模塊化葉片的螺紋連接的製作方法
2023-06-22 01:01:41
本發明涉及風輪機葉片的模塊上的螺栓接頭，以及將由特定製造方法所得到的一些模塊相連的過程和比現有產品更加程式化的層壓件。
背景技術：
葉片模塊附接和用於葉片模塊附接的插件在現有技術中被大量地描述。
因此，在專利ES2265760中，金屬插件被容納，並軸向地固定在縱向抵抗結構(葉片梁)的壁上。容納部被機加工，插件連接利用粘合劑被固定。在碳纖維13和玻璃纖維14的實心層壓件12上機加工出空穴16，然後插件10被插入。插件頭有兩種類型：用於牽引螺栓的金屬U形部件；以及剪切連接元件。這些用於栓接插件對的頭部又大又重，因為它們包括用於實現預張緊螺栓的螺母的連接的容納部，導致這種連接費用高且格外重。
在專利ES2369442中，插件被嵌入且被插入(首先像之前所述那樣對它們進行機加工)到構成葉片的複合材料中。插件主體具有圓柱或圓錐形狀。根據插件的放置，有兩種類型：
機加工插件。在已固化的層壓件上加工出一個孔，插件、頭部2和主體3被插入該孔中，然後利用粘合劑4進行連接。在整個斷面寬度的連續厚度上形成層壓件。缺點：層壓件非常厚，且由非結構必要材料導致成本高，增加了模塊的總重量。
嵌入式插件。插件被層壓，從而在層壓過程中加入增強部件5。在固化後，所述樹脂層壓件將插件結合到所述材料。分離器6也被加入在插件之間。缺點：與機加工流程不同，這種手工方法不容易被自動化，所以對環境條件和工人的技術水平高度敏感。另外，為了獲得可接受的負載能力，附加部件6被加入。該部件也必須在層層之前被加接到金屬插件上。因此，為了消除前一個方案(機加工插件)的過重的缺點，又帶來了其他明顯的缺點，比如工藝的易感性，以及所述部件和相關加接過程所導致的高成本。
另外，在所述插件中所使用的接頭元件的擰緊是一種複雜的工藝，它要麼要求外部支撐點，要麼通過對置的連接副來完成，從而利用每個連接副的作用/反作用平衡，因此不要求外部支撐。這種連接處理方案與前述專利不同但是通常具有連接元件：專利ES2265760在對置頭之間使用螺栓和兩個螺母而專利ES2369442使用具有不同特性的單螺栓與螺母的兩個連接(在插件上是左旋螺紋，在螺母和用於扳手緊固的機加工頭上是右旋螺紋)。在這兩種情況下，這兩個連接副彼此補償(雙螺母副或螺栓-螺母副)，且額外了額外的支撐點，但是在任何情況下都需要最好是矩形的、重且昂貴的插件頭，以能夠容納上述螺母，同時這種新方案限定了預張緊螺栓的兩種選擇。當由轉矩進行預張緊時，螺栓利用相鄰連接元件被補償。當通過拉力進行預張緊時，模塊被分離從而同時給所有螺栓上的接頭施加必要的張力，因此消除了對在模塊之間的頭部的需要，以及將連接部件減少到最低程度，所以獲得一種在質量上和成本上相比現有技術的顯著優勢。在這兩種情況下，所有的螺栓都通過施加轉矩或拉力被同時預張緊，這使其相比現有技術明顯具有新穎性。
技術實現要素：
本發明包括通過在兩個螺紋插件之間的單個螺栓栓接風輪機葉片模塊的栓接接頭，所述插件預先被容納在模塊的層壓件內。本發明還描述了模塊的組件，從而使得接頭被徹底簡化。本發明還涉及用於製造模塊層壓件的方法，其特徵於僅在隨後被加工以形成插件容納部的區域內進行層壓，由此產生更輕更便宜的程式化層壓件。
根據前文，本發明的目標是將將層層壓成給的形狀，從而在固化時通過在插件(嵌入式插件)上進行層壓而獲得還沒有插入插件的體積部。
本發明的另一個目標是了通過單個螺栓經一些螺紋插件將兩個葉片模塊連接到其他同樣面朝這些插件的插件而連接兩個葉片模塊。因此所形成的組件包括被包含在葉片模塊中的螺紋插件、帶有間隔件或中間部件的螺栓、以及被包含在另一個葉片模塊中的另一個對置的螺紋插件。
本發明的另一個目標是提供一種用於連接的方法，其包括以下步驟：
-製造包含內螺紋插件的葉片模塊，
-將螺栓安裝在模塊之一的插件內，
-將新模塊的容納部連接起來，使其與已經被插入前一個模塊的螺栓對齊，
-單獨轉動螺栓，從而將螺栓擰入到兩個模塊內，
-根據下面所描述的、也是本發明的目標的方法之一同時預張緊螺栓。
本發明的另一個目標是所述連接方法採用了通過模塊的分離同時預張緊所有螺栓。其中所採取的步驟是：
-通過包含肋和液壓缸的組件所產生的機械接合或間隔件上的熱效應(在放置之前通過冷卻造成的收縮)使模塊分離，
-在螺栓上安裝間隔件，
-撤銷並完成預張緊過程。
不同於專利ES2369442，這種新替代方案的具體優點在於通過拉力實現預張緊而不需要改變螺紋的方向，螺栓在兩側上都具有右旋螺紋。因此，這簡化了螺栓到模塊內的首次插入，這是一種在任何情況下都依賴於非常特別的模塊製造細節的任務。
最後，本發明的另一個目標是預張緊過程也能夠通過擰緊轉矩、相鄰對的張力以及利用每對的作用/反作用平衡被實現，但不使用外部支撐點以施加所述擰緊轉矩。作為實施例，中間部件被安裝在螺栓上，從而允許其旋轉。在這種情況下，在插件和螺栓上的螺紋沿各自方向在每個模塊上轉動插件和螺栓，從而使轉動產生相反的前進，由此拉動並最終預張緊螺栓。
附圖說明
下面對用於更好地理解本發明的一系列附圖給出一個簡要的描述。這些附圖僅作為一種例子，且明確地關係到而不是限制到本發明的一個實施例。
圖1是為了獲得隨後將被加工出的插件空穴的體積部在插件區域中的層壓層的形狀的平面圖。
圖2描繪了在加工插件空穴之前的指定層壓件的剖視圖。
圖3是在插入之前被定位的層壓件、容納部和和插件的剖視圖和輪廓圖。
圖4展示了插件在容納部中的層壓剖視圖。
圖5是彼此面對的兩個葉片模塊的平面剖視圖。
圖6是螺栓與被分成兩個部分的間隔件的正視圖和側視圖。
圖7描繪了四個步驟：a)安裝機械間隔件，b)分離模塊，c)安裝間隔件，以及d)撤銷。
圖8描繪了機械間隔件的兩個實施例。
圖9示出了用於在模塊上應用間隔件的型板。
圖10描繪了實現轉矩的施加的中間部件的不同實施例，並且可以具有用於操作杆的孔、有或沒有鍵、呈六邊形形狀或或帶小齒輪輪廓。
圖11示出了在葉片模塊上的小齒輪-鏈條擰緊裝置的連接接合。
圖12描繪了完成的連接。
具體實施方式
圖1是風輪機葉片模塊1的平面剖視圖。該模塊1是葉片梁的一部分，並且其主要特徵在於只在對應於自由壁2的部件上的容納插件的部分進行層壓，通過層的積聚增強這些區域。因為這些層壓件3的層將從最長的層3』疊加到最短的層3」，所以在模塊1的表面上可獲得的層壓件形成一種圓形突起4，如圖2所示。因此，這實現了僅對應於將被機加工然後容納插件的位置的體積部的層壓。層壓件3的層是在梁成形工藝期間是可獲得的，圓形突起4在固化後沿著梁的自由壁2的整個下側部分和下側部分產生。這種工藝能一層接一層地或者通過形成小的預製件被自動地或手動地完成。
圖3描繪了層壓體積3、容納部6以及插件5。插件5具有主體5』和頭部5」，在加接插件並使它們的自由壁彼此面對後，在其中加工出螺紋。因此，這種連接通過以下步驟完成：加工容納部6面對自由壁2，隨後將插件5安裝到容納部6內，然後用粘合劑加接，獲得圖4所示的結果。最後，為了控制在插件上的螺紋的縱向位置和角位置，它們的自由表面像加工螺紋中的最後步驟那樣彼此面對。綜上所述，模塊1準備好與其他模塊連接。
本發明的主要特徵是兩個葉片模塊1和1』通過若干帶有內螺紋的插件5的連接，因此通過彼此面對的每對插件5的單個螺栓獲得所述連接。前述如圖5中所示。
所述連接方法包括以下步驟：
將所有螺栓8擰入模塊1之一的插件5中；
將新模塊1』的插件5結合在一起，使新模塊與之前的模塊1對準；
轉動螺栓8以將其擰入兩個模塊1和1』中。
此時，所述模塊1和1』通過螺栓8聯接，並且在它們之間存在間隙7。以下面所描述的兩種方式之一在所述連接中獲得合適的張力：a)以機械接合分開模塊並在螺栓上插入間隔件；或b)在螺栓上設置熱收縮間隔件。
圖6描繪了用間隔件9覆蓋的螺栓8。該間隔件包括兩個半圓間隙，具有上側部分9』和下側部分9」。這種細分是必要的，因為在螺栓已經就位時完成了間隔件在插件的自由面之間的放置。
圖7示出了根據機械分開方案a)分開模塊1和1』的不同階段。在模塊之間形成有機械接合件10。當模塊之間的間隙7變寬且成為更大的間隙7』時，螺栓應當受拉。此時，將間隔件9設置在每個螺栓上以覆蓋螺栓。間隔件9的長度小於所產生的間隙7』，但長於初始間隙7。當機械接合件10被撤除後，新的間隙7」小於利用該接合所產生的間隙7』但大於初始間隙7，因此保持間隔件9被壓縮且螺栓被預張緊。因此，這產生了通過拉力預張緊的牽引連接。
圖8描繪了產生模塊1和1』的分離的多種實施例。機械接合件10的末端11能接合插件5的自由面或者帶有剪力銷的插件5的側面。接合方式的選擇將由已存在的間隙7的大小和間隔件需要的截面所決定。如果接合件被形成在插件5的側面上，那麼將存在用於固定兩個部件的元件例如銷、栓、或類似元件。分離負載能通過如圖9所示的型板12被分散。當所選的預張緊系統是模塊通過機械接合件10比如液壓缸的簡單機械分離時使用型板12。型板12能在兩個模塊1和1』之間傳遞這些液壓缸的作用力，因此將它們彼此分開。在該實施例中型板12的剛度對於保持拉力均勻而言是必要的。
第二種方案，即方案b)，涉及到通過熱效應接合螺栓8和間隔件9。因此，螺栓8被延展，從而使模塊1和1』之間的已有間隙7增大，從而實現之前通過冷卻收縮的間隔件9的加入。例如，液氮被用於冷卻間隔件9並使其收縮，使用電阻器加熱螺栓8使其延展。間隔件的長度在環境溫度下必須大於模塊之間的間隙，而已收縮間隔件的長度應當小於帶有已膨脹的螺栓的模塊之間的間隙。因此兩種元件回到它們的正常狀態，引起間隔件的壓縮和螺栓8的拉緊或預張緊。
當由轉矩產生預張緊時，如圖10所示，螺栓8帶有中間部件，其目的不被限制為在之前的附圖中被使用的間隔件，而是還能作為為葉片8提供可操作表面的中間部件13，從而施加轉矩以在壓縮間隔件時產生預張緊。在一個位置使用杆14、扳手15或其他裝置以給組件施加轉矩。通過轉矩被預張緊；螺栓8具有左旋螺紋和另一右旋螺紋，從而所述旋轉在每端產生相反的前進，並被拉動。因此，圖10中的方案a)描繪了在螺栓8上的中間部件13以及在它的表面上的孔16，從而使它容納杆14，通過該杆能施加轉矩。方案b)描繪了包括通過螺栓上的栓銷17被連接在一起的兩個部分的中間部件13』。同樣地，它們也具有孔16，從而使杆14能施加擰緊轉矩。方案c)描繪了被設置在螺栓8上或作為螺栓一部分的中間部件13」的另一個實施例，它具有六邊形並且允許使用常規的扳手15進行擰緊。方案d)描繪了另一種替代的中間部件。該實施例帶有齒狀部13」』。與中間齒狀部13」』上的齒相接合的鏈條18的動作為所有的螺栓8提供一致的擰緊轉矩，如圖12所示。馬達19驅動交替地接合中間齒狀部13」』的鏈條18，因此利用作用/反作用平衡產生擰緊轉矩，不要求用於張緊的外部支持。
圖12示出了通過結合有間隔件9的螺栓8被連接的兩個模塊1和1』。對應於插件5的這部分後續將被整流罩覆蓋並安裝在位於葉片的前緣21與尾緣22之間的梁20的法蘭上。