓(5)，采用螺母紧固并用防松螺母加固，其螺杆(21)朝向近似与叶片轴线平行以保障载荷高效传递。
5.根据权利要求4所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，所述多角螺栓(5)的螺杆(21)上开有小孔，在相邻两叶片段(i、ii)连接处，用导电性能良好的钢丝绳(24)穿过各所述多角螺栓(5)的螺杆(21)上的小孔，将所有多角螺栓(5)串联起来，实现电流通路，并将钢丝绳(24)的两端分别连接到相邻两叶片段(i、ii)的导电电缆上，防止雷击对叶片破坏。
6.根据上述任一项权利要求所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，各所述叶片段(i、ii )的蒙皮主体(I)靠近连接部分其外表面具有一致的气体动力学外形，从而保证各叶片段(i、ii)连接后，风力机叶片整体具有良好的气体动力学特性。
7.根据权利要求I所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，在所述U型加强装置(3)的各翼板(12)端部各设一变厚度段(11)，保证叶片刚度的平稳过渡，所述U型加强装置(3)连接的蒙皮垂直延伸段(2)在结合面处使用密封胶条(6)。
8.根据权利要求I所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，各所述蒙皮垂直延伸段(2)的长度相等，厚度一致，即蒙皮垂直延伸段的向内长度相等，厚度一致。
9.根据上述任一项权利要求所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，所述U型加强装置(3)采用单排或多排沉头螺栓(4)、多角螺栓(5)连接，U型加强装置(3)在槽口外侧设有倒圆角(15)，在槽口内侧设有加强斜角(14)来增加承载，降低局部应力集中。
10.根据上述任一项权利要求所述的风力机多段连接叶片，其特征在于，同一叶片段(i、 )的蒙皮主体(I)与蒙皮向内垂直延伸段(2)为连续整体结构，其拐角处内外侧设有倒圆角(9、10)。
全文摘要
本发明公开了一种U型加强装置连接的多段式风力机叶片及其装配方法，该叶片由两段或两段以上叶片段组成，在各叶片段连接的边缘存在一段垂直向内延伸的加强边缘，在加强边缘打孔并采用多个U型加强装置实现叶片段的连接。该发明能够解决大型风力机长叶片运输困难，费用高，对道路要求苛刻的问题，同时该风力机叶片具有工艺制造容易，现场安装方便，维护简单，成本低的优势。
文档编号F03D11/00GK102926945SQ20121045386
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者秦志文, 杨科, 徐宇, 赵晓路, 徐建中 申请人:中国科学院工程热物理研究所