风力机预埋式法兰叶根及其制造工艺.pdf

本发明涉及一种风力机预埋式法兰叶根及其制造工艺，包括法兰，其特点是：法兰外圆边或内圆边的平面上沿圆周布设有若干个阶梯圆柱，阶梯圆柱上开有至少一个与叶根连接的阶梯槽。工艺步骤是：1.冲压成型或压铸成型法兰内外圆柱面和沿圆周均匀分布的几十个阶梯圆柱，2.机械加工法兰的两个端面和外圆面；3.加工螺栓孔；4.将法兰放入模具，与桨叶一起浇铸或注胶成型。本发明采用预埋组合式法兰叶根连接方式后，避免了桨叶轴承或叶根尺寸的增加，避免了在叶根上加工圆孔，提高了叶根与桨叶轴承的连接精度，降低了桨叶成本。

1.  一种风力机预埋式法兰叶根，包括法兰(3)，其特征在于：所述法兰(3)外圆边或内圆边的平面上沿圆周布设有多个阶梯圆柱(1)，所述阶梯圆柱(1)上开有至少一个与叶根连接的阶梯槽。

2.  根据权利要求1所述的风力机预埋式法兰叶根，其特征在于：所述阶梯圆柱(1)在风力机功率大于1MW时的数量大于30个，并在法兰(3)圆周上均匀布置。

3.  根据权利要求1或2所述的风力机预埋式法兰叶根，其特征在于：所述阶梯圆柱(1)与法兰(3)冲压成型或者压铸成型成一体。

4.  根据权利要求1所述的风力机预埋式法兰叶根，其特征在于：所述法兰(3)上沿圆周均匀分布10个以上、用于法兰与桨叶轴承内圈连接的螺栓孔(4)。

5.  根据权利要求1所述的风力机预埋式法兰叶根，其特征在于：所述法兰其连接方式和连接尺寸由桨叶轴承和叶根结构尺寸确定。

6.  根据权利要求1或4所述的风力机预埋式法兰叶根，其特征在于：所述法兰(4)与桨叶浇铸或注胶成一体。

7.  一种风力机预埋式法兰叶根的制造工艺，具体步骤是：(A)冲压成型或压铸成型法兰(3)内外圆柱面和沿圆周均匀分布的多个阶梯圆柱(1)，(B)机械加工法兰(3)的两个端面和外圆面；(C)加工螺栓孔(4)；(D)将法兰(3)放入模具，与桨叶一起浇铸或注胶成型。

风力机预埋式法兰叶根及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种风力发电机的叶片，尤其是一种风力发电机的叶片与轮毂连接的叶根。
背景技术
风力机叶片是风力发电机组最关键的部件之一，叶片通过叶根连接到轮毂上。由于叶片要承受较大、多变的风力载荷，而且重力变化、惯性力变化相当复杂，所以，叶片、叶根的疲劳特性十分重要。为了减轻叶片的重力，绝大多数叶片采用玻璃纤维增强塑料、炭纤维增强塑料等复合材料。叶片采用复合材料制造后，给叶片与轮毂的连接带来了困难。为了解决叶片与轮毂的连接问题，常采用两种叶根结构。
第一种是丹麦LM公司的螺纹件预埋式叶根，在叶片成型过程中，直接将经过特殊表面处理的螺纹件预埋在壳体中，避免了对叶片材料结构层的加工损伤，其缺点是每个螺纹件的定位必须准确。第二种是荷兰CTC公司的钻孔组装式叶根，叶片成型后，用专用钻床和工装在叶根部位钻孔后，再将螺纹装入。这种方式会在叶片根部的复合材料结构层上加工出几十个孔，破坏了材料结构的整体性，大大降低了叶片根部的结构强度，而且螺纹的垂直度不易保证，容易给现场组装带来困难。
上述两种叶根结构还有一个共同的缺点。由于叶根连接螺纹、或者连接孔位于叶根圆周上，叶根直接安装在桨叶轴承内圈上，因此，必须根据桨叶轴承强度和叶根强度最小者，确定叶根的连接尺寸。对于不同的风力发电机来说，风轮额定转速不同时，桨叶尺寸存在较大差异，桨叶轴承的载荷决定了轴承的结构和尺寸大小。当轴承尺寸与叶根尺寸不匹配时，必须增大叶根尺寸、或者轴承尺寸，才能保证叶根与轴承的正常连接。无论增加叶根尺寸还是轴承尺寸，都会带来风机重量和成本的增加。
发明内容
本发明是要提供一种风力机预埋式法兰叶根及其制造工艺，该叶根允许桨叶轴承和叶根各自根据设计要求确定结构尺寸，然后通过法兰过渡连接方式，协调轴承尺寸与叶根尺寸的变化和不同，也可以克服现有丹麦LM公司的螺纹件预埋式叶根和荷兰CTC公司的钻孔组装式叶根存在的缺陷，降低成本。
本发明的技术方案是：一种风力机预埋式法兰叶根，包括法兰，其特点是：法兰外圆边或内圆边的平面上沿圆周布设有多个阶梯圆柱，阶梯圆柱上开有至少一个与叶根连接的阶梯槽。
阶梯圆柱的数量根据不同风机功率的大小确认，并在法兰圆周上均匀布置；阶梯圆柱与法兰冲压成型或者压铸成型成一体；法兰上沿圆周均匀分布多个用于法兰与桨叶轴承内圈连接的螺栓孔；法兰连接方式和法兰连接尺寸根据桨叶轴承和叶根结构尺寸确定；法兰与桨叶浇铸或注胶成一体。
一种风力机预埋式法兰叶根的制造工艺，具体步骤是：(1)冲压成型或压铸成型法兰内外圆柱面和沿圆周均匀分布的多个阶梯圆柱，(2)机械加工法兰的两个端面和外圆面；(3)加工螺栓孔；(4)将法兰放入模具，与桨叶一起浇铸或注胶成型。
本发明的有益效果是：本发明采用预埋组合式法兰叶根连接方式后，避免了桨叶轴承或叶根尺寸的增加，避免了在叶根上加工圆孔，提高了叶根与桨叶轴承的连接精度，降低了桨叶成本。
附图说明
图1是外法兰叶根剖视图；
图2是外法兰结构立体示意图；
图3是内法兰叶根剖视图；
图4内法兰结构立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图4所示，本发明的风力机预埋式法兰叶根，包括法兰3，阶梯圆柱1。法兰3外圆边或内圆边的平面上沿圆周布设有多个阶梯圆柱1，阶梯圆柱1上开有至少一个与叶根2连接的阶梯槽。
如图1，图2所示，为外法兰预埋式组合法兰叶根的结构形式，用于桨叶结构尺寸小、轴承结构尺寸大的场合。
如图3，图4所示，为内法兰预埋式组合法兰叶根的结构形式，用于桨叶结构尺寸大、轴承结构尺寸小的场合。
如图1，图3所示，无论外法兰还是内法兰预埋式组合法兰叶根，根据不同风机功率的大小，阶梯圆柱1在风力机功率大于1MW时的数量大于30个，例如1.25WM风机使用44个，阶梯圆柱1在圆周上均匀布置，如图2、图4所示，并与叶根2上对应的阶梯孔配合。阶梯圆柱1与法兰3固定连接，可以采用一次冲压成型、或者压铸成型制造方式，以保证阶梯圆柱1与法兰3的连接强度。对于大功率风力发电机组，阶梯圆柱1可以采用多阶梯结构，以提高法兰与桨叶的连接强度。法兰3上沿圆周均匀分布10个以上、用于法兰与桨叶轴承内圈连接使用的螺栓孔4。
本发明的预埋式组合法兰叶根的制造过程为：(1)冲压成型、或压铸成型，包括法兰内外圆柱面和沿圆周均匀分布的多个阶梯圆柱；(2)经过机械加工完成法兰3的两个端面和外圆面；(3)加工螺栓孔4；(4)将法兰3放入模具，与桨叶一起注胶成型。上述制造过程对法兰毛坯精度要求降低，即使阶梯圆柱1的尺寸、形状和位置存在较大的误差，对叶根最终的精度也不会产生影响。
以1.25WM风力发电机组为例，采用本发明的预埋组合式法兰叶根连接方式后，如果法兰采用铝合金材料制造，连同阶梯圆柱1的总重量约为200kg，但避免了桨叶轴承或叶根尺寸的增加，避免了在叶根上加工圆孔，提高了叶根与桨叶轴承的连接精度，桨叶成本不会增加，反而还会降低。