CN111396243B - 一种三腹板结构的大型风电机组叶片及组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三腹板结构的大型风电机组叶片及组装方法，包括相对连接的压力面壳体和吸力面壳体，压力面壳体从前往后依次包括压力面前缘壳体和压力面后缘壳体；吸力面壳体从前往后依次包括吸力面前缘壳体和压力面后缘壳体；压力面前缘壳体和压力面中部壳体之间设有压力面主梁；吸力面前缘壳体和吸力面中部壳体之间设有吸力面主梁；压力面主梁和吸力面主梁间隙连接设有两块大腹板；其特征是，所述吸力面后缘壳体上设有吸力面副梁；压力面后缘壳体上设有压力面副梁，吸力面副梁和压力面副梁之间连接设有小腹板。本发明的好处是能够有效减小后缘空腔面积，增加了叶片后缘区域的稳定性，同时提升叶片的整体结构强度；能够提高叶片的组装效率。

Description

一种三腹板结构的大型风电机组叶片及组装方法

技术领域

本发明属于风电机组叶片技术领域，具体是一种三腹板结构的大型风电机组叶片及组装方法。

背景技术

近些年来，随着风电产业的快速发展，风电机组对高性能、长尺寸的叶片需求日益增多，叶片已经开始向大型化发展。尽管，近年来的叶片尺寸有了巨大的提升，但叶片的结构设计仍然保留着传统的双腹板结构设计思路，即在叶片吸力面和压力面所组成的空腔内部，安装双腹板结构，且双腹板两侧通过粘接法兰分别与叶片压力面主梁和吸力面主梁粘接固定，形成连接整体。随着叶片的尺寸不断加大，叶片所承受的载荷显著提高。按照传统的双腹板结构设计的大型叶片将会形成较大的后缘空腔面积，这导致了叶片稳定性很难达到设计要求。目前叶片后缘失稳已成为大型叶片普遍存在的问题。中国专利文献CN207333111U于2018年5月8日公开了“一种风力发电机组叶片及包括该叶片的风电机组”的实用新型专利，该申请案公开了一种风力发电机组叶片及包括该叶片的风电机组，属于风电领域，所述叶片包括尾缘结构，所述尾缘结构包括压力面尾缘、吸力面尾缘和用于粘结所述压力面尾缘和吸力面尾缘的粘结层，所述压力面尾缘或吸力面尾缘的后缘区域外侧还连接有三角条芯材，所述三角条芯材用于取代尾缘结构外侧的部分三角区域以保证尾缘结构符合设计厚度及粘结层厚度小于10mm。该申请试图通过三角条芯材来提高尾缘结构的稳定性，但其存在不足之处：只提高了尾缘的连接稳定性，但是对于叶片整体的结构稳定性提高少，仍易产生后缘失稳现象；并且现有技术中叶片组装内的双腹板位置在叶片内的位置不好定位，增加了装配难度。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种三腹板结构的大型风电机组叶片及组装方法，能够有效减小后缘空腔面积，增加了叶片后缘区域的稳定性，同时也提升了叶片的整体结构强度。

本发明的另一个目的是能够提高叶片的组装效率。

为了实现发明目的，本发明采用如下技术方案：一种三腹板结构的大型风电机组叶片，包括相对连接的压力面壳体和吸力面壳体，压力面壳体从前往后依次包括压力面前缘壳体和压力面后缘壳体；吸力面壳体从前往后依次包括吸力面前缘壳体和吸力面后缘壳体；压力面前缘壳体和压力面中部壳体之间设有压力面主梁；吸力面前缘壳体和吸力面中部壳体之间设有吸力面主梁；压力面主梁和吸力面主梁间隙连接设有两块大腹板；其特征是，所述吸力面后缘壳体上设有吸力面副梁；压力面后缘壳体上设有压力面副梁，吸力面副梁和压力面副梁之间连接设有小腹板。

通过吸力面副梁和压力面副梁来安装小腹板，结构固定性好，方便小腹板的安装，相比小腹板在吸力面壳体和压力面壳体上的直接安装，能够提高小腹板的安装效率，防止小腹板连接处的应力集中，通过小腹板将叶片后缘空腔分割为两个小空腔，能够有效减小后缘空腔面积，有效缓解了大叶片稳定性不足的问题，增加了叶片后缘区域的稳定性；同时小腹板提高了叶片的扭转刚度，压力面副梁和吸力面副梁提高叶片的挥舞和摆阵刚度，也提升了叶片的整体结构强度。

作为优选，吸力面后缘壳体上设有吸力面副梁安装孔，压力面副梁之间设有压力面副梁安装孔；吸力面副梁填充安装在吸力面副梁安装孔内；压力面副梁填充安装在压力面副梁安装孔内。压力面副梁与压力面壳体填充安装，吸力面副梁与吸力面壳体填充安装，能够保证吸力面壳体和压力面壳体的形状完整性，过渡平滑顺畅，保证叶片外侧风力流过的平稳性；其他条件不变的情况下，叶片壳体宽度越大越容易弯曲变形，通过吸力面副梁和压力面副梁能够截断叶片后缘壳体的宽度，从而能够加强叶片的挥舞和摆阵刚度。

作为优选，小腹板的叶根侧末端设有应力分散口。防止在该区域发生应力集中，保证小腹板的结构可靠性。

作为优选，应力分散口的形状为C型口。应力分散口采用椭圆形的C型口来增加小腹板端部的面积，从而防止在该区域发生应力集中，保证小腹板的结构可靠性。

作为优选，小腹板与吸力面副梁、压力面副梁通过粘接法兰连接，小腹板两端在吸力面副梁和压力面副梁上的连接面朝向大腹板一侧。吸力面主梁和压力面主梁所在处一般为叶片吸力面壳体与压力面壳体的最大距离处，吸力面后缘壳体和压力面后缘壳体之间的平行大腹板截面的两侧距离逐渐缩短，因此吸力面副梁和压力面副梁实际会在朝向大腹板一侧开口较大，在小腹板后方通过叶片本身结构就能形成对小腹板一侧的限位，通过将连接面设置在该面，一方面可以方便小腹板的连接，减省连接用料，减小小腹板连接质量；另一方面只需连接在该面就可以保证小腹板的连接可靠性。

作为优选，小腹板和大腹板之间设有连接加强板，连接加强板沿叶片的横截面设置。通过连接加强板增强小腹板和大腹板之间的整体性，提高两者之间的稳定性。

作为优选，连接加强板贯穿小腹板和大腹板，连接加强板和小腹板、大腹板固定连接；连接加强板包括两端的四个连接段和中部的加强段，四个连接段包括分别连接在压力面前缘壳体、压力面后缘壳体、吸力面前缘壳体和吸力面后缘壳体上。连接加强板使小腹板、大腹板、压力面壳体和吸力面壳体形成一个整体结构，从而能够提高叶片的结构强度，并且提高叶片的组装效率。

作为优选，压力面前缘壳体、压力面后缘壳体、吸力面前缘壳体和吸力面后缘壳体上分别设有对应连接段的连接孔，连接孔内填充设有连接副梁，连接副梁与连接段粘接固定，连接段之间设有内凹的缓冲口，连接段和加强段之间设有过渡圆弧面。通过填充粘接的方式安装连接加强板和各组件，连接可靠性高，有利于保持叶片平滑性；连接副梁完成连接段与叶片的连接，并且通过缓冲口和过渡圆弧面防止连接加强板的应力集中，从而提高连接加强板的结构强度，防止其应力集中；通过连接加强板不仅能加强小腹板和大腹板之间的结构可靠性，还能从横向加强吸力面壳体和压力面壳体之间的连接可靠性；并且通过连接加强板能够辅助定位小腹板和两块大腹板之间的相对位置，方便后续工作中小腹板和大腹板在叶片内的定位和安装。

一种三腹板结构的大型风电机组叶片的组装方法，大腹板和小腹板上设有配合连接加强板的加强孔，加强孔内填充设有加强副梁，加强副梁预装配在连接加强板上，包括以下步骤：

A、组装大腹板、小腹板和连接加强板，连接加强板和加强副梁一体配合加强孔粘接安装；

B、粘接组装大腹板和吸力面主梁、压力面主梁；粘接组装小腹板和吸力面副梁、压力面副梁；粘接组装连接加强板和连接副梁；

C、分别一一将吸力面主梁、吸力面副梁、两个连接副梁粘接在吸力面壳体的对应位置；分别一一将压力面主梁、压力面副梁、两个连接副梁粘接在压力面壳体的对应位置；

D、粘接固定吸力面壳体和压力面壳体。

综上所述，本发明的有益效果是：能够提高小腹板的安装效率，防止小腹板连接处的应力集中，通过小腹板将叶片后缘空腔分割为两个小空腔，能够有效减小后缘空腔面积，有效缓解了大叶片稳定性不足的问题，增加了叶片后缘区域的稳定性；同时小腹板提高了叶片的扭转刚度，压力面副梁和吸力面副梁提高叶片的挥舞和摆阵刚度，也提升了叶片的整体结构强度。

附图说明

图1是本发明一种实施例的示意图。

图2是图1所示实施例的外观示意图。

图3是本发明中图1所示实施例的叶片内部示意图。

图4是本发明另一种实施例的结构示意图。

其中：压力面前缘壳体1、吸力面前缘壳体2、压力面主梁3、吸力面主梁4、大腹板5、压力面中部壳体6、吸力面中部壳体7、压力面副梁8、吸力面副梁9、压力面后缘壳体10、吸力面后缘壳体11、小腹板12、连接加强板13、应力分散口14、粘接法兰15。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1到图3所示的实施例1，为一种三腹板结构的大型风电机组叶片，包括相对连接的压力面壳体和吸力面壳体，压力面壳体和吸力面壳体的前后端分别粘接形成叶片腔体。压力面壳体和吸力面壳体在叶根处组合形成圆形端面，方便安装。压力面壳体从前往后依次包括压力面前缘壳体1和压力面后缘壳体10；吸力面壳体从前往后依次包括吸力面前缘壳体2和吸力面后缘壳体11；压力面前缘壳体1和压力面中部壳体6之间设有压力面主梁3；吸力面前缘壳体2和吸力面中部壳体7之间设有吸力面主梁4；压力面主梁3和吸力面主梁4间隙连接设有两块大腹板5；两块大腹板5平行设置，大腹板5的两端分别通过粘接法兰粘接在吸力面主梁4和压力面主梁3上。两块大腹板5与吸力面主梁4、压力面主梁3的连接面位于两大腹板5的相对侧。压力面壳体上设有配合压力面主梁3的压力面主孔，压力面主梁3填充安装在压力面主孔内。吸力面壳体上设有配合吸力面主梁4的吸力面主孔，吸力面主梁4填充安装在吸力面主孔内。吸力面后缘壳体11上设有吸力面副梁9；压力面后缘壳体10上设有压力面副梁8，吸力面副梁9和压力面副梁8之间连接设有小腹板12。小腹板12沿叶片的长度方向设置。吸力面后缘壳体11上设有吸力面副梁9安装孔，压力面副梁8之间设有压力面副梁8安装孔；吸力面副梁9填充粘接在吸力面副梁9安装孔内；压力面副梁8填充粘接在压力面副梁8安装孔内。小腹板12的叶根侧末端设有应力分散口14。应力分散口14的形状为C型口。应力分散口14采用椭圆形的C型口来增加小腹板12端部的面积，从而防止在该区域发生应力集中，保证小腹板12的结构可靠性。小腹板12与吸力面副梁9、压力面副梁8通过粘接法兰15连接，小腹板12两端在吸力面副梁9和压力面副梁8上的连接面朝向大腹板5一侧。

小腹板12和大腹板5之间在压力面后缘壳体10和吸力面后缘壳体上形成相对独立的压力面中部壳体6和吸力面中部壳体7。提高叶片宽度方向上的抗弯能力，能够加强叶片的挥舞和摆阵刚度。

下表为传统叶片设计与实施例1中叶片设计在距离叶根10米、20米、30米截面刚度(两款设计除额外增加的压力面副梁8、吸力面副梁9、小腹板外12，其余铺层保持一致)。

从表中三个截面的刚度对比可知，本方案提的叶片具有更高的摆阵、挥舞和扭转刚度，从而更好地保证了叶片的整体结构强度和出力性能。

如图4所示的实施例2，与实施例1的区别在于小腹板12和大腹板5之间设有连接加强板13，连接加强板13沿叶片的横截面设置。连接加强板13贯穿小腹板12和大腹板5，连接加强板13和小腹板12、大腹板5固定连接；连接加强板13包括两端的四个连接段和中部的加强段，四个连接段包括分别连接在压力面前缘壳体1、压力面后缘壳体10、吸力面前缘壳体2和吸力面后缘壳体11上。压力面前缘壳体1、压力面后缘壳体10、吸力面前缘壳体2和吸力面后缘壳体11上分别设有对应连接段的连接孔，连接孔内填充设有连接副梁，连接副梁与连接段粘接固定，连接段之间设有内凹的缓冲口，连接段和加强段之间设有过渡圆弧面，连接加强板13的连接段配合连接副梁完成连接段与叶片的连接，并且通过缓冲口和过渡圆弧面防止连接加强板13的应力集中，从而提高连接加强板13的结构强度，防止其应力集中。

一种三腹板结构的大型风电机组叶片的组装方法，大腹板5和小腹板12上设有配合连接加强板13的加强孔，加强孔内填充设有加强副梁，加强副梁预装配在连接加强板13上，包括以下步骤：

A、组装大腹板5、小腹板12和连接加强板13，连接加强板13和加强副梁一体配合加强孔粘接安装；

B、粘接组装大腹板5和吸力面主梁4、压力面主梁3；粘接组装小腹板12和吸力面副梁9、压力面副梁8；粘接组装连接加强板13和连接副梁；

C、分别一一将吸力面主梁4、吸力面副梁9、两个连接副梁粘接在吸力面壳体的对应位置；分别一一将压力面主梁3、压力面副梁8、两个连接副梁粘接在压力面壳体的对应位置；

D、粘接固定吸力面壳体和压力面壳体。

本申请通过吸力面副梁9和压力面副梁8来安装小腹板12，结构固定性好，方便小腹板12的安装，相比小腹板12在吸力面壳体和压力面壳体上的直接安装，能够提高小腹板12的安装效率，防止小腹板12连接处的应力集中，压力面副梁8与压力面壳体填充粘接，吸力面副梁9与吸力面壳体填充粘接，能够保证吸力面壳体和压力面壳体的形状完整性，过渡平滑顺畅，保证叶片外侧风力流过的平稳性；其他条件不变的情况下，叶片壳体宽度越大越容易弯曲变形，通过吸力面副梁9和压力面副梁8能够截断叶片后缘壳体的宽度，从而能够加强叶片的挥舞和摆阵刚度。通过小腹板12将叶片后缘空腔分割为两个小空腔，能够有效减小后缘空腔面积，有效缓解了大叶片稳定性不足的问题，增加了叶片后缘区域的稳定性；同时小腹板12提高了叶片的扭转刚度，压力面副梁8和吸力面副梁9提高叶片的挥舞和摆阵刚度，也提升了叶片的整体结构强度。连接加强板13使小腹板12、大腹板5、压力面壳体和吸力面壳体形成一个整体结构，从而能够提高叶片的结构强度，并且提高叶片的组装效率。通过连接加强板13不仅能加强小腹板12和大腹板5之间的结构可靠性，还能从横向加强吸力面壳体和压力面壳体之间的连接可靠性；并且通过连接加强板13能够辅助定位小腹板12和两块大腹板5之间的相对位置，方便后续工作中小腹板12和大腹板5在叶片内的定位和安装。

Claims (7)

1.一种三腹板结构的大型风电机组叶片，包括相对连接的压力面壳体和吸力面壳体，压力面壳体从前往后依次包括压力面前缘壳体和压力面后缘壳体；吸力面壳体从前往后依次包括吸力面前缘壳体和吸力面后缘壳体；压力面后缘壳体上设有压力面中部壳体，吸力面后缘壳体上设有吸力面中部壳体；压力面前缘壳体和压力面中部壳体之间设有压力面主梁；吸力面前缘壳体和吸力面中部壳体之间设有吸力面主梁；压力面主梁和吸力面主梁间隙连接设有两块大腹板；所述吸力面后缘壳体上设有吸力面副梁；压力面后缘壳体上设有压力面副梁，吸力面副梁和压力面副梁之间连接设有小腹板，其特征是，所述小腹板和大腹板之间设有连接加强板，连接加强板沿叶片的横截面设置，所述连接加强板贯穿小腹板和大腹板，连接加强板和小腹板、大腹板固定连接；连接加强板包括两端的四个连接段和中部的加强段，四个连接段包括分别连接在压力面前缘壳体、压力面后缘壳体、吸力面前缘壳体和吸力面后缘壳体上。

2.根据权利要求1所述的一种三腹板结构的大型风电机组叶片，其特征是，所述吸力面后缘壳体上设有吸力面副梁安装孔，压力面副梁之间设有压力面副梁安装孔；吸力面副梁填充安装在吸力面副梁安装孔内；压力面副梁填充安装在压力面副梁安装孔内。

3.根据权利要求1所述的一种三腹板结构的大型风电机组叶片，其特征是，所述小腹板的叶根侧末端设有应力分散口。

4.根据权利要求3所述的一种三腹板结构的大型风电机组叶片，其特征是，所述应力分散口的形状为C型口。

5.根据权利要求1或2所述的一种三腹板结构的大型风电机组叶片，其特征是，所述小腹板与吸力面副梁、压力面副梁通过粘接法兰连接，小腹板两端在吸力面副梁和压力面副梁上的连接面朝向大腹板一侧。

6.根据权利要求1所述的一种三腹板结构的大型风电机组叶片，其特征是，所述压力面前缘壳体、压力面后缘壳体、吸力面前缘壳体和吸力面后缘壳体上分别设有对应连接段的连接孔，连接孔内填充设有连接副梁，连接副梁与连接段粘接固定，连接段之间设有内凹的缓冲口，连接段和加强段之间设有过渡圆弧面。

7.一种三腹板结构的大型风电机组叶片的组装方法，大腹板和小腹板上设有配合连接加强板的加强孔，加强孔内填充设有加强副梁，加强副梁预装配在连接加强板上，包括以下步骤：

A、组装大腹板、小腹板和连接加强板，连接加强板和加强副梁一体配合加强孔粘接安装；

B、粘接组装大腹板和吸力面主梁、压力面主梁；粘接组装小腹板和吸力面副梁、压力面副梁；粘接组装连接加强板和连接副梁；

C、分别一一将吸力面主梁、吸力面副梁、两个连接副梁粘接在吸力面壳体的对应位置；分别一一将压力面主梁、压力面副梁、两个连接副梁粘接在压力面壳体的对应位置；

D、粘接固定吸力面壳体和压力面壳体。

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