风电叶片叶根连接结构及其设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115992792A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202310176624.8(22)申请日2023.02.28(71)申请人株洲时代新材料科技股份有限公司地址412007湖南省株洲市天元区海天路18号(72)发明人张文伟冯学斌邓航雷志敏刘鹏辉赵建刚吴方贺帅志宏邵兵(74)专利代理机构株洲湘知知识产权代理事务所(普通合伙)43232专利代理师苏娟(51)Int.Cl.F03D1/06(2006.01)F03D13/10(2016.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称风电叶片叶根连接结构及其设计方法(57)摘要风电叶片叶根连接结构，包括风电叶片的叶根部和连接叶根部与轮毂的变桨轴承，变桨轴承外圈与轮毂固定，变桨轴承内圈与叶根部通过连接螺栓连接，其特征在于：还包括法兰连接件，法兰连接件夹在变桨轴承内圈与叶根部之间，并通过防分离螺栓与变桨轴承内圈紧固连接，连接螺栓穿过变桨轴承内圈和法兰连接件，并紧固在叶根部中。本发明增大了变桨轴承的轴向和抗弯刚度，延长变桨轴承的疲劳寿命；减小变桨轴承与叶根部之间的被连接件分离界面，减小连接螺栓的弯曲应力，从而延长连接螺栓的疲劳寿命，可有效降低成本，实用性更高。本发明还提供一种风电叶片叶根连接结构的设计方法。CN115992792ACN115992792A权利要求书1/1页1.风电叶片叶根连接结构，包括风电叶片的叶根部和连接叶根部与轮毂的变桨轴承，变桨轴承外圈与轮毂固定，变桨轴承内圈与叶根部通过连接螺栓连接，其特征在于：还包括法兰连接件，法兰连接件夹在变桨轴承内圈与叶根部之间，并通过防分离螺栓与变桨轴承内圈紧固连接，连接螺栓穿过变桨轴承内圈和法兰连接件，并紧固在叶根部中。2.根据权利要求1所述的风电叶片叶根连接结构，其特征在于：所述的法兰连接件包括同轴设置在变桨轴承内圆的内端面上的连接圆盘和夹在叶根部与连接圆盘间的法兰，防分离螺栓与连接螺栓平行，防分离螺栓穿过连接圆盘紧固在变桨轴承内圈中。3.根据权利要求2所述的风电叶片叶根连接结构，其特征在于：所述的叶根部中预埋与连接螺栓相对应的螺栓套，变桨轴承内圈和法兰连接件上均开设供连接螺栓穿过的通孔，防分离螺栓对称设置在通孔的内外两侧，且沿连接圆盘周向均匀分布。4.根据权利要求3所述的风电叶片叶根连接结构，其特征在于：所述的连接圆盘的内径小于法兰的外径，外径大于法兰的外径，法兰的内径与叶根部端面的内径相等，外径与叶根部端面的外径相等。5.根据权利要求3所述的风电叶片叶根连接结构，其特征在于：所述的连接螺栓包括内端螺纹段、外端螺纹段和一体成型在内螺纹螺纹段与外端螺纹段之间的光杆段，内端螺纹段的直径和外端螺纹段的直径均大于光杆段的直径，光杆段与内端螺纹段之间通过内锥形段过渡，光段杆与外端螺纹段之间通过外锥形段过渡，内端螺纹段与螺栓套螺纹配合紧固，外端螺纹段伸出变桨轴承内圈与锁紧螺母配合紧固。6.根据权利要求5所述的风电叶片叶根连接结构，其特征在于：所述的变桨轴承内圈的通孔中设置与外锥形段配合的锥形内壁，内端螺纹段与螺栓套的内端隔开不接触。7.权利要求1至6任一项所述的风电叶片叶根连接结构的设计方法，其特征在于：根据叶片长度、载荷、连接螺栓的预设承载范围和变桨轴承的预设承载范围，设计法兰连接件的结构及厚度、防分离螺栓的分布位置、数量以及单个防分离螺栓与变桨轴承内圈之间的紧固力。2CN115992792A说明书1/4页风电叶片叶根连接结构及其设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种风电叶片叶根连接结构及其设计方法，属于风电叶片叶根连接技术领域。背景技术[0002]风电叶片通过叶根连接螺栓与整机变桨轴承进行连接，风机运行时，整个叶片气动载荷都由叶根连接结构承担，因此，叶根连接的结构设计至关重要。[0003]叶根连接螺栓为双头螺柱，一侧与叶片连接，另一侧穿过法兰和变桨轴承，通过螺母固定在整机变桨轴承上。变桨轴承成本较高，设计时尽可能做到轻薄且承载力大；连接螺栓属于摩擦型高强螺栓，在叶片运行时，连接螺栓承受拉弯载荷，一般拉力和弯矩导致的螺栓的应力变化量相当，即拉力和弯矩产生的疲劳损伤接近。在叶根节圆不变的情况下，增加被连接件的轴向刚度和抗弯刚度，都可以提高连接螺栓的疲劳寿命，减小变桨轴承的变形，例如直接加厚变桨轴承是提高风电叶片连接螺栓疲劳寿命的最有效手段。但是在节圆不变，而叶片长度和载荷不断增加的情况下，在风电叶片叶根连接较厚的变桨法兰，已经逐渐无法满足连接螺栓的疲劳强度要求，而且为了保证其经济性，不可能无限制的增加变桨轴承的厚度。发明内容[0004]本发明提供的风电叶片叶根连接结构及其设计方法，增大了变桨轴承的轴向和抗弯刚度，延长变桨轴承的疲劳寿命；减小变桨轴承与叶根