风机分段式叶片连接结构、风机分段式叶片及制造工艺的制作方法

本发明涉及风机叶片制造领域，特别涉及一种风机分段式叶片连接结构、风机分段式叶片及制造工艺。

背景技术：

随着风机叶片长度越来越长，其运输的成本和困难显著增加。为了减小运输的困难，大幅节省运输成本，分段叶片将会是未来的主要发展趋势。分段叶片在国内外发展已经有一段历史，但是由于分段叶片在分段位置的重量显著增加，导致叶片本身的重量和成本增加较大，从而导致分段叶片经济性较差，国内也一直没有得到实际应用。所以轻质可靠的连接方式是分段叶片最需求的技术。

现有技术中，分段叶片的连接方式主要有三种：

1、粘接，在主梁区域将连接的两块分段叶片进行配合，然后在连接区域进行粘接。

2、螺栓连接，两段叶片通过螺栓连接，在叶片的一侧预埋螺栓套，安装螺栓，然后在叶片的另一侧安装螺母并进行紧固。

3、管与棒插入配合来连接分段叶片的两个分段，分段叶片的其中一个分段中固定有管状结构，另一分段中固定有棒状结构，通过棒状结构插入管状结构并浇灌粘性物质进行固定，实现两个分段的连接。

现有技术中分段叶片的三种连接方式，均存在各自的问题。首先，对于粘接方案，粘接强度很难达到要求，容易造成连接失败；其次，对于螺栓连接方案，螺栓连接的方式在连接位置重量增加比较大，影响叶片的安全性和经济性，并且螺栓预紧力需要经常维护；最后，对于管棒配合的方案，圆管与棒材之间较难紧密，影响结构的拉拔力，而且现场灌注工艺复杂，固化效果不好。

因此，有必要提供一种风机分段叶片的连接方式，该连接方式可以解决上述三种问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种风机分段式叶片的连接结构，该连接结构连接强度高、承载能力强，并且不会大幅增加连接部位的重量，对整机载荷影响较小，机组安全性好。

为实现上述目的和其他相关目的，本发明提供了一种风机分段式叶片连接结构，用于相邻的第一叶片分段和第二叶片分段之间的连接，所述连接结构包括第一连接段、第二连接段和连接筒，所述第一连接段一体灌注在所述第一叶片分段一端，所述第二连接段一体灌注在所述第二叶片分段一端，所述连接筒的一部分与所述第一连接段内表面固定连接，另一部分突出所述第一连接段的端部并开设有第一连接孔，所述第二连接段的压力面和吸力面上均开设有第二连接孔，所述第一连接孔与所述第二连接孔相匹配，通过将紧固件依次穿过所述第二连接孔与所述第一连接孔以固定连接所述第二连接段和所述连接筒。

优选地，所述第二连接孔为沉头孔，并通过沉头抽芯铆钉或沉头高锁螺栓固定连接所述连接筒和所述第二连接段。

优选地，所述第一连接孔和所述第二连接孔的排布方式为多排多列，其中，列的延伸方向与所述连接筒和所述第二连接段的延伸方向一致。

优选地，所述第一连接孔的排距大于所述第一连接孔直径的四倍，列距大于所述第一连接孔直径的五倍。

优选地，所述第一叶片分段包括第一外壳和设于所述第一外壳内表面的第一主梁，所述第一主梁延伸至接近所述第一连接段时，所述第一主梁的宽度逐渐增加，直至所述第一主梁覆盖整个所述第一外壳的内表面；

所述第二叶片分段包括第二外壳和设于所述第二外壳内表面的第二主梁，所述第二主梁延伸至接近所述第二连接段时，所述第二主梁的宽度逐渐增加，直至所述第二主梁覆盖整个所述第二外壳的内表面。

优选地，所述第一连接段和所述第二连接段延伸截面的形状为翼型，所述连接筒包括前缘连接筒、主梁连接筒和后缘连接筒，所述前缘连接筒贴合所述第一连接段的前缘，所述后缘连接筒贴合所述第一连接段的后缘，所述主梁连接筒位于所述前缘连接筒和所述后缘连接筒之间。

优选地，所述前缘连接筒、所述主梁连接筒和所述后缘连接筒的侧壁外表面形状与所述第一连接段的内表面形状相适配。

优选地，所述第一连接段、所述第二连接段和所述连接筒的材质为碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料或金属材料。

基于同一发明构想，本发明还提供了一种风机分段式叶片，包括至少两个叶片分段，相邻两个叶片分段之间采用上述任一项所述的风机分段式叶片连接结构进行连接。

优选地，所述风机分段式叶片包括叶根段、叶尖段和所述风机分段式叶片连接结构，所述风机分段式叶片连接结构用于连接所述叶根段和所述叶尖段，所述叶根段用于固定在轮毂上。

基于同一发明构想，本发明还提供了一种应用于上述的风机分段式叶片的制造工艺，该方法包括：

将连接筒的一部分预埋于第一连接段，与所述第一连接段的内表面固定连接；

将所述连接筒的另一部分插入第二连接段，并对准第一连接孔和第二连接孔，以使所述第一连接孔和所述第二连接孔同轴；

使用螺栓或铆钉，并通过所述第一连接孔和所述第二连接孔固定连接所述连接筒和所述第二连接段。

综上所述，本发明提供了一种风机分段叶片的连接结构，用于相邻的第一叶片分段和第二叶片分段之间的连接，通过中空的轻质连接筒和中空的连接段做为过渡连接结构，实现第一和第二叶片分段的可拆卸连接；进一步地，通过第二连接段壳体与连接筒壳体侧壁上的通孔之间的配合将所述第一和第二叶片分段连接在一起，连接强度高，连接方便，便于拆卸，且连接部位不会大幅度增加质量，安全性能好；此外，本发明还提供了一种风机分段式叶片，所述风机分段式叶片包括上述的风机分段式叶片的连接结构；最后，本发明提供了一种风机分段式叶片的制造工艺，用以制造上述的风机分段式叶片。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的风机分段式叶片示意图。

图2为本发明一实施例提供的风机分段式叶片连接结构示意图。

图3为本发明一实施例提供的风机分段式叶片连接结构中的通孔示意图。

图4为现有技术中风机叶片壳体示意图。

图5为本发明一实施例提供的风机分段式叶片连接结构中第一壳体和第二壳体示意图。

图6为本发明一实施例提供的风机分段式叶片连接结构中沉头抽芯铆钉连接示意图。

图7为本发明一实施例提供的风机分段式叶片连接结构中沉头高锁螺栓连接示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-第一叶片分段；

1a-第一外壳；

1b-第一主梁；

2-第二叶片分段；

2a-第二外壳；

2b-第二主梁；

11-第一连接段；

12-连接筒；

12a-第一连接孔；

121-前缘连接筒；

122-主梁连接筒；

123-后缘连接筒；

21-第二连接段；

21a-第二连接孔。

具体实施方式

以下结合附图1-7和具体实施方式对本发明提出的风机分段式叶片连接结构作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1和图2，本发明一实施例提供了一种风机分段式叶片连接结构，用于相邻的第一叶片分段1和第二叶片分段2之间的连接，如图1和图2所示，所述连接结构包括第一连接段11、第二连接段21和连接筒12，所述第一连接段11一体灌注在所述第一叶片分段1一端，所述第二连接段21一体灌注在所述第二叶片分段2一端，所述连接筒12的一部分与所述第一连接段11内表面固定连接，另一部分突出所述第一连接段11的端部并开设有第一连接孔12a，所述第二连接段21的压力面和吸力面上均开设有第二连接孔21a，所述连接筒12上开设所述第一连接孔12a的位置与所述第二连接段21的压力面和吸力面相对应，对应一般的叶片而言，压力面一般为凸面，吸力面一般为凹面。所述第一连接孔12a与所述第二连接孔21a相匹配，通过将紧固件依次穿过所述第二连接孔12a与所述第一连接孔21a以固定连接所述第二连接段21和所述连接筒12。

本实施例通过所述第一连接段11、所述连接筒12和所述第二连接段21实现所述第一叶片分段1和所述第二叶片分段2之间的连接，该连接的强度高，连接方便，便于拆卸，且连接部位不会大幅度增加质量，安全性能好。

在本实施例中，所述第一连接孔12a一般为沉头孔，如图3所示，并通过沉头抽芯铆钉或沉头高锁螺栓固定连接所述连接筒12和所述第二连接段21，来实现所述第一叶片分段1和所述第二叶片分段2之间的连接固定，图6为沉头抽芯铆钉连接，图7为沉头高锁螺栓连接。沉头铆钉或者螺栓可以使连接区域表面光滑，减小对叶片气动性能的影响。沉头抽芯铆钉可以单面操作，极大的方便了安装和维护，提高现场组装效率。高锁螺栓需要双面操作，但具有更高的连接强度。

在本实施例中，参阅图2，所述第一连接孔12a在所述连接筒12上的排布方式一般为多排多列，例如图2所示的三排多列，所述第二连接孔21a与所述第一连接孔12a的大小一致且排布方式对应，也为三排多列，所述第一连接孔12a与第二连接孔21a排布的列的延伸方向与所述连接筒12和所述第二连接段21的延伸方向一致，排的延伸方向与所述连接筒12和所述第二连接段21的宽度方向一致，并且，所述第一连接孔12a与第二连接孔21a的排距大于所述第一连接孔12a与第二连接孔21a直径的四倍，列距大于直径的五倍。以上排布保证连接板有足够的抗拉强度和抗剪强度，当然，本发明技术领域内的人员应该明白，所述第一连接孔12a与第二连接孔21a的排布方式并不唯一，排布方式应该从提高抗拉强度和抗剪强度，以及保证连接结构的重量不过重两个方面进行考虑。

在本实施例中，如图1所示，所述第一叶片分段1一般包括第一外壳1a和设于所述第一外壳1a内表面的第一主梁1b，所述第一主梁1b延伸至接近所述第一连接段11时，所述第一主梁1b的宽度逐渐增加，直至所述第一主梁1b覆盖整个所述第一外壳1a的内表面；所述第二叶片分段2一般也包括第二外壳2a和设于所述第二外壳2a内表面的第二主梁2b，所述第二主梁2b延伸至接近所述第二连接段21时，所述第二主梁2b的宽度逐渐增加，直至所述第二主梁2b覆盖整个所述第二外壳2a的内表面。所述第一主梁1b和所述第二主梁2b可以提升所述第一叶片分段1和所述第二叶片分段2的刚度，并且当延伸到连接结构处时，需要延伸宽度来避免应力集中，使载荷传递更加均匀。

在本实施例中，所述第一连接段11和所述第二连接段21延伸截面的形状一般为翼型，减小旋转时的空气阻力，为与翼型的第一连接段11和所述第二连接段21延伸截面相匹配，使得连接更加紧密，所述连接筒12一般包括前缘连接筒121、主梁连接筒122和后缘连接筒123，所述前缘连接筒121贴合所述第一连接段11的前缘，所述后缘连接筒123贴合所述第一连接段11的后缘，所述主梁连接筒122位于所述前缘连接筒121和所述后缘连接筒123之间，如图2所示。

在本实施例中，所述前缘连接筒121、所述主梁连接筒122和所述后缘连接筒123侧壁外表面的形状与所述第一连接段11内表面形状相适配，并且对现有技术中的壳体进行改制，现有技术中的壳体一般为图4所示，可将其改制成图5所示，作为第一连接段11和第二连接段21的制造参考，对壳体铺层进行调整，调整后的截面内表面比较光顺。

在本实施例中，所述第一连接段11、所述第二连接段21和所述连接筒12的材质一般选择碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料或铁、铝等金属材料，这些材质质量轻且承载能力好。

基于同一发明构想，本发明还提供了一种风机分段式叶片，包括至少两个叶片分段，相邻两个叶片分段之间采用上述任一项所述的风机分段式叶片连接结构进行连接。

在本实施例中，所述风机分段式叶片包括叶根段、叶尖段和所述风机分段式叶片连接结构，参阅图1，所述第一叶片分段1位所述叶根段，所述第二叶片分段2为叶尖段，所述风机分段式叶片连接结构用于连接所述叶根段和所述叶尖段，所述叶根段用于固定在轮毂上。

基于同一发明构想，本发明还提供了一种上述的风机分段式叶片的制造工艺，包括：将所述连接筒12的一部分预埋于所述第一连接段11，与所述第一连接段11内壁固定连接；

将所述连接筒12的另一部分插入所述第二连接段21，通过连接件固定所述连接筒12和所述第二连接段21。例如，可以采用如图2所示的连接结构，将所述前缘连接筒121、所述主梁连接筒122和所述后缘连接筒123的另一部分插入所述第二连接段21，当所述第一连接段11和所述第二连接段21贴合后，所述前缘连接筒121、所述主梁连接筒122和所述后缘连接筒123上的所述第一连接孔12a与所述第二连接段21上的所述第一连接孔12a对应同轴，最后可通过螺栓连接使得螺杆穿过所述第一连接孔12a和所述第二连接孔21a，穿过后在一侧通过螺母固定，亦可通过铆钉连接使得铆钉穿过所述第一连接孔12a和所述第二连接孔21a，实现所述连接筒12和所述第二连接段21之间的连接固定，从而实现所述第一叶片分段1和所述第二叶片分段2之间的连接固定。

本发明的优点在于提供了一种风机分段叶片的连接结构，用于相邻的第一和第二叶片分段之间的连接，通过中空的轻质连接筒和中空的壳体做为过渡连接结构，实现第一和第二叶片分段的可拆卸连接；并且，可以通过壳体与连接筒壳体侧壁上的通孔之间的配合将所述第一和第二叶片分段连接在一起，连接强度高，连接方便，便于拆卸，且连接部位不会大幅度增加质量，安全性能好；此外，本发明还提供了一种风机分段式叶片，所述风机分段式叶片包括上述的风机分段式叶片的连接结构；最后，本发明提供了一种风机分段式叶片的制造工艺，用以制造上述的风机分段式叶片。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。