一種組合式風輪葉片及含有其的風力發電機組的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種組合式風輪葉片及含有其的風力發電機組，相鄰組合段的對接端面分別連接內、外法蘭盤；內、外法蘭盤插合，且插合部分的側壁交匯形成一個矩形槽；矩形槽分為多段，且在相鄰段間的外法蘭盤上設有開口(楔形條帶插入口)；風輪葉片還包括與矩形槽段數相等的多組楔形條帶，每組楔形條帶中的左右兩只楔形條帶分別反向從同一段矩形槽兩端的開口插入矩形槽內，與矩形槽形成過盈配合；在矩形槽分段處的開口部位還固定有連接堵頭。本發明結構簡單，連接可靠、組裝簡捷、生產效率高，并能保障葉片的氣動外形，可以大大降低大型風輪葉片的制造和運輸難度，降低生產和運輸成本，提高生產和運輸效率，實現現場的快速組裝。
【專利說明】—種組合式風輪葉片及含有其的風力發電機組
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電機組部件、風輪葉片領域，具體地，涉及一種組合式風輪葉片及含有其的風力發電機組。
【背景技術】
[0002]風力發電是一種潔凈的可再生綠色能源，其開發利用已成為二十一世紀世界各國爭相采用的一種能源形式。葉片氣動外形的改進和葉片長度的增加是提高風力發電功率的重要技術手段。因此，大型葉片的設計和制造就成為風電技術中的一個重要環節。目前葉片長度已從30多米達到了近70米。這就極大地增加了大型風輪葉片的制造和運輸的難度。制造和運輸效率低下、成本增高、并具有很大的風險性，這些不利因素已成為大型葉片生產、運輸的巨大阻力。因此，組合式風輪葉片是大型風輪葉片發展的必然趨勢。組合式風輪葉片采用分段制造，分段運輸和現場組裝技術，這一技術降低了制造和運輸難度，提高了生產和運輸效率，降低了生產及運輸成本，是解決上述問題最有效的技術途徑。
[0003]通過對現有專利的分析可將組合式(或稱分段式)風輪葉片主要的連接方式歸納為以下三種:
[0004]I)軸桿式螺接法，代表專利US2011091326A1 ；
[0005]2)螺接法，螺接法又可分為以下三種:
[0006]a)預埋螺栓連接法，代表專利CN101718250A ；
[0007]b) T型螺桿連接法，代表專利CN202596993U ；
[0008]c)壓板式螺接法，代表專利EP1244873B1。
[0009]3)對插式端面膠粘連接法，代表專利CN201210212757.8。
[0010]軸桿式螺接法是在葉片內部采用穿心連桿方式將兩段葉片連接在一起，葉面外表面在靜態時是平滑的，由于連桿僅為中心一點連接，葉面受風力作用旋轉時在氣動外力及扭矩作用下，其對接面因變形會產生縫隙和階梯進而產生擾流，降低了葉片獲取風能的效率。
[0011]三種螺接式連接均會造成葉面不平整，組裝后需填補螺栓槽或對螺接凸出部位加裝整流罩等工作，且組裝工作較繁瑣，而且還要承擔螺栓松動或斷裂的風險。
[0012]對插式端面膠粘連接法其可靠性值得懷疑，這種方法最大的問題是在風場現場使用樹脂膠粘和手糊及固化工藝，其實現難度很大。
[0013]由此可見，上述現有的組合式風輪葉片在連接方式上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創設一種結構簡單、連接強度高、可靠性好、操作簡便快捷的組合式風輪葉片，成為當前業界極需改進的目標。
【發明內容】
[0014]本發明的目的在于克服上述幾種連接方式的缺點和不足，提供一種結構緊湊、連接可靠、制造方便、安裝簡單快捷的組合式風輪葉片，以大大降低大型風輪葉片的制造和運輸難度，降低生產和運輸成本，提高生產和運輸效率，實現現場的快速組裝。
[0015]本發明的另一個目的是提供一種含有結構緊湊、連接可靠、制造方便、安裝簡單快捷的組合式風輪葉片的風力發電機組。
[0016]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0017]一種組合式風輪葉片，所述葉片為兩段以上的組合形式，所述相鄰組合段的對接端面中的一個端面連接外法蘭盤，另一個連接內法蘭盤；所述外法蘭盤與內法蘭盤插合，且插合部分的內法蘭盤外側壁與外法蘭盤內側壁交匯，所述內法蘭盤外側壁上及外法蘭盤內側壁上分別設置有沿葉片寬度方向設置的凹槽，所述凹槽對合，形成一個截面為矩形的矩形槽；所述矩形槽分為多段，且在相鄰段間的外法蘭盤上設有開口，所述開口為楔形條帶插入口 ；所述風輪葉片還包括多組楔形條帶，所述楔形條帶的組數與矩形槽的段數相等；每組楔形條帶由左右兩只楔形條帶組成，且每組楔形條帶中的左右兩只楔形條帶分別反向從同一段矩形槽兩端的開口處插入矩形槽內，與矩形槽形成過盈配合；在矩形槽分段處的開口部位還固定有連接堵頭。
[0018]進一步地，所述矩形槽分為上、下兩段，所述開口分別為前緣開口及后緣開口，所述連接堵頭分別為如緣連接堵頭、后緣連接堵頭。
[0019]進一步地，所述內法蘭盤為分體式結構，在內法蘭盤前緣和后緣處分割為上、下兩段。
[0020]進一步地，所述外法蘭盤為分體式結構，由所述前緣開口、后緣開口處分為上、下兩段。
[0021]進一步地，所述前緣連接堵頭、后緣連接堵頭分別安裝在外法蘭盤的前緣和后緣的開口處并用內六角螺栓固定在內法蘭盤上，且所述前緣連接堵頭、后緣連接堵頭與葉片翼型曲面相一致。
[0022]進一步地，在所述相鄰組合段的對接端面中的靠近葉根的一側端面連接外法蘭盤，遠離葉根的一側端面連接內法蘭盤。
[0023]進一步地，所述法蘭盤的靠近葉片連接端設置有加強板，所述加強板插在與其連接的葉片的纖維鋪層中，通過樹脂的粘接與葉片殼體連接為一體。
[0024]進一步地，所述加強板呈矩形，且為多塊，分別焊接在法蘭盤與葉片殼體連接端面上；所述加強板插在纖維鋪層厚度的二分之一處。
[0025]進一步地，還包括雷電流引下線，所述雷電流引下線的一端用螺栓固定在法蘭盤上，雷電流引下線的另一端與設置在葉尖處的葉尖接閃器相接，或與同一組合段另一端的法蘭盤相接，或與葉根相接。
[0026]進一步地，所述內、外法蘭盤組成的整體作為接閃器與地線相接。
[0027]一種風力發電機組，含有上述的風輪葉片。
[0028]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0029]1、組合式風輪葉片采用楔形條帶連接式的法蘭連接結構，其張力和強度可以滿足兩組合段可靠連接的需求，在目前的組合式風輪葉片中未發現采用該技術的相關報道。楔形條帶連接的最大的優點是連接后的葉片殼體外表面平整光滑，氣動性能好，流體阻力和噪音與整體結構葉片相同；連接結構緊湊，重量輕，組合方式簡單快捷，可降低生產難度，提高生產效率，降低生產成本，實現組合化大型風輪葉片的批量生產，基本不需要維護因此維護費用較低；可提高葉片運輸性能和運輸速度，降低運輸成本，促進大型風力發電機組的發展和普及。
[0030]2、內、外法蘭盤采用分體式結構，更適合于葉片殼體的多曲面形地組裝，也可保證楔形條帶在安裝中產生的張力。
[0031]3、通過在分段的開口處安裝連接堵頭，使法蘭盤形成封閉的結構體，大大提高了法蘭盤的剛性，防止楔形條帶的竄出，也保證了葉片的氣動外形。
[0032]4、通過對接端面的靠近葉根側設置外法蘭盤、遠離葉根側設置內法蘭盤，兩者配合插合設置，更適合風輪葉片的組裝，使受力更加合理。
[0033]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為組合式風輪葉片的內、外法蘭盤連接原理示意圖；
[0035]圖2為帶加強板的分體式外法蘭盤結構示意圖；
[0036]圖3為帶加強板的分體式內法蘭盤結構示意圖；
[0037]圖4為楔形條帶組合示意圖；
[0038]圖5為前緣連接堵頭示意圖；
[0039]圖6為后緣連接堵頭不意圖；
[0040]圖7為兩段組合式風輪葉片示意圖。
【具體實施方式】
[0041]為使本發明的目的、技術方案和優點得到更好的闡述，結合具體實例和附圖，對本發明作詳細說明。
[0042]為克服現有組合式風輪葉片連接方式存在的問題，本發明提供了一種組合式風輪葉片，各組合段之間采用楔形條帶連接式的法蘭連接結構進行連接。
[0043]下面僅以兩段組合式的風輪葉片為例進行詳細說明，其他多段組合參考兩段組
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[0044]如圖7所示，風輪葉片包括第一組合段I和第二組合段2，兩者的對接端面中，其中靠近葉根的一側端面連接外法蘭盤3，遠離葉根的一側端面連接內法蘭盤4。
[0045]配合圖1、2、3所示，外法蘭盤3與內法蘭盤4插合，且插合部分的內法蘭盤4外側壁與外法蘭盤3內側壁交匯，內法蘭盤4外側壁上及外法蘭盤3內側壁上分別設置有沿葉片寬度方向設置的凹槽41、31，凹槽41、31對合，形成一個截面為矩形的矩形槽。
[0046]上述矩形槽分為兩段，在相鄰段間的外法蘭盤上設有開口，該開口作為楔形條帶插入矩形槽的插入口 ；通過上述分段設置，可以滿足楔形條帶插入矩形槽后的張力需求，使法蘭連接結構更加合理。
[0047]由于葉片殼體呈多曲面形，為了方便安裝，將開口設置在外法蘭盤的前緣、后緣，分別為前緣開口 51、后緣開口 52。如圖2所示，前緣開口 51、后緣開口 52將外法蘭盤3分成上、下兩段的分體式結構；如圖3所示，為了方便葉片的制造，內法蘭盤4也為分體式結構，在內法蘭盤4前緣和后緣處分割為上、下兩段。其中圖3所示的內法蘭盤4前緣設有堵頭對接％5面。[0048]具體地，上述內法蘭盤4、外法蘭盤3需通過圖4所示的楔形條帶連接，左右兩只楔形金屬條帶61、62組成一組楔形條帶,且每組楔形條帶中的左右兩只楔形金屬條帶61、62分別反向從同一段矩形槽兩端的開口處插入矩形槽內，與矩形槽形成過盈配合。
[0049]在矩形槽分段處的前緣開口 51固定有前緣連接堵頭71 (配合圖5所示)，其與葉片翼型曲面相一致，外形為曲面型。在后緣開口 52處固定有后緣連接堵頭72 (配合圖6所示)，其與葉片翼型曲面相一致，外形為多曲面型。其中，前緣連接堵頭71、后緣連接堵頭72分別與內法蘭盤用內六角螺栓連接起來，具體地，在上、下兩段外法蘭盤3連接處兩端分別打有螺栓通過孔；在內法蘭盤4連接處兩端分別打有螺紋孔。前緣連接堵頭71采用兩支內六角螺栓連接。后緣連接堵頭72采用兩支內六角螺栓連接。
[0050]上述僅列舉了開口設置在外法蘭盤的前、后緣處，除此之外，本領域技術人員也可依據葉片寬度在外法蘭盤上半部及下半部中增加開口以適應楔形條帶的比例要求。
[0051]為保證法蘭盤與葉片殼體的連接強度和可靠性，如圖2、3、7所示，在內、外法蘭盤
4、3尾端(靠近葉片殼體連接端)焊接多塊矩形加強板8，加強板8插在與其連接的葉片的玻璃(碳)纖維的鋪層9中，通過環氧樹脂的粘接作用與葉片殼體成為一體。
[0052]法蘭盤與葉片殼體連接區域使用纖維增強層實現，纖維增強層鋪層為:以葉片大梁和芯材為中心面，對稱疊層鋪設，增強方向為0/±45°的玻璃(碳)纖維織物。連接區域遠端至近端的纖維增強層厚度平緩遞增，最近端的纖維增強層為等厚層，當鋪層鋪到二分之一時將帶有加強板8的法蘭盤安裝在葉片制作工裝上，再繼續鋪層時將加強板8鋪在其間中。
[0053]先將裁切好的增強方向為0/±45°的玻璃纖維織物按照設計要求進行疊層鋪設，再進行大梁的安裝和芯材鋪設，然后以大梁和芯材為中心面對稱鋪設增強方向為0/±45°的玻璃(碳)纖維織物。第一組合段1、第二組合段2的與法蘭盤連接區域遠端至近端的纖維增強層厚度平緩遞增，最近端的纖維增強層為等厚層。用負壓灌注工藝即可制造出組合式風輪葉片分體殼體，再經抗剪腹板安裝、合模、固化、脫模等工藝后即可制造出組合式風輪葉片的各組合段。
[0054]組合式風輪葉片各組合段制作完成后，將雷電流引下線的一端用螺栓固定在法蘭盤上，雷電流引下線另一端或與葉尖接閃器相接，或與同一組合段另一端的法蘭盤相接，或與葉根相接。
[0055]由于法蘭盤為金屬材料制備并安裝在機組的最高處，必然會遭到雷電流的沖擊，為保護葉片及機組的安全，內、外法蘭盤整體可作為接閃器與地線相接提供一條雷電流通路。具體地，分體式的內、外法蘭盤的各段尾部均設有地線連接孔。
[0056]綜上所述，本發明的組合式風輪葉片，是通過外法蘭盤與內法蘭盤插裝形成矩形槽，將楔形條帶插入其間即可完成組合式風輪葉片的組裝，各組合段葉片連接后可以保證葉片在動態運行中氣動外形平整、光滑，不影響氣動性能和機械性能，其裝配步驟如下:
[0057]I)在風場安裝時，使用葉片對接工裝將第一組合段I與第二組合段2進行定位和導入使第二組合段2上連接的內法蘭盤4插入到第一組合段I上連接的外法蘭盤3中；
[0058]2)將兩只楔形條帶自尖部從外法蘭盤后緣開口 52分別插入法蘭盤上段和下段的矩形槽中；
[0059]3)將另兩只楔形條帶自尖部從外法蘭盤前緣開口 51分別插入法蘭盤上段和下段的矩形槽中，最后用壓入裝置將楔形條帶全部壓入矩形槽中；
[0060]4)用內六角螺栓將前緣連接堵頭71安裝在外法蘭盤的前緣開口 51處；
[0061]5)用內六角螺栓將后緣連接堵頭72安裝在外法蘭盤的后緣開口 52處；即可完成組合式風輪葉片的組裝工作。
[0062]現有的風力發電機組，其中的組合式風輪葉片均可采用上述的連接方式，具有連接結構簡單、可靠性強，安裝簡便易行的優點，可促進大型風力發電機組的發展和普及。
[0063]最后應說明的是:以上所述僅為本發明的一個實例而已，并不用于限制本發明，盡管參照上述實例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，依然可以對上述實例所給出的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種組合式風輪葉片，所述葉片為兩段以上的組合形式，其特征在于，所述相鄰組合段的對接端面中的一個端面連接外法蘭盤，另一個連接內法蘭盤； 所述外法蘭盤與內法蘭盤插合，且插合部分的內法蘭盤外側壁與外法蘭盤內側壁交匯，所述內法蘭盤外側壁上及外法蘭盤內側壁上分別設置有沿葉片寬度方向設置的凹槽，所述凹槽對合，形成一個截面為矩形的矩形槽； 所述矩形槽分為多段，且在相鄰段間的外法蘭盤上設有開口，所述開口為楔形條帶插入口 ；所述風輪葉片還包括多組楔形條帶，所述楔形條帶的組數與矩形槽的段數相等；每組楔形條帶由左右兩只楔形條帶組成，且每組楔形條帶中的左右兩只楔形條帶分別反向從同一段矩形槽兩端的開口插入矩形槽內，與矩形槽形成過盈配合；在矩形槽分段處的開口部位還固定有連接堵頭。
2.根據權利要求1所述的組合式風輪葉片，其特征在于，所述矩形槽分為上、下兩段，所述開口分別為前緣開口及后緣開口，所述連接堵頭分別為前緣連接堵頭、后緣連接堵頭。
3.根據權利要求2所述的組合式風輪葉片，其特征在于，所述內法蘭盤為分體式結構，在內法蘭盤前緣和后緣處分割為上、下兩段。
4.根據權利要求2所述的組合式風輪葉片，其特征在于，所述外法蘭盤為分體式結構，由所述前緣開口、后緣開口分為上、下兩段。
5.根據權利要求2所述的組合式風輪葉片，其特征在于，所述前緣連接堵頭、后緣連接堵頭分別插在外法蘭盤的前緣和后緣開口處并用內六角螺栓與內法蘭盤連接起來，且所述前緣連接堵頭、后緣連接堵頭與葉片翼型曲面相一致。
6.根據權利要求1~5任一項所述的組合式風輪葉片，其特征在于，在所述相鄰組合段的對接端面中的靠近葉根的一側端面連接外法蘭盤，遠離葉根的一側端面連接內法蘭盤。
7.根據權利要求1~5任一項所述的組合式風輪葉片，其特征在于，所述法蘭盤的靠近葉片連接端設置有加強板，所述加強板插在與其連接的葉片的纖維鋪層中，通過樹脂的粘接與葉片殼體連接為一體。
8.根據權利要求7所述的組合式風輪葉片，其特征在于，所述加強板呈矩形，且為多塊，分別焊接在法蘭盤與葉片殼體連接的端面上；所述加強板插在纖維鋪層厚度的二分之—處。
9.根據權利要求1~5任一項所述的組合式風輪葉片，其特征在于，還包括雷電流引下線，所述雷電流引下線的一端用螺栓固定在法蘭盤上，雷電流引下線的另一端與設置在葉尖處的葉尖接閃器相接，或與同一組合段另一端的法蘭盤相接，或與葉根相接。
10.根據權利要求1~5任一項所述的組合式風輪葉片，其特征在于，所述內、外法蘭盤組成的整體作為接閃器與地線相接。
11.一種風力發電機組，其特征在于，含有權利要求1~10任一項所述的風輪葉片。
【文檔編號】F03D11/00GK104019001SQ201410293279
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】張健志, 韓新月, 周勝兵 申請人:國電聯合動力技術有限公司