一种插接式复合材料分段式叶片的制作方法

1.本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种插接式复合材料分段式叶片。


背景技术：

2.风能是一种优质的可再生能源，对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，非常适合因地制宜地利用风力发电。风电是可再生能源发展的重要领域，我国风能资源丰富，加快风电项目的建设，对于我国的调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。
3.对于风力发电机的叶片，由于其长度较长，为了方便运输，会将叶片设计成分段的形式，对每段进行单独的运输，再在安装地点进行拼接。传统的风力发电机的叶片使用金属材料制造而成，其叶片的重量过重，不便于安装和使用，因此使用强度高但重量更轻的复合材料代替传统的金属材料，比如玻纤、碳纤或者是碳玻混合等复合材料。但由于复合材料和金属材料的受力、传力方式差距较大，若复合材料分段叶片沿用金属材料分段叶片的连接结构，在使用过程中分段之间的连接可靠性较差，容易产生安全隐患。
4.鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种插接式复合材料分段式叶片公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种插接式复合材料分段式叶片，解决若复合材料分段叶片沿用金属材料分段叶片的连接结构，在使用过程中分段之间的连接可靠性较差，容易产生安全隐患的问题。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括：叶根分段和叶尖分段，拼接后形成叶片整体；其中，所述叶根分段和所述叶尖分段内分别有沿所述叶片整体长度方向设置的第一预埋梁和第二预埋梁；所述第一预埋梁的一端设置有插接槽，所述第二预埋梁的一端设置有插接块，所述插接块伸入所述插接槽中；所述插接槽和所述插接块通过第一连接件固定连接；所述叶根分段朝向所述叶尖分段的一端沿周向设置有第一法兰，所述叶尖分段朝向所述叶根分段的一端沿周向设置有第二法兰，所述第一法兰与所述第二法兰通过第二连接件固定连接。
7.进一步地，所述叶根分段朝向所述叶尖分段的一端沿周向还设置有卡块，所述叶尖分段朝向所述叶根分段的一端沿周向设置有卡槽，所述卡块伸入所述卡槽中。
8.进一步地，所述卡块与所述卡槽贴合的侧面之间设置有结构胶。
9.进一步地，所述插接块在所述叶片整体长度方向的长度大于所述卡块在所述叶片
整体长度方向的长度。
10.进一步地，所述第一连接件为固定螺钉，固定螺钉从所述叶根分段内部依次穿插所述叶根分段、所述插接槽侧面，最终与所述插接块螺纹固定连接。
11.进一步地，所述叶根分段上设置加厚段，所述固定螺钉设置在所述加厚段处。
12.进一步地，所述第二连接件为螺栓，所述第一法兰上设置若干个第一通孔，所述第二法兰上设置若干个第二通孔，所述螺栓穿插所述第一通孔和所述第二通孔，从而实现所述第一法兰与所述第二法兰的固定连接。
13.进一步地，所述插接槽的内壁与所述插接块的侧壁间隙配合设置。
14.进一步地，所述叶根分段的顶部和底部均设置有所述第一预埋梁，所述叶尖分段的顶部和底部均设置有所述第二预埋梁。
15.进一步地，还包括第一法兰板和第二法兰板，截面均呈“l”型；所述第一法兰板固定安装在所述叶根分段周向，一侧形成所述第一法兰；所述第二法兰板固定安装在所述叶尖分段周向，一侧形成所述第二法兰。
16.通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：设计的一种插接式复合材料分段式叶片，在第一预埋梁和第二预埋梁上设置插接槽和插接块，通过将插接块和插接槽相插接，并使用第一连接件固定连接，将第一预埋梁和第二预埋梁连接成一体，使叶片在使用过程中的传力主要会通过第一预埋梁和第二预埋梁实现，并且能够更好地承受剪切方向的受力，从而有效提高分段之间的连接强度；通过设置第一法兰和第二法兰，并使用第二连接件固定连接，对叶根分段和叶尖分段进行辅助连接，保证分段之间的连接处各段能够贴合紧密，进一步地提升分段之间的连接可靠性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例中插接式复合材料分段式叶片的整体示意图；图2为本发明实施例中插接式复合材料分段式叶片的连接处示意图；图3为本发明实施例中叶根分段连接处的结构示意图；图4为本发明实施例中叶尖分段连接处的结构示意图；图5为本发明实施例中插接式复合材料分段式叶片的连接处侧视图；图6为本发明实施例中实施例1在图5的a处剖视图；图7为本发明实施例中实施例2在图5的b处剖视图；附图标记：叶根分段1、第一预埋梁11、插接槽111、第一法兰12、卡块13、加厚段14、叶尖分段2、第二预埋梁21、插接块211、第二法兰22、卡槽23、第一连接件3、第二连接件4、第一法兰板5、第二法兰板6。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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。
21.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，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，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。
22.实施例1：一种插接式复合材料分段式叶片，如图1~ 6所示，包括：叶根分段1和叶尖分段2，拼接后形成叶片整体；其中，叶根分段1和叶尖分段2内分别有沿叶片整体长度方向设置的第一预埋梁11和第二预埋梁21；第一预埋梁11的一端设置有插接槽111，第二预埋梁21的一端设置有插接块211，插接块211伸入插接槽111中；插接槽111和插接块211通过第一连接件3固定连接；叶根分段1朝向叶尖分段2的一端沿周向设置有第一法兰12，叶尖分段2朝向叶根分段1的一端沿周向设置有第二法兰22，第一法兰12与第二法兰22通过第二连接件4固定连接。
23.具体的，对于复合材料分段式叶片的各个分段的制作，会先使用金属搭建出分段的骨架，然后再在骨架上蒙上复合材料蒙皮形成分段的结构形状，最后将骨架和复合材料蒙皮固化成型成一体实现各个分段的制作，其中骨架是主要用于分段传力的零件。若直接沿用金属材料分段叶片的连接结构，则其主要的传力会通过蒙皮进行，连接的可靠性明显较差。
24.而本发明中，第一预埋梁11和第二预埋梁21被直接运用在叶根分段1和叶尖分段2的骨架中，在叶根分段1和叶尖分段2包裹上复合材料蒙皮后固化成一体，第一预埋梁11和第二预埋梁21起到各个分段之间主要的支撑和传力作用；在第一预埋梁11和第二预埋梁21上设置插接槽111和插接块211，通过将插接块211和插接槽111相插接，并使用第一连接件3固定连接，将第一预埋梁11和第二预埋梁21连接成一体，使叶片在使用过程中的传力主要会通过第一预埋梁11和第二预埋梁21实现，而不会通过蒙皮，并且通过插接连接成一体的梁体能够更好地承受剪切方向的受力，从而有效提高分段之间的连接强度。通过设置第一法兰12和第二法兰22，并使用第二连接件4固定连接，对叶根分段1和叶尖分段2进行辅助连接，保证分段之间的连接处各段能够贴合紧密，进一步地提升分段之间的连接可靠性。将插接槽111设置在距离叶片旋转中心更近的叶根分段1处，则连接处的位置会更靠近叶片旋转中心，在叶片旋转时对连接处的影响会更小，也进一步地提升分段之间的连接可靠性。
25.优选地，叶根分段1朝向叶尖分段2的一端沿周向还设置有卡块13，叶尖分段2朝向叶根分段1的一端沿周向设置有卡槽23，卡块13伸入卡槽23中。卡块13与卡槽23的配合可以对叶根分段1与叶尖分段2之间进行进一步的定位，并且保证叶根分段1和叶尖分段2连接处的外侧能够平滑过渡，保证叶片整体的形状，同时卡块13与卡槽23的侧壁相互支撑，使卡块
13与卡槽23处也能承受一定的剪切力，与插接连接成一体的梁体共同作用，进一步地提升连接处的抗剪切和抗扭能力。
26.卡块13与卡槽23贴合的侧面之间设置有结构胶，使卡块13与卡槽23的侧面之间紧密贴合，在保证密封性的同时能够减少卡块13与卡槽23连接处的刚度突变，从而避免产生应力集中，提升连接的可靠性。
27.插接块211在叶片整体长度方向的长度大于卡块13在叶片整体长度方向的长度，此结构可以使叶根分段1和叶尖分段2在插接过程中，插接块211会先插入插接槽111，之后卡块13才会插入卡槽23；考虑到卡块13与卡槽23的插接难度大于插接块211与插接槽111的插接难度，且卡块13的厚度相对较薄容易损坏，因此先通过插接块211和插接槽111连接，对叶根分段1和叶尖分段2之间的相对运动起到导向作用，之后缓慢地移动叶尖分段2将卡块13插入卡槽23内，防止卡块13受到过大碰撞导致损坏。
28.作为第一连接件3的一种优选实施方式，第一连接件3为固定螺钉，固定螺钉从叶根分段1内部依次穿插叶根分段1、插接槽111侧面，最终与插接块211螺纹固定连接。叶根分段1上设置加厚段14，固定螺钉设置在加厚段14处，加厚段14可以有效保证固定螺钉与叶根分段1蒙皮之间在连接处的连接强度。
29.作为第二连接件4的一种优选实施方式，第二连接件4为螺栓，第一法兰12上设置若干个第一通孔，第二法兰22上设置若干个第二通孔，螺栓穿插第一通孔和第二通孔，从而实现第一法兰12与第二法兰22的固定连接。
30.为了便于插接操作，插接槽111的内壁与插接块211的侧壁间隙配合设置。
31.为了进一步地提升叶片连接处的抗弯折和抗剪切能力，并且使叶连接处提高抵抗叶根分段1和叶尖分段2之间产生相对转动的能力，叶根分段1的顶部和底部均设置有第一预埋梁11，叶尖分段2的顶部和底部均设置有第二预埋梁21。
32.实施例2：一种插接式复合材料分段式叶片，如图1~5和图7所示，与实施例1不同的是，还包括第一法兰板5和第二法兰板6，截面均呈“l”型；第一法兰板5固定安装在叶根分段1周向，一侧形成第一法兰12；第二法兰板6固定安装在叶尖分段2周向，一侧形成第二法兰22。
33.本实施例中，由于第一法兰12和第二法兰22分别位于叶根分段1和叶尖分段2的主体部分长度方向的垂直方向，因此复合材料较难铺设成型，通过将第一法兰12与叶根分段1、第二法兰22与叶尖分段2进行分体设置，可以使叶根分段1和叶尖分段2的主体部分形成在长度方向延伸的结构，更便于加工。
34.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。