一种风力机风轮叶片与轴承的安装结构的制作方法

1.本实用新型涉及风电机组装技术领域，尤其是涉及一种风力机风轮叶片与轴承的安装结构。


背景技术：

2.因此，在风机的安装过程中，螺栓紧固效果的好坏将直接影响到日后风机的正常运行和发电效率，叶片叶根螺栓的使用寿命，则直接影响到风电发电设备的使用维护成本。按照传统的单排螺栓连接设计已经很难满足叶片大型化的需求，而传统地解决方案是加大叶片根部尺寸、增加叶根连接螺栓数量，而这将导致叶片重量、根部尺寸以及与之相连接的变桨轴承尺寸进一步加大，极大地增加了叶片和风电机组的开发成本，也给运输和吊装增加了很大的难度。目前，叶片根部与变桨轴承的连接设计已成为叶片大型化普遍存在的问题。
3.例如中国专利文献（公告号：cn102748246a）公开了“风轮叶片与变桨轴承的连接结构”，包括风轮叶片和变桨轴承，风轮叶片与变桨轴承之间设有法兰垫片，风轮叶片根部的端面上设有间隔设置的长螺杆孔和短螺杆孔，在风轮叶片根部的侧面上沿叶片圆周方向设有两圈螺母孔，所述的螺母孔内设有螺母，处于内环的螺母孔内的螺母与短螺杆配合紧固，处于外圈的螺母孔内的螺母与外螺杆配合紧固。本实用新型通过采用长螺杆和短螺杆间隔安装在风轮叶片的根部端面上，将风轮叶片、法兰垫片和变桨轴承固定连接在一起。
4.上述技术方案中，虽然将传统的单排螺栓连接优化为长短螺栓交替设置的方案，但仍未解决叶片根部因自重及风压作用产生应力集中的问题，随着风机运行时间增加叶根处的断裂隐患会不断放大，而遭遇强劲瞬时风力则会进一步加快叶根疲劳断裂的产生。


技术实现要素：

5.针对背景技术中提到的现有风轮叶片与变桨轴承之间易产生应力集中进而导致疲劳断裂的问题，本实用新型提供了一种风力机风轮叶片与轴承的安装结构，通过在叶片与变桨轴承分组设置若干圈安装孔组形成能够分散载荷的连接结构，避免增加单根螺栓质量，仅通过结构优化有效提升载荷分散能力，以此提升叶根位置的抗断裂性能。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种风力机风轮叶片与轴承的安装结构，包括设置于变桨轴承内环上的风轮叶片，风轮叶片根部与变桨轴承的内环通过螺柱件连接，所述风轮叶片根部上沿径向设置有至少两安装孔组，所述安装孔组呈环状分布，包括若干安装孔，变桨轴承内环上对应安装孔组设置有过孔，所述螺柱件贯穿过孔并与安装孔连接。利用载荷分散件构成的这种层层递进的连接方式相较于传统连接结构，能够有效分散应力，确保大尺寸叶片的叶根处的剪切力能够分散作用在各圈安装孔组的螺栓上，有效增加抗断裂性能。
8.作为优选，安装孔组包括有靠近叶片外轮廓的外安装孔组和靠近叶片内腔的内安装孔组，所述外安装孔组包括有外圈承力孔，所述内安装孔组包括有内圈承力孔，所述外圈
承力孔与内圈承力孔同心设置。所述外安装孔组与内安装孔组分别为叶片上最外圈螺柱孔组和最内环螺柱孔组，而叶片自重的主要承力点为最外圈的外安装孔组，特别的是，当叶片遭遇高额瞬时风力时外安装孔组处的应力集中达到顶峰，采用多圈螺柱能够使载荷均匀分散的由外向内传递，优化连接结构的力学性能。而同心设置的安装孔组能够均匀分散来自叶片的载荷，在叶片规格大幅提升的情况下仍然可保证连接稳定性。
9.作为优选，所述安装孔内均设置有预埋式螺柱套筒，所述螺柱件与预埋式螺柱套筒螺纹连接。预埋式螺柱套筒是在叶片生产制造时与叶片根部一体真空灌注而成，通过连接螺栓及连接螺母与变桨轴承相连接，组成为一个叶根与变桨轴承多圈螺柱连接结构的整体。从而起到载荷分散效果，使得来自风轮叶片的剪切载荷被逐级分散，由此提高风机变桨系统的力学性能。
10.作为优选，所述螺柱件为双头螺柱。所述双头螺柱能够同时连接变桨轴承和叶片根部，且避免了组合式螺栓结构强度不理想的弊端，使得叶片根部的核心连接件的连接强度达到最大，配合多圈安装孔组内的其他螺栓有效抵抗剪切载荷，提高叶片连接稳定性。
11.作为优选，所述螺柱件远离预埋式螺柱套筒的一端贯穿于变桨轴承后连接设置有锁紧螺帽，所述锁紧螺帽与变桨轴承的端面之间设置有填隙件。所述填隙件既能够填充锁紧螺帽与变桨轴承之间的间隙，避免随风电机组运行时间的推移使两者相互磨损而降低装配精度，利用弹簧垫片作为填隙件能够很好地保持锁紧螺帽对变桨轴承对螺柱件的固定强度。
12.作为优选，所述预埋式螺柱套筒与变桨轴承之间设置有法兰件，所述密封环抵接法兰件远离变桨轴承的一侧端面，所述法兰件表面设置有耐磨层。由于法兰件为叶根接触面及变桨轴承接触面的连接件，因此叶片产生的微振动均会导致法兰件与前后部件产生微动摩擦，而利用耐磨层则能有效降低法兰磨损速度，保证叶根处的间隙保持在设计范围内，提高风机的精密性。
13.作为优选，所述螺柱件中部直径小于两端直径，所述螺柱件中部与预埋式螺柱套筒之间卡合设置有密封环，所述密封环抵接法兰件远离变桨轴承的一侧端面。密封环用于封闭预埋式螺柱套筒的开口，确保螺柱件与预埋式螺柱套筒装配连接后保持密封状态，避免产生松动导致结构强度降低，或是异物进入加剧部件间磨损而降低连接结构寿命。
14.作为优选，所述外圈承力孔与内圈承力孔一一对应设置于风轮叶片的同一半径线上。所述外圈承力孔与内圈承力孔一一对应，确保风轮叶片与变桨轴承之间的连接结构由点连接转换为线连接，尤其是在承受剪切力时，一一对应的外圈承力孔与内圈承力孔能够有效分散剪切载荷，避免应力集中现象造成叶根遭受破坏。
15.因此，本实用新型具有如下有益效果：（1）通过在叶片与变桨轴承分组设置若干圈安装孔组形成能够分散载荷的连接结构，避免增加单根螺栓质量，仅通过结构优化有效提升载荷分散能力，以此提升风轮叶片根部位置的抗断裂性能；（2）在遇到高额瞬时风力时，载荷分散件可将主要承担应力的外安装孔组所受载荷传递至内安装孔组，将多圈安装孔组组成的“受力整体”的内应力进行分散，降低外安装孔组的应力集中现象，提升连接结构整体的抗断裂性能；（3）利用法兰件配合密封环增强叶根处的抗疲劳性能和抗磨损性能，进一步提升连接结构的使用寿命和连接质量。
附图说明
16.图1为实施例1中风轮叶片根部的主视图。
17.图2为图1中a-a处的剖视图。
18.图3为图2中b处的局部放大图。
19.图中：1、风轮叶片，2、变桨轴承，21、内环，3、预埋式螺柱套筒，4、螺柱件，41、锁紧螺帽，5、外圈承力孔，6、内圈承力孔，7、密封环，8、填隙件，9、法兰件。
具体实施方式
20.下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
21.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
22.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.实施例1
24.如图1、2所示，一种风力机风轮叶片与轴承的安装结构，包括设置于变桨轴承2内环21上的风轮叶片1，风轮叶片1根部与变桨轴承2的内环21通过螺柱件4连接，所述风轮叶片1根部上沿径向设置有两安装孔组，所述安装孔组呈环状分布，包括若干安装孔，变桨轴承2内环21上对应安装孔组设置有过孔，所述螺柱件4贯穿过孔并与安装孔连接。安装孔组包括有靠近风轮叶片1外轮廓的外安装孔组和靠近风轮叶片1内腔的内安装孔组，所述外安装孔组包括有外圈承力孔5，所述内安装孔组包括有内圈承力孔6，所述外圈承力孔5与内圈承力孔6同心设置。所述外圈承力孔5与内圈承力孔6一一对应设置于同一半径线上。所述外圈承力孔与内圈承力孔一一对应，确保风轮叶片与变桨轴承之间的连接结构由点连接转换为线连接，尤其是在承受剪切力时，一一对应的外圈承力孔5与内圈承力孔6能够有效分散剪切载荷，避免应力集中现象造成叶根遭受破坏。
25.利用载荷分散件构成的这种层层递进的连接方式相较于传统连接结构，能够有效分散应力，确保大尺寸风轮叶片1的叶根处的剪切力能够分散作用在各圈安装孔组的螺栓上，有效增加抗断裂性能。所述外安装孔组与内安装孔组分别为风轮叶片1上最外圈螺柱孔组和最内环21螺柱孔组，而风轮叶片1自重的主要承力点为最外圈的外安装孔组，特别的是，当风轮叶片1遭遇高额瞬时风力时外安装孔组处的应力集中达到顶峰，采用多圈螺柱能够使载荷均匀分散的由外向内传递，优化连接结构的力学性能。而同心设置的安装孔组能
够均匀分散来自风轮叶片1的载荷，在风轮叶片1规格大幅提升的情况下仍然可保证连接稳定性。
26.如图3所示，所述安装孔内均设置有预埋式螺柱套筒3，所述螺柱件4与预埋式螺柱套筒3螺纹连接。所述螺柱件4为双头螺柱。所述螺柱件4远离预埋式螺柱套筒3的一端贯穿于变桨轴承2后连接设置有锁紧螺帽41，所述锁紧螺帽41与变桨轴承2的端面之间设置有填隙件8。所述预埋式螺柱套筒3与变桨轴承2之间设置有法兰件9，所述法兰件9表面设置有耐磨层。所述螺柱件4中部直径小于两端直径，所述螺柱件4中部与预埋式螺柱套筒3之间卡合设置有密封环7，所述密封环抵接法兰件9远离变桨轴承2的一侧端面。
27.预埋式螺柱套筒3是在风轮叶片1生产制造时与风轮叶片1根部一体真空灌注而成，通过连接螺栓及连接螺母与变桨轴承2相连接，组成为一个叶根与变桨轴承多圈螺柱连接结构的整体。从而起到载荷分散效果，使得来自风轮叶片1的剪切载荷被逐级分散，由此提高风机变桨系统的力学性能。所述双头螺柱能够同时连接变桨轴承2和风轮叶片1根部，且避免了组合式螺栓结构强度不理想的弊端，使得风轮叶片1根部的核心连接件的连接强度达到最大，配合多圈安装孔组内的其他螺栓有效抵抗剪切载荷，提高风轮叶片1连接稳定性。所述填隙件8既能够填充锁紧螺帽41与变桨轴承2之间的间隙，避免随风电机组运行时间的推移使两者相互磨损而降低装配精度，利用弹簧垫片作为填隙件8能够很好地保持锁紧螺帽41对变桨轴承2对螺柱件4的固定强度。由于法兰件9为叶根接触面及变桨轴承2接触面的连接件，因此风轮叶片1产生的微振动均会导致法兰件9与前后部件产生微动摩擦，而利用耐磨层则能有效降低法兰磨损速度，保证叶根处的间隙保持在设计范围内，提高风机的精密性。密封环7用于封闭预埋式螺柱套筒3的开口，确保螺柱件4与预埋式螺柱套筒3装配连接后保持密封状态，避免产生松动导致结构强度降低，或是异物进入加剧部件间磨损而降低连接结构寿命。
28.本实施例中，螺柱件4采用双头螺柱，通过对风轮叶片1根部及变桨轴承2之间的螺柱件4分布位置进行优化实现风轮叶片1抗断裂性能的提升，具体来说，本实施例采用外安装孔组和内安装孔组两圈间隔设置的螺柱件4进行连接，通过双圈螺栓形成线性承力结构，有效避免应力集中现象出现，提升连接结构的抗断裂性能。
29.除上述实施例外，在本实用新型的权利要求书及说明书所公开的范围内，本实用新型的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本实用新型没有详细描述的实施例也应视为本实用新型的具体实施例而在本实用新型的保护范围之内。