CN109236560B - 一种气囊式风电叶片结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气囊式风电叶片结构，包括结构骨架及叶身气囊，结构骨架由叶尖段壳体、叶根段壳体、箱式腹板、主梁(迎风面、背风面)、气囊安装法兰组成，箱式腹板、主梁(迎风面、背风面)分别与叶尖、根段壳体的迎、背风面成型，叶尖、根段壳体之间预留有一段主梁段，气囊安装法兰分布在该主梁段上，每个气囊安装法兰两侧设有螺栓孔，叶尖、根段壳体朝向气囊安装法兰的一侧设有螺栓孔，两两相邻的气囊安装法兰之间及叶尖、根段壳体与其相邻的气囊安装法兰之间分别通过螺钉安装有一组叶身气囊。本发明使用充气气囊代替了叶片的叶身结构，整个安装、拆卸过程均比较方便，同时也为后续叶片的维护带了更多的便利。

Description

一种气囊式风电叶片结构

技术领域

本发明涉及可再生新能源风力发电叶片的技术领域，尤其是指一种气囊式风电叶片结构。

背景技术

随着风电行业的发展，整机的兆瓦级也随着水涨船高，风电叶片越做越大，越做越长。由此带来的困难是叶片制作难度大幅提升，生产过程工艺控制难度大幅提升，叶片维护难度大幅提升。

传统叶片的结构如图1所示。其主结构包括迎风面壳体01、背风面壳体02、腹板03(前、后缘腹板)。迎风面和背风面是由内外蒙皮04、芯材05、主梁06、后缘梁(图中未显示)、粘接角(图中未显示)组成的夹心结构。叶片制作过程是将已成型的腹板(前、后缘腹板)，粘接在背风面壳体上。然后在其粘接牢固后，将迎风面壳体在后缘区域、前缘区域、腹板粘接区域，使用结构胶与已经粘接好的结构(背风面和腹板)再次粘接牢固，从而完成叶片制作。

传统叶片制造方式为两个半壳(迎风面、背风面)通过环氧结构胶进行粘接成型的方式。该方式对粘接工艺要求高，质量控制难度大，在两个半壳出现粘接缺陷的情况下，很容易在风机运行过程中，出现半壳与半壳粘接面之间开裂损坏，给叶片及整机带来致命的风险。

因而叶片的生产及维护都对叶片新的结构有着强烈的需求。本发明创新旨在解决上述这些问题，并且将叶片制造结构带入一个全新领域，颠覆传统叶片的生产制造模式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种气囊式风电叶片结构，将叶片制造结构带入一个全新领域，颠覆传统叶片的生产制造模式，改变了传统的依靠壳体与壳体之间粘接成型的结构，使用充气气囊代替了叶片的叶身结构，整个安装、拆卸过程均比较方便，同时模块化的叶身气囊结构也为后续叶片的维护带了更多的便利。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种气囊式风电叶片结构，包括结构骨架及多组叶身气囊，所述结构骨架由叶尖段壳体、叶根段壳体、箱式腹板、迎风面主梁、背风面主梁和气囊安装法兰组成，所述箱式腹板分别与叶尖段壳体和叶根段壳体的迎风面和背风面通过灌注或粘接工艺成型，起到整个风电叶片运行过程中的抗剪切作用，所述迎风面主梁和背风面主梁作为整个结构骨架的主承力结构，通过真空灌注工艺分别与叶尖段壳体和叶根段壳体的迎风面和背风面一体成型，且所述叶尖段壳体和叶根段壳体之间预留有一段供叶身气囊安装的主梁段，所述气囊安装法兰沿主梁段长度方向间隔分布在该主梁段上，所述气囊安装法兰的截面形状类似于叶尖段壳体或叶根段壳体的截面形状，与叶片对应区域气动外形保持一致，每个气囊安装法兰的尺寸大小不相同，随着叶尖段壳体往叶根段壳体方向逐进增大，每个气囊安装法兰的两侧均配置有用于安装叶身气囊的螺栓孔，且所述叶尖段壳体和叶根段朝向气囊安装法兰的一侧均配置有用于安装叶身气囊的的螺栓孔，两两相邻的气囊安装法兰之间及叶尖段壳体与其相邻的气囊安装法兰之间和叶根段壳体与其相邻的气囊安装法兰之间分别通过螺钉可拆卸地安装有一组叶身气囊，每组叶身气囊均由前缘气囊和后缘气囊组成，所述前缘气囊和后缘气囊的两侧均配置有供螺钉安装的螺栓孔，每个气囊上均配置有充气口，且充气后的叶身气囊的型面与叶片对应区域气动外形保持一致。

进一步，所述叶身气囊内部有型面加强结构。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明相较于传统的叶身结构，叶片不再使用半壳粘接成型结构，其叶片主结构骨架采用一体成型，安全性能可靠。在叶片前、后缘区域不再使用胶黏剂粘接这一结构，排除了因结构胶粘接开裂、缺胶、损坏造成叶片损伤报废的风险。

2、本发明的叶身结构采用气囊方式，叶身气囊与叶片结构骨架的组装(拆卸)通过充气(放气)进行，并且通过螺栓孔进行螺钉固定，方便叶片安装、拆卸的同时，也方便叶片后期维修、维护。

3、本发明的叶身结构采用模块化气囊结构。这一创新结构杜绝了风电叶片在运行过程中发生大面积损伤的可能性。所有损伤的产生均会以模块化的边界为边界。损坏的模块，仅需要进行修补、充气；或者更坏模块即可。

4、本发明由于采用气囊式结构，叶片重量较传统叶片结构要轻很多，叶片材料成本及安装维护成本会更低。且轻质叶片是未来叶片结构发展的趋势。在整机运行给过程中，它会减少因重量过大给叶片带来的疲劳损伤，同时轻质的叶轮也可以减少对整机产生的疲劳破坏。

附图说明

图1为传统叶片的结构示意图。

图2为气囊式风电叶片结构的装配图。

图3为气囊式风电叶片结构的分解图(迎风面)。

图4为气囊式风电叶片结构的局部示意图(迎风面)。

图5为后缘气囊的结构示意图(迎风面)。

图6为气囊式风电叶片结构的分解图(背风面)。

图7为气囊式风电叶片结构的局部示意图(背风面)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图2至图7所示，本实施例所提供的气囊式风电叶片结构，包括结构骨架及多组叶身气囊，所述结构骨架由叶尖段壳体11、叶根段壳体12、箱式腹板13、迎风面主梁14、背风面主梁16和气囊安装法兰15组成，所述箱式腹板13分别与叶尖段壳体11和叶根段壳体12的迎风面和背风面通过灌注或粘接工艺成型，起到整个风电叶片运行过程中的抗剪切作用，所述迎风面主梁14和背风面主梁16作为整个结构骨架的主承力结构，通过真空灌注工艺分别与叶尖段壳体11和叶根段壳体12的迎风面和背风面一体成型，且所述叶尖段壳体11和叶根段壳体12之间预留有一段供叶身气囊安装的主梁段，所述气囊安装法兰15沿主梁段长度方向间隔分布在该主梁段上，所述气囊安装法兰15的截面形状类似于叶尖段壳体11或叶根段壳体12的截面形状，与叶片对应区域气动外形保持一致，每个气囊安装法兰15的尺寸大小不相同，随着叶尖段壳体11往叶根段壳体12方向逐进增大，每个气囊安装法兰15的两侧均配置有用于安装叶身气囊的螺栓孔16，且所述叶尖段壳体11和叶根段12朝向气囊安装法兰15的一侧均配置有用于安装叶身气囊的的螺栓孔17，两两相邻的气囊安装法兰15之间及叶尖段壳体11与其相邻的气囊安装法兰15之间和叶根段壳体12与其相邻的气囊安装法兰15之间分别通过螺钉可拆卸地安装有一组叶身气囊，从而实现整个叶片的组装。其中，每组叶身气囊均由前缘气囊21和后缘气囊22组成，所述前缘气囊21和后缘气囊22的两侧均配置有供螺钉安装的螺栓孔，且每个气囊上均配置有充气口，以后缘气囊22为例，如图5所示，其上配有螺栓孔23，在后缘气囊22的边缘侧有充气口24，后续安装叶身气囊之前，需要通过充气口24给模块化的气囊充气，然后再在气囊安装法兰15及叶尖段壳体11和叶根段壳体12上的螺栓孔安装固定。后期装机运行时，维护、拆卸和更换的操作只需要先通过充气口24放气，再拆卸螺钉，即可实现。

叶身气囊为模块化处理，且气囊内部有型面加强结构，其型面在完成充气步骤后，可以与叶片对应区域气动外形保持一致。另外，气囊表面可以进行涂层处理，增加其耐紫外性能和常规耐老化性能。

组装完成后的气囊式叶片结构如图2所示。该创新结构可以在叶片生产制作车间将结构骨架和叶身气囊进行组装，同样也可以在叶片发往风场后在现场进行安装，可选择性和对环境适应性强，将叶片制造结构带入一个全新领域，颠覆传统叶片的生产制造模式，具有实际推广价值，值得推广。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种气囊式风电叶片结构，其特征在于：包括结构骨架及多组叶身气囊，所述结构骨架由叶尖段壳体、叶根段壳体、箱式腹板、迎风面主梁、背风面主梁和气囊安装法兰组成，所述箱式腹板分别与叶尖段壳体和叶根段壳体的迎风面和背风面通过灌注或粘接工艺成型，起到整个风电叶片运行过程中的抗剪切作用，所述迎风面主梁和背风面主梁作为整个结构骨架的主承力结构，通过真空灌注工艺分别与叶尖段壳体和叶根段壳体的迎风面和背风面一体成型，且所述叶尖段壳体和叶根段壳体之间预留有一段供叶身气囊安装的主梁段，所述气囊安装法兰沿主梁段长度方向间隔分布在该主梁段上，所述气囊安装法兰的截面形状类似于叶尖段壳体或叶根段壳体的截面形状，与叶片对应区域气动外形保持一致，每个气囊安装法兰的尺寸大小不相同，随着叶尖段壳体往叶根段壳体方向逐进增大，每个气囊安装法兰的两侧均配置有用于安装叶身气囊的螺栓孔，且所述叶尖段壳体和叶根段朝向气囊安装法兰的一侧均配置有用于安装叶身气囊的螺栓孔，两两相邻的气囊安装法兰之间及叶尖段壳体与其相邻的气囊安装法兰之间和叶根段壳体与其相邻的气囊安装法兰之间分别通过螺钉可拆卸地安装有一组叶身气囊，每组叶身气囊均由前缘气囊和后缘气囊组成，所述前缘气囊和后缘气囊的两侧均配置有供螺钉安装的螺栓孔，每个气囊上均配置有充气口，且充气后的叶身气囊的型面与叶片对应区域气动外形保持一致。

2.根据权利要求1所述的一种气囊式风电叶片结构，其特征在于：所述叶身气囊内部有型面加强结构。