CN111608853A - 风机叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风机叶片，所述风机叶片包括第一叶片段和第二叶片段，所述第一叶片段相对于所述第二叶片段靠近所述风机叶片的叶根设置，所述第一叶片段和所述第二叶片段分别具有相对设置的第一连接面和第二连接面，所述第二连接面处的叶片翼剖面的弦长小于所述第一连接面处的叶片翼剖面的弦长。本发明的风机叶片由于第二连接面处的叶片翼剖面的弦长小于第一连接面处的叶片翼剖面的弦长使得第二连接面处的叶片端受力面积小于第一连接面处的叶片端受力面积，可以缩小两个叶片段连接处产生的力差，从而降低应力损伤积累，提高叶片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风机叶片。
背景技术
按发电成本计算，往往是单台风力发电机的设计功率越大LCOE(平准化度电成本)越低。但大功率风力机往往意味着超长叶片，而超长叶片的运输很困难，尤其是对地形较复杂的弯曲山路，大叶片运输更加困难，这就大大增加了运输费用，叶片的运维费用占整机成本中不容忽视的一部分，有效降低叶片运输费用，不仅有利于风力机降本，还对应对平价上网越来越重要，在这种情况下，大型风机叶片采用分段制造、运输和现场安装。
目前分段叶片有多种，主要有螺栓连接分段叶片、粘接分段叶片和卡接分段叶片。三种分段叶片各有明显的优缺点，可根据所关注的特征进行取舍。为了方便两个也片段的连接，现有的采用分段叶片的风机叶片的两个叶片段的连接面的尺寸都是相同的，但是，由于远离叶根的叶片段的升力系数是大于靠近叶根的叶片段的升力系数，如果远离叶根的叶片段连接端附近的受力面积与靠近叶根的叶片段连接端附近的受力面积相同，那么远离叶根的叶片段连接端所承受的力要大于靠近叶根的叶片段连接端所承受的力，两个叶片段的连接端长时间承受不同大小的力会使连接端产生应力损伤积累，不利于风机叶片的长时间运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，提供一种风机叶片。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种风机叶片，所述风机叶片包括第一叶片段和第二叶片段，所述第一叶片段相对于所述第二叶片段靠近所述风机叶片的叶根设置，所述第一叶片段和所述第二叶片段分别具有相对设置的第一连接面和第二连接面，所述第二连接面处的叶片翼剖面的弦长小于所述第一连接面处的叶片翼剖面的弦长；其中，叶片翼剖面是指垂直于叶片的前缘的叶片的横截面。
在本方案中，采用上述结构形式，由于第二连接面处的叶片翼剖面的弦长小于第一连接面处的叶片翼剖面的弦长使得第二连接面处的叶片端受力面积小于第一连接面处的叶片端受力面积，可以缩小两个叶片段连接处产生的力差，从而降低应力损伤积累，提高叶片的使用寿命。
较佳地，所述第二叶片段的叶片翼剖面的弦长沿远离所述第一叶片段的方向逐渐变小。
在本方案中，采用上述结构形式，由于叶片远离叶根的升力系数是逐渐变大的，减少弦长可以降低叶片段的受力面积，以保证叶片段在整个扫风区域保持一定的减速率，确保气流通过叶片的速度不会过慢而产生扰流，同时通过速度也不会过快而造成能量浪费。
较佳地，所述风机叶片还包括隔离件，所述隔离件设于所述第一叶片段和所述第二叶片段之间，所述隔离件用于隔离所述第一叶片段和所述第二叶片段产生的气流。
在本方案中，采用上述结构形式，可以将第一叶片段和第二叶片段产生的气流分离，降低第一叶片段与第二叶片段连接处的翼型气动性能因几何和气动不连续造成的不连续现象的影响，并且可以使得各段叶片在分段处气动性能可分开设计，并不会相互影响，既节省了设计时间、成本，还避免了叶片段连接处叶片气动性能的损失。
较佳地，所述隔离件设置于所述第二叶片段靠近所述第一叶片段的一端的端部，所述隔离件的外边缘伸出所述第二叶片段的外周面。
在本方案中，采用上述结构形式，由于第二叶片段的叶片翼剖面的弦长相对较小，产生的气流也相对第一叶片段较小，将隔离件设在第二叶片段上可以更好的降低第一叶片段气流产生的影响。
较佳地，所述风机叶片还包括多个连接组件，多个所述连接组件沿所述第二连接面的外边缘的周向设置并将所述第二叶片段固定在所述第一连接面上。
在本方案中，采用上述结构形式，由于第二连接面处的叶片翼剖面的弦长小于第一连接面处的叶片翼剖面的弦长，根据风机叶片的设计规范可知第二连接面的外边缘位于第一连接面的外边缘的内侧，连接组件沿第二连接面的外边缘的周向设置便于对叶片分段连接处进行安装维护。
较佳地，所述连接组件包括第一连接件和第二连接件，所述第二连接件包括安装部和连接部，所述安装部固定在所述第二连接面上，所述连接部沿所述第二连接面的径向方向向外延伸并伸出所述第二连接面的外边缘，所述连接部具有朝向所述第一连接面设置的通孔；
所述第一连接件的一端固定于所述第一连接面，所述第一连接件的另一端朝所述第二连接面的方向延伸并穿过所述通孔与所述第二连接件固定可拆卸连接。
在本方案中，采用上述结构形式，安装简单，便于后期维护。
较佳地，所述连接组件还包括紧固件，所述紧固件用于阻止所述第一连接件和所述第二连接件分离。
较佳地，所述紧固件为螺母，所述第一连接件伸入所述通孔的一端具有外螺纹。
较佳地，所述风机叶片还包括抗剪切棱柱，所述抗剪切棱柱的两端分别位于所述第一叶片段和所述第二叶片段内，所述抗剪切棱柱的相对的两侧面分别与所述风机叶片内的前缘腹板和后缘腹板固定。
在本方案中，采用上述结构形式，增强风机叶片分段处的抗剪切刚度，避免风机叶片发生断裂。
较佳地，所述抗剪切棱柱相对所述风机叶片的迎风面和背风面的两侧面与所述风机叶片的内壁面之间设有弹性填料。
在本方案中，采用上述结构形式，使叶片内壁面和抗剪切棱柱之间具有缓冲，避免对叶片内壁面造成损伤。
较佳地，所述抗剪切棱柱为长方体，所述抗剪切棱柱在所述风机叶片的翼型弦向方向的长度小于翼型厚度方向的长度。
在本方案中，采用上述结构形式，进一步地增强风机叶片分段处的抗剪切强度。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实施例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的风机叶片由于第二连接面处的叶片翼剖面的弦长小于第一连接面处的叶片翼剖面的弦长使得第二连接面处的叶片端受力面积小于第一连接面处的叶片端受力面积，可以缩小两个叶片段连接处产生的力差，从而降低应力损伤积累，提高叶片的使用寿命。
附图说明
图1为本发明较佳实施例中风机叶片的结构示意图。
图2为图1中去除隔离件后的风机叶片的结构示意图。
图3为图2中风机叶片的侧视图。
图4为图2中风机叶片的分解示意图。
图5为图2中风机叶片的的剖视图。
图6为本发明较佳实施例中连接组件的结构示意图。
附图标记说明：
第一叶片段 10
第一连接面 101
第二叶片段 20
第二连接面 201
连接组件 30
第一连接件 31
第二连接件 32
安装部 321
连接部 322
通孔 323
限位部 324
紧固件 33
隔离件 40
抗剪切棱柱 50
前缘腹板 60
后缘腹板 70
弹性填料 80
具体实施方式
下面通过具体实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在以下的实施例范围之中。
如图1-4所示，为本实施例的一种风机叶片，该风机叶片包括第一叶片段10和第二叶片段20，第一叶片段10相对于第二叶片段20靠近风机叶片的叶根设置，第一叶片段10和第二叶片段20分别具有相对设置的第一连接面101和第二连接面201，第二连接面201处的叶片翼剖面的弦长小于第一连接面101处的叶片翼剖面的弦长。其中，叶片翼剖面是指垂直于叶片的前缘的叶片的横截面。
在本实施例中，由于第二连接面201处的叶片翼剖面的弦长小于第一连接面101处的叶片翼剖面的弦长，使得第二连接面201处的叶片端受力面积小于第一连接面101处的叶片端受力面积，可以缩小两个叶片段连接处产生的力差，从而降低应力损伤积累，提高叶片的使用寿命。
第二叶片段20的叶片翼剖面的弦长沿远离第一叶片段10的方向逐渐变小。由于叶片远离叶根的升力系数是逐渐变大的，减少弦长可以降低叶片段的受力面积，以保证叶片段在整个扫风区域保持一定的减速率，确保气流通过叶片的速度不会过慢而产生扰流，同时通过速度也不会过快而造成能量浪费。
风机叶片还包括隔离件40，隔离件40设于第一叶片段10和第二叶片段20之间，隔离件40用于隔离第一叶片段10和第二叶片段20产生的气流。
设置隔离件40可以将第一叶片段10和第二叶片段20产生的气流分离，降低第一叶片段10与第二叶片段20连接处的翼型气动性能因几何和气动不连续造成的不连续现象的影响，并且可以使得第一叶片段10和第二叶片段20在分段处气动性能可分开设计，并不会相互影响，既节省了设计时间、成本，还避免了叶片段连接处叶片气动性能的损失。
如图1所示，在本实施例中，隔离件40设置于所述第二叶片段20靠近所述第一叶片段10的一端的端部，隔离件40的外边缘伸出第二叶片段20的外周面。
如图1所示，由于第二叶片段20的叶片翼剖面的弦长相对较小，产生的气流也相对第一叶片段10较小，将隔离件40设在第二叶片段20上可以更好的降低第一叶片段10气流产生的影响。
当然，在其它实施方式中，隔离件40也可以设置于第一叶片段10靠近第二叶片段20一端的端部上，隔离件40的外边缘伸出第一叶片段10的外周面。
如图2-5所示，风机叶片还包括多个连接组件30，多个连接组件30沿第二连接面201的外边缘的周向设置并将第二叶片段20固定在第一连接面101上。
在本实施例中，由于第二连接面201处的叶片翼剖面的弦长小于第一连接面101处的叶片翼剖面的弦长，根据风机叶片的设计规范可知第二连接面的外边缘位于第一连接面101的外边缘的内侧，连接组件30沿第二连接面201的外边缘的周向设置便于对叶片分段连接处进行安装维护。
如图6所示，在本实施例中，连接组件30包括第一连接件31和第二连接件32，第二连接件32包括安装部321和连接部322，安装部321固定在第二连接面201上，连接部322沿第二连接面201的径向方向向外延伸并伸出第二连接面201的外边缘，连接部322具有朝向第一连接面101设置的通孔323；第一连接件31的一端固定于第一连接面101，第一连接件31的另一端朝第二连接面201的方向延伸并穿过通孔323与第二连接件32可拆卸连接。
具体地，如图6所示，在本实施例中，第二连接件32的安装部321通过预埋的方式安装固定在第二叶片段20上，安装部321位于第二叶片段20内的一端具有限位部324，该限位部324可以阻止第二连接件32向外移动。第一连接件31为单头螺栓，单头螺栓穿过通孔323固定在第一连接面101上的螺纹孔内。
在其它实施方式中，第一连接件31为双头螺栓，双头螺栓的两头均有螺纹，第一连接件31在安装时，双头螺栓的一端通过第一连接面101上的螺纹孔固定在第一叶片段10上，双头螺栓的另一端伸出第二连接件32上的通孔323，并通过螺母紧固；或者，第一连接件31也可以只是伸出的一端具有外螺纹，另一端通过预埋的方式安装在第一叶片段10上，第一连接件31的螺纹端安装有螺母，用于阻止第一连接件31和第二连接件32分离。
如图4和图5所示，在本实施例中，风机叶片还包括抗剪切棱柱50，抗剪切棱柱50的两端分别位于第一叶片段10和第二叶片段20内，抗剪切棱柱50的相对的两侧面分别与风机叶片内的前缘腹板60和后缘腹板70固定。抗剪切棱柱50可以增强风机叶片分段处的抗剪切刚度，避免风机叶片发生断裂。
抗剪切棱柱50通过多个定位销固定于第一叶片段10和第二叶片段20内的前缘腹板60、后缘腹板70的连接端面处，这样可以加固抗剪切棱柱50及防止抗剪切棱柱50固定不牢靠带来的对叶片内壁面的损伤。
如图5所示，在本实施例中，抗剪切棱柱50相对风机叶片的迎风面和背风面的两侧面与风机叶片的内壁面之间设有弹性填料80。弹性填料80不仅可以使叶片内壁面和抗剪切棱柱50之间具有缓冲，避免对叶片内壁面造成损伤。弹性填料80设在抗剪切棱柱50更靠近叶片内壁面的端面上，弹性填料80的材料种类视叶片制造工艺需求设定。
在本实施例中，抗剪切棱柱50为长方体，抗剪切棱柱50在风机叶片的翼型弦向方向的长度小于翼型厚度方向的长度。这样可以进一步地增强风机叶片分段处的抗剪切刚度。
抗剪切棱柱50在叶片展向方向的截面在翼型弦向的长度与翼型厚度方向的长度的比值根据叶片结构设计过程中，对第一叶片段10和第二叶片段20分段处所需的剪切刚度结合连接组件30的双头螺栓所受剪应力反推出来，抗剪切棱柱50所受剪应力与多个连接组件30的双头螺栓所受剪应力之和应满足叶片结构设计要求。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种风机叶片，所述风机叶片包括第一叶片段和第二叶片段，所述第一叶片段相对于所述第二叶片段靠近所述风机叶片的叶根设置，所述第一叶片段和所述第二叶片段分别具有相对设置的第一连接面和第二连接面，其特征在于，所述第二连接面处的叶片翼剖面的弦长小于所述第一连接面处的叶片翼剖面的弦长。
2.如权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，所述第二叶片段的叶片翼剖面的弦长沿远离所述第一叶片段的方向逐渐变小。
3.如权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，所述风机叶片还包括隔离件，所述隔离件设于所述第一叶片段和所述第二叶片段之间，所述隔离件用于隔离所述第一叶片段和所述第二叶片段产生的气流。
4.如权利要求3所述的风机叶片，其特征在于，所述隔离件设置于所述第二叶片段靠近所述第一叶片段的一端的端部，所述隔离件的外边缘伸出所述第二叶片段的外周面。
5.如权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，所述风机叶片还包括多个连接组件，多个所述连接组件沿所述第二连接面的外边缘的周向设置并将所述第二叶片段固定在所述第一连接面上。
6.如权利要求5所述的风机叶片，其特征在于，所述连接组件包括第一连接件和第二连接件，所述第二连接件包括安装部和连接部，所述安装部固定在所述第二连接面上，所述连接部沿所述第二连接面的径向方向向外延伸并伸出所述第二连接面的外边缘，所述连接部具有朝向所述第一连接面设置的通孔；
所述第一连接件的一端固定于所述第一连接面，所述第一连接件的另一端朝所述第二连接面的方向延伸并穿过所述通孔与所述第二连接件可拆卸连接。
7.如权利要求6所述的风机叶片，其特征在于，所述连接组件还包括紧固件，所述紧固件用于阻止所述第一连接件和所述第二连接件分离。
8.如权利要求7所述的风机叶片，其特征在于，所述紧固件为螺母，所述第一连接件伸入所述通孔的一端具有外螺纹。
9.如权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，所述风机叶片还包括抗剪切棱柱，所述抗剪切棱柱的两端分别位于所述第一叶片段和所述第二叶片段内，所述抗剪切棱柱的相对的两侧面分别与所述风机叶片内的前缘腹板和后缘腹板固定。
10.如权利要求9所述的风机叶片，其特征在于，所述抗剪切棱柱相对所述风机叶片的迎风面和背风面的两侧面与所述风机叶片的内壁面之间设有弹性填料。
11.如权利要求9所述的风机叶片，其特征在于，所述抗剪切棱柱为长方体，所述抗剪切棱柱在所述风机叶片的翼型弦向方向的长度小于翼型厚度方向的长度。
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