CN102619705A - 一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明是有关于一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，包括壳体、主梁、腹板和后缘副梁，所述的壳体内表面还固定有加强筋。本发明以壳体保证叶片空气动力学外形的稳定性，以主梁、腹板、后缘副梁、加强筋作为叶片的主承载结构，其中加强筋结构的引入，改变了叶片内部载荷分布，有效的提高了叶片壳体的相对屈曲强度，并通过进一步优化结构，调整主梁、后缘副梁、腹板、芯材的铺层厚度，在保证结构稳定性的同时，降低了叶片重量，最终达到叶片轻质高强的效果，从而提高风机效率和性价比。
Description
技术领域
本发明涉及结构与材料工程领域的风力发电设备风轮叶片，特别是涉及一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片。
背景技术
随着石化能源的日益枯竭，风力发电作为一种价格低廉、清洁低碳的发电形式，成为世界各国的新宠。全球风电产业的迅猛发展带动了风电机组的快速发展。叶片作为风电机组的关键部件之一，其性能好坏直接影响着风机的风能利用率以及机组所承受的载荷。随着风机发展，叶片越做越大，质量越来越重，对叶片的材料性能和结构的稳定性带来很大挑战。
现有的风力机叶片一般采用“壳体+主梁+腹板”的结构形式。这种结构形式随着叶片的加长，也不断暴露一些问题：叶片最大弦长处应力过大导致叶片破坏；叶片后缘局部屈曲，致使叶片结构变形破坏；靠近叶尖的部位易发生屈曲变形等等。而解决这些问题的直接办法是增加材料的用量，这种做法不仅增加制造工艺的风险，也增加了叶片重量，导致风力机组负载较大，使得风机效率降低，同时也增加了叶片的制造成本。
由此可见，上述现有的风力发电机风轮叶片在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种带加强筋的抗屈曲的风机叶片，从优化结构的角度提高叶片的稳定性，提高风力机的性价比的新的带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，实属当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，使其可抵抗叶片的屈曲形变，从而克服现有的风力发电机风轮叶片的不足。
为解决上述技术问题，本发明一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，包括壳体、主梁、腹板和后缘副梁，所述的壳体内表面还固定有加强筋。
作为本发明的一种改进，所述的加强筋设置在叶片的最大弦长附近、叶片后缘和/或靠近叶尖位置。
所述的加强筋的端面为梯形或带倒角的弧形。
所述的加强筋与壳体连接处的形状与叶片的气动外形相应。
所述的加强筋采用BALSA木材质。
所述的加强筋采用具有蜂窝结构的轻质复合材料。
所述的壳体包括蒙皮和芯材。
采用这样的设计后，本发明以壳体保证叶片空气动力学外形的稳定性，以主梁、腹板、后缘副梁、加强筋作为叶片的主承载结构，其中加强筋结构的引入，改变了叶片内部载荷分布，有效的提高了叶片壳体的相对屈曲强度，并通过进一步优化结构，调整主梁、后缘副梁、腹板、芯材的铺层厚度，在保证结构稳定性的同时，降低了叶片重量，最终达到叶片轻质高强的效果，从而提高风机效率和性价比。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是现有风力发电机风轮叶片的结构示意图。
图2是本发明带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片的结构示意图。
图3是图2中的A-A截面的结构示意图。
图4是本发明中加强筋的一种端面示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，现有翼型及铺层结构的风力发电机风轮叶片主要包括壳体、主梁6、腹板5、7和后缘副梁1，经计算和分析叶片的受力情况，在叶片上存在多个易发生屈曲的危险区域8。
请配合参阅图2、图3所示，本发明一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，在易发生破坏位置的壳体内表面增设了加强筋3，该加强筋3的设置数量和位置取决于叶片的受力情况和危险区域8的位置，通常设置在叶片的最大弦长附近、叶片后缘和/或靠近叶尖位置，可改变叶片内部结构的应力分布。
较佳的，加强筋3可采用的材料为BALSA木、具有蜂窝结构的轻质复合材料或工程塑料、或其他能满足性能要求的复合材料或其他塑料。加强筋3的端面优选为梯形或如图4所示的带倒角的弧形，其与叶片内部壳体相连接的底部形状取决于叶片翼型的情况，随形于叶片的气动外形。
此外，壳体可由蒙皮4和芯材2构成，加强筋既可安装在叶片内部蒙皮4的表面上，也可以同壳体芯材一起铺设并灌注成型。
加强筋成型方法包括两种：一种是在叶片壳体完成外蒙皮和芯材铺设后，将加强筋铺放在芯材表面，再铺内蒙皮，真空灌注成型，然后翻转模具进行后固化处理，直至叶片完全固化成型；另一种是在叶片壳体完成外蒙皮、芯材、内蒙皮的铺设后，真空灌注成型，然后将加强筋手糊成型于内蒙皮表面，连接处做适当的补强处理，之后翻转模具，进行后固化成型，直至叶片完全固化成型。
本发明的风力发电机风轮叶片结构中，壳体主要满足叶片的气动外形的稳定性；主梁、腹板和后缘副梁支撑壳体，满足叶片内部结构的稳定性；加强筋连接壳体，对叶片壳体起支撑作用，改变叶片受载荷时力在叶片内部的分布，进一步提高叶片内部结构的稳定性。本发明可减少芯材、主梁、后缘副梁和腹板材料的用量，在满足叶片刚度、强度及稳定性要求的基础上，实现叶片轻质高强的效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，包括壳体、主梁、腹板和后缘副梁，其特征在于：所述的壳体内表面还固定有加强筋。
2.根据权利要求1所述的一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，其特征在于所述的加强筋设置在叶片的最大弦长附近、叶片后缘和/或靠近叶尖位置。
3.根据权利要求1所述的一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，其特征在于所述的加强筋的端面为梯形或带倒角的弧形。
4.根据权利要求1所述的一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，其特征在于所述的加强筋与壳体连接处的形状与叶片的气动外形相应。
5.根据权利要求1所述的一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，其特征在于所述的加强筋采用BALSA木材质。
6.根据权利要求1所述的一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，其特征在于所述的加强筋采用具有蜂窝结构的轻质复合材料。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种带加强筋结构的抗屈曲风力发电机风轮叶片，其特征在于所述的壳体包括蒙皮和芯材。
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