一种模块化的风力发电机组叶片的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电机叶片设计制造技术领域，尤其涉及一种模块化的风力发电机组叶片。


背景技术：

2.风力发电机叶片是风力发电机的关键部件之一，叶片的设计直接影响其转换效率和可靠性，影响其年发电量。叶片的结构设计主要包括气动部和承载部，叶片的横截面呈中空翼型结构，通常采用一体成型的气动外壳与承载主梁，气动外壳由硬质泡面塑料制成夹心结构，两侧的蒙皮采用多轴玻璃纤维增强复合材料制成，蒙皮的结构较薄，蒙皮之间通常采用轻木、泡沫材料填充，蒙皮与填充材料一体灌注成型；承载结构包括由单向玻璃纤维增强复合材料制成的梁帽，以及腹板，腹板采用硬质泡面塑料夹心结构，梁帽的最大厚度处通过腹板连接后制成盒式主梁或工字主梁，梁帽可以与壳体一体成型，也可以预制后再和壳体粘接成型；叶根采用多轴玻璃纤维增强复合材料制成环状结构，环上布设有连接螺栓，便于与轴承连接，叶根环状结构与中空翼型结构在叶片根部附近通过b样条融合过渡。
3.目前，现有技术中通常采用分模灌注成型、合模胶接的制造工艺，沿叶片前缘、叶片后缘的最大外缘处将叶片分为两片，分别制作叶片模具(包括阳模、阴模和腹板模具)，在叶片模具上分别制作上述梁帽、前后缘梁、叶根环等承载结构，随后将预制的承载结构与气动结构一体灌注成型，预制的叶片腹板与叶片两片胶接于一体。这种制作工艺随着叶片的加长，材料铺设工作量剧增，生产效率降低，制造周期长；由于玻璃纤维增强复合材料的厚度、面积增加，导致制作困难，质量风险加大；叶片腹板与叶片壳体直接通过粘接固定，运行过程中存在粘接失效的风险，粘接的质量难于控制和检测，严重时可能会危及风力发电机的整体安全；不同型号的叶片模具的通用性较差，增加了叶片模具的制作成本，因此针对以上问题，迫切需要设计出一种能够提高叶片结构通用性，降低风力发电机叶片制造和运维成本的风力发电机叶片，以满足实际使用的需要。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种模块化的风力发电机组叶片，具体技术方案如下所示：
5.一种模块化的风力发电机组叶片，包括一承载部和一气动部；
6.所述承载部包括：
7.一叶片主梁，所述叶片主梁包括梁帽和腹板，所述梁帽和所述腹板围成自叶根向叶尖延伸的盒体结构；
8.一叶根转接结构，所述叶根转接结构的一端通过紧固件连接一叶片轴承，所述叶根转接结构靠近所述叶片轴承的一端呈圆环形，所述叶根转接结构的另一端通过所述紧固件所述叶片主梁；
9.所述气动部通过紧固件连接所述承载部，所述气动部包括：
10.一蒙皮支撑结构，所述蒙皮支撑结构包括与所述叶片主梁连接的多个筋板，以及多个檩条，多个所述檩条分别安装于多个所述筋板上，所述檩条安装的方向与所述叶片主梁的方向一致；
11.一蒙皮，所述蒙皮包括多个蒙皮片，每个所述蒙皮片与所述檩条分别通过紧固件固定连接或粘接，形成叶片的气动曲面。
12.优选地，所述筋板与所述叶片主梁之间的夹角小于或等于90度。
13.优选地，所述叶片主梁的截面呈方形、多边形、圆形或椭圆形，且沿着叶根向叶尖的延伸方向，所述叶片主梁的横截面积和壁厚相同或逐渐减小。
14.优选地，每个所述蒙皮片之间填充有密封材料。
15.优选地，每个所述蒙皮片均采用硬质或柔性材料制成。
16.优选地，所述梁帽采用单向纤维复合材料制成；以及
17.所述腹板采用多向纤维复合材料和泡沫夹层材料制成。
18.优选地，所述叶根转接结构采用三轴纤维树脂增强塑料制成。
19.优选地，多个所述筋板间隔交错设置，并向所述叶片主梁的两侧伸出。
20.优选地，所述筋板、所述蒙皮和所述檩条上分别安装有气动附件，所述气动附件包括涡流发生器和/或降噪锯齿。
21.优选地，所述叶片上设有避雷部。
22.本实用新型技术方案的有益效果在于：
23.本实用新型提供一种模块化的风力发电机组叶片，气动部和承载部分别独立制作而成，承载部的结构形状能够适用不同叶片型号的叶片，通用性较佳；在相同叶片承载部的基础上，气动部采用分块拼接的蒙皮片，便于叶片损坏后进行局部维修，从而大幅度地提升了叶片维护效率，降低了维护成本，叶片模具的制作成本较低；同时快速开发不同的气动蒙皮结构，能够有效的缩短叶片的研发周期和成本，提高叶片制造生产效率。
附图说明
24.图1是本实用新型中一种模块化的风力发电机组叶片的结构示意图；
25.图2是本实用新型中的承载部具体实施例的结构示意图；
26.图3是本实用新型中的气动部具体实施例的结构示意图；
27.图4是本实用新型中的蒙皮支撑结构具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
31.本实用新型提供一种模块化的风力发电机组叶片，属于风力发电机叶片设计制造技术领域，如图1
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4所示，包括分离式的一承载部和一气动部；
32.承载部包括：
33.一叶片主梁11，叶片主梁11包括梁帽111和腹板112，梁帽111和腹板112围成自叶根向叶尖延伸的盒体结构；
34.一叶根转接结构12，叶根转接结构12的一端通过紧固件连接一叶片轴承，叶根转接结构12靠近叶片轴承的一端呈圆环形，叶根转接结构12的另一端通过紧固件连接叶片主梁11；
35.气动部通过紧固件连接承载部，气动部包括：
36.一蒙皮支撑结构21，蒙皮支撑结构21包括与叶片主梁11连接的多个筋板211，以及多个檩条212，多个檩条212分别安装于多个筋板211上，
37.檩条212安装的方向与叶片主梁11的方向一致；
38.一蒙皮22，蒙皮包括多个蒙皮片221，每个蒙皮片221与檩条212分别通过紧固件固定连接或粘接，形成叶片的气动曲面。
39.具体的，本技术方案摒弃了现有技术中承载部与气动部一体注塑成型的制造工艺，将风力发电机组叶片划分成模块化的组件，气动部和承载部分离，分别独立制作，承载部包括叶片主梁11和叶根转接结构12，叶片主梁11和叶根转接结构12的连接处通过螺栓对接或铆接，其中，叶片主梁11包括梁帽111和腹板112，沿着叶片长度的方向，梁帽111和腹板112拼接组成一盒体结构，盒体结构从叶根向叶尖延伸，截面呈方形、多边形、圆形或椭圆形，盒体结构的两端部贯通，呈开放结构；叶根转接结构12连接于叶片轴承与叶片主梁11之间，叶根转接结构12的一端呈圆环形，通过螺栓等紧固件与叶片轴承相连接，另一端连接处的形状与叶片主梁11的形状一致。叶根转接结构12与叶片轴承之间通过螺栓连接；
40.气动部和承载部之间通过紧固件连接，气动部包括蒙皮支撑结构21和蒙皮，蒙皮由多个分块的蒙皮片221组合而成，或采用一体成型的蒙皮，蒙皮支撑结构21包括筋板211和檩条212，其中筋板211包括从叶片主梁11的两侧分别向翼型前缘侧、翼型后缘侧、以及伸出翼型两侧的框架结构，这些框架结构分别围绕叶片主梁11的四侧固定按照，形成整体的片状的筋板211，筋板211垂直或近似垂直于叶片主梁11，多个檩条212分别沿着叶片主梁11的方向安装于上述筋板211上，檩条212的方向与叶片主梁11延伸方向一致或近似一致，从而形成气动蒙皮的固定曲面，随后在其外围将蒙皮通过螺栓、铆钉、卡接器等紧固件固定在檩条212上，或采用结构胶粘接于檩条212上，形成叶根区域的叶片气动外形，叶片运行过程中，蒙皮上的载荷会依次经过檩条212、筋板211、叶片主梁11、叶根转接结构12，最后传递给叶片轴承。
41.于上述较佳的实施例中，承载部的截面形状呈方形、多边形、圆形或椭圆形，沿着叶片长度的方向，承载部的截面可以为等截面，也可以设计为变截面，能够适用不同叶片型号的叶片，通用性较佳。
42.在一个较佳的实施例中，筋板211与叶片主梁11之间的夹角小于或等于90度，筋板211与叶片主梁11之间呈垂直或近似垂直状态。
43.在一个较佳的实施例中，叶片主梁11的截面呈方形、多边形、圆形或椭圆形，且沿着叶片主梁11的延伸方向，叶片主梁11的截面为等截面或变截面，叶片主梁11的横截面积
从叶根到叶尖相同或者逐渐减小，叶片主梁11的壁厚同横截面积一致，从叶根到叶尖相同或者逐渐减小。
44.在一个较佳的实施例中，蒙皮片221与蒙皮片221之间填有密封材料。
45.在一个较佳的实施例中，每个蒙皮片221均采用硬质或柔性材料制成。
46.在一个较佳的实施例中，梁帽111采用单向纤维复合材料制成；以及
47.腹板112采用多向纤维复合材料和泡沫夹层材料制成。
48.在一个较佳的实施例中，叶根转接结构12采用三轴纤维树脂增强塑料制成。
49.在一个较佳的实施例中，多个筋板211间隔交错设置，并向叶片主梁11的两侧伸出。
50.在一个较佳的实施例中，筋板211、蒙皮和檩条212上分别安装有气动附件(图中未显示)，气动附件包括涡流发生器和/或降噪锯齿。
51.在一个较佳的实施例中，叶片上设有避雷部(图中未显示)。
52.本实用新型技术方案的有益效果在于：
53.本实用新型提供一种模块化的风力发电机组叶片，气动部和承载部分别独立制作而成，承载部的结构形状能够适用不同叶片型号的叶片，通用性较佳；在相同叶片承载部的基础上，气动部采用分块拼接的蒙皮片，便于叶片损坏后进行局部维修，从而大幅度地提升了叶片维护效率，降低了维护成本，叶片模具的制作成本较低；同时快速开发不同的气动蒙皮结构，能够有效的缩短叶片的研发周期和成本，提高叶片制造生产效率。
54.以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。