风力发电机组、变径螺栓组件及大型设备的螺栓更换方法与流程

本发明涉及风力发电设备技术领域，特别涉及一种风力发电机组、变径螺栓组件及大型设备的螺栓更换方法。

背景技术：

作为连接的必需件，螺栓的连接可靠性十分重要，尤其是在一些维修、更换极为不便的大型设备中显得至关重要。以风电发电机组为例，为获取足够大的风量，风力发电机组的叶片组件及发电机等大型部件通过高耸的塔筒支撑设置在高空中，由于体积庞大，且位于高空，风力发电机组的维修更换操作极为不便，不仅费时费力，而且花费巨大。

在风力发电机组中，叶片、轮毂、塔筒等大型部件的连接装配均需使用大量的螺栓，不可避免的会经常出现螺栓断裂等问题，目前使用的螺栓都是普通的常规螺栓，常规的螺栓头多为小圆角，容易应力集中，在施加较大拧紧力矩且受复杂重载时，存在较大的断裂风险，属于易损配件。若出现断裂需要更换时，常规的办法只能将螺纹孔或光孔等安装孔扩大，更换成加大型号规格的螺栓，但对于大型设备而言，对螺纹孔或光孔进行扩大操作实属不易，尤其对位于高空且体积庞大的风力发电机组而言，常规的办法基本不可行，因此很多时候不得不转而更换叶片、轮毂、塔筒等被连接件，导致成本高昂、维修难度极大。

综上，由于风力发电机组的特殊性，即使是一颗螺栓，其性能都能直接影响风力发电机组的安全与质量，若能设计一种连接可靠、不容易断裂、维修更换容易的螺栓，对风力发电机组等大型设备而言具有巨大的经济意义。

专利号为CN201220160401，名称为“商用车用变径螺栓”的中国实用新型专利公开了一种商用车用变径螺栓，用于商用车车架与固定管路、线束等附属支架的连接，通过小规格螺母代替原有大规格螺栓、螺母，实现大直径孔车架和小直径孔支架的配合及连接。该变径螺栓可用于两个孔径大小不同的连接件使用，螺栓头相对螺纹规格进行了加大，并不适合风力发电机组使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种风力发电机组、变径螺栓组件及大型设备的螺栓更换方法，以解决常规螺栓容易断裂、维修更换不便等技术问题。

本发明第一方面，提供了一种变径螺栓组件，包括变径螺栓、套筒和螺母；所述变径螺栓包括螺栓头、大径段、光杆段和螺纹段，所述大径段的半径大于光杆段的半径；所述套筒用于套设在所述大径段外部；所述螺母用于与所述螺纹段连接。

进一步地，所述螺栓头采用六角头。

进一步地，所述螺栓头与所述大径段之间通过法兰连接。

进一步地，所述法兰底部与大径段的连接处设有加大圆角。

进一步地，所述大径段和光杆段之间通过变径过渡段连接。

进一步地，所述变径螺栓采用一体成型工艺制成。

本发明第二方面，提供了一种风力发电机组，采用上述任一项所述的变径螺栓组件作为连接件。

本发明第三方面，还提供了一种大型设备的螺栓更换方法，采用上述任一项所述的变径螺栓组件对断裂的螺栓进行更换，包括以下步骤：

S1：根据螺栓断裂规律，择一选择步骤S21或S22；

S21：若螺栓经常出现断裂，且断裂位置随机出现，则对所有螺栓整体进行更换；

S22：若螺栓经常出现断裂，且断裂位置固定在局部若干个位置，则对断裂螺栓及其左右各相邻的至少一个螺栓均进行更换。

进一步地，步骤S22中，对断裂螺栓及其左右各相邻的两个螺栓均进行更换。

进一步地，采用三种长度不同的变径螺栓组件对断裂螺栓及其左右各相邻的两个螺栓进行更换，其中，采用长度最长的第一变径螺栓组件更换断裂螺栓，采用长度居中的第二变径螺栓组件更换断裂螺栓左右各相邻的第一个螺栓；采用长度最短的第三变径螺栓组件更换断裂螺栓左右各相邻的第二个螺栓。

本发明提供的变径螺栓组件，无需改变螺栓头的尺寸和螺栓的连接规格，即可大大提高连接强度和可靠性、降低断裂风险；即使发生螺栓断裂，也只需更换螺栓本身，而不再需要对被连接件的安装孔进行整改或更换大型的被连接件，且更换方便、快捷，大大降低了维护成本。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例一变径螺栓组件的结构示意图；

图2是本发明实施例一变径螺栓的结构示意图；

图3是本发明实施例一变径螺栓组件的应用结构剖面示意图；

图4是本发明实施例三整圈更换螺栓的示意图；

图5是本发明实施例三局部更换螺栓的示意图。

图中：1、变径螺栓；11、螺栓头；12、法兰；13、大径段；14、变径过渡段；15、光杆段；16、螺纹段；2、套筒；3、螺母。41、第一被连接件；42、第二被连接件；101、第一变径螺栓组件；102、第二变径螺栓组件；103、第三变径螺栓组件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，也可以是机械连接，也可以是直接相连，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。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。

实施例一

如图1所示，本实施例的变径螺栓组件包括变径螺栓1、套筒2和螺母3；结合图2所示，变径螺栓1依次包括螺栓头11、法兰12、大径段13、变径过渡段14、光杆段15和螺纹段16，其中大径段13的半径大于光杆段15的半径；变径螺栓1采用一体成型工艺制成，套筒2用于套设在大径段13外部；螺母3用于与螺纹段16连接。

使用本实施例的变径螺栓组件作为连接件时，首先确认螺母3与变径螺栓1的螺纹段16拆离放置，套筒2套设于变径螺栓1的大径段13外，然后将变径螺栓1插入第一被连接件41和第二被连接件42的光孔中，直至螺纹段16露出在第二被连接件42外部，再将螺母3旋入螺纹段16，直至将第一被连接件41和第二被连接件42连接牢固。安装后，如图3所示，套筒2支撑在第一被连接件41光孔的上表面和变径螺栓1的法兰12之间，变径螺栓1的大径段13及变径过渡段14隐藏在套筒2内，光杆段15穿设在第一被连接件41和第二被连接件42的光孔内，螺纹段16伸出至第二被连接件42外部，并通过螺母3旋紧固定。

相比常规的螺栓，本实施例的变径螺栓组件改变了常规的与被连接件通过螺纹连接的方式，无需再依赖被连接件的安装孔，因而即使螺栓发生断裂，也无需再设法整改被连接件的安装孔，而只需对螺栓本身进行更换即可，且更换方便、快捷，如此即可避免更换大型的被连接件，极大地减少了维修费用、降低了维修难度。

在本实施例中，变径螺栓1的螺栓头11采用常规的六角头，尺寸与同规格的普通螺栓相同，仍可使用原来配备的扳手等工具进行旋拧操作，尽可能地减少了工具数量，方便了维修操作。此外，螺栓头的尺寸无需加大，对于结构紧凑或螺栓间距小等操作空间小的环境下，使用优势更为突出。当然，本实施例并不排除某些需要对螺栓头尺寸进行加大的情形，比如加大5mm、10mm等等，只要采用本实施例的结构，均在本实施例保护范围之内。

进一步的，变径螺栓1的法兰12和大径段13之间的连接处设有加大圆角，该加大圆角相对普通螺栓的圆角进行了加大，可有效降低应力集中，极大提高了螺栓头处的强度，大大降低了螺栓头处出现螺栓断裂的风险。另外，变径螺栓1贴合套筒2的有效接触面积大于常规螺栓，可进一步改善接触受力。

本实施例的变径螺栓组件，无需改变螺栓头的尺寸和螺栓的连接规格，即可大大提高连接强度和可靠性、降低断裂风险；即使发生螺栓断裂，也只需更换螺栓本身，而不再需要对被连接件的安装孔进行整改或更换大型的被连接件，且更换方便、快捷，大大降低了维护成本。

本实施例的变径螺栓组件，适用于连接两个孔径相同的被连接件，适用领域和范围广泛，尤其对于风力发电机组等大型设备具有巨大的经济意义。

实施例二

基于以上，本实施例还提供了一种风力发电机组，采用上述的变径螺栓组件作为连接件，用于连接叶片、轮毂、塔筒等大型部件，通过使用上述的变径螺栓组件，可大大提高连接可靠性，降低螺栓断裂风险和维护及更换成本。

实施例三

本实施例提供了一种大型设备的螺栓更换方法，在螺栓出现断裂需要更换的时候，采用实施例一提供的变径螺栓组件，并配合本实施例提供的更换方法，可最大程度的发挥变径螺栓组件的使用优势，降低螺栓再次断裂的风险。

具体包括以下步骤：

S1：观察总结螺栓的断裂规律，根据规律择一选择整体更换方式或局部更换方式，分别见步骤S21和S22；

S21：若螺栓经常出现断裂，且断裂位置随机出现，则对所有螺栓进行更换；

S22：若螺栓经常出现断裂，且断裂位置固定在局部若干个位置，则对断裂螺栓及其左右各相邻的至少一个螺栓均进行更换。

下面以风力发电机组为例，结合图4、图5对上述更换方法进行详细说明。

如图4所示，由于此处的螺栓经常出现断裂，且断裂位置随机出现，则对整圈的螺栓进行整体更换，更换后的结构见图4所示。

如图5所示，此处的螺栓也经常出现断裂，但断裂位置固定在局部若干个位置，对于此处，无需对所有螺栓进行整体更换，只需对断裂螺栓及其左右各相邻的两个螺栓进行更换即可。

具体的，为实现受力最佳，可采用三种长度不同的变径螺栓组件呈梯度排布对断裂螺栓及其左右各相邻的两个螺栓进行更换，其中，采用长度最长的第一变径螺栓组件101更换断裂螺栓，采用长度居中的第二变径螺栓组件102更换断裂螺栓左右各相邻的第一个螺栓；采用长度最短的第三变径螺栓组件103更换断裂螺栓左右各相邻的第二个螺栓。

需要说明的是，对断裂螺栓左右各相邻的螺栓更换数量并不受限于此，除上述的两个外，既可是左右各相邻的一个螺栓，也可是三个、四个、五个或更多其它可能。另外，更换采用的变径螺栓组件的长度规格也不受限于此，可以是等长，也可以是其他的选择，均可根据实际情况进行决定。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。