一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构

本发明涉及风力机叶片的，具体涉及的是一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构。

背景技术：

1、随着风力机朝着大型化和海洋化的方向发展，为了提高风能利用率，风轮尺寸被设计的越来越大，也为叶片设计带来了挑战。风力机叶片作为风力机的关键零部件，捕获风能的同时也要承载巨大的载荷。随着叶片长度和重量的增加，叶片在风力机运行过程中的载荷，包括极限载荷与疲劳载荷，大幅度的增大，但与此同时，叶根连接的承载能力却没有明显的提高，因此，叶根连接设计往往成为叶片大型化过程中的设计瓶颈。

2、传统的叶根连接包含后打孔型和预埋型两种，这两种传统连接方法在叶根外径尺寸一定的情况下，通过匹配螺栓型号和数量，其叶根的设计承载能力几乎稳定在固定范围内。随着长度增加，叶根的载荷也会逐渐增大并超过叶根的承载能力，此时为了保证叶片连接的安全可靠，最有效的办法就是加大叶根的整体的节圆直径。

3、叶根的节圆直径与轮毂尺寸以及风力机其他零部件设计紧密关联，修改叶根节圆直径的尺寸可谓牵一发动全身，通过增加风力机叶片叶根的节圆直径来满足安装更多的螺栓会造成风力机叶片及风力机机组成本的大幅度上升。

技术实现思路

1、针对于上述现有技术的不足，本发明提供了一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构。

2、本发明采用的技术方案为：

3、一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，用于连接风力机叶片的叶根和风力机轮毂，风力机叶片的叶根为中空圆柱形壳体，风力机叶片的叶根的内外表面分别由外蒙皮和内蒙皮制成，其中，预制预埋叶根连接结构包括固定在外蒙皮和内蒙皮之间的外环体和内环体，外环体为由若干个外环预制组件依次拼装而成的、与风力机叶片的叶根同轴心的环形结构，外环预制组件包括外预制座和外预制柱，外预制柱插入外预制座中固定，外预制柱具有轴向设置的外中空螺孔，内环体为由若干个内环预制组件依次拼装而成的、与风力机叶片的叶根同轴心的环形结构，内环体位于外环体内侧，内环预制组件包括内预制座和内预制柱，内预制柱插入内预制座中固定，内预制座具有轴向设置的内中空螺孔，外环预制组件和内环预制组件错位排布，预制预埋叶根连接结构还包括转接法兰，转接法兰上设置有若干个叶根固定孔和轮毂固定孔，叶根固定孔能与各外中空螺孔、内中空螺孔对齐，同时轮毂固定孔与风力机轮毂上的连接孔对齐，第一紧固件穿过叶根固定孔与各外中空螺孔、内中空螺孔，使转接法兰与风力机叶片的叶根固定为一体，第二紧固件穿过轮毂固定孔与风力机轮毂上的连接孔，使转接法兰与风力机轮毂固定为一体。

4、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

5、上述的外环预制组件与内环预制组件一一对应，相应的，外预制座和外预制柱与内预制座和内预制柱一一对应，外环预制组件与内环预制组件错位排布的错位角为30°至60°。

6、上述的外蒙皮、内蒙皮、外环体和内环体通过rtm工艺一体灌注成型，外环体由外预制座和外预制柱粘接成型，内环体由内预制座和内预制柱粘接成型。

7、上述的外预制座面向内预制座的一侧面开外座槽，外座槽连通外预制座内外，提高外预制座内树脂流动性的同时，使外预制座外侧能观测到位于外预制座内的外预制柱，外环体和内环体对接时，外座槽被内预制座封闭。

8、上述的内预制座面向外预制座的一侧面开内座槽，内座槽连通内预制座内外，提高内预制座内树脂流动性的同时，使内预制座外侧能观测到位于内预制座内的内预制柱，外环体和内环体对接时，内座槽被外预制座封闭。

9、上述的外预制柱和内预制柱的外表面均设置有若干圈柱槽，柱槽内缠绕玻纤丝。

10、上述的外预制座和内预制座两侧面均开设半圆形导流槽，导流槽用于在灌注树脂时，增加树脂流动性，提高相邻外预制座之间和相邻内预制座之间的连接强度。

11、上述的转接法兰包括一体成型的叶根端法兰边和轮毂端法兰边，叶根固定孔均设置在叶根端法兰边上，轮毂固定孔均设置在轮毂端法兰边上，叶根端法兰边和轮毂端法兰边之间通过肋板进行加强。

12、上述的第一紧固件和第二紧固件均为高强螺栓。

13、上述的外预制座和内预制座均为玻纤棒制作。

14、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

15、本发明结构简单，生产过程采用传统的生产工艺，由于采用了内外圈错位排布的形式，并采用转接法兰进行连接，其优势体现在：首先，预制预埋件的拼接缝交替分布，且预制件侧面作开槽处理，使叶根整体在灌注过程保证树脂流动性，可提高灌注质量，降低缺陷率；其次，具有座槽的敞口式预制件便于监测预埋螺栓套的连接质量；第三，本发明通过设置外环体和内环体，螺栓数量根据错位角的设置，能够在确保叶根外径尺寸不改变的情况下，大幅度提高叶根螺栓的数量，并且根据错位角的设计范围，螺栓数量基于传统连接设计提高15%至90%，能够兼顾叶叶根厚度与承载能力之间的平衡，具有极强的可设计性，从根本上解决了大型风力机叶片螺栓数量成为设计瓶颈的问题，大幅提升叶根极限承载能力；第四，采用转接法兰将叶片与轮毂的变桨轴承连接，解决了叶根螺栓孔与轮毂的变桨轴承的螺栓孔不一致的情况，在提高叶根螺栓承载力的同时，无需对原机组的零部件构型进行更改。

技术特征：

1.一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，用于连接风力机叶片的叶根(6)和风力机轮毂，所述的风力机叶片的叶根(6)为中空圆柱形壳体，风力机叶片的叶根(6)的内外表面分别由外蒙皮(1)和内蒙皮(2)制成，其特征在于，预制预埋叶根连接结构包括固定在外蒙皮(1)和内蒙皮(2)之间的外环体(3)和内环体(4)，所述的外环体(3)为由若干个外环预制组件依次拼装而成的、与风力机叶片的叶根(6)同轴心的环形结构，外环预制组件包括外预制座(31)和外预制柱(32)，外预制柱(32)插入外预制座(31)中固定，所述的外预制柱(32)具有轴向设置的外中空螺孔(33)，所述的内环体(4)为由若干个内环预制组件依次拼装而成的、与风力机叶片的叶根(6)同轴心的环形结构，内环体(4)位于外环体(3)内侧，内环预制组件包括内预制座(41)和内预制柱(42)，所述的内预制柱(42)插入内预制座(41)中固定，所述的内预制座(41)具有轴向设置的内中空螺孔(43)，所述的外环预制组件和内环预制组件错位排布，预制预埋叶根连接结构还包括转接法兰(5)，所述的转接法兰(5)上设置有若干个叶根固定孔(51)和轮毂固定孔(52)，所述的叶根固定孔(51)能与各外中空螺孔(33)、内中空螺孔(43)对齐，同时轮毂固定孔(52)与风力机轮毂上的连接孔对齐，第一紧固件(53)穿过叶根固定孔(51)与各外中空螺孔(33)、内中空螺孔(43)，使转接法兰(5)与风力机叶片的叶根(6)固定为一体，第二紧固件(54)穿过轮毂固定孔(52)与风力机轮毂上的连接孔，使转接法兰(5)与风力机轮毂固定为一体。

2.根据权利要求1所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的外环预制组件与内环预制组件一一对应，相应的，外预制座(31)和外预制柱(32)与内预制座(41)和内预制柱(42)一一对应，所述的外环预制组件与内环预制组件错位排布的错位角为30°至60°。

3.根据权利要求2所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的外蒙皮(1)、内蒙皮(2)、外环体(3)和内环体(4)通过rtm工艺一体灌注成型，所述的外环体(3)由外预制座(31)和外预制柱(32)粘接成型，所述的内环体(4)由内预制座(41)和内预制柱(42)粘接成型。

4.根据权利要求3所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的外预制座(31)面向内预制座(41)的一侧面开外座槽(34)，所述的外座槽(34)连通外预制座(31)内外，提高外预制座(31)内树脂流动性的同时，使外预制座(31)外侧能观测到位于外预制座(31)内的外预制柱(32)，所述的外环体(3)和内环体(4)对接时，外座槽(34)被内预制座(41)封闭。

5.根据权利要求4所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的内预制座(41)面向外预制座(31)的一侧面开内座槽(44)，所述的内座槽(44)连通内预制座(41)内外，提高内预制座(41)内树脂流动性的同时，使内预制座(41)外侧能观测到位于内预制座(41)内的内预制柱(42)，所述的外环体(3)和内环体(4)对接时，内座槽(44)被外预制座(31)封闭。

6.根据权利要求5所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的外预制柱(32)和内预制柱(42)的外表面均设置有若干圈柱槽(35)，柱槽(35)内缠绕玻纤丝。

7.根据权利要求6所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的外预制座(31)和内预制座(41)两侧面均开设半圆形导流槽(36)，所述的导流槽(36)用于在灌注树脂时，增加树脂流动性，提高灌注质量确保相邻外预制座(31)之间和相邻内预制座(41)之间的连接强度。

8.根据权利要求7所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的转接法兰(5)包括一体成型的叶根端法兰边和轮毂端法兰边，叶根固定孔(51)均设置在叶根端法兰边上，轮毂固定孔(52)均设置在轮毂端法兰边上，叶根端法兰边和轮毂端法兰边之间通过肋板进行加强。

9.根据权利要求8所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的第一紧固件(53)和第二紧固件(54)均为高强螺栓。

10.根据权利要求1所述的一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构，其特征是：所述的外预制座(31)和内预制座(41)均为玻纤棒制作。

技术总结
本发明涉及一种带转接法兰的大型风力机叶片预埋型螺栓连接结构。该连接结构将外蒙皮，内蒙皮，内环预制组件和外环预制组件通过RTM工艺一体灌注成型，再通过高强度螺栓将叶片与转接法兰相连，最后再利用高强螺栓将转接法兰与轮毂的变桨轴承相连接。其中内环预制组件和外环预制组件错位排布。本发明预制预埋件的拼接缝交替分布，且预制件侧面作开槽处理，使叶根整体在灌注过程保证树脂流动性，可提高灌注质量，降低缺陷率；敞口式预制件便于监测预埋螺栓套的连接质量；螺栓数量根据错位角的设置，最多可以增加90%的螺栓数量，从根本上解决了大型风力机叶片螺栓数量成为设计瓶颈的问题，大幅提升叶根极限承载能力。

技术研发人员：陈程,牛牧华,袁彬
受保护的技术使用者：无锡太湖学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12