CN113187653A - 一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构及其成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构及其成型方法，本发明在叶片气动外形的基础上增加一个气动部件用于修正叶片的结构外形，从而避免结构设计时的诸多问题；通过在叶片钝后缘区域分离出一个部件，在叶片制作过程中单独预制，后期和叶片整体粘接以保证叶片的气动外形满足要求，此过程可以使叶片的结构外形与气动外形不一致，从而达到结构外形更加方便的进行设计的目的。本发明不仅可以优化叶片的结构设计，也可以实际解决叶片制作过程中的工艺问题。

Description

一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构及其成型方法
技术领域
本发明涉及风电叶片制造技术领域，具体涉及一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构及其成型方法。
背景技术
目前风电叶片制造首先是确定叶片气动外形（下简称翼型），根据叶片翼型进行模具加工，同时依据叶片的翼型、风场的风速情况、整机的载荷进行叶片铺层结构的设计；因此叶片的翼型会影响叶片的结构设计，也会影响叶片的制造工艺。在进行叶片结构设计和工艺开发时往往会存在与叶片翼型矛盾的地方，即若要采用更加优化的设计和工艺需改变叶片的翼型，而改变叶片的翼型又往往会影响叶片的风能转化率，最终影响叶片的发电效率。
在叶片制造过程中也存在着其他叶片结构设计和气动外形冲突的地方。如专利申请号201480054283.6公开了一种叶片吸力面（下简称PS面）的背平后缘段采用倒圆连接段从而解决翼型限制叶片结构的方法。叶片翼型在背平面需要一个尖角结构从而增加压力面（下简称SS面）的空气动力学有效表面，使得能够实现强制且因此受控的流动分离；而叶片若按此翼型进行铺设时则会产生纤维褶皱、形成富树脂从而影响叶片的安全性。
然而此专利仅针对叶片后缘的背平面结构，且仅用于提升其空气动力学效率，即风能利用率，对其他区域的翼型结构并未进行优化，也未对叶片制造过程中的工艺问题进行考虑，同时此专利所述的倒圆连接段是由泡沫或橡胶化材料制成，直接在叶片表面粘接此种结构材料会影响叶片的使用寿命。
随着叶片越来越长，截圆直径逐渐增大，叶片结构也在发生变化。小腹板在叶片中的应用也越来越多，小腹板在制造、使用过程中有诸多问题；如小腹板采用阳模制造的话，难以调节小腹板轮廓，因此难以调整间隙；采用阴模制造的话在尖部区域间隙较小难以手工操作；小腹板使用过程中由于叶片内部空间较小，难以进行刮胶等人工操作也限制其应用。然而由于叶片气动外形的限制，叶片结构设计时必须要考虑叶片后缘需额外粘接的现实，小腹板的使用也是必须的。
发明内容
本发明的目的是提供一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构及其成型方法，本发明针对叶片设计过程中气动外形设计和结构设计的冲突，在以前气动外形和结构翼型一致，气动外形决定结构设计，使结构设计难以实现的基础上，创新性的提出一种风电叶片结构及其制造方法。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构，该叶片结构由半壳状的叶片PS面和半壳状的叶片SS面相对粘接而成，该叶片结构的前缘和后缘上可选择性的设置有用于粘接的气动部件，且该气动部件铺设在叶片结构的外蒙皮上方，叶片结构和气动部件的外侧共同铺设有其他铺层。
进一步的，所述气动部件的设置位置包括但不仅限于叶片PS面后缘、叶片SS面后缘和叶片前、后缘的其他位置。
进一步的，所述气动部件由聚氨酯发泡工艺制备而成。
一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构的成型方法，包括以下步骤：
步骤一：在叶片制造过程中，提前预制气动部件，在叶片设计时提前设计气动部件区域，然后进行叶片模具加工，同时进行气动部件模具加工；
步骤二：在叶片制造过程中，提前使用聚氨酯发泡材料填充气动部件模具制备气动部件，将发泡制得的气动部件放置在叶片模具的内蒙皮上方；
步骤三：在气动部件上进行其他铺层铺设，之后一体灌注成型，最终完成叶片制造过程。
进一步的，在进行其他铺层铺设时，包括但不仅限于对布层和芯材的铺设。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一，本发明提出了在叶片翼型的全表面都可采用气动组件进而改变叶片结构外形的方法，并不仅仅针对PS面后缘拐角区域，针对叶片制造过程中的工艺问题或叶片设计过程中的结构问题都可采用此方法进行避免，适用性强；
第二，本发明采用聚氨酯发泡技术来制备气动组件解决了芯材难以加工，使用其他材料叶片过重的问题，通过使用聚氨酯发泡工艺，可大胆的进行叶片气动结构的设计而不必考虑芯材难以加工，部件难以成型的问题；
第三，本发明采用气动组件使得在进行大叶片设计时可考虑取消小腹板结构，优化了叶片的制造工艺，降低了叶片制造和使用过程中的风险。
附图说明
图1是气动部件位于PS面后缘的叶片结构示意图；
图2是气动部件位于SS面后缘的叶片结构示意图；
图3是气动部件位于前后缘的叶片结构示意图；
图4是具有小腹板结构的叶片示意图；
图中标记：1、叶片气动外形，2、叶片PS面，3、叶片SS面，4、叶片的大梁结构，5、叶片的腹板结构，6、气动部件，7、小腹板结构。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构，如图1-图3所示，该叶片结构的气动外形1由半壳状的叶片PS面2和半壳状的叶片SS面3相对粘接而成，叶片PS面2和叶片SS面3均包括由叶片前缘和叶片后缘组成的叶片的腹板结构5，该叶片结构的前缘和后缘上可选择性的设置有用于粘接的气动部件6，气动部件6优选为由聚氨酯发泡工艺制备而成；且该气动部件铺设在叶片结构的外蒙皮上方，叶片结构和气动部件6的外侧共同铺设有其他铺层，此处需要说明的是，本发明并未对风电叶片制造过程中用到的铺层进行改进，因此本发明所指出的其他铺层为本领域常规的铺设方法，如其他布层和芯材的铺设，因此，本发明中并未对其他铺层的具体结构进行说明。
所述气动部件6的设置位置包括但不仅限于叶片PS面2后缘、叶片SS面3后缘和叶片前、后缘的其他位置，其中，图1是气动部件位于PS面后缘的叶片结构示意图；图2是气动部件位于SS面后缘的叶片结构示意图；图3是气动部件位于前后缘的叶片结构示意图；图4是具有小腹板结构的叶片示意图；本发明可以通过在叶片制造过程中，提前预制气动部件，从而改变叶片内部的空间轮廓和铺层结构，在叶片设计时提前设计气动部件区域，从而优化叶片的结构设计，取消小腹板结构7。
本发明一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构的成型方法，包括以下步骤：
步骤一：在叶片制造过程中，提前预制气动部件6，在叶片设计时提前设计气动部件区域，然后进行叶片模具加工，同时进行气动部件模具加工；
步骤二：在叶片制造过程中，提前使用聚氨酯发泡材料填充气动部件模具制备气动部件，将发泡制得的气动部件放置在叶片模具的内蒙皮上方；
步骤三：在气动部件上进行其他铺层铺设，之后一体灌注成型，最终完成叶片制造过程。进一步的，在进行其他铺层铺设时，包括但不仅限于对布层和芯材的铺设。
本发明在叶片气动外形的基础上增加一个气动部件用于修正叶片的结构外形，从而避免结构设计时的诸多问题；通过在叶片钝后缘区域分离出一个部件，在叶片制作过程中单独预制，后期和叶片整体粘接以保证叶片的气动外形满足要求，此过程可以使叶片的结构外形与气动外形不一致，从而达到结构外形更加方便的进行设计的目的。本发明不仅可以优化叶片的结构设计，也可以实际解决叶片制作过程中的工艺问题。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构，该叶片结构由半壳状的叶片PS面和半壳状的叶片SS面相对粘接而成，其特征在于：该叶片结构的前缘和后缘上可选择性的设置有用于粘接的气动部件，且该气动部件铺设在叶片结构的外蒙皮上方，叶片结构和气动部件的外侧共同铺设有其他铺层。
2.根据权利要求1所述的一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构，其特征在于：所述气动部件的设置位置包括但不仅限于叶片PS面后缘、叶片SS面后缘和叶片前、后缘的其他位置。
3.根据权利要求2所述的一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构，其特征在于：所述气动部件由聚氨酯发泡工艺制备而成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种可改变叶片结构外形的风电叶片结构的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在叶片制造过程中，提前预制气动部件，在叶片设计时提前设计气动部件区域，然后进行叶片模具加工，同时进行气动部件模具加工；
步骤二：在叶片制造过程中，提前使用聚氨酯发泡材料填充气动部件模具制备气动部件，将发泡制得的气动部件放置在叶片模具的内蒙皮上方；
步骤三：在气动部件上进行其他铺层铺设，之后一体灌注成型，最终完成叶片制造过程。
5.根据权利要求4所述的成型方法，其特征在于，在进行其他铺层铺设时，包括但不仅限于对布层和芯材的铺设。
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