DQZHAN技術(shù)訊：風(fēng)電機(jī)組葉片分段技術(shù)
一、分段式葉片連接形式
分段式葉片是將葉片分割成兩個(gè)或者多個(gè)葉片段進(jìn)行，相鄰葉片段成型后通過各種形式連接起來(lái)，形成的完整的葉片。通過對(duì)現(xiàn)有的資料進(jìn)行分析，相鄰葉片段的連接形式主要有T型螺栓、預(yù)埋螺栓套、卡接、膠接等幾種。連接的引入會(huì)不可避免地增加葉片的質(zhì)量，引起結(jié)構(gòu)剛度的不連續(xù)變化；葉片結(jié)構(gòu)特征的變化會(huì)進(jìn)一步影響其在外載荷下動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和氣動(dòng)性能。所以，連接方式要求**、可靠、便捷，連接處不能明顯影響葉片的氣動(dòng)外形，并且要方便后期維護(hù)。選擇一種相對(duì)具有可生產(chǎn)操作實(shí)施的連接形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)組裝和后期使用及維護(hù)尤為重要。
葉片分段整體示意 ▲
1、本體膠接
相鄰的葉片段使用基體材料或者結(jié)構(gòu)膠粘接在一起的方式即為本體膠接，下面具體講述一種葉片膠接的方案。本方案以63.2m葉片為例，采用大梁殼體對(duì)接、后緣斜角粘接、內(nèi)部灌注粘接、外部灌注粘接的組合式分段技術(shù)。
（1）大梁殼體粘接設(shè)計(jì)
大梁殼體結(jié)構(gòu)為整體中部?jī)?nèi)拔模式設(shè)計(jì)，葉根和葉尖段設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)相同。
（2）后緣殼體粘接設(shè)計(jì)
葉根段后緣殼體結(jié)構(gòu)為額外突出內(nèi)拔模式設(shè)計(jì)，葉尖段后緣殼體結(jié)構(gòu)與大梁殼體結(jié)構(gòu)相同，為整體中部?jī)?nèi)拔模式設(shè)計(jì)。膠接受到粘接膠的使用條件限制，此種方式在風(fēng)場(chǎng)很難實(shí)施，而且葉片連接完成后，粘接膠需要在一定條件下進(jìn)行固化，風(fēng)場(chǎng)也很難滿足。
此外，粘接過程中的氣泡、分層等缺陷都會(huì)影響連接強(qiáng)度，因此膠接的應(yīng)用受到了較大限制。1.2T型螺栓T型螺栓連接需要在葉片連接處提前打孔，包括縱向和法向，然后通過雙頭螺柱和螺母將相鄰的葉片段連接。T型螺栓連接可以將多個(gè)螺栓均勻分布在連接端面，連接強(qiáng)度可以得到保證。但是大量的縱向孔和法向孔破壞了葉片結(jié)構(gòu)的完整性，而且孔的存在會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，*終導(dǎo)致葉片失效。此外，T型螺栓連接對(duì)孔的定位以及連接端面的平面度要求很高，如果存在較大的偏差，一方面會(huì)使T型螺栓扭曲變形導(dǎo)致失效，另一方面會(huì)引起軸向孔附近承受的載荷不均勻，影響使用壽命。
后緣殼體粘接截面示意 ▲
2、預(yù)埋螺栓套雙頭螺柱連接方式
預(yù)埋螺栓套使用前，須進(jìn)行表面噴砂處理，提高表面的粗糙度，然后用玻纖束纏繞預(yù)埋螺栓套將其表面溝槽填平。預(yù)埋螺栓套是在葉片殼體鋪層過程中直接預(yù)埋到殼體結(jié)構(gòu)層中，對(duì)葉片的成型工藝提出了更高的要求。預(yù)埋螺栓套靠與玻璃鋼之間的黏接力和嵌入預(yù)埋螺栓套外部溝槽的玻璃鋼層的剪切強(qiáng)度提供連接強(qiáng)度。雙頭螺柱連接，既雙頭螺柱穿過光套與螺栓套連接，另一端在空腔內(nèi)與螺母連接。螺栓套和光套均為預(yù)埋件，空腔是預(yù)制假體取出后形成，相對(duì)于T型螺栓連接來(lái)說，避免了在連接截面進(jìn)行打孔和定位操作，而且裝配相對(duì)便捷，穩(wěn)定性也較高。
3、預(yù)埋螺栓套雙法蘭連接方式
與預(yù)埋螺栓套雙頭螺柱連接方式相同，預(yù)埋螺栓套雙法蘭連接方式中螺栓套也是預(yù)埋件在殼體中，葉片結(jié)構(gòu)完整、穩(wěn)定，對(duì)成型工藝和工裝要求較高。先在分段葉片連接端分別預(yù)埋螺栓套，然后使用螺栓將法蘭與預(yù)埋螺栓套連接，再用緊固螺栓將兩個(gè)法蘭固定在一起。由于雙法蘭的存在，增加了葉片的重量，法蘭的突出部分還破壞了葉片原本的氣動(dòng)外形，所以，此連接方式的應(yīng)用受到了很大限制。
4、預(yù)埋螺栓套連接基體連接方式
此種連接方式與預(yù)埋螺栓套雙法蘭連接方式類似，將雙法蘭改為連接基體，如圖12—13所示，葉片通過連接基體連接完成后，將與葉片具有一致的氣體動(dòng)力學(xué)外形的連接外殼安裝在連接基體的外表面，再對(duì)連接處進(jìn)行加強(qiáng)、修型，使葉片整體具有完整的氣動(dòng)外形。而且，此種連接方式葉片段的配裝連接均在葉片段殼體的外部進(jìn)行，配裝連接簡(jiǎn)單方便。
預(yù)埋螺栓套連接基體連接方式 ▲
5、卡接連接方式
卡接的原理是將分段葉片連接端的主梁和腹板外延作為卡扣，葉片對(duì)接后，起到卡扣作用的大梁和腹板卡接在一起，再用增強(qiáng)材料在連接處進(jìn)行加強(qiáng)，進(jìn)一步提高連接的可靠性。此種方式通過利用葉片從葉根到葉尖越來(lái)越薄的特點(diǎn)，利用主梁即可使分段葉片卡接到一起，與螺栓連接相比，基本不增加葉片的重量，因此可降低擺振方向的載荷和葉片的疲勞載荷，并且還可免除螺栓連接需要預(yù)緊的麻煩。另外，與結(jié)構(gòu)膠連接相比，由于沿著葉片的葉根到葉尖的方向，主梁帽之間的距離越來(lái)越小，因此靠近葉尖的葉片段不會(huì)從靠近葉根的葉片段脫出，因此連接可靠性更高。但是，由于外延大梁和腹板的存在，而且要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的卡接，對(duì)葉片的成型工藝要求較高。
6、柔性連接此種連接方式
與預(yù)埋螺栓套連接基體連接方式類似，它的連接基體并非整體，而是由連接框架、鉸接件、支座、限位彈簧等部件柔性連接而成。此方式拆裝方便，相對(duì)于其他機(jī)械連接方式有很強(qiáng)的抗沖擊性能。
二、各種連接形式
綜合評(píng)價(jià)綜合考慮各連接方式的優(yōu)缺點(diǎn)，由于現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境的影響，膠接的應(yīng)用受到限制。預(yù)埋螺栓套雙法蘭的連接形式因增重過多，而且改變了葉片的氣動(dòng)外形，此種方式的應(yīng)用鮮有報(bào)道。柔性連接、預(yù)埋螺栓連接、基體連接等方式也都因?yàn)轭A(yù)埋件的引入較多，增加了葉片重量；T型螺栓、卡接以及預(yù)埋螺栓套雙頭螺柱連接因較高的連接強(qiáng)度以及現(xiàn)場(chǎng)的可操作性，將具有較好的應(yīng)用前景。
素材來(lái)源：
[1]何明,林濤,陶生金,印厚飛,涂英濤.風(fēng)電機(jī)組葉片分段技術(shù)研究[J].江蘇科技信息,2020,37(14):62-66.
