DQZHAN技術(shù)訊：風電機組葉片分段技術(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或者多個葉片段進行，相鄰葉片段成型后通過各種形式連接起來，形成的完整的葉片。通過對現(xiàn)有的資料進行分析，相鄰葉片段的連接形式主要有T型螺栓、預埋螺栓套、卡接、膠接等幾種。連接的引入會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)特征的變化會進一步影響其在外載荷下動態(tài)響應(yīng)特性和氣動性能。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外形，并且要方便后期維護。選擇一種相對具有可生產(chǎn)操作實施的連接形式對現(xiàn)場組裝和后期使用及維護尤為重要。
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
大梁殼體結(jié)構(gòu)為整體中部內(nèi)拔模式設(shè)計，葉根和葉尖段設(shè)計結(jié)構(gòu)相同。
（2）后緣殼體粘接設(shè)計
葉根段后緣殼體結(jié)構(gòu)為額外突出內(nèi)拔模式設(shè)計，葉尖段后緣殼體結(jié)構(gòu)與大梁殼體結(jié)構(gòu)相同，為整體中部內(nèi)拔模式設(shè)計。膠接受到粘接膠的使用條件限制，此種方式在風場很難實施，而且葉片連接完成后，粘接膠需要在一定條件下進行固化，風場也很難滿足。
此外，粘接過程中的氣泡、分層等缺陷都會影響連接強度，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螺栓均勻分布在連接端面，連接強度可以得到保證。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，而且孔的存在會導致應(yīng)力集中，*終導致葉片失效。此外，T型螺栓連接對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，一方面會使T型螺栓扭曲變形導致失效，另一方面會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、預埋螺栓套雙頭螺柱連接方式
預埋螺栓套使用前，須進行表面噴砂處理，提高表面的粗糙度，然后用玻纖束纏繞預埋螺栓套將其表面溝槽填平。預埋螺栓套是在葉片殼體鋪層過程中直接預埋到殼體結(jié)構(gòu)層中，對葉片的成型工藝提出了更高的要求。預埋螺栓套靠與玻璃鋼之間的黏接力和嵌入預埋螺栓套外部溝槽的玻璃鋼層的剪切強度提供連接強度。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埋件，空腔是預制假體取出后形成，相對于T型螺栓連接來說，避免了在連接截面進行打孔和定位操作，而且裝配相對便捷，穩(wěn)定性也較高。
3、預埋螺栓套雙法蘭連接方式
與預埋螺栓套雙頭螺柱連接方式相同，預埋螺栓套雙法蘭連接方式中螺栓套也是預埋件在殼體中，葉片結(jié)構(gòu)完整、穩(wěn)定，對成型工藝和工裝要求較高。先在分段葉片連接端分別預埋螺栓套，然后使用螺栓將法蘭與預埋螺栓套連接，再用緊固螺栓將兩個法蘭固定在一起。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外形，所以，此連接方式的應(yīng)用受到了很大限制。
4、預埋螺栓套連接基體連接方式
此種連接方式與預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力學外形的連接外殼安裝在連接基體的外表面，再對連接處進行加強、修型，使葉片整體具有完整的氣動外形。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行，配裝連接簡單方便。
預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，葉片對接后，起到卡扣作用的大梁和腹板卡接在一起，再用增強材料在連接處進行加強，進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越薄的特點，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越小，因此靠近葉尖的葉片段不會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，而且要實現(xiàn)準確的卡接，對葉片的成型工藝要求較高。
6、柔性連接此種連接方式
與預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，相對于其他機械連接方式有很強的抗沖擊性能。
二、各種連接形式
綜合評價綜合考慮各連接方式的優(yōu)缺點，由于現(xiàn)場施工環(huán)境的影響，膠接的應(yīng)用受到限制。預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外形，此種方式的應(yīng)用鮮有報道。柔性連接、預埋螺栓連接、基體連接等方式也都因為預埋件的引入較多，增加了葉片重量；T型螺栓、卡接以及預埋螺栓套雙頭螺柱連接因較高的連接強度以及現(xiàn)場的可操作性，將具有較好的應(yīng)用前景。
素材來源：
[1]何明,林濤,陶生金,印厚飛,涂英濤.風電機組葉片分段技術(shù)研究[J].江蘇科技信息,2020,37(14):62-66.
