CN113738570B - 一种具有组合式叶片的风电机组及其制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有组合式叶片的风电机组及其制造系统。该具有组合式叶片的风电机组包括设置于上风向的前风轮，前风轮包括多个前叶片，前叶片由叶根段、过渡段和叶尖段依次连接而成，并且过渡段与叶尖段和叶根段形成内凹结构；设置于下风向的后风轮，后风轮包括多个后叶片；以及能够通过前风轮和后风轮的转动发电的机舱，机舱能够与电网连通。前叶片能够分为叶尖段、叶根段和过渡段分别加工制造以后再连接在一起，形成前叶片，由于叶尖段、叶根段和过渡段较整个前叶片的体积和重量均较小，降低了在模具上的成型难度，同时单个的叶尖段、叶根段或者过渡段便于翻转，缩短了前叶片在制造时所耗费的工时，提高了风电机组的生产效率。

Description

一种具有组合式叶片的风电机组及其制造系统
技术领域
本发明涉及风电机组技术领域，尤其涉及一种具有组合式叶片的风电机组及其制造系统。
背景技术
目前，风电机组的风轮叶片普遍采用一体式结构，由于一体式结构的风轮叶片体积和重量均较大，在模具上成型难度较大，同时风轮叶片不便于翻转，导致风轮叶片在制造时耗费工时过长，风电机组的生产效率低下。
因此，如何提高风电机组的生产效率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有组合式叶片的风电机组及其制造系统，以提高风电机组的生产效率。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种具有组合式叶片的风电机组，包括：
设置于上风向的前风轮，所述前风轮包括多个前叶片，所述前叶片由叶根段、过渡段和叶尖段依次连接组合而成，并且所述过渡段与所述叶尖段和所述叶根段形成内凹结构；
设置于下风向的后风轮，所述后风轮包括多个后叶片；以及
能够通过前风轮和后风轮的转动发电的机舱，所述机舱能够与电网连通。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，所述叶尖段为截面呈梭形的中空结构，并且所述叶尖段还包括用于提高所述叶尖段的强度的第一加强梁和第二加强梁。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，所述叶根段为截面呈圆形的中空结构，并且所述叶根段还包括用于提高所述叶根段的强度的第三加强梁和第四加强梁。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，所述过渡段为截面呈椭圆形的实心结构或者设置有第五加强梁的中空结构。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，所述内凹结构包括位于所述过渡段的第一内凹壁、位于所述叶尖段的第二内凹壁和位于所述叶根段的第三内凹壁；
所述第一内凹壁所在平面平行于所述前叶片的长度方向设置，所述第二内凹壁自所述第一内凹壁靠近所述叶尖段的一端向远离所述第一内凹壁的一端倾斜延伸，所述第三内凹壁自所述第一内凹壁靠近所述叶根段的一端向远离所述第一内凹壁的一端倾斜延伸。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，所述第一内凹壁与所述第二内凹壁之间的夹角和所述第一内凹壁与所述第三内凹壁之间的夹角均为30°。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，所述叶尖段与所述过渡段和所述叶根段与所述过渡段均采用搭接胶粘形式连接。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，所述叶尖段与所述过渡段和所述叶根段与所述过渡段的胶粘材料均为环氧树脂。
优选地，在上述具有组合式叶片的风电机组中，还包括设置于所述前叶片和所述后叶片的涡流发生器。
一种具有组合式叶片的风电机组的制造系统，用于制造如上任意一项所述的具有组合式叶片的风电机组；
所述具有组合式叶片的风电机组的制造系统包括用于制造所述具有组合式叶片的风电机组的前叶片的组合式模具，所述组合式模具包括用于制造所述前叶片的叶尖段的第一子模具、用于制造所述前叶片的叶根段的第二子模具和用于制造所述前叶片的过渡段的第三子模具。
使用本发明所提供的具有组合式叶片的风电机组时，通过前叶片在风的作用下带动前风轮转动，后叶片在风的作用下带动后风轮转动，机舱通过前风轮和后风轮的转动发电，并且由于机舱能够与电网连通，因此，机舱通过前风轮和后风轮的转动发电后能够直接将电输送至电网；由于本发明所提供的前叶片由叶根段、过渡段和叶尖段依次连接而成，过渡段与叶尖段和叶根段形成内凹结构，因此，风在流经前叶片时，内凹结构能够使更多的风流过前风轮，使后风轮吸收到更多的风能，提高了具有组合式叶片的风电机组的风能利用率和发电效率；并且，由于前叶片由叶根段、过渡段和叶尖段依次连接组合而成，即前叶片为分段组合式结构，因此，前叶片能够分为叶尖段、叶根段和过渡段分别加工制造以后再连接组合在一起，形成前叶片，由于叶尖段、叶根段和过渡段较整个前叶片的体积和重量均较小，降低了在模具上的成型难度，同时单个的叶尖段、叶根段或者过渡段便于翻转，缩短了前叶片在制造时所耗费的工时，提高了风电机组的生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种前叶片的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种叶尖段的截面结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种过渡段的截面结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的另一种过渡段的截面结构示意图；
图5为本发明实施例所提供的一种叶根段的截面结构示意图。
其中，100为叶尖段，101为第一加强梁，102为第二加强梁，200为叶根段，201为第三加强梁，202为第四加强梁，300为过渡段，301为内凹结构，3011为第一内凹壁，3012为第二内凹壁，3013为第三内凹壁，302为第五加强梁。
具体实施方式
有鉴于此，本发明的核心在于提供一种具有组合式叶片的风电机组及其制造系统，以提高海上风电机组的发电效率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
如图1至图5所示，本发明实施例公开了一种具有组合式叶片的风电机组，包括前风轮、后风轮和机舱。
其中，前风轮设置于上风向，前风轮包括多个前叶片，前叶片由叶根段200、过渡段300和叶尖段100依次连接而成，并且过渡段300与叶尖段100和叶根段200形成内凹结构301；后风轮设置于下风向，后风轮包括多个后叶片；机舱能够通过前风轮和后风轮的转动发电，机舱能够与电网连通。
使用本发明所提供的具有组合式叶片的风电机组时，通过前叶片在风的作用下带动前风轮转动，后叶片在风的作用下带动后风轮转动，机舱通过前风轮和后风轮的转动发电，并且由于机舱能够与电网连通，因此，机舱通过前风轮和后风轮的转动发电后能够直接将电输送至电网；由于本发明所提供的前叶片由叶根段200、过渡段300和叶尖段100依次连接而成，过渡段300与叶尖段100和叶根段200形成内凹结构301，因此，风在流经前叶片时，内凹结构301能够使更多的风流过前风轮，使后风轮吸收到更多的风能，提高了具有组合式叶片的风电机组的风能利用率和发电效率；并且，由于前叶片由叶根段200、过渡段300和叶尖段100依次连接组合而成，即前叶片为分段组合式结构，因此，前叶片能够分为叶尖段100、叶根段200和过渡段300分别加工制造以后再连接组合在一起，形成前叶片，由于叶尖段100、叶根段200和过渡段300较整个前叶片的体积和重量均较小，降低了在模具上的成型难度，同时单个的叶尖段100、叶根段200或者过渡段300便于翻转，缩短了前叶片在制造时所耗费的工时，提高了风电机组的生产效率。
需要说明的是，本发明对上述叶根段200、过渡段300和叶尖段100的具体形状和尺寸等参数不作限定，只要是能够满足使用要求的参数均属于本发明保护范围；优选地，本发明提供了叶根段200、过渡段300和叶尖段100的具体形状。
如图2所示，叶尖段100为截面呈梭形的中空结构，并且叶尖段100还包括第一加强梁101和第二加强梁102，第一加强梁101和第二加强梁102设置于叶尖段100的内部腔体，以便于通过第一加强梁101和第二加强梁102提高叶尖段100的强度。
如图5所示，叶根段200为截面呈圆形的中空结构，并且叶根段200还包括第三加强梁201和第四加强梁202，第三加强梁201和第四加强梁202设置于叶根段200的内部腔体，以便于通过第三加强梁201和第四加强梁202提高叶根段200的强度。
需要说明的是，上述叶尖段100和叶根段200的加强梁的数量不仅限于两个，实际应用中，可以根据叶片的力学性能要求对加强梁的数量作适应性的增减，只要是能够满足叶片的力学性能要求的数量均属于本发明保护范围内。
如图3和图4所示，过渡段300为截面呈椭圆形的实心结构或者设置有第五加强梁302的中空结构，以便于通过第五加强梁302提高过渡段300的强度，或者直接采用强度较高的实心结构，结构简单，便于加工制造。
另外，上述内凹结构301可以是梯形、矩形或者锯齿形等形状，只要是能够使风通过，使后风轮吸收到更多的风能，提高具有组合式叶片的风电机组的风能利用率和发电效率的形状均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的内凹结构301呈梯形缺口。
如图1所示，本发明所提供的内凹结构301包括位于所述过渡段300的第一内凹壁3011、位于所述叶尖段100的第二内凹壁3012和位于所述叶根段200的第三内凹壁3013，第一内凹壁3011所在平面平行于前叶片的长度方向设置，第二内凹壁3012自第一内凹壁3011靠近叶尖段100的一端向远离第一内凹壁3011的一端倾斜延伸，第三内凹壁3013自第一内凹壁3011靠近叶根段200的一端向远离第一内凹壁3011的一端倾斜延伸，以形成梯形缺口，使更多的风能够由梯形缺口吹过，使后风轮吸收到更多的风能。
需要说明的是，上述第一内凹壁3011所在平面与第二内凹壁3012所在平面之间的夹角和第三内凹壁3013所在平面与第一内凹壁3011所在平面之间的夹角不能过大，防止因夹角过大造成强度不足，同时，第一内凹壁3011所在平面与第二内凹壁3012所在平面之间的夹角和第三内凹壁3013所在平面与第一内凹壁3011所在平面之间的夹角不能过小，防止因夹角过小导致通过内凹结构301的风量较小，使后叶片所吸收的风量减少，影响后叶片的气动性能；优选地，本发明实施例所提供的第一内凹壁3011所在平面与第二内凹壁3012所在平面之间的夹角和第三内凹壁3013所在平面与第一内凹壁3011所在平面之间的夹角均为30°，既能满足前叶片的强度要求，又能使对后叶片气动性能的影响最小化。
进一步地，本发明所提供的叶尖段100与过渡段300和叶根段200与过渡段300均采用搭接胶粘形式连接，以便于将叶尖段100、过渡段300和叶根段200组合为前叶片。
需要说明的是，本发明对叶尖段100与过渡段300和叶根段200与过渡段300的胶粘材料可以是环氧树脂类、聚氨酯类或者有机硅类等类型，只要是能够满足使用要求的类型均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例采用环氧树脂类胶粘材料对叶尖段100与过渡段300和叶根段200与过渡段300进行胶粘。
并且，为提高搭接胶粘精度，上述过渡段300的两端设有定位结构，叶尖段100靠近过渡段300的一端和叶根段200靠近过渡段300的一端均设置有与上述定位结构配合的配合结构，以便于通过定位结构和配合结构的配合限制叶尖段100与过渡段300和叶根段200与过渡段300的相对移动，提高前叶片的组装精度。
进一步地，本发明所提供的具有组合式叶片的风电机组还包括设置于前叶片和后叶片上的涡流发生器，以便于增加前叶片和后叶片的功率，进一步提高具有组合式叶片的风电机组的发电量。
本发明对上述涡流发生器在前叶片上的设置长度和宽度均不作具体限定，实际应用中，可以根据实际需求对前叶片上的涡流发生器的长度和宽度作适应性修改，只要是能够满足使用要求的长度和宽度均属于本发明保护范围内；优选地，本发明实施例所提供的前叶片上的涡流发生器宽度为前叶片宽度的0.2～0.3倍，长度为前叶片长度的0.7倍。
同样地，本发明对上述涡流发生器在后叶片上的长度和宽度等参数均不作具体限定，实际应用中，可以根据实际需求对上述参数作适应性修改，只要是能够满足使用要求的参数均属于本发明保护范围内。
此外，本发明还公开了一种具有组合式叶片的风电机组的制造系统，用于制造如上任意一项所述的具有组合式叶片的风电机组。
该具有组合式叶片的风电机组的制造系统包括用于制造具有组合式叶片的风电机组的前叶片的组合式模具，组合式模具包括用于制造前叶片的叶尖段100的第一子模具、用于制造前叶片的叶根段200的第二子模具和用于制造前叶片的过渡段300的第三子模具，以便于通过第一子模具制造叶尖段100，通过第二子模具制造叶根段200，通过第三子模具制造过渡段300，即将前叶片分段灌注后再组装在一起，通过分段灌注减少前叶片的制造缺陷，提高前叶片的质量。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
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 (9)

1.一种具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，包括：
设置于上风向的前风轮，所述前风轮包括多个前叶片，所述前叶片由叶根段、过渡段和叶尖段依次连接组合而成，并且所述过渡段与所述叶尖段和所述叶根段形成内凹结构；
设置于下风向的后风轮，所述后风轮包括多个后叶片；以及
能够通过前风轮和后风轮的转动发电的机舱，所述机舱能够与电网连通；
所述内凹结构包括位于所述过渡段的第一内凹壁、位于所述叶尖段的第二内凹壁和位于所述叶根段的第三内凹壁；
所述第一内凹壁所在平面平行于所述前叶片的长度方向设置，所述第二内凹壁自所述第一内凹壁靠近所述叶尖段的一端向远离所述第一内凹壁的一端倾斜延伸，所述第三内凹壁自所述第一内凹壁靠近所述叶根段的一端向远离所述第一内凹壁的一端倾斜延伸。
2.根据权利要求1所述的具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，所述叶尖段为截面呈梭形的中空结构，并且所述叶尖段还包括用于提高所述叶尖段的强度的第一加强梁和第二加强梁。
3.根据权利要求1所述的具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，所述叶根段为截面呈圆形的中空结构，并且所述叶根段还包括用于提高所述叶根段的强度的第三加强梁和第四加强梁。
4.根据权利要求1所述的具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，所述过渡段为截面呈椭圆形的实心结构或者设置有第五加强梁的中空结构。
5.根据权利要求1所述的具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，所述第一内凹壁与所述第二内凹壁之间的夹角和所述第一内凹壁与所述第三内凹壁之间的夹角均为30°。
6.根据权利要求1所述的具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，所述叶尖段与所述过渡段和所述叶根段与所述过渡段均采用搭接胶粘形式连接。
7.根据权利要求1所述的具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，所述叶尖段与所述过渡段和所述叶根段与所述过渡段的胶粘材料均为环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的具有组合式叶片的风电机组，其特征在于，还包括设置于所述前叶片和所述后叶片的涡流发生器。
9.一种具有组合式叶片的风电机组的制造系统，其特征在于，用于制造如权利要求1至8任意一项所述的具有组合式叶片的风电机组；
所述具有组合式叶片的风电机组的制造系统包括用于制造所述具有组合式叶片的风电机组的前叶片的组合式模具，所述组合式模具包括用于制造所述前叶片的叶尖段的第一子模具、用于制造所述前叶片的叶根段的第二子模具和用于制造所述前叶片的过渡段的第三子模具。
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