CN207393392U - 一种模块化风力涡轮叶片结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模块化风力涡轮叶片结构，该叶片至少包括叶尖段和叶根段，其最优分段位置位于叶片最大弦长附近靠近叶尖一侧。叶根段由一个空心柱状承力结构和多个气动外形轮廓板组成，空心柱状承力结构和轮廓板独立制造，具有中间空心和支撑结构，便于与圆柱体粘接和减轻叶片重量，叶尖段存在与叶根段连接的圆柱结构，叶尖段与叶根段采用螺栓连接，螺栓在分段面分布构成完整的圆形。完成叶尖和叶根段的螺栓连接后，采用胶接按照分段位置的气动外形轮廓板。该模块化风轮叶片可以实现长叶片的分段设计、制造和运输，具有制造难度小和结构强度高的特点。

Description

一种模块化风力涡轮叶片结构

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机叶片，尤其涉及一种模块化风力涡轮叶片结构，属于风电叶片制造领域。

背景技术

大量化石能源的利用在推动技术发展的同时也增加地球生态环境的负担，大气污染威胁着人类的生命和健康，可再生能源逐渐成为优先选择的能源资源，将在各国能源结构中占据更加重要地位，风能作为一种可再生能源形式，具有开发成本较低，技术成熟，分布广泛等优点，成为近年来可再生能源发展的重点方向。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，而风资源丰富的地域往往是一些偏远山区，人迹罕至的荒漠地带，交通条件差，运输长叶片相当困难，而当叶片到达一定的长度后，这也是运输禁止的范围。由此可见，风力机大型化受到运输条件的制约。

当前，风电叶片普遍采用纤维增强聚合物基复合材料制造，而复合材料叶片生产过程对环境和工艺有苛刻的要求，很多风电场地处风沙严重或湿度、盐度很高的地方。这种环境下，风电叶片的生产质量难以有效保障，而超长叶片中使用的碳纤维，由于其对生产条件更为敏感，叶片质量更是难以控制。在风电场附近建设叶片生产基地也存在地域上的局限性，辐射范围有限，且会大幅增加叶片的综合成本。由此可见，当叶片长度到一定限度后，传统整体叶片在生产、运输及安装过程中均存在诸多难以克服的制约因素，因此，采用分段式叶片，在现有工厂生产，分段运输、现场组装是解决风电机组大型化的有效方法。

分段式叶片在吊装前需要对各部件进行装配，形成一个气动外形连续、结构完整、功能齐全的整体。现有的分段式叶片大部分在现有的非分段叶片上基础上进行改型设计，螺栓连接分布在叶片蒙皮轮廓线上，特别是翼型最大厚度附近，叶根段依然采用非分段叶片的常规设计，这种结构存在螺栓连接疲劳强度的不足，且叶根段的结构和气动可设计性较差。因此，有必要对现有的风力机分段式叶片的结构及其装配方法进行改进。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种连接稳固、气动损失小及装配连接操作简单的模块化风力涡轮叶片结构。

本实用新型为解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种模块化风力涡轮叶片结构，包括沿展向分布的至少一个叶尖段和至少一个叶根段，其特征在于，

--所述叶根段包括独立制造的沿展向延伸的空心柱状承力结构以及附接固定在所述空心柱状承力结构外周的若干个气动外形轮廓板，所述气动外形轮廓板的空腔中设置有若干支撑结构，

--所述叶尖段包括位于叶尖部分以及连接部分，所述连接部分具有一展向宽度并基本位于叶片最大弦长位置处，包括用于承力的螺栓连接圆柱附件和气动外形蒙皮，

所述用于承力的螺栓圆柱连接附件形成一封闭曲线，所述空心柱状承力结构的端部通过螺栓连接在所述用于承力的螺栓连接圆柱附件上，所述气动外形蒙皮固定在所述空心柱状承力结构的端部上。

优选地，所述叶尖部分包括气动外形蒙皮、承力梁帽和剪切腹板。

优选地，所述空心柱状承力结构由复合材料制造，采用缠绕成型工艺制备。

优选地，所述叶根段的气动外形轮廓板沿展向由多段组成，所述气动外形轮廓板内侧设置前缘、尾缘支撑结构。

优选地，各叶根段气动外形轮廓板分别采用粘接方式连接到所述空心柱状承力结构的外侧，形成整体的气动外形和承力结构。

优选地，所述连接部分的气动外形蒙皮的压力面与吸力面之间的前缘和尾缘采用机械连接，方便拆卸和维护。

优选地，各螺栓中心线与附近铺层中性层一致，优选地，螺栓上下表面对称铺层。

同现有技术相比，本实用新型的模块化风力涡轮叶片结构具有以下显著的技术效果：

1、本实用新型的模块化风力涡轮叶片可实现风力机叶片的分段制造、分段运输以及现场装配，大大降低了运输和制造成本。

2、本实用新型的风力涡轮叶片叶根段由沿周向封闭空心柱状承力结构和气动外形轮廓板组合而成，其外表面具有一致的气体动力学外形，从而保证各叶片节段连接后，风力机叶片整体具有良好的气体动力学特性。

3、本实用新型的风力涡轮叶片连接段采用螺栓连接承力柱状结构，有效提高了螺栓连接疲劳强度。

附图说明

图1.本实用新型的模块化风力涡轮叶片连接整体示意图；

图2.叶片叶根段剖面图(A-A)；

图3.叶片连接段剖面图(B-B)；

图4.叶片连接段展向剖面图(C-C)。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的模块化风力涡轮叶片，包括沿展向分布的至少一个叶尖段ⅱ和至少一个叶根段i，叶片段连接部分位于叶片最大弦长且靠近叶尖方向的位置，叶片段之间通过空心柱状承力结构上的连接螺栓依次顺序连接成一个叶片整体。叶尖段ⅱ包括位于其主体部分的叶尖部分以及位于其根部的连接部分，叶尖部分由复合材料制造，包括气动外形蒙皮、承力梁帽和剪切腹板，连接部分具有一展向宽度并基本位于叶片最大弦长位置处，包括用于承力的螺栓连接附件和气动外形蒙皮。

如图2所示，叶根段i由叶根轮廓板1、2、支撑肋3、沿展向延伸的空心柱状连接结构4组成。其中各叶根气动外形轮廓板1、2分别采用粘接方式顺序连接到柱状承力结构4的外侧，叶根轮廓板1、2内侧设置前、尾缘支撑肋3，以形成良好的气动外形和整体承力结构。空心柱状承力结构4由复合材料制造，采用缠绕成型工艺制备。

如图3所示，叶尖段用于承力的螺栓连接附件形成一封闭曲线，空心承力柱状结构4的端部采用螺栓6连接在用于承力的螺栓连接附件上，气动外形蒙皮固定在所述空心柱状承力结构的端部上，在气动外形蒙皮压力面与吸力面的前缘和尾缘采用机械连接8、9，方便拆卸和维护，连接完毕后，叶根段的气动外形轮廓板、所述连接部分的气动外形蒙皮以及所述叶尖部分的气动外形蒙皮形成一完整连续的风力涡轮叶片气动外形，从而保证风力机叶片整体具有良好的气体动力学特性。

如图4所示，风力涡轮叶片各叶片段的沿展向的连接螺栓10形成凸起的气动外形11，螺栓中心线与附近铺层中性层一致。优选地，螺栓上下表面对称铺层。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模块化风力涡轮叶片结构，包括沿展向分布的至少一个叶尖段和至少一个叶根段，其特征在于，

所述叶根段包括沿展向延伸的空心柱状承力结构以及附接固定在所述空心柱状承力结构外周的若干个气动外形轮廓板，所述气动外形轮廓板的空腔中设置有若干支撑结构，

所述叶尖段包括叶尖部分以及连接部分，所述连接部分具有一展向宽度并基本位于叶片最大弦长位置处，包括用于承力的螺栓连接圆柱附件和气动外形蒙皮，

所述用于承力的螺栓连接圆柱附件形成一封闭曲线，所述空心柱状承力结构的端部通过螺栓连接在所述用于承力的螺栓连接圆柱附件上，所述气动外形蒙皮固定在所述空心柱状承力结构的端部上。

2.根据权利要求1所述的模块化风力涡轮叶片结构，其特征在于，所述叶尖部分包括气动外形蒙皮、承力梁帽和剪切腹板。

3.根据权利要求1所述的模块化风力涡轮叶片结构，其特征在于，所述空心柱状承力结构由复合材料制造，采用缠绕成型工艺制备。

4.根据权利要求1所述的模块化风力涡轮叶片结构，其特征在于，所述叶根段的气动外形轮廓板沿展向由多段组成，所述气动外形轮廓板内侧设置前缘支撑结构和尾缘支撑结构。

5.根据权利要求4所述的模块化风力涡轮叶片结构，其特征在于，各叶根段气动外形轮廓板采用粘接方式连接到所述空心柱状承力结构的外侧。

6.根据权利要求1所述的模块化风力涡轮叶片结构，其特征在于，所述连接部分的气动外形蒙皮的压力面与吸力面之间的前缘和尾缘机械连接。

7.根据权利要求1所述的模块化风力涡轮叶片结构，其特征在于，各螺栓中心线与附近铺层中性层一致。