叶尖小翼、混合式叶片、混合式叶片制备方法及风电机组与流程

1.本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及到一种叶尖小翼、混合式叶片、混合式叶片制备方法及风电机组。


背景技术：

2.随着风电技术的不断发展，风电场经济性和风力机能效改善逐步受到重视。目前风电后市场的增功需求不断增加，给流动控制技术的发展带来新的契机，使叶片气动增功技术(涡流发生器、叶根扰流板、后缘襟翼等)得到推广和应用。
3.早期兆瓦级及以下机组面临多种问题，叶片较短导致发电量较低，风机可靠性不高导致质量隐患逐步呈现，运行时间较长导致核心大部件磨损，叶片常年承受风沙、高低温、雨雪等恶劣环境导致表面粗糙，风场微观选址误差导致个别机位风速扰动大、机组发电量低等，使得后市场服务面临技改的需求，叶片加长和叶尖小翼是提升机组效率最高的两种手段，同时也存在载荷增加、扫塔的风险。
4.风电市场更新迭代速度较快，叶片越来越长，存在刚刚开发完成一款新叶片就被对手更长的叶片赶超的现象，错失抢夺市场的最佳时期。近年来风电叶片快速朝大型化、轻量化方向发展，超长柔性叶片已成为行业趋势。叶片越柔给整机安全性和稳定运行带来新的隐患。
5.因此，如何提供一种混合式叶片，在提高叶片发电功率的基础上，满足叶片不断加长的发电量需求，是一个亟需解决的技术问题。
6.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种叶尖小翼、混合式叶片、混合式叶片制备方法及风电机组，旨在解决目前不断加长的叶片的载荷高和存在扫塔风险的技术问题。
8.为实现上述目的，本发明提供一种叶尖小翼，所述叶尖小翼包括：
9.小翼段，包括连接部和叶尖部，所述连接部的第一端用于连接原叶片，所述连接部的第二端连接所述叶尖部；
10.小翼混合段，设置于所述连接部的表面，并向预设方向伸出。
11.可选的，所述小翼混合段可拆卸的设置于所述连接部的表面。
12.可选的，所述小翼段的叶尖部采用气动外形的流线型结构。
13.可选的，所述流线型结构的倾斜角范围为20
°
～40
°
，后掠角范围为0.1
°
～0.5
°
，扭角范围为-1
°
～1
°
。
14.可选的，所述小翼混合段采用非扭变截面结构。
15.可选的，所述非扭变截面结构的倾斜角范围为-20
°
～-40
°
，安装角范围为-5
°
～5
°
。
16.此外，为了实现上述目的，本技术还提供一种混合式叶片，所述混合式叶片包括：
17.原叶片；
18.小翼延长段，所述小翼延长段的第一端连接所述原叶片；
19.小翼过渡段，所述小翼过渡段的第一端连接所述小翼延长段的第二端；
20.如上所述的叶尖小翼，所述叶尖小翼的连接部的第一端连接所述小翼过渡段的第二端。
21.可选的，所述小翼延长段采用变截面弯扭耦合结构。
22.可选的，所述变截面弯扭耦合结构的弦长范围为400～800mm，扭角范围为-2
°
～2
°
，后掠角范围为0.2
°
～1
°
。
23.可选的，所述原叶片和所述小翼过渡段的第二端采用粘接和机械连接的方法进行固定连接。
24.可选的，所述原叶片上设有钻孔。
25.此外，为了实现上述目的，本技术还提供一种混合式叶片制备方法，用于制备如上所述的混合式叶片，所述小翼延长段、小翼过渡段和小翼段采用一体成型结构。
26.此外，为了实现上述目的，本技术还提供一种混合式叶片制备方法，用于制备如上所述的混合式叶片，所述方法包括以下步骤：
27.分别制备混合式叶片的本体结构的上壳体和下壳体；其中，本体结构包括小翼延长段、小翼过渡段和小翼段；
28.将所述上壳体和所述下壳体通过前后缘粘接，获得本体结构；
29.将获得的本体结构采用内部粘接、外部补强的方式粘接到原叶片，获得混合式叶片。
30.可选的，所述内部粘接包括：
31.对原叶片与本体结构的部分粘接端的主粘接区域采用全粘接，对原叶片与本体结构的粘接端的主梁区域和尾缘区域采用局部粘接。
32.可选的，所述外部补强包括：
33.对内部粘接完成后的本体结构的前后缘位置和端面位置补强。
34.可选的，所述方法还包括：
35.采用粘接剂及手糊纤维布工艺将小翼混合段安设在小翼段的连接部的表面预设位置。
36.此外，为了实现上述目的，本技术还提供一种风电机组，包括如上所述的混合式叶片。
37.本发明提出了一种叶尖小翼、混合式叶片、混合式叶片制备方法及风电机组，该叶尖小翼包括叶尖小翼段和小翼混合段，小翼段包括连接部和叶尖部，连接部的第一端用于连接原叶片，连接部的第二端连接所述叶尖部，小翼混合段设置于所述连接部的表面，并向预设方向伸出；该混合式叶片包括原叶片、小翼延长段、小翼过渡段和叶尖小翼。本发明通过在原叶片增设小翼过渡段、小翼延长段和叶尖小翼，通过重整叶尖流场的气流，降低翼尖涡造成的诱导阻力，从而提高原叶片的功率，也有助于气动噪声，进一步提升风电机组的品质；在同等条件下可以降低载荷、降低扫塔的风险；间接增加了叶片长度，使稍短的叶片同样具有竞争力，解决了目前不断加长的叶片的载荷高和存在扫塔风险的技术问题。
附图说明
38.图1为本发明实施例中叶尖小翼的结构示意图。
39.图2为本发明实施例中混合式叶片的结构示意图。
40.图3为本发明实施例中混合式叶片制备的流程示意图。
41.附图标号说明：
42.1-小翼过渡段；2-小翼延长段；3-小翼段；301-连接部；302-叶尖部；4-小翼混合段；5-原叶片。
43.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
44.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释发明，并不用于限定发明。
45.下面将结合发明实施例中的附图，对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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
46.需要说明，发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
47.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在发明要求的保护范围之内。
48.目前，在相关技术领域中，不断加长的叶片的载荷高，且存在扫塔风险的技术问题。
49.为了解决这一问题，提出本发明的叶尖小翼、混合式叶片、混合式叶片制备方法及风电机组的各个实施例。本发明提供的混合式叶片、混合式叶片制备方法及风电机组通过在原叶片增设小翼过渡段、小翼延长段和叶尖小翼，通过重整叶尖流场的气流，降低翼尖涡造成的诱导阻力，从而提高原叶片的功率，也有助于气动噪声，进一步提升风电机组的品质；在同等条件下可以降低载荷、降低扫塔的风险；间接增加了叶片长度，使稍短的叶片同样具有竞争力，解决了目前不断加长的叶片的载荷高和存在扫塔风险的技术问题。
50.参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的叶尖小翼的示意图。
51.本实施例提供一种叶尖小翼，所述叶尖小翼包括小翼段3和小翼混合段4。
52.在实际应用中，小翼段3包括连接部301和叶尖部302，所述连接部301的第一端用于连接原叶片，所述连接部301的第二端连接所述叶尖部302；小翼混合段4设置于所述连接部301的表面，并向预设方向伸出。
53.在优选的实施例中，小翼混合段4可拆卸的设置于所述连接部301的表面。
54.具体而言，小翼混合段4为拆卸的翼型段，该翼型段为非扭变截面翼型段，根据整机载荷增加量和发电量需求选配。倾斜角范围-20
°
～-40
°
，安装角范围-5
°
～5
°
。
55.在优选的实施例中，小翼段3采用气动外形优化设计的流线型的叶尖，通过修改倾斜角、后掠角、扭角等气动影响因素寻求最优的叶尖外形。
56.具体而言，小翼段的倾斜角范围20
°
～40
°
，后掠角范围0.1
°
～0.5
°
，扭角范围-1
°
～1
°
。该设计降低了传统叶片叶尖的叶稍能量损失，也避免了角度过大引起的端板效应。
57.参照图2，图2为本发明实施例方案涉及的混合式叶片的示意图。
58.本实施例提供一种混合式叶片，所述混合式叶片包括原叶片、小翼过渡段1、小翼延长段2和叶尖小翼。
59.在实际应用中，小翼延长段2的第一端连接所述原叶片，小翼过渡段1的第一端连接所述小翼延长段2的第二端，叶尖小翼中小翼段3的连接部301的第一端连接所述小翼过渡段1的第二端。
60.容易理解的，叶片长度对发电量提升起到至关重要的作用，而风电叶片的更新迭代速度快，为了解决老旧风场发电量低的问题及新开发常规叶片长度赶不上市场的步伐等问题，通过在原叶片上增设小翼过渡段1、小翼延长段2和叶尖小翼，能有效增加风轮扫风面积，同时避免整机载荷增加过大，增加风轮的直径，减少叶尖涡，提升发电机组的发电量。
61.具体而言，小翼过渡段1采用按曲率延伸的形式与小翼延长段光滑过渡；小翼延长段2为变截面弯扭耦合翼型段；小翼段3采用气动外形优化设计的流线型的叶尖；小翼混合段4为拆卸的翼型段。
62.优选的实施例中，可保留一定的空间有利于叶尖小翼粘接到小翼延长段2，外形尽量不增加额外的气动载荷。
63.优选的实施例中，小翼延长段2为变截面弯扭耦合翼型段，优化翼型段弦长、扭角、后掠达到气动性能最佳的外形。延长段弦长范围400～800mm，扭角范围-2
°
～2
°
，后掠角范围0.2
°
～1
°
。该设计侧面增加了叶片的长度，同时通过优化设计降低了叶片的整体载荷。
64.优选的实施例中，小翼延长段2、小翼过渡段1和小翼段3采用模块化设计，一体成型。后续其它型号的叶片混合式叶尖小翼设计只需修改小翼过渡段1即可实现。小翼混合段4采用一体成型的模式，或者实心制作，根据项目需求、发电量需求、载荷需求选配。
65.优选的实施例中，针对后期风场叶片改造项目，通过在原始叶片上钻孔，用粘接和机械连接的方式将混合式叶片安装在原叶片。
66.在一实施例中，提供一种混合式叶片的第一种制备方法，该制备方法中，混合式叶片中的小翼延长段、小翼段和小翼混合段采用一体成型结构制备获得。
67.在另一实施例中，提供一种混合式叶片的第二种制备方法，如图3所示，该制备方法包括如下步骤：
68.s100：分别制备混合式叶片的本体结构的上壳体和下壳体；其中，本体结构包括小翼延长段、小翼过渡段和小翼段；
69.s200：将所述上壳体和所述下壳体通过前后缘粘接，获得本体结构；
70.s300：将获得的本体结构采用内部粘接、外部补强的方式粘接到原叶片，获得混合式叶片。
71.需要说明的是，内部粘接和外部补强采用如下方式实现：
72.内部粘接：对原叶片与本体结构的粘接端的主粘接区域采用全粘接，对原叶片与本体结构的部分粘接端的主梁区域和尾缘区域采用局部粘接。
73.外部补强：对内部粘接完成后的本体结构的前后缘位置和端面位置补强。
74.需要说明的是，在将本体结构站接到原叶片之后，所述方法还包括：
75.采用粘接剂及手糊纤维布工艺将小翼混合段安设在小翼段的连接部的表面预设位置。
76.具体而言，纤维布成型工艺可采用手糊纤维布成型。
77.在另一实施例中，还提供一种风电机组，该风电机组包含上述实施例提出的混合式叶片。
78.本发明风电机组的其他实施例或具体实现方式可参照上述各混合式叶片实施例，此处不再赘述。
79.本实施例中，提供了一种叶尖小翼、混合式叶片、混合式叶片制备方法及风电机组，通过在原叶片增设小翼过渡段、小翼延长段和叶尖小翼，通过重整叶尖流场的气流，降低翼尖涡造成的诱导阻力，从而提高原叶片的功率，也有助于气动噪声，进一步提升风电机组的品质；在同等条件下可以降低载荷、降低扫塔的风险；间接增加了叶片长度，使稍短的叶片同样具有竞争力，解决了目前不断加长的叶片的载荷高和存在扫塔风险的技术问题。
80.以上仅为发明的优选实施例，并非因此限制发明的专利范围，凡是利用发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在发明的专利保护范围内。