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一種風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件及其制造方法

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一種風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片,尤其涉及一種風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件及其制造方法,屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的零部件。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電葉片是風(fēng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組至關(guān)重要的組件,其主要作用是捕獲來(lái)流風(fēng)能,將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)發(fā)電機(jī)組再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。風(fēng)電葉片的長(zhǎng)度直接影響風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的能力和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率。在相同出功效率的情況下,風(fēng)力機(jī)發(fā)電能力與葉片的長(zhǎng)度呈現(xiàn)2次方關(guān)系,增加葉片長(zhǎng)度是增加風(fēng)力機(jī)發(fā)電能力的直接和有效途徑,然而,葉片越長(zhǎng)往往載荷也越大,這也對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出嚴(yán)格的要求。隨著風(fēng)電技術(shù)的不斷發(fā)展和大量風(fēng)機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累,先進(jìn)的控制技術(shù)大幅降低了現(xiàn)有葉片的運(yùn)行載荷,使得葉片結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)盈余很大,為葉片的增功提供了改造的空間,增加葉片長(zhǎng)度是其中一項(xiàng)有效措施。
[0003]不僅如此,由于風(fēng)電機(jī)組在裝機(jī)前期并不容易完全掌握裝機(jī)位置的風(fēng)資源狀況,在實(shí)際運(yùn)行的過程中經(jīng)常出現(xiàn)一些風(fēng)機(jī)在安裝后并沒有達(dá)到預(yù)期的風(fēng)速和功率,實(shí)際運(yùn)行載荷也沒有預(yù)期的值,這也給風(fēng)機(jī)葉片增長(zhǎng)提供了實(shí)際需求,而更換整只葉片將大幅增加改造成本,在現(xiàn)有葉片的基礎(chǔ)上,通過增加一個(gè)葉根段來(lái)增加整個(gè)葉片的長(zhǎng)度是一個(gè)相對(duì)經(jīng)濟(jì)的提尚風(fēng)力機(jī)出功的舉措。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段結(jié)構(gòu)及其制造方法,為風(fēng)電機(jī)組增功改造提供一種簡(jiǎn)單有效的方法,同時(shí),改造成本不高而能顯著增加葉片的出功,具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面,本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0006]—種風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件,包括延長(zhǎng)段主體,其特征在于,所述延長(zhǎng)段主體一端通過螺栓組件與風(fēng)力渦輪的輪轂連接,另一端通過螺栓組件與風(fēng)電葉片根部連接。
[0007]進(jìn)一步的,所述延長(zhǎng)段主體與風(fēng)電葉片葉根部為同心圓柱段,二者的圓柱半徑至少基本相同;所述延長(zhǎng)段主體的外層為由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的外蒙皮,內(nèi)層為由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的內(nèi)蒙皮,中間層沿其周向均勻鋪設(shè)若干復(fù)合材料預(yù)制型條;所述復(fù)合材料預(yù)制型條與延長(zhǎng)段主體等長(zhǎng),相鄰兩復(fù)合材料預(yù)制型條之間的空間中沿其軸向依次設(shè)置有金屬螺栓套、輕質(zhì)填充材料、圓柱形假體和金屬光套,其中,各所述金屬螺栓套的尾端至少基本與所述延長(zhǎng)段主體的輪轂連接端面平齊,各所述金屬光套的尾端至少基本與所述延長(zhǎng)段主體的葉根連接端面平齊;所述風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件在使用時(shí),切除圓柱形假體的內(nèi)蒙皮,取出圓柱形假體,形成圓柱形假體腔,作為螺栓連接過程的操作空間。
[0008]進(jìn)一步的,所述復(fù)合材料預(yù)制型條為由復(fù)合材料制成的與延長(zhǎng)段主體等長(zhǎng)的長(zhǎng)條,可單個(gè)鋪設(shè)制作,也可多條制作切割成型。
[0009]進(jìn)一步的,所述金屬螺栓套、輕質(zhì)填充材料、圓柱形假體腔、金屬光套沿軸向依次排列,所述金屬螺栓套預(yù)埋在延長(zhǎng)段主體與輪轂連接的一端,沿主體軸向依次鋪設(shè)有輕質(zhì)填充材料、圓柱形假體腔、金屬光套,整體形成條狀結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步的,所述復(fù)合材料預(yù)制型條周向間隔排列,所述復(fù)合材料預(yù)制型條等間距周向排列在延長(zhǎng)段主體內(nèi)側(cè),且與金屬螺栓套、圓柱形假體腔、輕質(zhì)填充材料、金屬光套沿軸向排列組成的條狀結(jié)構(gòu)間隔排列。
[0011]進(jìn)一步的,所述圓柱形假體腔的直徑與延長(zhǎng)段主體末端預(yù)埋的金屬光套一致,且長(zhǎng)度大于葉根連接螺栓的長(zhǎng)度,其主要是作為葉根鏈接螺栓的裝配空間使用。
[0012]進(jìn)一步的,所述圓柱形假體腔,其制作過程是,先預(yù)埋與金屬光套等直徑、長(zhǎng)度大于葉根連接螺栓的圓柱形假體,內(nèi)層纖維布鋪設(shè)完成后,整個(gè)延長(zhǎng)段采用真空吸注工藝固化,切除圓柱體假體的內(nèi)層復(fù)合材料,取出圓柱體假體,形成圓柱形假體腔。
[0013]進(jìn)一步的,所述圓柱形假體中設(shè)有內(nèi)螺紋,在制備延長(zhǎng)段主體時(shí),所述預(yù)埋假體設(shè)置在金屬光套端部,采用定位螺栓與圓柱形假體中的內(nèi)螺紋配合來(lái)固定金屬光套;所述圓柱形假體腔與金屬光套配套使用,其主要作用是為螺母留出螺栓預(yù)緊和安裝的操作空間。
[0014]進(jìn)一步的,所述金屬螺栓套為帶有內(nèi)螺紋的空心圓柱狀金屬套,其螺紋部分通過螺栓組件與風(fēng)力渦輪的輪轂連接,所述金屬光套為不帶內(nèi)螺紋的空心圓柱狀金屬套,其內(nèi)徑大于連接螺栓的外徑,葉根連接螺栓貫穿金屬光套后與葉片根部連接。
[0015]本發(fā)明的風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件,由主體外層、中間層、內(nèi)層組成,其中外層是由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋪設(shè)而成;中間層由金屬螺栓套、葉根連接螺栓、圓柱形假體腔、復(fù)合材料預(yù)制型條、輕質(zhì)填充材料、金屬光套組成;內(nèi)層由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鋪設(shè)而成。
[0016]所述的延長(zhǎng)段主體外層,其特征在于,延長(zhǎng)段主體是與葉根圓柱直徑相同的同心圓柱段,采用纖維復(fù)合材料制作而成,與輪轂連接端的延長(zhǎng)段主體預(yù)埋有金屬螺栓套,與葉根連接端的延長(zhǎng)段主體預(yù)埋有金屬光套。
[0017]所述的延長(zhǎng)段主體中間層,由金屬螺栓套、圓柱形假體腔、輕質(zhì)填充材料、金屬光套、復(fù)合材料預(yù)制型條組成,其特征在于,金屬螺栓套、輕質(zhì)填充材料、圓柱形假體腔、金屬光套沿軸向依次排列,形成與延長(zhǎng)段主體等長(zhǎng)的條狀結(jié)構(gòu),該條狀結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料預(yù)制型條沿周向等間距間隔排列。
[0018]所述的復(fù)合材料預(yù)制型條,其特征在于,由復(fù)合材料制成,與延長(zhǎng)段主體等長(zhǎng)的長(zhǎng)條,可單個(gè)鋪設(shè)制作,也可多條制作切割成型。
[0019]所述的圓柱形假體腔,其特征在于,圓柱形假體腔的直徑與延長(zhǎng)段主體末端預(yù)埋的金屬光套一致,且長(zhǎng)度大于葉根連接螺栓的長(zhǎng)度,其主要是作為葉根連接螺栓的裝配空間。
[0020]所述的圓柱形假體腔,其制作工藝是,先預(yù)埋與金屬光套等直徑,長(zhǎng)度大于葉根連接螺栓長(zhǎng)度的圓柱形假體,內(nèi)層纖維布鋪設(shè)完成后,整個(gè)延長(zhǎng)段采用真空吸注工藝固化,切除圓柱體假體的內(nèi)層復(fù)合材料,取出圓柱體假體,形成圓柱形假體腔。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案還提供了一種上述風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件的制造方法,包括以下步驟:
[0022](1)在模具上先鋪設(shè)外層纖維形成延長(zhǎng)段主體的外層;
[0023](2)在延長(zhǎng)段主體與輪轂連接端內(nèi)側(cè)鋪設(shè)金屬螺栓套,金屬螺栓套與復(fù)合材料預(yù)制型條間隔排列;
[0024](3)在金屬螺栓套的末端沿延長(zhǎng)段軸向依次鋪設(shè)輕質(zhì)填充材料、圓柱形假體、金屬光套,形成中間層;
[0025](3)鋪設(shè)內(nèi)層纖維布;
[0026](4)采用復(fù)合材料真空吸注工藝完成整個(gè)延長(zhǎng)段的制造;
[0027](5)切除圓柱體假體的內(nèi)層復(fù)合材料,取出圓柱體假體,形成螺栓連接過程的操作空間。
[0028]同現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件及其制造方法具有以下特占.
[0029]1、采用復(fù)合材料主體結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn),可以降低結(jié)構(gòu)的重量和葉片的載荷。
[0030]2、采用與螺栓套截面尺寸相同的假體可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)表面幾何外形延延長(zhǎng)段軸向外形一致性,可以避免纖維布在鋪設(shè)和吸注過程中的褶皺缺陷。有利于提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
[0031]3、采用預(yù)埋金屬件的連接方式使連接螺栓具有較低的載荷系數(shù),可以有效減小螺檢承受的載荷。
[0032]4、預(yù)制型條采用連續(xù)纖維復(fù)合材料可以發(fā)揮單向復(fù)合材料的特性,增加延長(zhǎng)段的強(qiáng)度,預(yù)制型條的高度可以比較小,這樣降低延長(zhǎng)段的重量,同時(shí)對(duì)螺栓的連接強(qiáng)度影響很小。
[0033]5、增加型條在假體臨近位置的高度可以使得延長(zhǎng)段的結(jié)構(gòu)剛度變化更平穩(wěn),提高延長(zhǎng)段的疲勞強(qiáng)度。
[0034]6、預(yù)埋假體實(shí)現(xiàn)螺栓的操作空間對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞性小,這種結(jié)構(gòu)使得螺栓連接組裝和維護(hù)簡(jiǎn)單,便于螺栓置換。
【附圖說明】
[0035]圖1.本發(fā)明的風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件總體結(jié)構(gòu)裝配圖;
[0036]圖2.本發(fā)明的風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件總體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0037]圖3.本發(fā)明的風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件內(nèi)部結(jié)構(gòu)輪廓構(gòu)造圖;
[0038]圖4.本發(fā)明的風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件主體剖視圖;
[0039]圖5.本發(fā)明的風(fēng)電葉片根部延長(zhǎng)段構(gòu)件主體各段截面視圖;
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