叶片及风力发电机组的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种叶片及风力发电机组。


背景技术：

2.随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组的尺寸也在不断变大，其中叶片作为风力发电机组重要的组成部分，其尺寸也在不断攀升。当叶片的尺寸不断攀升后，其重量和载荷也逐步增加，这对叶片的结构强度和疲劳性能提出了更高的要求。停机工况下的大型风电机组在遇到侧向风时，叶片会出现颤振问题，长时间的振动会严重影响叶片的寿命。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例提供一种叶片及风力发电机组，旨在延长叶片的使用寿命。
4.本实用新型第一方面的实施例提供了一种风力发电机组的叶片，叶片包括：外壳，包括相互连接的压力壁、吸力壁及由压力壁和吸力壁围合形成的容纳腔，外壳具有沿第一方向相对设置的叶尖和叶根；加强部件，位于容纳腔，加强部件包括第一连接部、第二连接部和加强梁，第一连接部和第二连接部均沿第一方向延伸成型，第一连接部连接于压力壁朝向容纳腔的一侧，第二连接部连接于吸力壁朝向容纳腔的一侧，多个加强梁沿第一方向分布，且各加强梁分别固定连接于第一连接部和第二连接部之间。
5.根据本实用新型第一方面的实施方式，多个加强梁沿第一方向首尾相接设置，且相邻的两个加强梁相交。
6.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，加强梁具有连接端，至少一组相邻两个加强梁的连接端具有抵接面，至少一组相邻两个加强梁的连接端通过抵接面相互抵接连接。
7.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，加强部件还包括弹性垫，弹性垫设置于相邻两个连接端的抵接面之间。
8.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，相邻两个加强梁的夹角为60
°
～120
°
。
9.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，加强梁包括：
10.壳体，包括壁部和由壁部围合形成的填充腔；
11.蜂窝芯材，位于填充腔。
12.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，加强梁还包括一个或多个加强筋，加强筋位于填充腔，且加强筋沿加强梁的长度方向延伸成型。
13.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，外壳具有沿第二方向相对设置的前缘和后缘；
14.加强部件的个数为多个，多个加强部件沿第二方向间隔分布。
15.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，多个加强部件沿第二方向间隔分布，在第二方向上相邻的两个加强部件之间连接有斜梁。
16.根据本实用新型第一方面前述任一实施方式，第一连接部和压力壁朝向容纳腔的表面的形状相适配，和/或，第二连接部和吸力壁朝向容纳腔的表面的形状相适配。
17.本实用新型第二方面的实施例还提供了一种风力发电机组，包括上述任一第一方面实施例的叶片。
18.在本实用新型实施例提供的叶片中，叶片包括外壳和加强部件，加强部件设置于外壳中。加强部件包括第一连接部、第二连接部和加强梁，多个加强梁固定连接于第一连接部和第二连接部之间，使得加强部件呈框架结构体，能够减小加强部件的重量。相对于板状的腹板，本实用新型实施例提供的加强部件材料用量更少，且加强部件的变形量更大，能够更好地吸收叶片的振动，提高叶片的使用寿命。
附图说明
19.通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
20.图1是本实用新型实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图；
21.图2是是本实用新型实施例提供的一种叶片的结构示意图；
22.图3是图2的局部结构示意图；
23.图4是是本实用新型实施例提供的一种叶片的加强部件的结构示意图；
24.图5是图4中i处的局部放大结构示意图；
25.图6是本实用新型实施例提供的一种叶片的加强梁的结构示意图；
26.图7是图2在另一实施例中的局部放大结构示意图。
27.附图标记说明：
28.10、塔架；20、机舱；30、叶片；
29.100、外壳；110、压力壁；120、吸力壁；130、叶尖；140、叶根；150、前缘；160、后缘；170、容纳腔；
30.200、加强部件；210、第一连接部；220、第二连接部；230、加强梁；231、连接端；232、抵接面；233、壳体；234、蜂窝芯材；235、加强筋；240、弹性垫；
31.300、斜梁。
具体实施方式
32.下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定
的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的实施例的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.随着叶片尺寸的不断攀升，其重量和载荷也持续增加，这对叶片的结构强度和疲劳性能提出了更高的要求。停机工况下的大型风力发电机组在遇到侧向风时，叶片会出现颤振问题，长时间的振动会严重威胁整个机组的安全性。降低叶片振动幅值最好的办法是增加叶片的阻尼，然而，叶片由玻璃纤维或碳纤维复合材料构成，阻尼比在千分之二左右，过小的阻尼值难以抑制剧烈的振动。在叶片中加入高阻尼材料或额外安装调制阻尼器等方式可以得到高阻尼叶片，但是这些方式都会大幅增加叶片的重量，反而不利于叶片结构性能的提升。综合以上，轻量化的高阻尼叶片是未来超大型叶片的核心设计概念。
36.另一方面，大型叶片的制造过程是一个及其复杂的多线程操作的过程。为了减少工人操作时间，降低制造成本，模块化叶片的概念日益受到重视。但由于叶片复杂变化的曲面外形，完全实现模块化的叶片面临巨大的难度。目前，叶片的零部件主要包括叶根、主梁、腹板等，各零部件预先在模具中制造完成后，通过真空吸注工艺组合而成完整的叶片。腹板是叶片中较为简单而规则的部件，各个型号叶片的腹板尺寸虽然不同，但基本结构较为相似，具有模块化开发的优势，可以短期内完成批量化制造。
37.为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图7对本实用新型实施例的电叶片及风力发电机组进行详细描述。
38.请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种风力发电机组的结构示意图。
39.如图1所示，本实用新型第一方面的实施例提供了一种风力发电机组，风力发电机组包括塔筒10、设置于塔筒10的机舱20和连接于机舱20的叶片30。叶片30沿图1中箭头所指的方向顺时针转动。
40.叶片30的实施方式有多种，请参阅图2和图3，图2是本实用新型实施例提供的一种叶片30的结构示意图。图3是图2的局部结构示意图。
41.如图2和图3所示，本实用新型实施例提供的叶片30包括：外壳100，包括相互连接的压力壁110、吸力壁120及由压力壁110和吸力壁120围合形成的容纳腔170，外壳100具有沿第一方向(图2中的x方向)相对设置的叶尖130和叶根140；加强部件200，位于容纳腔170，加强部件200连接于压力壁110和吸力壁120之间以提高叶片30的结构强度。
42.请参阅图4和图5，图4是本实用新型实施例提供的一种叶片30的加强部件200的结构示意图。图5是图4中i处的局部放大结构示意图。
43.在一些可选的实施例中，加强部件200包括第一连接部210、第二连接部220和加强梁230，第一连接部210和第二连接部220均沿第一方向延伸成型，第一连接部210连接于压力壁110朝向容纳腔170的一侧，第二连接部220连接于吸力壁120朝向容纳腔170的一侧，多个加强梁230沿第一方向分布，且各加强梁230分别固定连接于第一连接部210和第二连接部220之间。
44.在本实用新型实施例提供的叶片30中，叶片30包括外壳100和加强部件200，加强部件200设置于外壳100中。加强部件200包括第一连接部210、第二连接部220和加强梁230，多个加强梁230固定连接于第一连接部210和第二连接部220之间，使得加强部件200呈框架结构体，能够在具备足够的载荷承载能力的同时有效地减小加强部件200的重量。相对于板状的腹板，本实用新型实施例提供的加强部件200材料用量更少，且加强部件200的变形量更大，能够更好地吸收叶片30的振动，提高叶片30的使用寿命。
45.此外，加强部件200呈框架结构体，使得可以将加强部件200拆解为若干零部件，实现模块化生产，能够有效提高叶片30的制备效率，提高风力发电机的装配效率。
46.第一连接部210的设置方式有多种，例如第一连接部210呈板状，且第一连接部210的形状和压力壁110朝向容纳腔170的内表面的形状相适配，使得第一连接部210能够更好的与压力壁110的内表面相互贴合，提高第一连接部210和压力壁110的内表面的接触面积，保证第一连接部210和压力壁110相对位置的稳定性。
47.第一连接部210例如可以通过结构胶粘接于压力壁110的内表面。
48.第二连接部220的设置方式有多种，例如第二连接部220呈板状，且第二连接部220的形状和吸力壁120朝向容纳腔170的内表面的形状相适配，使得第二连接部220能够更好的与吸力壁120的内表面相互贴合，提高第二连接部220和吸力壁120的内表面的接触面积，保证第二连接部220和吸力壁120相对位置的稳定性。
49.加强梁230在第一连接部210和第二连接部220分布的方式有多种，例如多个加强梁230在第一连接部210和第二连接部220沿第一方向并排设置。或者加强梁230在第一连接部210和第二连接部220之间交叉设置。
50.或者如图5所示，在另一些可选的实施例中，多个加强梁230沿第一方向首尾相接设置，且相邻的两个加强梁230相交。在这些可选的实施例中，多个加强梁230相交，使得相邻的两个加强梁230和第一连接部210和/或第二连接部220之间形成三角加强结构，能够有效提高加强部件200的结构强度，进而提高叶片30的结构强度，进一步提高叶片30的使用寿命。
51.加强梁230的形状设置方式有多种，加强梁230例如呈圆柱形或者棱柱形。
52.为了进一步减小相邻两个加强梁230之间的间距。请参阅图6，图6是本实用新型实施例提供的一种叶片30的加强梁230的结构示意图。
53.在一些可选的实施例中，如图5和图6所示，加强梁230具有连接端231，至少一组相邻两个加强梁230的连接端231具有抵接面232，至少一组相邻两个加强梁230的连接端231通过抵接面232相互抵接连接。
54.在这些可选的实施例中，相邻的两个加强梁230通过抵接面232相互连接，不仅能够减小相邻两个加强梁230之间的间距，使得第一连接部210和第二连接部220能够设置更多的加强梁230，保证加强部件200具有足够的结构强度。而且能够增加相邻两个加强梁230的接触面积，保证相邻两个加强梁230之间相对位置的稳定性。
55.在沿第一方向分布的多个加强梁230中，任意相邻的两个加强梁230通过抵接面232相互抵接；或者，在沿第一方向分布的多个加强梁230中，一些相邻的两个加强梁230通过抵接面232相互抵接，另一些相邻的两个加强梁230的连接端231相互间隔设置。
56.在一些可选的实施例中，加强部件200还包括弹性垫240，弹性垫240设置于相邻两
个连接端231的抵接面232之间。弹性垫240不仅能够改善相邻两个抵接面232之间的摩擦情况，提高加强梁230的使用寿命。而且弹性垫240能够吸收加强梁230的变形，减小加强部件200的变形，降低由加强部件200传递至外壳100的变形载荷，降低叶片30的振动幅值，降低叶片30发生损坏的概率，提高叶片30的使用寿命。
57.弹性垫240的设置方式有多种，弹性垫240例如为橡胶垫。
58.相邻两个加强梁230的相对位置设置方式有多种，在一些可选的实施例中，相邻两个加强梁230的夹角为60
°
～120
°
。当相邻两个加强梁230之间的夹角在上述范围之内时，既能够避免相邻两个加强梁230之间的夹角过大导致加强梁230对第一连接部210和/或第二连接部220的支撑力不足，影响加强部件200的整体结构强度；也能够避免相邻两个加强梁230之间的夹角过小，导致加强梁230的分布密度过大，使得加强部件200的重量过大。
59.加强梁230可以通过粘接、卯榫、螺栓等紧固方式固定连接于第一连接部210和第二连接部220。
60.加强梁230的设置方式有多种，加强梁230例如为工字型梁结构，或者加强梁230为实心梁结构。
61.在另一些可选的实施例中，如图6所示，加强梁230包括：壳体233，包括壁部和由壁部围合形成的填充腔；蜂窝芯材234，位于填充腔。
62.在这些可选的实施例中，加强梁230包括壳体233和位于壳体233内的蜂窝芯材234，既能够保证加强梁230具有足够的强度，也能够减轻加强梁230的重量，使得加强部件200具有轻质性的特性。此外，蜂窝芯材234具有较大的阻尼值，可以大幅吸收叶片30振动过程中加强梁230的变形，进一步降低加强部件200传递至外壳100的变形载荷，降低叶片30的振动幅值，降低叶片30发生损坏的概率，提高叶片30的使用寿命。
63.可选的，蜂窝芯材234中蜂窝孔的延伸方向与加强梁230的延伸方向一致，即蜂窝芯材234中蜂窝孔的长度与加强梁230的长度一致。
64.可选的，蜂窝芯材234的材料可以为铝合金、玻璃纤维织物等。为了使得蜂窝芯材具有较高的阻尼值，蜂窝孔的形状可以为六边形、圆形、矩形、星形等。
65.在一些可选的实施例中，为了进一步提高加强梁230的结构强度，加强梁230还包括加强筋235，加强筋235位于填充腔，且加强筋235沿加强梁230的长度方向延伸成型。加强筋235的设置个数有多种，加强梁230内可以设置有一个或多个加强筋235。为了保证加强梁230各处受力一致，参考图6所示，多根加强筋235(例如5根)在加强梁230内均匀分布。当加强筋235为一个时，加强筋235位于加强梁230的中心轴线。
66.叶片30具有沿第二方向(图2中的z方向)相对设置的前缘150和后缘160。
67.叶片30外壳100中加强部件200的个数设置方式有多种，加强部件200可以为一个，一个加强部件200设置于外壳100在前缘150和后缘160中间。
68.请参阅图7，图7是图2在另一实施例中的局部放大结构示意图。
69.在另一些可选的实施例中，加强部件200的个数可以为多个，多个加强部件200沿第二方向间隔分布。通过设置多个加强部件200，能够进一步提高叶片30的结构强度，提高叶片30的使用寿命。
70.可选的，当加强部件200为多个时，在第二方向上相邻的两个加强部件200之间还可以连接有斜梁300，使得在第二方向上相邻的两个加强部件200通过斜梁300相互连接，形
成一体化的多加强部件200结构。
71.虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。