一种模块化风电叶片弦向分块连接结构的制作方法

1.本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种模块化风电叶片弦向分块连接结构。


背景技术：

2.风力发电叶片是风力发电机将风能转换成电能的基本元件。叶片拥有机翼的横截面轮廓，在运转过程中，流经叶片的空气就会在其两侧之间产生压差，因此从压力侧到吸力侧的升力会作用于叶片，升力会对主转子轴产生扭矩，其中主转子轴通过齿轮连接至可以发电的发电机。
3.为了充分利用风能资源，风力机也逐步走向大型化，其叶片长度也不断增加，而风资源丰富的地区往往是一些偏远地区、荒漠地带、海上或海边等人迹较少的地区，交通条件差，运输长叶片相当困难，目前一些风电叶片沿长度方向进行分段式结构，但是在风电叶片越来越大型化的今天，风电压片也越来越粗，仅对其长度方向进行分段已不能满足运输条件。
4.现有的模块化风电叶片，沿长度方向设置的若干分段，每个分段在风电叶片宽度方向设置有前缘件和中间件和后元件，前缘件和中间件、中间件和后缘件之间设有拼接面和连接结构，连接结构穿过拼接面进行机械固定连接/或结合胶粘的混合连接，但是机械连接和混合连接中涉及金属连接增加重量的同时，在考虑防雷设计也必然会增加连接以外的成本，另外叶片分块处满足结构设计要求时并不能满足密封要求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种模块化风电叶片弦向分块连接结构，克服机械连接和混合连接的弊端，使风电叶片的设计结构满足密封要求。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种模块化风电叶片弦向分块连接结构，包括：叶片本体，所述叶片本体包括迎风面和背风面；以及沿叶片弦长方向由所述迎风面和所述背风面的蒙皮形成的前缘壳体和后缘壳体，所述前缘壳体和所述后缘壳体之间位于所述迎风面和所述背风面的一侧均设有主梁帽；设置在所述叶片本体腔体内部的抗剪腹板在所述迎风面和所述背风面之间延伸，用以支撑所述主梁帽；其中，位于所述迎风面和所述背风面的所述主梁帽粘接固定在所述前缘壳体和所述后缘壳体拼接处的蒙皮结构上，使所述前缘壳体和所述后缘壳体与所述主梁帽拼接形成风电叶片轮廓。
7.进一步地，所述主梁帽设置在所述蒙皮结构的内蒙皮和外蒙皮中间，且在所述迎风面和所述背风面处与所述前缘壳体和所述后缘壳体一体灌注成型，所述抗剪腹板靠近所述主梁帽的端部延伸出翼边，并粘接在所述主梁帽所处的内蒙皮上。
8.进一步地，所述主梁帽设置在所述蒙皮结构的内蒙皮内侧，所述内蒙皮朝向外侧弯折，所述前缘壳体和所述后缘壳体沿弦长方向整体成型，一体成型后的所述主梁帽和所述抗剪腹板粘接固定在所述内蒙皮内侧。
9.进一步地，所述后缘壳体内设有后缘小腹板，且所述后缘小腹板平行于所述抗剪腹板设置，其延伸出的翼边与所述后缘壳体的内蒙皮粘接固定。
10.进一步地，所述主梁帽设置在所述蒙皮结构的外蒙皮外侧，所述蒙皮结构朝向腔体内部弯折出第一连接面和第二连接面，所述第二连接面位于所述第一连接面的两端，且所述第一连接面呈朝外侧凸起的弧形结构，所述第二连接面呈平面结构；所述主梁帽通过结构胶层粘接固定在所述第一连接面和所述第二连接面上，且所述主梁帽外侧设有增强层，所述增强层与所述前缘壳体和所述后缘壳体外蒙皮拼接，所述抗剪腹板粘接在所述主梁帽所处的内蒙皮上。
11.进一步地，所述前缘壳体的迎风面和背风面的拼接处采用倒角过渡；所述后缘壳体包括后缘模块和中间模块，所述中间模块包括设置在拼接处的后缘小腹板，及沿所述后缘小腹板的两端朝向所述前缘壳体延伸的第一承接面和第二承接面；所述后缘模块与所述中间模块拼接处设有粘接角层，所述粘接角层的一侧边与所述后缘小腹板粘接固定，另一侧与所述第一承接面/或第二承接面形成拼接面，所述拼接面通过结构胶层粘接固定在所述后缘模块的内蒙皮内侧。
12.进一步地，所述拼接面与所述后缘模块内蒙皮内侧形成的拐角处增设有加强结构，且靠近所述加强结构的所述后缘小腹板和所述第一承接面/或第二承接面的外侧呈圆角结构，其内侧呈r角结构；所述圆角结构和所述r角结构处均设有手糊增强层。
13.进一步地，所述抗剪腹板与所述内蒙皮粘接处均设有拐角增强层，所述拐角增强层呈l型结构，且在所述拐角增强层的缝隙处增设树脂糊层；靠近所述后缘壳体一侧的所述拐角增强层处设有结构胶层，所述拐角增强层的水平连接部通过所述结构胶层与内蒙皮固定连接。
14.进一步地，所述后缘模块位于后缘梁外蒙皮的外侧设有包边增强层；所述后缘梁设置在所述内蒙皮和所述外蒙皮中间，且所述后缘梁与所述内蒙皮之间设有结构胶层。
15.进一步地，所述迎风面上所述主梁帽大于所述背风面上所述主梁帽的宽幅。
16.本发明的有益效果为：本发明中通过设置在叶片本体腔体内部的抗剪腹板在迎风面和背风面之间延伸，用以支撑主梁帽，以及通过位于迎风面和背风面的主梁帽粘接固定在前缘壳体和后缘壳体拼接处的蒙皮结构上，使前缘壳体和后缘壳体与主梁帽拼接形成风电叶片轮廓，蒙皮结构处的粘接结构与现有连接形式相比，克服了机械连接和混合连接的弊端，达到了减轻叶片重量和降低成本的目的，满足了风电叶片结构所需的密封要求，从而对加速我国风电产业的发展有重要意义。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例一中模块化风电叶片弦向分块连接结构的结构示意图；图2为本发明实施例二中模块化风电叶片弦向分块连接结构的结构示意图；图3为本发明实施例三中模块化风电叶片弦向分块连接结构的结构示意图；图4为本发明实施例三中蒙皮结构与主梁帽的分解示意图；图5为本发明实施例三中蒙皮结构与主梁帽的连接示意图；图6为本发明实施例三中倒角过渡结构示意图；图7为本发明实施例三中拼接面结构示意图；图8为本发明实施例三中后缘模块和中间模块的连接示意图；图9为本发明实施例三中包边增强层的结构示意图；图10为本发明实施例四中另一种拼接面结构示意图；图11为本发明实施例四中另一种后缘模块和中间模块的连接示意图；图12为本发明实施例中背风面主梁帽幅宽为315mm的屈曲稳定性分析；图13为本发明实施例中背风面主梁帽幅宽为600mm的屈曲稳定性分析。
19.附图标记：1、迎风面；2、背风面；3、前缘壳体；4、后缘壳体；41、后缘模块；42、中间模块；5、主梁帽；6、抗剪腹板；7、蒙皮结构；a、第一连接面；b、第二连接面；8、翼边；9、后缘小腹板；10、倒角过渡；11、拼接面；12、加强结构；13、拐角增强层；14、包边增强层；15、粘接角层；16、后缘梁；c、增强层；d、第一承接面；e、第二承接面；f、圆角结构；g、r角结构；h、树脂糊层；i、结构胶层。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
23.实施例一如图1所示的模块化风电叶片弦向分块连接结构，包括叶片本体，叶片本体包括迎风面1和背风面2；以及沿叶片弦长方向由迎风面1和背风面2的蒙皮结构7形成的前缘壳体3和后缘壳体4，前缘壳体3和后缘壳体4之间位于迎风面1和背风面2的一侧均设有主梁帽5；设置在叶片本体腔体内部的抗剪腹板6在迎风面1和背风面2之间延伸，用以支撑主梁帽5；其中，位于迎风面1和背风面2的主梁帽5粘接固定在前缘壳体3和后缘壳体4拼接处的蒙皮结构7上，使前缘壳体3和后缘壳体4与主梁帽5拼接形成风电叶片轮廓。
24.具体地，蒙皮结构7处的粘接结构与现有连接形式相比，克服了机械连接和混合连接的弊端，达到了减轻叶片重量和降低成本的目的，满足了风电叶片结构所需的密封要求，从而对加速我国风电产业的发展有重要意义。
25.本发明优选实施例中，主梁帽5设置在蒙皮结构7的内蒙皮和外蒙皮中间，且在迎风面1和背风面2处与前缘壳体3和后缘壳体4一体灌注成型，抗剪腹板6靠近主梁帽5的端部延伸出翼边8，并粘接在主梁帽5所处的内蒙皮上。
26.具体地，抗剪腹板6、前后缘粘接形成整体受力结构，提高了抗剪腹板6的承受剪切力的能力，保证了叶片的整体稳定性。
27.为了减轻后缘结构的重量，后缘壳体4内设有后缘小腹板9，且后缘小腹板9平行于抗剪腹板6设置，其延伸出的翼边8与后缘壳体4的内蒙皮粘接固定，提高后缘壳体4的整体稳定性。
28.传统叶片的工字梁结构采用迎风面1梁帽和背风面2梁帽等幅宽结构，梁在高度不变（气动外形确定）的情况下，增加幅宽能够提升叶片刚度，但是稳定性得不到保证，因此，为了在满足刚性要求基础上同时保证稳定性，迎风面1的主梁帽5幅宽大于背风面2上主梁帽5幅宽。例如在迎风面1主梁帽5宽幅一定的情况下，对背风面2梁帽幅宽315mm和600mm两种情况的最大挥舞工况进行分析，其中迎风面1中的主梁帽5幅宽在315mm-600mm之间，如图12-13所示，选取某个截面分析，梁帽幅宽为315mm的结构，屈曲因子为2.72，而梁帽幅宽为600mm的结构，屈曲因子为2.17，其梁帽幅宽为315mm的结构刚度大于梁帽幅宽为600mm的结构，因此，在等刚度情况下，窄梁的稳定性远高于宽梁。
29.实施例二与实施例一的区别在于，如图2所示主梁帽5设置在蒙皮结构7的内蒙皮内侧，内蒙皮朝向外侧弯折，前缘壳体3和后缘壳体4沿弦长方向整体成型，一体成型后的主梁帽5和抗剪腹板6粘接固定在内蒙皮内侧。
30.具体地，前缘壳体3和后缘壳体4沿弦长方向整体成型，减少了连接点，提高了整体稳定性，且抗剪腹板6和主梁帽5一体成型，并粘接固定在向外侧弯折的内蒙皮内侧，进一步提高了抗剪切能力。
31.实施例三与实施例一和实施例二区别在于，本实施例中叶片沿弦长方向分为三块，并采用粘接固定，规避了前后缘的粘接问题，且主梁帽5设置在蒙皮结构7外侧。
32.如图3-9所示的模块化风电叶片弦向分块连接结构，包括叶片本体，叶片本体包括迎风面1和背风面2；以及沿叶片弦长方向由迎风面1和背风面2的蒙皮结构7形成的前缘壳体3和后缘壳体4，前缘壳体3和后缘壳体4之间位于迎风面1和背风面2的一侧均设有主梁帽5；设置在叶片本体腔体内部的抗剪腹板6在迎风面1和背风面2之间延伸，用以支撑主梁帽5；其中，位于迎风面1和背风面2的主梁帽5粘接固定在前缘壳体3和后缘壳体4拼接处的蒙皮结构7上，使前缘壳体3和后缘壳体4与主梁帽5拼接形成风电叶片轮廓。
33.具体地，蒙皮结构7处的粘接结构与现有连接形式相比，克服了机械连接和混合连接的弊端，达到了减轻叶片重量和降低成本的目的，满足了风电叶片结构所需的密封要求，从而对加速我国风电产业的发展有重要意义。
34.如图4-5所示，主梁帽5设置在蒙皮结构7的外蒙皮外侧，蒙皮结构7朝向腔体内部
弯折出第一连接面a和第二连接面b，第二连接面b位于第一连接面a的两端，且第一连接面a呈朝外侧凸起的弧形结构，第二连接面b呈平面结构；主梁帽5通过结构胶层i粘接固定在第一连接面a和第二连接面b上，且主梁帽5外侧设有增强层c，增强层c与前缘壳体3和后缘壳体4外蒙皮拼接，抗剪腹板6粘接在主梁帽5所处的内蒙皮上。
35.具体地，第一连接面a和两个第二连接面b形成船型结构，并通过结构胶层i实现主梁帽5的固定，增加了主腹板粘接面积，提高了连接的可靠性，另外，主梁帽5外侧的增强层c，保证了叶片气动外形，提高了梁的抗剪切性能。
36.叶片前缘壳体3在设计过程中采用不同厚度的芯材来保证前缘壳体3的稳定性，而不同厚度的芯材在拼接处由于存在过渡差值，容易导致前缘在承受载荷时出现失稳现象，因此，如图6所示，前缘壳体3的迎风面1和背风面2的拼接处采用倒角过渡10；且为了适应弦长的逐渐增大，如图3所示，后缘壳体4包括后缘模块41和中间模块42，中间模块42包括设置在拼接处的后缘小腹板9，及沿后缘小腹板9的两端朝向前缘壳体3延伸的第一承接面d和第二承接面e；如图7所示，后缘模块41与中间模块42拼接处设有粘接角层15，粘接角层15的一侧边与后缘小腹板9粘接固定，另一侧与第一承接面d/或第二承接面e形成拼接面11，拼接面11通过结构胶层i粘接固定在后缘模块41的内蒙皮内侧，采用三块装配方式，对传统的前后缘粘接问题进行了规避。
37.为了避免脱模过程中细微损伤降低结构强度，如图7所示拼接面11与后缘模块41内蒙皮内侧形成的拐角处增设有加强结构12，且靠近加强结构12的后缘小腹板9和第一承接面d/或第二承接面e的外侧呈圆角结构f，其内侧呈r角结构g；圆角结构f和r角结构g处均设有手糊增强层j。
38.具体地，中间模块42成型后，其朝向后缘模块41的两处拐角需要进行刮圆角处理，从而保证拼接处的整体强度，r角结构g为中间模块42朝向前缘壳体3的内侧角，其在于外蒙皮拼接处采用二次折弯，保证了中间模块42和后缘模块41的连接强度，提高了叶片承受气动的能力。
39.如图4-5所示，抗剪腹板6与内蒙皮粘接处均设有拐角增强层13，拐角增强层13呈l型结构，且在拐角增强层13的缝隙处增设树脂糊层h；靠近后缘壳体4一侧的拐角增强层13处设有结构胶层i，拐角增强层13的水平连接部通过结构胶层i与内蒙皮固定连接。
40.具体地，进行拐角位置的增强处理，及结构胶层i设置，提高了粘接位置性能和质量，保证了腹板承受剪力的能力。
41.如图9所示，后缘模块41位于后缘梁16外蒙皮的外侧设有包边增强层14；后缘梁16设置在内蒙皮和外蒙皮中间，且后缘梁16与内蒙皮之间设有结构胶层i，增加了后缘梁16承受载荷能力，提高了后缘模块41稳定性。
42.传统叶片的工字梁结构采用迎风面1梁帽和背风面2梁帽等幅宽结构，梁在高度不变（气动外形确定）的情况下，增加幅宽能够提升叶片刚度，但是稳定性得不到保证，因此，为了在满足刚性要求基础上同时保证稳定性，迎风面1的主梁帽5幅宽大于背风面2上主梁帽5幅宽。例如在迎风面1主梁帽5宽幅一定的情况下，对背风面2梁帽幅宽315mm和600mm两种情况的最大挥舞工况进行分析，其中迎风面1中的主梁帽5幅宽在315mm-600mm之间，如图12-13所示，选取某个截面分析，梁帽幅宽为315mm的结构，屈曲因子为2.72，而梁帽幅宽为600mm的结构，屈曲因子为2.17，其梁帽幅宽为315mm的结构刚度大于梁帽幅宽为600mm的结
构，因此，在等刚度情况下，窄梁的稳定性远高于宽梁。
43.实施例四与实施例三却别在于，如图10-11所示中间模块42和后缘模块41之间结构胶层i的放置位置不同，其余结构这里不再赘述。
44.具体地，如图后缘模块41与中间模块42拼接处设有粘接角层15，粘接角层15的一侧边与后缘模块41粘接固定，另一侧与后缘模块41的内蒙皮形成拐角拼接面11，拐角拼接面11通过结构胶层i粘接固定在后缘模板上。
45.本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。