CN110645142A - 一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片及其制造方法，包括迎风面壳体、背风面壳体和腹板，所述背风面壳体包括背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构，所述迎风面壳体包括迎风面后缘UD、迎风面主梁和迎风面壳体结构；所述迎风面后缘UD、背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构通过一体灌注成型，构成叶片背风面壳体；所述腹板为箱式，并垂直设于背风面主梁上，该腹板与叶片背风面壳体通过一体灌注成型；所述迎风面主梁设于腹板顶部，两者通过一体灌注成型；所述迎风面壳体结构设于迎风面主梁的两侧，包括多个形状大小不同的模块化壳体结构。本发明通过模块化设计实现叶片全生命周期不报废的目的。

Description

一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及风力发电机组叶片结构及工艺的技术领域，尤其是指一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片及其制造方法。

背景技术

现有的叶片壳体成型的传统做法整体步骤为：分别制作SS背风面和PS迎风面半壳，然后在SS面或PS面半壳上粘接腹板一个面；最后使用结构胶分别在某一壳体面的前缘、后缘及腹板粘接区域涂覆，进行半壳之间的粘接。其缺陷在于叶片在合模过程中，主梁表面的粘接质量、后缘UD区域的粘接质量、腹板的垂直度及粘接质量直接影响叶片的寿命。且由于叶片长度很长，叶片中后部分内部型腔较小，重要区域如腹板区域、主梁区域、后缘UD区域等一旦有缺陷几乎无法维修(极端能维修的情况也会存在较大的承力结构破坏，严重影响叶片质量)，绝大部分报废处理。叶片重要区域缺陷程度较轻的，或者由于合模过程叶片尖部区域客观条件苛刻，未能及时发现的缺陷。也常常会有在风场运行几年，缺陷程度加深无法维修，从而报废更换叶片的情况。

另外由于传统叶片结构SS面和PS面半壳为一体成型结构，叶片在风场运行过程中，出现局部壳体的鼓包、分层、开裂、结构胶粘接失效等情况。也会造成整体无法维修，从而整支报废的情况。

同时厂家为了提高叶片质量，降低报废率往往需要高素质人员的投入、高精尖的设备投入、优质的材料选用、更合理的设计、更优质的管理、更好的制造环境。但叶片的制造目前还是劳动力密集型，依赖人工操作。从原材料到发货，有几十道工序。传统的叶片结构及实施方法很难百分百保障每只叶片均能够全生命周期内无更换。另外有些无法规避的因素，如风场不同机位风况的差异性、风资源的测评误差、设计时材料性能的取值与实际差异、原材料的稳定性、设备的稳定性、运输损伤、整机的控制策略、环境影响等也是全流程中阻止叶片安全性达到100％的很难规避的问题点。

针对上述实际情况，以叶片设计安全为前提。针对风场叶片损伤类型，通过技术革新，实现缺陷的转移，将原本无法维修的缺陷变成可维修(仅维修)或局部模块可更换，从而实现叶片全生命周期内不报废(极端天气、事故除外)。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片及其制造方法，通过将叶片重要区域如叶根、主梁、后缘UD、腹板等进行有机整合，实现关键部位质量稳定可控，确保叶片主结构安全，将原本存在致命失效模式且可能导致整体报废的部位进行结构调整，使缺陷从难以检测发现，发现无法维修，维修无法保证质量，变成缺陷可检测，轻度可维修，重度可模块更换，且叶片主结构不受影响，从而实现叶片全生命周期不报废的目的。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片，包括迎风面壳体、背风面壳体和腹板，所述背风面壳体包括背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构，所述迎风面壳体包括迎风面后缘UD、迎风面主梁和迎风面壳体结构；所述迎风面后缘UD与背风面后缘UD相连接，所述迎风面后缘UD、背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构通过一体灌注成型，构成叶片背风面壳体；所述腹板为箱式，并垂直设于背风面主梁上，该腹板与叶片背风面壳体通过一体灌注成型；所述迎风面主梁设于腹板顶部，两者通过一体灌注成型，由叶片背风面壳体、腹板和迎风面主梁共同构成叶片的主结构；所述迎风面壳体结构设于迎风面主梁的两侧，包括多个形状大小不同的模块化壳体结构，该多个模块化壳体结构沿叶片的叶根至叶尖的方向依次排布，每个模块化壳体结构的形状大小适应其各自的安装位置，其中，所述模块化壳体结构的一端通过腹板顶部边缘处的粘接法兰定位粘接，其另一端粘接至叶片主结构的边缘上。

一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片的制造方法，包括以下步骤：

1)将迎风面后缘UD与背风面后缘UD相连接，所述迎风面后缘UD、背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构通过一体灌注成型，构成叶片背风面壳体，通过迎风面后缘UD与背风面后缘UD一体灌注成型，消除了两个关键部件的粘接失效风险；

2)将箱式腹板垂直设于背风面主梁上，并将该腹板与叶片背风面壳体通过一体灌注成型，在腹板顶部的两侧带有粘接法兰，粘接法兰在腹板上的高度定位取决于叶片的厚度及气动外形；

3)将迎风面主梁设于腹板顶部，两者通过一体灌注成型，由叶片背风面壳体、腹板和迎风面主梁共同构成叶片的主结构；

4)根据叶片结构需求及气动外形型面的要求，将原有的迎风面主梁两侧的迎风面壳体结构沿叶片的叶根至叶尖的方向拆分制作成多个模块化壳体结构，所述模块化壳体结构的一端通过腹板顶部边缘处的粘接法兰定位粘接，其另一端粘接至叶片主结构的边缘上；

5)所述模块化壳体结构拼接区域依照需求进行拼缝补强。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明不受迎风面壳体的大小影响，通过将迎风面壳体结构拆分成多个模块化壳体结构的设计，在实际生产中实现批量制作，按需制作；同时模块化壳体结构的尺寸相对较小，成型简易；后续可实现在风场的组装，模块化更换；节约叶片运输成本、风机运维成本。

2、本发明通过将叶片的重要区域如叶根、主梁、后缘、腹板等进行有机整合，从而实现关键部位质量稳定可控。通过将原本存在致命失效模式且可能导致整体报废的部位进行结构调整，使缺陷从难以检测发现，发现无法维修，维修无法保证质量，变成缺陷可检测，轻度可维修，重度可模块化更换，且叶片主结构过程中不受影响，通过部分结构模块化实现叶片全生命周期不报废的概念。

3、本发明降低了整机运行过程中，叶片的损伤、报废对于整机安全的影响，减少了因叶片报废带来的成本损失，极大的降低了维护成本，且叶片的保养、维护、更换更加方便、快捷。

附图说明

图1为本发明的叶片背风面壳体的结构示意图。

图2为本发明的叶片主结构的结构示意图。

图3为本发明的模块化壳体结构的结构示意图。

图4为本发明的整体结构示意图。

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。

如图1至图4所示，本实施例所述的全生命周期内不报废的模块化风电叶片，包括迎风面壳体、背风面壳体和腹板301，所述背风面壳体包括背风面后缘UD 101、背风面主梁102和背风面壳体结构103，所述迎风面壳体包括迎风面后缘UD 201、迎风面主梁202和迎风面壳体结构；所述迎风面后缘UD 201与背风面后缘UD 101相连接，所述迎风面后缘UD 201、背风面后缘UD 101、背风面主梁102和背风面壳体结构103通过一体灌注成型，构成叶片背风面壳体；所述腹板301为箱式，并垂直设于背风面主梁102上，该腹板301与叶片背风面壳体通过一体灌注成型；所述迎风面主梁202设于腹板301顶部，两者通过一体灌注成型，由叶片背风面壳体、腹板301和迎风面主梁202共同构成叶片的主结构；所述迎风面壳体结构设于迎风面主梁202的两侧，包括多个形状大小不同的模块化壳体结构203，该多个模块化壳体结构203沿叶片的叶根至叶尖的方向依次排布，每个模块化壳体结构203的形状大小适应其各自的安装位置，其中，所述模块化壳体结构203的一端通过腹板301顶部边缘处的粘接法兰302定位粘接，其另一端粘接至叶片主结构的边缘上。

本实施例所述的全生命周期内不报废的模块化风电叶片的制造方法，包括以下步骤：

1)将迎风面后缘UD 201与背风面后缘UD 101相连接，所述迎风面后缘UD 201、背风面后缘UD 101、背风面主梁102和背风面壳体结构103通过一体灌注成型，构成叶片背风面壳体，通过迎风面后缘UD 201与背风面后缘UD 101一体灌注成型后形成一个整体，消除了两个关键部件的粘接失效风险，质量更加可靠。

2)将箱式腹板301垂直设于背风面主梁102上，并将该腹板301与叶片背风面壳体通过一体灌注成型，在腹板301顶部的两侧带有粘接法兰302，粘接法兰302在腹板301上的高度定位取决于叶片的厚度及气动外形；

所述腹板301与背风面主梁102不采用传统粘接方式，避免了传统的腹板301与背风面主梁102区域的粘接失效的风险，且本实施例的腹板301在定位的时候由于没有其他部件的干涉(传统方式腹板301在叶尖区域由于有迎风面壳体存在，无法控制叶尖狭小空间内腹板301的垂直度)，因此腹板301的定位将更加准确，整个全尺寸内垂直度精确，叶片主结构成型过程质量可控。

3)将迎风面主梁202设于腹板301顶部，两者通过一体灌注成型，由叶片背风面壳体、腹板301和迎风面主梁202共同构成叶片的主结构；在叶中和叶尖区域，型腔较小，腹板301和迎风面主梁202粘接厚度质量不可控。采用一体灌注成型相较于粘接方式，质量可控，性能可靠。

4)根据叶片结构需求及气动外形型面的要求，将原有的迎风面主梁202两侧的迎风面壳体结构沿叶片的叶根至叶尖的方向拆分制作成多个模块化壳体结构203，所述模块化壳体结构203的一端通过腹板301顶部边缘处的粘接法兰302定位粘接，其另一端粘接至叶片主结构的边缘上；

通过将迎风面壳体拆分为迎风面后缘UD 201、迎风面主梁202和多个模块化壳体结构203，不受整个迎风面壳体整体尺寸大小的影响，可批量制作，按需制作。每个模块化壳体结构203的尺寸相对较小，成型简易。后续可实现在风场的组装，模块化更换，节约叶片运输成本、风机运维成本；

5)所述模块化壳体结构203拼接区域依照需求进行拼缝补强。

本实施例将迎风面壳体拆分为迎风面后缘UD 201、迎风面主梁202和多个模块化壳体结构203，通过模块化成型、模块化粘接，减小了缺陷的程度，防止了缺陷蔓延。更重要的是将所有夹杂在叶片壳体与壳体间无法规避、无法发现、无法维修的原致命风险点转移到模块化壳体结构203，使之成为可以维修，可以局部更换的常规风险点。同时叶片的主结构独立成型，结构稳定，性能可靠，全生命周期如出现质量问题，仅需要对模块化壳体结构203进行维修更换即可，从而实现叶片全生命周期不报废，有效降低整机运行的风险，降低运维成本，提升叶片的生产效率。

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)

1.一种全生命周期内不报废的模块化风电叶片，包括迎风面壳体、背风面壳体和腹板，所述背风面壳体包括背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构，所述迎风面壳体包括迎风面后缘UD、迎风面主梁和迎风面壳体结构；其特征在于：所述迎风面后缘UD与背风面后缘UD相连接，所述迎风面后缘UD、背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构通过一体灌注成型，构成叶片背风面壳体；所述腹板为箱式，并垂直设于背风面主梁上，该腹板与叶片背风面壳体通过一体灌注成型；所述迎风面主梁设于腹板顶部，两者通过一体灌注成型，由叶片背风面壳体、腹板和迎风面主梁共同构成叶片的主结构；所述迎风面壳体结构设于迎风面主梁的两侧，包括多个形状大小不同的模块化壳体结构，该多个模块化壳体结构沿叶片的叶根至叶尖的方向依次排布，每个模块化壳体结构的形状大小适应其各自的安装位置，其中，所述模块化壳体结构的一端通过腹板顶部边缘处的粘接法兰定位粘接，其另一端粘接至叶片主结构的边缘上。

2.一种权利要求1所述的全生命周期内不报废的模块化风电叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将迎风面后缘UD与背风面后缘UD相连接，所述迎风面后缘UD、背风面后缘UD、背风面主梁和背风面壳体结构通过一体灌注成型，构成叶片背风面壳体，通过迎风面后缘UD与背风面后缘UD一体灌注成型，消除了两个关键部件的粘接失效风险；

2)将箱式腹板垂直设于背风面主梁上，并将该腹板与叶片背风面壳体通过一体灌注成型，在腹板顶部的两侧带有粘接法兰，粘接法兰在腹板上的高度定位取决于叶片的厚度及气动外形；

3)将迎风面主梁设于腹板顶部，两者通过一体灌注成型，由叶片背风面壳体、腹板和迎风面主梁共同构成叶片的主结构；

4)根据叶片结构需求及气动外形型面的要求，将原有的迎风面主梁两侧的迎风面壳体结构沿叶片的叶根至叶尖的方向拆分制作成多个模块化壳体结构，所述模块化壳体结构的一端通过腹板顶部边缘处的粘接法兰定位粘接，其另一端粘接至叶片主结构的边缘上；

5)所述模块化壳体结构拼接区域依照需求进行拼缝补强。

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