用于风力机叶片的叶根延长结构及风力机的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电领域，特别涉及一种用于风力机叶片的叶根延长结构及风力机。


背景技术：

2.风力机叶片是风电机组吸收风能将空气流动的动能转化成机械能的核心部件，在相同风资源和叶片气动效率的情况下，叶片的风能吸收能力与叶片长度的平方成比例，叶片长度越长扫风面积越大，机组发电量越高。由于不同风场风资源的差异，相同的机组在风资源相对较差的风场工作会导致机组发电量不足，若重新设计叶片以满足发电量要求需要重新开模，投资巨大，且设计开发周期长；若对原叶片进行加长也可明显提高机组的发电能力，并且实用高效。
3.目前叶片加长的方法主要有叶尖加长和叶根加长两种方法。叶尖加长一般是切除原有叶片叶尖段，然后再在外侧增加一段较长的新叶尖，较长的新叶尖段一般通过粘接方式与原叶片主体连接固定。一般叶尖加长方法需要切除原叶片的叶尖，破坏原叶片的整体结构完整性，而且叶尖加长段与原叶片本体连接不可避免要使用胶接的方式，粘接可靠性相对较低。叶尖运行速度较高，现在大型水平轴风电机组叶尖速度在90m/s左右，一旦叶尖延长段在运行时飞出，较易发生安全事故。
4.叶根加长是通过在原叶片的叶根与轮毂之间新增一段延长段，延长段与原叶片的叶根和轮毂的连接一般采用螺栓连接。对某一型号风电机组的叶片进行加长可提高机组在较差风资源风场工作时的发电量，拓宽某一型号机组的工作条件。叶根延长一般仅是通过在原叶片的叶根和轮毂之间增加一段与原叶片的叶根圆柱直径相同的圆柱段实现，但这会导致增加叶根圆柱延长段的流动分离，减少延长段及叶根区的做功能力，而若直接使用具有翼型外形的叶根延长段，则会增加叶根延长段一体成型模具的复杂程度，导致延长段的生产成本提高，生产效率低下。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术采用圆柱段作为叶根延长结构而导致增加圆柱延长段的流动分离，减少延长段及叶根区的做功能力，而若直接使用具有翼型外形的叶根延长段，则会增加叶根延长段一体成型模具的复杂程度，导致延长段的生产成本提高，生产效率低下的缺陷，提供一种用于风力机叶片的叶根延长结构及风力机。
6.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.本实用新型提供一种用于风力机叶片的叶根延长结构，所述叶根延长结构包括延长段本体、多个翼型片和壳体；
8.所述延长段本体具有与风力机的轮毂固定连接的第一端以及与所述风力机叶片的叶根固定连接的第二端；
9.所述翼型片的中部具有通孔，多个所述翼型片通过所述通孔间隔设于所述延长段
本体上；
10.所述壳体包覆于多个所述翼型片的外周侧，所述壳体的两端分别延伸至所述延长段本体的所述第一端和所述第二端。
11.在本方案中，通过设置延长段本体、多个翼型片和壳体，将多个翼型片间隔设于延长段本体上，并用壳体包覆于多个翼型片的外周侧，以使得延长段本体、多个翼型片和壳体所形成的叶根延长结构整体上呈钝尾缘翼型形状，延长段本体的第一端与轮毂固定连接，延长段本体的第二端与风力机叶片的叶根固定连接，以延长风力机叶片叶根处的长度，减小叶根延长结构的流动分离，增加叶根延长结构及叶根区的做功能力，对于不同长度的叶根延长结构，只需要加长延长段本体模具即可，外部翼型形状壳体无需模具，长度可灵活调节，通过组装延长段本体、多个翼型片和壳体以构成具有翼型外形的叶根延长结构，降低了此类具有翼型外形叶根延长段一体成型模具的复杂程度，降低了生产成本并提高了生产效率。
12.较佳地，所述风力机的轮毂与所述第一端之间可拆卸连接，所述风力机叶片的叶根与所述第二端之间可拆卸连接。
13.在本方案中，采用上述结构形式，便于后续对叶根延长结构进行拆装、维修和更换。
14.较佳地，两个相邻的所述翼型片之间设置有支撑件，所述支撑件的两端分别连接于所述翼型片。
15.在本方案中，采用上述结构形式，以支撑翼型片防止其变形，并且起到固定翼型片的作用，防止风力机叶片旋转过程中导致翼型片受力后发生移位。
16.较佳地，所述支撑件为桁架结构，所述翼型片具有前缘和尾缘，所述桁架结构的两端连接于所述翼型片靠近尾缘的位置。
17.在本方案中，采用上述结构形式，可以更有针对性地对翼型片的受力薄弱位置起到支撑和固定效果，能够节省支撑和固定的材料，节约成本。
18.较佳地，所述桁架结构具有两个沿所述翼型片的弦长方向间隔设置的连接杆，所述连接杆的两端分别与两个所述翼型片连接，两个所述连接杆之间设置有固定杆，所述固定杆的两端分别连接于两个所述连接杆。
19.在本方案中，采用上述结构形式，加强对两个翼型片支撑和固定效果的同时，还能加强桁架结构与翼型片之间的受力稳定，进而提高整个叶根延长结构的受力稳定。
20.较佳地，所述延长段本体的所述第一端和所述第二端的端部均设有所述翼型片。
21.在本方案中，采用上述结构形式，以确保叶根延长结构与风力机叶片结构的高度匹配，使得叶根延长结构与风力机叶片结构形成一体化，让整个叶片结构更加完整，整体形状更加流畅，更好地避免流动分离，加强叶根延长结构及整个叶根区的做功能力。
22.较佳地，所述延长段本体上设置有第一卡接部，所述翼型片上设置有第二卡接部，所述第一卡接部与所述第二卡接部卡接。
23.在本方案中，采用上述结构形式，以加强翼型片与延长段本体之间的固定，保证叶根延长结构整体上的稳定性。
24.较佳地，所述第一卡接部为凸起，所述第二卡接部为与所述凸起相匹配的凹槽。
25.在本方案中，采用上述结构形式，以实现翼型片与延长段本体之间的限位，简单、
快速固定，提高装配效率。
26.较佳地，所述延长段本体与所述翼型片通过胶粘固定。
27.在本方案中，采用上述结构形式，以实现延长段本体与翼型片的简易牢固固定。
28.较佳地，所述延长段本体为中空圆柱结构。
29.在本方案中，采用上述结构形式，以便于操作人员进入中空圆柱结构对延长段本体的第二端与风力机叶片的叶根进行安装，并且能减轻延长段的本体的重量，便于做功，提高做功效率，还能节省延长段本体的制作材料，降低成本。
30.较佳地，所述延长段本体的所述第一端的端面周向设置有多个第一螺栓孔，所述延长段本体的所述第二端的端面周向设置有多个第二螺栓孔。
31.在本方案中，采用上述结构形式，以实现中空圆柱段与轮毂、风力机叶片的叶根处以可拆卸的安装方式固定连接。既能保证连接的有效固定，又能便于拆卸和更换。
32.较佳地，所述延长段本体的腔体的内周面沿周向设有环形凹槽，所述环形凹槽位于所述第二螺栓孔的内端部，所述环形凹槽与所述第二螺栓孔连通且所述环形凹槽的底面位于多个所述第二螺栓孔的外周侧。
33.在本方案中，采用上述结构形式，易于加工，并且便于操作人员进行快速安装固定和拆卸。
34.较佳地，所述壳体为玻璃纤维布或橡胶皮。
35.在本方案中，采用上述结构形式，以实现良好的包覆效果，便于维持叶根延长结构整体的翼型形状，又能节约材料，成本低廉，便于更换。
36.本实施还提供一种风力机，所述风力机包含如前任意一项所述的叶根延长结构，所述延长段本体的所述第一端与所述风力机的轮毂连接，所述延长段本体的所述第二端与所述风力机叶片的叶根连接。
37.在本方案中，通过在风力机设置叶根延长结构，该叶根延长结构包括延长段本体、多个翼型片和壳体，将多个翼型片间隔设于延长段本体上，并用壳体包覆于多个翼型片的外周侧，以使得延长段本体、多个翼型片和壳体所形成的叶根延长结构整体上呈钝尾缘翼型形状，延长段本体的第一端与轮毂固定连接，延长段本体的第二端与风力机叶片叶根固定连接，以延长风力机叶片叶根处的长度，减小了叶根延长结构的流动分离，增加了叶根延长结构及叶根区的做功能力，降低了此类具有翼型外形的叶根延长结构一体成型模具的复杂程度，降低了叶根延长结构的生产成本并提高了生产效率，从而了提高风力机的发电效率和对不同工作环境的适应能力，降低了生产成本。
38.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本实用新型各较佳实例。
39.本实用新型的积极进步效果在于：
40.本实施新型的一种用于风力机叶片的叶根延长结构通过设置延长段本体、多个翼型片和壳体，将多个翼型片间隔设于延长段本体上，并用壳体包覆于多个翼型片的外周侧，以使得延长段本体、多个翼型片和壳体所形成的叶根延长结构整体上呈钝尾缘翼型形状，延长段本体的第一端与轮毂固定连接，延长段本体的第二端与风力机叶片的叶根固定连接，以延长风力机叶片叶根处的长度，减小叶根延长结构的流动分离，增加叶根延长结构及叶根区的做功能力，降低叶根延长结构模具的复杂程度，降低生产成本并提高生产效率。
附图说明
41.图1为本实用新型实施例1的用于风力机叶片的叶根延长结构的整体示意图。
42.图2为本实用新型实施例1的用于风力机叶片的叶根延长结构的局部示意图。
43.图3为本实用新型实施例1的用于风力机叶片的叶根延长结构的圆柱段的局部示意图。
44.图4为本实用新型实施例1的用于风力机叶片的叶根延长结构的翼型片的示意图。
45.图5为本实用新型实施例1的用于风力机叶片的叶根延长结构的圆柱段的局部示意图。
46.图6为本实用新型实施例1的用于风力机叶片的叶根延长结构的圆柱段内螺栓安装方式的局部示意图。
47.附图标记说明：
48.叶根延长结构10
49.风力机叶片的叶根20
50.轮毂30
51.延长段本体1
52.凸起11
53.第一螺栓孔12
54.第二螺栓孔13
55.环形凹槽14
56.翼型片2
57.凹槽21
58.前缘22
59.尾缘23
60.通孔24
61.壳体3
62.桁架结构4
63.连接杆41
64.固定杆42
65.第一螺栓51
66.第二螺栓52
具体实施方式
67.下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在以下的实施例范围之中。
68.实施例1
69.如图1-6所示，本实施例提供了一种用于风力机叶片的叶根延长结构10，该叶根延长结构10包括延长段本体1、多个翼型片2和壳体3。
70.延长段本体1具有与风力机的轮毂30固定连接的第一端以及与风力机叶片的叶根20固定连接的第二端。
71.翼型片2的中部具有通孔24，多个翼型片2通过通孔24间隔设于延长段本体1上。
72.壳体3包覆于多个翼型片2的外周侧，壳体3的两端分别延伸至延长段本体1的第一端和第二端。
73.叶根延长结构10包括延长段本体1、多个翼型片2和壳体3，风力机叶片的叶根与轮毂30为可拆卸连接，将延长段本体1的第一端与轮毂30固定连接，将延长段本体1的第二端与风力机叶片的叶根20固定连接，以延长风力机叶片长度。翼型片2的中部设置有通孔24，多个翼型片2通过通孔24间隔设置在延长段本体1上，翼型片2沿延长段轴向扭角一致，翼型片2与风力机叶片的叶根20端面相匹配或者完全吻合。壳体3包覆于多个翼型片2的外周侧，壳体3的两端分别延伸至延长段本体1的第一端的外周面和第二端的外周面，以使得叶根延长结构10整体上具有钝尾缘23翼型形状，其中壳体3与延长段本体1之间为空心结构，无其他填充物。安装时，确保壳体3包覆下的翼型片2与风力机叶片的叶根20端面的扭角一致。
74.通过设置延长段本体1、多个翼型片2和壳体3，将多个翼型片2间隔设于延长段本体1上，并用壳体3包覆于多个翼型片2的外周侧，以使得延长段本体1、多个翼型片2和壳体3所形成的叶根延长结构10整体上呈钝尾缘23翼型形状，减小叶根延长结构10的流动分离，增加叶根延长结构10及叶根区的做功能力。延长段本体1的第一端与轮毂30固定连接，延长段本体1的第二端与风力机叶片的叶根20固定连接，以延长风力机叶片的整体长度。对于不同长度的叶根延长结构10，只需要加长延长段本体1模具即可，外部翼型形状壳体3无需模具，长度可灵活调节，通过组装延长段本体1、多个翼型片2和壳体3以构成具有翼型外形的叶根延长结构10，降低了此类具有翼型外形叶根延长段一体成型模具的复杂程度，降低了生产成本并提高了生产效率。
75.在本实施例中，风力机的轮毂与第一端之间可拆卸连接，风力机叶片的叶根与第二端之间可拆卸连接，以便于后续对叶根延长结构进行拆装、维修和更换。
76.在本实施例中，多个翼型片2均匀间隔设于延长段本体1上。
77.在一种实施方式中，多个翼型片2也可以不均匀间隔设于延长段本体1上。
78.两个相邻的翼型片2之间设置有支撑件，支撑件的两端分别连接于翼型片2。
79.在本实施例中，每两个相邻的翼型片2之间都设置有支撑件，支撑件的两端分别连接于翼型片2，以支撑翼型片2防止其变形，并且起到固定翼型片2的作用，防止风力机叶片旋转过程中导致翼型片2受力后发生移位。
80.在其他实施例中，两个相邻的翼型片2之间也可以不设置支撑件，只要两个相邻的翼型片2之间的距离适当调小一点即可。
81.支撑件为桁架结构4，翼型片2具有前缘22和尾缘23，桁架结构4的两端连接于翼型片2靠近尾缘23的位置。
82.在本实施例中，支撑件为桁架结构4，翼型片2具有前缘22和尾缘23，尾缘23相对于前缘22而言，尾缘23距离通孔24的边沿较远，将桁架结构4的两端连接于翼型片2靠近尾缘23的位置，可以更有针对性地对翼型片2的受力薄弱位置起到支撑和固定效果，能够节省支撑和固定的材料，节约成本。
83.在其他实施例中，支撑件可以为其他任意结构，支撑件可以连接于相邻两个翼型片2的任意位置，只要能实现对相邻两个翼型片2的支撑和固定即可。
84.桁架结构4具有两个沿翼型片2的弦长方向间隔设置的连接杆41，连接杆41的两端
分别与两个翼型片2连接，两个连接杆41之间设置有固定杆42，固定杆42的两端分别连接于两个连接杆41。
85.在本实施例中，桁架结构4为具有两个沿翼型片2的弦长方向间隔设置的连接杆41。两个连接杆41平行设置，连接杆41的两端分别与两个翼型片2连接，使得在翼型片2靠近尾翼的位置具有两个相对应的支撑和固定点，加强支撑和固定效果的同时，还能加强桁架结构4与翼型片2之间的受力稳定，进而提高整个叶根延长结构10的受力稳定。两个连接杆41之间设置有两根固定杆42，两根固定杆42的两端分别连接于两个连接杆41，并且两根固定杆42的一端相连接，在两根连接杆41之间形成类三角结构，进一步加强桁架结构4的稳定性，以便对翼型片2起到更好的支撑和固定效果，更好地防止翼型片2的变形和移位。
86.在其他实施例中，连接杆41可以设置有一根或多根，多根连接杆41的位置也可以任意设置，不局限于相互平行的情形。多根连接杆41之间的固定杆42可以设置为一根或多根，固定杆42的位置也可以任意设置，只要连接杆41能连接相邻两个翼型片2。固定杆42连接于连接杆41，能实现固定杆42加强连接杆41之间的稳定，连接杆41加强翼型片2之间的支撑和固定，以对翼型片2起到更好的支撑和固定效果，更好地防止翼型片2的变形和移位，进而加强叶根延长结构10整体性的牢固和稳定。
87.延长段本体1的第一端和第二端的端部均设有翼型片2。
88.在本实施例中，延长段本体1的第一端和第二端的端部均设有翼型片2，壳体3包覆于翼型片2的外周侧，并且壳体3的两端分别延伸至延长段本体1的第一端和第二端的端部。
89.将壳体3与风力机叶片的叶根20的端面采用胶接方式连接，连接处的壳体3光滑连续，以确保叶根延长结构10与风力机叶片结构的高度匹配，使得叶根延长结构10与风力机叶片结构形成一体化，让整个风力机叶片结构更加完整，整体形状更加流畅，更好地避免流动分离，加强叶根延长结构10及整个叶根区的做功能力。
90.在其他实施例中，也可以将翼型片2设置在延长段本体1的第一端和第二端的靠近端部的位置，以便于根据实际工况进行调整和适应，使操作人员在搬运叶根延长结构10过程中方便抓取，以实现将其快速安装至风力机叶片的叶根20与轮毂30之间。
91.延长段本体1上设置有第一卡接部，翼型片2上设置有第二卡接部，第一卡接部与第二卡接部卡接。
92.在本实施例中，延长段本体1上设置有第一卡接部，翼型片2上设置有第二卡接部，第一卡接部与第二卡接部卡接，以加强翼型片2与延长段本体1之间的固定，保证叶根延长结构10整体上的稳定性。
93.在另一实施例中，翼型片2与延长段本体1之间也可以采用插接或铆接的方式进行固定。
94.第一卡接部为凸起11，第二卡接部为与凸起11相匹配的凹槽21。
95.在本实施例中，延长段本体1的第一卡接部为凸起11，翼型片2的第二卡接部为与凸起11相匹配的凹槽21，以实现翼型片2与延长段本体1之间的限位，简单、快速固定，提高装配效率。
96.在另一实施例中，翼型片2的第二卡接部为凸起11，延长段本体1的第一卡接为与凸起11相匹配的凹槽21。
97.延长段本体1为中空圆柱结构。
98.在本实施例中，延长段本体1为圆柱段，圆柱段具有中空结构，以便于操作人员进入中空圆柱结构对延长段本体1的第二端与风力机叶片的叶根20进行安装，并且能减轻延长段的本体的重量，便于做功，提高做功效率，还能节省延长段本体1的制作材料，降低成本。
99.延长段本体1的腔体的内周面沿周向设有环形凹槽14，环形凹槽14位于第二螺栓孔13的内端部，环形凹槽14与第二螺栓孔13连通且环形凹槽14的底面位于多个第二螺栓孔13的外周侧。
100.延长段本体1内设置环形凹槽14用作操作腔，该操作腔用于操作人员安装第二螺栓52。在本实施例中，该操作腔为环形凹槽14，圆柱段腔体的内周面的周向设有该环形凹槽14，环形凹槽14位于第二螺栓孔13的内端部，环形凹槽14与第二螺栓孔13连通且环形凹槽14的底面位于多个第二螺栓孔13的外周侧。环形凹槽14本身易于加工，并且能方便操作人员通过环形凹槽14进行快速安装固定和拆卸。
101.在另一种实施方式中，操作腔可以不是一整个环形凹槽14，而是与每个第二螺栓孔13一一对应的凹槽。
102.在其他实施例中，只要能实现工作人员在圆柱段的腔体内安装第二螺栓52的结构均可。
103.延长段本体1的第一端的端面周向设置有多个第一螺栓孔12，延长段本体1的第二端的端面周向设置有多个第二螺栓孔13。
104.在本实施例中，中空圆柱段的第一端的端面周向均匀设置有多个第一螺栓孔12，第一螺栓孔12通过在中空圆柱段的第一端预埋带内螺纹的螺栓套形成。第一螺栓51从轮毂30穿入，与第一螺栓孔12配合拧紧。中空圆柱段的第二端的端面周向均匀设置有多个第二螺栓孔13，第二螺栓孔13通过在中空圆柱段的第二端预埋的螺栓套(金属光套)形成，第二螺栓52从操作腔穿入第二螺栓孔13，与风力机叶片的叶根20预埋的带内螺纹的螺栓套配合拧紧，通过在中空圆柱段的第一端和第二端的周面均匀设置螺栓孔，以实现中空圆柱段与轮毂30、风力机叶片的叶根20处的以可拆卸的安装方式固定连接。既能保证连接的有效固定，又能便于拆卸和更换。
105.在本实施例中，壳体3为玻璃纤维布或橡胶皮等轻质材料，以实现良好的包覆效果，不仅便于维持叶根延长结构10整体的翼型形状，又能节约材料，成本低廉，便于更换。
106.在其他实施例中，壳体3也可以为柔性材料或是刚性偏弱的材料，如铁皮。
107.在本实施例中的叶根延长结构10的生产和制备过程，主要包括以下步骤：
108.(1)制备叶根延长段的圆柱段。圆柱段与传统风力机叶片的叶根圆柱段的制备工艺相同，在与风力机叶片的叶根20连接侧的圆柱段的第二端预埋金属光套(第二螺栓孔13)，金属光套内侧端部预留螺栓安装和拧紧的操作腔(环形凹槽14)，在与轮毂30连接侧的圆柱段的第一端预埋带内螺纹的金属螺栓套(第一螺栓孔12)。
109.(2)圆柱段制备完毕后，将预制好的翼型片2套在圆柱段上，在翼型片2和圆柱段上设计限位锁止结构将翼型片2固定在圆柱段上。
110.(3)在各翼型片2间安装预制好的桁架结构4，以限制翼型片2的位移。
111.(4)在翼型片2和桁架结构4外蒙上玻璃纤维布或橡胶皮，使叶根延长结构10具有翼型外形。
112.在本实施例中的翼型片2和圆柱段通过桁架结构4进行固定和限位实施过程，主要包括以下步骤：
113.(1)在圆柱段表面设置凸起11用于圆柱段与翼型片2的限位。
114.(2)翼型片2和桁架结构4采用预制方式加工，翼型片2和桁架结构4的材料可为复合材料、木头或其他材料。
115.(3)将翼型片2和桁架结构4套装在圆柱段上，翼型片2上凹槽21与圆柱段上的凸起11相配合。
116.(4)在隔板之间布置桁架结构4，桁架结构4之间、桁架结构4和翼型片2之间通过胶接或铆接方式连接固定。
117.在本实施例中的叶根延长结构10与轮毂30和风力机叶片的叶根20的安装过程如下：第一螺栓51从轮毂30穿入并与第一螺栓孔12内预埋的带内螺纹的螺栓套配合拧紧；第二螺栓52从操作腔穿入第二螺栓孔13内预埋单的金属光套，并与风力机叶片的叶根20预埋的带内螺纹的螺栓套配合拧紧。
118.本实施例还提供了一种风力机，该风力机包含如前所述中任意一项的叶根延长结构10，叶根延长结构10包括延长段本体1、多个翼型片2和壳体3，延长段本体1的第一端与风力机的轮毂30固定连接，延长段本体1的第二端与风力机叶片的叶根固定连接。
119.通过在风力机设置叶根延长结构10，该叶根延长结构10包括延长段本体1、多个翼型片2和壳体3，将多个翼型片2间隔设于延长段本体1上，并用壳体3包覆于多个翼型片2的外周侧，以使得延长段本体1、多个翼型片2和壳体3所形成的叶根延长结构10整体上呈钝尾缘翼型形状，延长段本体1的第一端与轮毂30固定连接，延长段本体1的第二端与风力机叶片的叶根20固定连接，以延长风力机叶片的叶根20处的长度，减小了叶根延长结构10的流动分离，增加了叶根延长结构10及叶根区的做功能力，降低了此类具有翼型外形的叶根延长结构10一体成型模具的复杂程度，降低了叶根延长结构10的生产成本并提高了生产效率，从而了提高风力机的发电效率和对不同工作环境的适应能力，极大降低了生产成本。
120.实施例2
121.实施例2与实施例1的不同之处在于，延长段本体1与翼型片2通过胶粘固定，即在本实施例中的叶根延长结构10的生产和制备过程的步骤中，在隔板和圆柱的接触面采用胶接方式固定，以实现延长段本体1与翼型片2的简易牢固固定。在本实施例中的翼型片2和圆柱段通过桁架结构4进行固定和限位实施过程的步骤中，将翼型片2套装在圆柱段上，翼型片2和圆柱段的接触面上用胶水粘接。