一种叶根连接结构及风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种叶根连接结构及风力发电机组。


背景技术：

2.风轮是风力发电机组的重要组成部分，包括叶片、轮毂、变桨轴承等组成部件，叶片包括叶根段、叶尖段以及连接在叶根段与叶尖段之间的连接段，叶根段具有圆柱状的固定连接端，固定连接端通过变桨轴承与轮毂相连接，叶片经结构设计后具有满足空气动力学的外形，叶片在风力作用下转动时带动轮毂和发电机轴一起转动，而使发电机运转发电。叶片整体长度通常有几十米甚至上百米，且整体重量很大，叶片安装在轮毂上后叶根部位承受较大弯矩，为了减小叶根部位承受弯矩，叶片通常采用复合材料制成。现有技术中多数风轮的叶片通过叶根螺栓与变桨轴承固定连接，弯矩作用于叶根螺栓和变桨轴承上，在承受载荷较低时叶根螺栓和变桨轴承尚且可以满足强度要求，但是随着风力发电机组的大型化、低成本化发展，叶片的长度、重量不断增大，对叶根螺栓和变桨轴承的承受弯矩能力也提出了更高的要求。
3.授权公告号为cn205225591u的中国实用新型专利公开了一种风力发电机变桨轴承的增强结构，该增强结构中叶片与变桨轴承内圈固定连接，轮毂与变桨轴承外圈固定连接，在叶根与变桨轴承内圈之间设置有加强环，通过螺栓将叶根、加强环和变桨轴承内圈固定连接。该专利文献所公开的变桨轴承的增强结构中通过在叶根与变桨轴承内圈之间设置加强环来承担部分弯矩，以提高变桨轴承的承载能力，延长变桨轴承使用寿命，但是加强环能够承受弯矩的能力十分有限，在实际应用时对提高变桨轴承承载强度的帮助并不大。尤其是随着风力发电机组的大型化发展，叶片的长度、重量不断增大，变桨轴承的载荷也越来越大，对变桨轴承承受弯矩能力的要求也越来越高，现有叶根连接结构无法满足强度要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种叶根连接结构，以解决现有叶根连接结构无法满足大载荷使用强度需求的问题；本实用新型的目的还在于提供一种风力发电机组，以解决现有风力发电机组的叶根连接结构无法满足大载荷使用强度需求而制约风力发电机组大型化发展的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型叶根连接结构采用如下技术方案：
6.一种叶根连接结构，包括通过叶根螺栓连接在一起的叶片、加强环和变桨轴承，加强环的内径小于叶根的内径，且加强环内径为叶根内径的1/2-3/4。
7.有益效果：本实用新型提供了一种改进的叶根连接结构，在叶根与变桨轴承之间设置有加强环，使加强环内径小于叶根内径且加强环内径为叶根内径的1/2-3/4，通过对加强环环体尺寸的设计，使叶根、加强环以及变桨轴承形成的叶根连接结构在径向上具有较大尺寸的结构支撑，依靠加强环径向向内伸出叶根内壁面的部分的支撑，能够极大的提高
叶根连接结构所能承受的弯矩，从而提高变桨轴承的承载强度，进而提高叶根螺栓的连接安全性，同时将加强环的内径选择以上的尺寸范围，在能够较大提高结构强度的同时，不至于过多的增大叶根位置处的重量，兼顾了承载能力和重量。
8.进一步地，加强环内径为叶根内径的2/3。
9.有益效果：加强环内径选择该尺寸，能够使承载能力和重量达到较优的比配关系。
10.进一步地，加强环外径大于叶根外径5-10mm。
11.有益效果：使加强环外径大于叶根外径可防止叶根复合材料的分层破坏。
12.进一步地，加强环上沿周向间隔设有至少两个轴向贯穿加强环的螺栓安装孔，通过螺栓将加强环预紧安装在变桨轴承上。
13.有益效果：装配时可先将加强环预紧安装在变桨轴承上，再整体与叶片进行固定连接，不仅可以提高加强环与变桨轴承之间的连接可靠性和紧密性，而且可以避免装配过程中加强环发生滑移，不需要对加强环进行特殊定位，使装配更加方便。
14.进一步地，加强环为一体式环体结构或通过弧形分瓣拼接而成，加强环上在与叶根和/或轴承套圈对接位置处采用机加工形成有低于加强环的端面的有效连接平面。
15.有益效果：通过机加工在加强环上相应位置形成有效连接平面，可以较好的保证有效连接平面的平面度，从而确保叶根螺栓的连接安全性，防止叶根螺栓由于平面度问题而发生断裂。
16.本实用新型风力发电机组采用如下技术方案：
17.风力发电机组，包括叶根连接结构，叶根连接结构包括通过叶根螺栓连接在一起的叶片、加强环和变桨轴承，加强环的内径小于叶根的内径，且加强环内径为叶根内径的1/2-3/4。
18.有益效果：本实用新型提供了一种改进的风力发电机组，在叶根与变桨轴承之间设置有加强环，使加强环内径小于叶根内径且加强环内径为叶根内径的1/2-3/4，通过对加强环环体尺寸的设计，使叶根、加强环以及变桨轴承形成的叶根连接结构在径向上具有较大尺寸的结构支撑，依靠加强环径向向内伸出叶根内壁面的部分的支撑，能够极大的提高叶根连接结构所能承受的弯矩，从而提高变桨轴承的承载强度，进而提高叶根螺栓的连接安全性，同时将加强环的内径选择以上的尺寸范围，在能够较大提高结构强度的同时，不至于过多的增大叶根位置处的重量，兼顾了承载能力和重量。改进后的风力发电机组可以配置更长、更重的叶片，可满足大型化发展需求。
19.进一步地，加强环内径为叶根内径的2/3。
20.有益效果：加强环内径选择该尺寸，能够使承载能力和重量达到较优的比配关系。
21.进一步地，加强环外径大于叶根外径5-10mm。
22.有益效果：使加强环外径大于叶根外径可防止叶根复合材料的分层破坏。
23.进一步地，加强环上沿周向间隔设有至少两个轴向贯穿加强环的螺栓安装孔，通过螺栓将加强环预紧安装在变桨轴承上。
24.有益效果：装配时可先将加强环预紧安装在变桨轴承上，再整体与叶片进行固定连接，不仅可以提高加强环与变桨轴承之间的连接可靠性和紧密性，而且可以避免装配过程中加强环发生滑移，不需要对加强环进行特殊定位，使装配更加方便。
25.进一步地，加强环为一体式环体结构或通过弧形分瓣拼接而成，加强环上在与叶
根和/或轴承套圈对接位置处采用机加工形成有低于加强环的端面的有效连接平面。
26.有益效果：通过机加工在加强环上相应位置形成有效连接平面，可以较好的保证有效连接平面的平面度，从而确保叶根螺栓的连接安全性，防止叶根螺栓由于平面度问题而发生断裂。
附图说明
27.图1为本实用新型风力发电机组的实施例1显示叶根连接结构的部分结构示意图；
28.图2为加强环的示意图；
29.图3为图2中a-a处剖视图；
30.图4为图3中p处的放大示意图；
31.图中：1、叶片；2、加强环；201、预紧螺栓安装孔；202、叶根螺栓安装孔；203、有效连接平面；3、变桨轴承；4、轮毂；5、叶根螺栓。
具体实施方式
32.本实用新型风力发电机组在现有风力发电机组的基础上进行改进，通过在叶片根部与变桨轴承之间设置加强环并对加强环的环体尺寸进行特别设计来提高叶根连接结构所能承受的弯矩，从而提高变桨轴承的承载强度和叶根螺栓的连接安全性，进而提高风力发电机组的经济性和运行可靠性。
33.以下结合实施例对本实用新型的特征和性能作进一步的详细描述。
34.本实用新型风力发电机组的实施例1：
35.风力发电机组包括机舱，机舱的一端安装有轮毂4，如图1所示，叶片1通过叶根连接结构安装在轮毂4上。其中，叶根连接结构具体是指叶片1、加强环2、变桨轴承3通过叶根螺栓5连接在一起后形成的连接结构。具体的，叶片1、加强环2和变桨轴承3的内圈通过叶根螺栓5固定连接，轮毂4与变桨轴承3的外圈通过外圈螺栓固定连接。
36.加强环2的结构如图2-4所示，加强环2为圆环，加强环2的外径大于叶根外径5-10mm，能够防止叶片1根部复合材料的分层被破坏。加强环2的内径小于叶根内径，且加强环2内径为叶根内径的2/3，能够在较大提高结构强度的同时，不至于过多的增大叶根位置处的重量，使承载能力和重量达到较优的比配关系。
37.加强环2上设有一圈供叶根螺栓5固定的叶根螺栓安装孔202，加强环2上还设有四个预紧螺栓安装孔201，四个预紧螺栓安装孔201在周向上均布，装配时可先通过预紧螺栓将加强环2预紧安装在变桨轴承3上，然后再整体与叶片1进行固定连接，这样不仅可以提高变桨轴承3与叶片1根部之间的连接可靠性和紧密性，而且可以避免装配过程中加强环2发生滑移，不需要对加强环2进行特殊定位，使装配更加方便。
38.加强环2的材质为q355me，加强环2为一体式环体结构，加强环2上在叶根和变桨轴承内圈对接位置处采用机加工形成有低于加强环2端面的有效连接平面203，使有效连接平面203具有较高的平面度，由此可进一步确保叶根螺栓5的连接安全性，防止叶根螺栓5由于平面度问题发生断裂的情况发生。当然在其他实施例中，加强环也可以由多瓣弧形钢板拼焊接形成。而且，在其他实施例中，加强环可以直接预固定在叶根上作为叶根金属法兰使用，提高叶根螺栓的抗疲劳强度，同时可用作叶根防雷的传导装置。
39.本实用新型风力发电机组采用如上所描述的改进的叶根连接结构，在叶根与变桨轴承3之间设置有加强环2，通过对加强环2的环体尺寸的设计，使叶根连接结构在径向上具有较大尺寸的结构支撑，依靠加强环2径向向内伸出叶根内壁面的部分的支撑，能够极大的提高叶根连接结构所能承受的弯矩，从而提高变桨轴承3的承载强度，同时提高叶根螺栓5的连接安全性，提高风力发电机组的运行可靠性，而且不需要对变桨轴承3进行重新设计，只需要在现有变桨轴承3与叶片1固定连接的基础上安装加强环2便可有效提高变桨轴承3的承载能力，因此也可保证风力发电机组的整体经济性。
40.实施例2：与实施例1的主要区别在于，加强环内径尺寸不同，在本实施例中，加强环内径为叶根内径的1/2。当然，在其他实施例中，加强环内径还可以更大一些，比如为叶根内径的3/4。
41.实施例3：与实施例1的主要区别在于，加强环外径等于叶根外径。
42.实施例4：与实施例1的主要区别在于，加强环上设有三个螺栓安装孔，三个螺栓安装孔在周向上均布。在其他实施例中，螺栓安装孔还可以设为两个，四个或更多，优选地使各螺栓安装孔在周向上均布。
43.本实用新型还提供了一种叶根连接结构的实施例，其具体结构在上述风力发电机组各实施例中已有记载，此处不再赘述。
44.以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。

技术特征：
1.一种叶根连接结构，包括通过叶根螺栓(5)连接在一起的叶片(1)、加强环(2)和变桨轴承(3)，其特征在于：加强环(2)的内径小于叶根的内径，且加强环(2)内径为叶根内径的1/2-3/4。2.根据权利要求1所述的叶根连接结构，其特征在于：加强环(2)内径为叶根内径的2/3。3.根据权利要求1所述的叶根连接结构，其特征在于：加强环(2)外径大于叶根外径5-10mm。4.根据权利要求1-3任意一项所述的叶根连接结构，其特征在于：加强环(2)上沿周向间隔设有至少两个轴向贯穿加强环(2)的螺栓安装孔，通过螺栓将加强环(2)预紧安装在变桨轴承(3)上。5.根据权利要求1-3任意一项所述的叶根连接结构，其特征在于：加强环(2)为一体式环体结构或通过弧形分瓣拼接而成，加强环(2)上在与叶根和/或轴承套圈对接位置处采用机加工形成有低于加强环(2)的端面的有效连接平面(203)。6.风力发电机组，包括叶根连接结构，叶根连接结构包括通过叶根螺栓(5)连接在一起的叶片(1)、加强环(2)和变桨轴承(3)，其特征在于：加强环(2)的内径小于叶根的内径，且加强环(2)内径为叶根内径的1/2-3/4。7.根据权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于：加强环(2)内径为叶根内径的2/3。8.根据权利要求6所述的风力发电机组，其特征在于：加强环(2)外径大于叶根外径5-10mm。9.根据权利要求6-8任意一项所述的风力发电机组，其特征在于：加强环(2)上沿周向间隔设有至少两个轴向贯穿加强环(2)的螺栓安装孔，通过螺栓将加强环(2)预紧安装在变桨轴承(3)上。10.根据权利要求6-8任意一项所述的风力发电机组，其特征在于：加强环(2)为一体式环体结构或通过弧形分瓣拼接而成，加强环(2)上在与叶根和/或轴承套圈对接位置处采用机加工形成有低于加强环(2)的端面的有效连接平面(203)。

技术总结
本实用新型涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种叶根连接结构及风力发电机组。叶根连接结构包括通过叶根螺栓连接在一起的叶片、加强环和变桨轴承，加强环的内径小于叶根的内径，且加强环内径为叶根内径的1/2-3/4。通过对加强环环体尺寸的设计，使叶根、加强环以及变桨轴承形成的叶根连接结构在径向上具有较大尺寸的结构支撑，依靠加强环径向向内伸出叶根内壁面的部分的支撑，能够极大的提高叶根连接结构所能承受的弯矩，从而提高变桨轴承的承载强度，进而提高叶根螺栓的连接安全性，同时将加强环的内径选择以上的尺寸范围，在能够较大提高结构强度的同时，不至于过多的增大叶根位置处的重量，兼顾了承载能力和重量。兼顾了承载能力和重量。兼顾了承载能力和重量。


技术研发人员：张明辉 张楚翔 李永奎
受保护的技术使用者：许昌许继风电科技有限公司
技术研发日：2023.01.03
技术公布日：2023/6/7