CN108223304B - 叶尖延长连接结构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种叶尖延长连接结构及其装配方法，由叶根段和叶尖段采用胶接连接而成；叶根段为原叶片切去叶尖部分后的残余结构，叶尖段为新制造的结构；叶根段沿展向分别由叶根完整段、叶根补强段和叶根粘结段组成；叶尖段沿展向由叶尖粘结段和叶尖完整段组成；叶根段在压力面和吸力面具有从最外侧截面向内的沿展向的连接槽口，叶尖段设有连接腹板，叶根段嵌套在叶尖段内，叶根段的连接槽口对准叶尖段的连接腹板进行插接，使叶根段与叶尖段连接。本公开的有益效果为保证了叶片剪切腹板的连续分布，提高了叶片胶接结构的可靠性。

Description

叶尖延长连接结构及其装配方法

技术领域

本公开涉及风力发电机叶片设计领域，尤其涉及一种叶尖延长连接结构及其装配方法。

背景技术

随着全球气候的变化，风电场的风资源特性也会发生一定的变化，使得原风资源特性下匹配的风力机输出功率下降。风力机主要靠风电叶片捕获风能，风电叶片的长度直接影响风力机捕获风能的能力和风力发电机组的输出功率。在低风速下增加风电叶片长度可以有效的提高风力机的发电量。

另外，风电叶片成本约占整机机组成本的15％-20％，如果对现役风电叶片进行整体更换势必增加过高的改造成本，增加发电成本，因此叶片的整体更换不利于提高风电机组改造的经济性。设计一种结构可靠，实施简单的风电叶片延长段和实施工艺，降低改造成本，是非常重要的。

现有的叶片叶尖延长技术多在现有的叶片结构基础上简单粘接一复合材料壳体来延长叶片的长度，容易导致胶接面过长而不利施工、胶接自由端没有补强导致疲劳强度的不足、剪切腹板沿展向不连续导致结构强度和稳定性差等不利影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种叶尖延长连接结构及其装配方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种叶尖延长连接结构，包括：叶根段，叶根段在压力面和吸力面具有从最外侧截面向内的沿展向的连接槽口；叶尖段，叶尖段设有连接腹板；叶根段嵌套在叶尖段内，且叶根段的连接槽口对准叶尖段的连接腹板进行插接，叶根段与叶尖段连接。

在本公开的一些实施例中，叶根段包括：叶根完整段，叶根完整段第一端与风机轮毂连接；叶根补强段，叶根补强段第一端与叶根完整段第二端连接；叶根粘结段，叶根粘结段第一端与叶根补强段第二端连接，叶根粘结段第二端与叶尖段连接；叶尖段包括：叶尖粘结段，叶尖粘结段第一端与叶根段连接；叶尖完整段，叶尖完整段与叶尖粘结段第二端连接。

在本公开的一些实施例中，连接腹板自叶尖粘结段延伸至叶尖完整段。

在本公开的一些实施例中，叶根段沿展向的最外侧切割面具有传递剪切应力的腹板。

在本公开的一些实施例中，腹板的个数为n，其中，n≥1。

在本公开的一些实施例中，叶尖段的粘结段在前缘和/或尾缘位置设置有沿展向的缝隙；缝隙形状为矩形或锥形。

在本公开的一些实施例中，叶尖段在蒙皮内侧设置有Z型辅助结构，用于改善胶接自由端的应力集中。

在本公开的一些实施例中，叶根段和叶尖段粘接后，对叶片蒙皮外侧胶接自由端补强。

在本公开的一些实施例中，叶根段和叶尖段粘接后，对叶片蒙皮前缘和尾缘缝隙补强外侧胶接自由端补强。

根据本公开的另一个方面，提供了一种叶尖延长连接结构装配方法，包括以下步骤：步骤a：在原始叶片选取具有腹板的截面，将原始叶片的叶尖部分截掉；在叶根粘接段的压力面和吸力面沿展向切割连接槽口；步骤b：在模具中分别制备叶尖段的压力面、吸力面蒙皮以及连接腹板；在压力面和吸力面蒙皮上预制Z型辅助结构，使蒙皮与Z型辅助结构成为一个整体；将叶尖段各部件采用胶接/二次吸注/其它工艺，装配成一个完整的结构；步骤c：在叶根粘接段表面涂敷待固化的结构胶，将叶根段连接槽口对准叶尖段连接腹板，将叶根段嵌套进叶尖段，固定叶尖段和叶根段结构，加热使结构胶固化；步骤d：补强粘接自由端和叶片前缘、尾缘缝隙周围。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开叶尖延长连接结构及其装配方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)叶根段的连接槽口与叶尖段的连接腹板的连接结构，保证了叶片剪切腹板的连续分布，提高叶片胶接结构的可靠性。

(2)将原叶片的叶尖部分切割构成的叶根段结构，避免在原叶片基础上的简单粘贴以延长叶片的长度，造成剪切腹板沿展向不连续导致结构强度和稳定性差等问题。

(3)叶根段上设置的腹板，有利于传递剪切应力。

(4)叶尖段上缝隙的结构设置，便于在粘接时保障叶尖段具有一定的形变量。

(5)Z型辅助结构，有利于改善胶接自由端的应力集中。

(6)叶根段和叶尖段在完成粘结后对叶片蒙皮外侧胶接自由端补强，有利于改善胶接自由端的应力集中的问题。

(7)对叶片蒙皮前缘和尾缘缝隙补强外层胶接自由端补强，有利于防止叶片结构的局部开裂。

附图说明

图1为本公开实施例叶尖延长连接结构叶根段与叶尖段的装配立体结构示意图。

图2为本公开实施例叶根段与叶尖段装配俯视结构示意图。

图3为本公开实施例叶根段与叶尖段装配正视结构示意图。

图4为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶根段结构示意图。

图5为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶根段的加工展向凹槽俯视示意图。

图6为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶根粘结段的A-A截面右视图。

图7为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶尖段正视图。

图8为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶尖段左视图。

图9为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶尖段俯视图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

10-叶根段；

11-叶根完整段； 12-叶根补强段；

13-叶根粘结段； 14-连接槽口；

15-原叶片叶尖段； 16-腹板；

20-叶尖段；

21-叶尖粘结段； 22-叶尖完整段；

23-连接腹板； 24-缝隙；

30-Z型辅助结构；

A-A、B-B、C-C：截面。

具体实施方式

本公开提供了一种叶尖延长连接结构及其装配方法。由叶根段和叶尖段采用胶接连接而成；叶根段为原叶片切去叶尖部分后的残余结构，叶尖段为新制造的结构。叶根段沿展向分别由叶根完整段、叶根补强段和叶根粘结段组成。叶尖段沿展向由叶尖粘结段和叶尖完整段组成。叶根段在压力面和吸力面具有从最外侧截面向内的沿展向的连接槽口，叶尖段设有连接腹板，叶根段嵌套在叶尖段内，叶根段的连接槽口对准叶尖段的连接腹板进行插接，使叶根段与叶尖段连接，这样的结构设计保证了叶片剪切腹板的连续分布，以提高叶片胶接结构的可靠性。叶尖粘结段上还设有缝隙，便于在粘结时叶尖段具有一定的变形量。叶尖段在蒙皮内侧预制有Z型辅助结构，有利于改善胶接自由端的应力集中。叶根段和叶尖段在完成粘接后对叶片蒙皮外侧和叶片蒙皮前缘和尾缘缝隙胶接自由端补强，有利于改善胶接自由端的应力集中，防止叶片结构的局部开裂。

在描述问题的解决方案之前，先定义一些特定词汇是有帮助的。

本文所述的「蒙皮」，一般指用于形成风电叶片气动外形的压力面和吸力面壳体的总称。

本文所述的「补强」，一般用于风电叶片常规设计所不能涉及的局部，用于增强结构局部不连续或应力集中可能带来的强度不足。

本文所述的「压力面」，一般指风电叶片的迎风面。

本文所述的「吸力面」，一般指风电叶片的背风面。

本文所述的「展向」，一般指风电叶片沿长度的方向，从叶根指向叶尖。

本文所述的「自由端」，一般指相应结构或材料的终端，因其不存在向外延伸方向的约束。

为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种叶尖延长连接结构。图1为本公开实施例叶尖延长连接结构叶根段与叶尖段的装配立体结构示意图。图2为本公开实施例叶根段与叶尖段装配俯视结构示意图。图3为本公开实施例叶根段与叶尖段装配正视结构示意图。如图1～3所示，包括：叶根段10和叶尖段20，叶根段10在压力面和吸力面具有从最外侧截面向内的沿展向的连接槽口14；叶尖段20没有连接腹板23，这里连接腹板23自叶尖粘结段21延伸至叶尖完整段22；叶根段10嵌套在叶尖段20内，且叶根段10的连接槽口14对准叶尖段20的连接腹板23进行插接，叶根段10与叶尖段20连接。图4为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶根段结构示意图。图5为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶根段的加工展向凹槽俯视示意图。图6为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶根粘结段的A-A截面右视图。如图4～6所示，在本公开中叶根段10包括：叶根完整段11、叶根补强段12和叶根粘结段13；叶根完整段11第一端与风机轮毂连接，叶根补强段12第一端与叶根完整段11第二端连接，叶根粘结段13第一端与叶根补强段12第二端连接，叶根粘结段13第二端与叶尖段20连接；叶根段10沿展向的最外侧切割面具有传递剪切应力的腹板16，其中设置个数为n，n≥1，该腹板16的设置有利于剪切应力的传递，腹板16的截面形状可以为“工”字型或“1”字型。图7为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶尖段正视图。图8为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶尖段左视图。图9为本公开实施例叶尖延长连接结构中叶尖段俯视图。如图7～9所示，叶尖段20包括：叶尖粘结段21第一端与叶根段10连接，叶尖粘结段21在前缘和/或尾缘位置设置有沿展向的缝隙24，便于在粘接时保障叶尖段20具有一定的形变量；叶尖完整段22与叶尖粘结段21第二端连接。本实施例中将原叶片的叶尖部分切割构成的叶根段10结构，避免在原叶片基础上的简单粘贴以延长叶片的长度，造成剪切腹板沿展向不连续导致结构强度和稳定性差等问题；叶根段10的连接槽口14与叶尖段20的连接腹板23的连接结构，保证了叶片剪切腹板的连续分布，提高叶片胶接结构的可靠性。叶尖段20在蒙皮内侧还设置有Z型辅助结构30，用于改善胶接自由端的应力集中。叶根段10和叶尖段20粘接后，对叶片蒙皮外侧胶接自由端补强，补强位置如图中开口位置所示，有利于改善胶接自由端的应力集中的问题。叶根段10和叶尖段20粘接后，对叶片蒙皮前缘和尾缘缝隙补强外侧胶接自由端补强，补强位置如图中开口位置所示，有利于防止叶片结构的局部开裂。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种叶尖延长连接结构装配方法，包括以下步骤：

步骤a：在原始叶片选取具有腹板的截面，将原始叶片的叶尖部分截掉；在叶根粘接段13的压力面和吸力面沿展向切割连接槽口14；

步骤b：在模具中分别制备叶尖段20的压力面、吸力面蒙皮以及连接腹板23；在压力面和吸力面蒙皮上预制Z型辅助结构30，使蒙皮与Z型辅助结构30成为一个整体；将叶尖段20各部件采用胶接/二次吸注/其它工艺，装配成一个完整的结构；

步骤c：在叶根粘接段13表面涂敷待固化的结构胶，将叶根段10连接槽口14对准叶尖段20连接腹板23，将叶根段10嵌套进叶尖段20，采用支架固定叶尖段20和叶根段10结构，加热使结构胶固化。

步骤d：补强粘接自由端和叶片前缘、尾缘缝隙周围。

当然，根据实际需要，本公开显示装置的制备方法还包含其他的工艺和步骤，由于同本公开的创新之处无关，此处不再赘述。

至此，本公开实施例叶尖延长连接结构及其装配方法介绍完毕。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开叶尖延长连接结构及其装配方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供一种叶尖延长连接结构及其装配方法，有效保证了叶片剪切腹板的连续分布，提高了叶片胶接结构的可靠性。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、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，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种叶尖延长连接结构，包括：

叶根段，所述叶根段在压力面和吸力面具有从最外侧截面向内的沿展向的连接槽口；以及

叶尖段，所述叶尖段设有连接腹板；

所述叶根段嵌套在所述叶尖段内，且所述叶根段的连接槽口对准所述叶尖段的连接腹板进行插接，所述叶根段与所述叶尖段连接；

所述叶根段包括：

叶根完整段，所述叶根完整段第一端与风机轮毂连接；

叶根补强段，所述叶根补强段第一端与所述叶根完整段第二端连接；以及

叶根粘结段，所述叶根粘结段第一端与所述叶根补强段第二端连接，所述叶根粘结段第二端与叶尖段连接；

所述叶尖段包括：

叶尖粘结段，所述叶尖粘结段第一端与所述叶根段连接；以及

叶尖完整段，所述叶尖完整段与所述叶尖粘结段第二端连接；

所述叶尖段的粘结段在前缘和/或尾缘位置设置有沿展向的缝隙；所述缝隙形状为矩形或锥形；

所述叶尖段在蒙皮内侧设置有Z型辅助结构，用于改善胶接自由端的应力集中。

2.根据权利要求1所述的叶尖延长连接结构，其中所述连接腹板自所述叶尖粘结段延伸至叶尖完整段。

3.根据权利要求1所述的叶尖延长连接结构，其中所述叶根段沿展向的最外侧切割面具有传递剪切应力的腹板。

4.根据权利要求3所述的叶尖延长连接结构，所述腹板的个数为n，其中，n≥1。

5.根据权利要求1所述的叶尖延长连接结构，其中所述叶根段和所述叶尖段粘接后，对叶片蒙皮外侧胶接自由端补强。

6.根据权利要求1所述的叶尖延长连接结构，其中所述叶根段和所述叶尖段粘接后，对叶片蒙皮前缘和尾缘缝隙补强外侧胶接自由端补强。

7.一种权利要求1-6中任意一项所述的叶尖延长连接结构的装配方法，其中包括以下步骤：

步骤a：在原始叶片选取具有腹板的截面，将原始叶片的叶尖部分截掉；在叶根粘接段的压力面和吸力面沿展向切割连接槽口；

步骤b：在模具中分别制备叶尖段的压力面、吸力面蒙皮以及连接腹板；在压力面和吸力面蒙皮上预制Z型辅助结构，使所述蒙皮与所述Z型辅助结构成为一个整体；将叶尖段各部件采用胶接或二次吸注，装配成一个完整的结构；

步骤c：在叶根粘接段表面涂敷待固化的结构胶，将叶根段连接槽口对准叶尖段连接腹板，将叶根段嵌套进叶尖段，固定叶尖段和叶根段结构，加热使结构胶固化；以及

步骤d：补强粘接自由端和叶片前缘、尾缘缝隙周围。