CN114320781A - 风力发电机的叶片结构及制作方法及风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机的叶片结构及制作方法及风力发电机，所述叶片结构具有与风力发电机的轮毂固定连接的第一端，所述第一端的端面上周向设有多个第一连接孔，多个所述第一连接孔呈圆环分布，所述第一端的端面上还周向上设有多个第二连接孔，多个所述第二连接孔位于所述圆环的内周侧或外周侧，所述第二连接孔由预埋螺栓套组件形成。通过在叶片结构的叶根增设第二层由预埋螺栓套组件形成的连接孔，螺栓从轮毂端穿入与双层连接孔连接，以增强叶片结构在叶根处的连接强度，提高叶根承载能力。

Description

风力发电机的叶片结构及制作方法及风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种风力发电机的叶片结构及制作方法及风力发电机。

背景技术

风轮是风力发电机的能源捕获单元，风轮转动过程中，叶片叶根处的载荷是最复杂的，而且其大小和方向也是在不断变化的，载荷的水平也非常高，是疲劳损伤和断裂发生的重灾区。

目前风力发电机的叶片与中心轮毂的连接都是采用单层螺栓连接，在风力发电机大型化的趋势下，风轮越来越大，叶片越来越长，这就导致叶根载荷也越来越大，叶根螺栓受到的极限载荷及疲劳损伤也逐渐增大，叶片结构叶根处的连接强度降低。

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风力发电机的叶片与中心轮毂采用单层螺栓连接，在叶片不断加长的情况下，叶根螺栓受到的极限载荷及疲劳损伤也逐渐增大，导致叶片结构叶根处的连接强度降低的缺陷，提供一种风力发电机的叶片结构及制作方法及风力发电机。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明提供了一种风力发电机的叶片结构，所述叶片结构具有与风力发电机的轮毂固定连接的第一端，所述第一端的端面上周向设有多个第一连接孔，多个所述第一连接孔呈圆环分布，所述第一端的端面上还周向上设有多个第二连接孔，多个所述第二连接孔位于所述圆环的内周侧或外周侧，所述第二连接孔由预埋螺栓套组件形成。

在本方案中，通过在叶片结构的叶根处增设第二层由预埋螺栓套组件形成的连接孔，螺栓从轮毂端穿入与双层连接孔连接，以增强叶片结构在叶根处的连接强度，提高叶根承载能力。

较佳地，所述第一端具有内腔，所述内腔的内周面上间隔设有多个凸起部，所述第二连接孔设于所述凸起部内。

在本方案中，通过预埋螺栓套组件铺设形成第二层螺栓连接孔，制作工序简单，能实现快速安装，加工效率高。

较佳地，相邻两个所述凸起部之间设置有填充件。

在本方案中，采用上述结构形式，以在增强叶根连接强度的同时，避免大幅度增加叶片重量，提高叶片处叶根的抗疲劳能力。

较佳地，所述填充件为轻质材料。

在本方案中，采用上述结构形式，以减轻叶片处叶根的重量，从而尽可能减轻叶片的总体重量。

较佳地，所述预埋螺栓套组件包括UD拉挤块和螺栓套，所述螺栓套设置于所述UD拉挤块内。

在本方案中，通过UD拉挤块和螺栓套组合形成预埋螺栓套组件，便于加工和实现快速安装。

较佳地，所述预埋螺栓套组件还包括楔形条，所述楔形条设置于所述UD拉挤块内并抵接于所述螺栓套。

在本方案中，通过在UD拉挤块内部设置楔形条并做倒角处理，以实现平滑过渡，避免应力集中。

较佳地，所述第一连接孔由所述预埋螺栓套组件形成。

在本方案中，采用上述结构形式，能简化加工工序。

本发明还提供了一种风力发电机的叶片结构的制作方法，所述制作方法用于制作如前所述的叶片结构，所述制作方法包括以下步骤：

S10、铺设风力发电机的叶片结构的骨架，并确定所述第一连接孔和所述第二连接孔的位置；

S20、所述第二连接孔的位置放置所述预埋螺栓套组件；

S30、向所述叶片结构的骨架上浇筑树脂材料，得到风力发电机的叶片结构。

在本方案中，通过前述的制作方法制作叶片结构的叶根部分，操作简单，结构牢固。

较佳地，在步骤S10之前包括以下步骤：

S1、通过有限元模拟计算，确定第一连接孔和第二连接孔的数量和排布方式。

在本方案中，通过模拟计算的方法确定双层螺栓的数量和排布方式，能使叶片结构的排布更合理，并且提高效率。

本发明还提供了一种风力发电机，所述风力发电机包括如前所述的叶片结构。

在本方案中，采用上述结构形式，能使风力发电机具有良好的叶根承载能力和抗疲劳能力，并且便于加工，制作简便。

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例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明提供的一种风力发电机的叶片结构，所述叶片结构具有与风力发电机的轮毂固定连接的第一端，所述第一端的端面上周向设有多个第一连接孔，多个所述第一连接孔呈圆环分布，所述第一端的端面上还周向上设有多个第二连接孔，多个所述第二连接孔位于所述圆环的内周侧或外周侧，所述第二连接孔由预埋螺栓套组件形成。通过在叶片结构的叶根增设第二层由预埋螺栓套组件形成的连接孔，螺栓从轮毂端穿入与双层连接孔连接，以增强叶片结构在叶根处的连接强度，提高叶根承载能力。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的风力发电机的叶片结构的叶根的整体结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的风力发电机的叶片结构的叶根的局部结构示意图。

图3为本发明较佳实施例的风力发电机的叶片结构的叶根的局部结构示意图。

图4为本发明较佳实施例的风力发电机的叶片结构的叶根的局部结构示意图。

图5为本发明较佳实施例的风力发电机的叶片结构的叶根的局部结构示意图。

图6为本发明较佳实施例的风力发电机的叶片结构的叶根的局部结构示意图。

图7为本发明较佳实施例的风力发电机的叶片结构的叶根的制作方法的流程图。

附图标记说明：

叶根1

叶根的外层100

叶根的内层200

凸起部20

预埋螺栓套组件10

UD拉挤块101

螺栓套102

楔形条103

第一连接孔11

外侧布层110

中间布层111

第二连接孔12

内侧布层121

填充件13

具体实施方式

下面通过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的实施例范围之中。

如图1-图6所示，本实施例提供一种风力发电机的叶片结构，该叶片结构具有与风力发电机的轮毂固定连接的第一端，第一端的端面上周向设有多个第一连接孔11，多个第一连接孔11呈圆环分布，第一端的端面上还周向上设有多个第二连接孔12，多个第二连接孔12位于圆环的内周侧或外周侧，第二连接孔12由预埋螺栓套组件10形成。

如图1、图3所示，其中，叶片结构与风力发电机的轮毂固定连接的第一端的端面，即指叶片结构的叶根1的端部的端面，其上周向设有多个第一连接孔11，多个第一连接孔11即为与轮毂连接的第一层螺栓孔，第一层螺栓孔的圆心形成一个圆或椭圆。优选地，第一层螺栓孔由预埋螺栓套组件10形成，以简化加工工序。在其他实施例中，第一层螺栓孔也可以直接打孔形成。在叶根1的端部的端面上还周向设有多个第二连接孔12，多个第二连接孔12即为与轮毂连接的第二层螺栓孔，第二层螺栓孔的圆心也形成一个圆或椭圆。第二层螺栓孔由预埋螺栓套组件10形成。叶片结构的叶根1通过双层螺栓孔与轮毂通过螺栓连接。

通过在叶片结构的叶根1增设第二层由预埋螺栓套组件10形成的连接孔，螺栓从轮毂端穿入与双层连接孔连接，以增强叶片结构在叶根1的连接强度，提高叶根1承载能力。

作为优选方案，第二连接孔12的圆心位于第一连接孔11的圆心所形成的形状内部，第二连接孔12的圆心距离第一连接孔11的圆心至少为第一连接孔11与第二连接孔12的半径之和，能在不增大叶根1节圆直径的长度下，增强叶片结构在叶根1处的连接强度，提高叶根1承载能力，减少叶片结构的叶根1的体积，便于与现有轮毂的尺寸匹配，快速安装。

在本实施例中，第一端具有内腔，内腔的内周面上间隔设有多个凸起部20，第二连接孔12设于凸起部20内。内腔由形成第一连接孔11的预埋螺栓套组件10经铺设后浇灌构成，即指第一层螺栓孔的预埋螺栓套组件10所构成的内部区域空间，在内腔的内周面上设有多个凸起部20，该凸起部20即指形成第二层螺栓孔的预埋螺栓套组件10经铺设后浇灌构成。通过预埋螺栓套组件10铺设形成第二层螺栓连接孔，制作工序简单，能实现快速安装，加工效率高。

在另一种实施例中，凸起部20可以是其他实体结构，只要在凸起部20内设有螺栓孔即可。在其他实施例中，凸起部20可以为一整个环形凸起结构。

如图2所示，在本实施例中，相邻两个凸起部20之间设置有填充件13，以在增强叶根1连接强度的同时，避免大幅度增加叶片重量，提高叶片处叶根1的抗疲劳能力。

进一步地，填充件13为轻质材料，如空心硬质材料、泡沫材料等，以减轻叶片处叶根1的重量，从而尽可能减轻叶片的总体重量。

如图4-图6所示，在本实施例中，预埋螺栓套组件10包括UD拉挤块101和螺栓套102，螺栓套102设置于UD拉挤块101内。具体地，预埋螺栓套组件10由两个对半的UD拉挤块101拼合形成，螺栓套102设置在UD拉挤块101内部的前端，该前端即指靠近叶根1端部的位置，UD拉挤块101由单向纤维布灌注拉挤成型，又称单向纤维增强塑料拉挤块。通过UD拉挤块101和螺栓套102组合形成预埋螺栓套组件10，便于加工和实现快速安装。

进一步地，预埋螺栓套组件10还包括楔形条103，楔形条103设置于UD拉挤块101内并抵接于螺栓套102。在本实施例中，楔形条103设置于UD拉挤块101内部的后端，该后端即指远离叶根1端部的位置。其中，UD拉挤块101和楔形条103的尾部均做倒角处理。通过在UD拉挤块101内部设置楔形条103并做倒角处理，以实现平滑过渡，避免应力集中。

如图7所示，本实施例还提供了一种风力发电机的叶片结构的制作方法，该制作方法用于制作前述中的叶片结构，制作方法包括以下步骤：

S10、铺设风力发电机的叶片结构的骨架，并确定第一连接孔11和第二连接孔12的位置。

S20、第二连接孔12的位置放置预埋螺栓套组件10。

S30、向叶片结构的骨架上浇筑树脂材料，得到风力发电机的叶片结构。

具体地，首先，铺设好叶片结构的外侧布层110，在外侧布层110上铺设形成第一层螺栓孔的预埋螺栓套组件10，即将预埋螺栓套102、相邻预埋螺栓套102之间的UD拉挤块101以及UD拉挤块101内后端的泡沫楔形条103按顺序排列铺设好，形成叶根的外层100。然后，在第一层螺栓孔的预埋螺栓套组件10上铺设中间布层111，即铺几层双轴布。其次，在中间布层111上铺设形成第二层螺栓孔的预埋螺栓套组件10，即将UD拉挤块101、预埋螺栓套102、尾部泡沫楔形条103、另一侧UD拉挤块101以及泡沫填充组件按顺序排列铺设好，形成叶根的内层200。再次，在第二层螺栓孔的预埋螺栓套组件10上铺设叶片内侧布层121。最后，将铺设好的材料进行真空树脂灌注，树脂固化后形成风力发电机的叶片结构的叶根部分。通过前述的制作方法制作叶片结构的叶根部分，操作简单，结构牢固。

进一步地，在步骤S10之前包括以下步骤：

S1、通过有限元模拟计算，确定第一连接孔11和第二连接孔12的数量和排布方式。

具体地，通过有限元模拟叶片结构叶根1的载荷环境，计算和优化出叶根1的节圆直径和所需的叶根螺栓数量，确定外层预埋螺栓套组件10、内层预埋螺栓套组件10的数量、UD拉挤块101和尾部泡沫楔形条103的形状尺寸以及填充件13的数量和形状尺寸。通过模拟计算的方法确定双层螺栓的数量和排布方式，能使叶片结构的排布更合理，并且提高效率。

本实施例还提供了一种风力发电机，该风力发电机包括前述中的叶片结构。使用前述叶片结构的风力发电机，其具有良好的叶根承载能力和抗疲劳能力，并且便于加工，制作简便。

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 (10)

1.一种风力发电机的叶片结构，所述叶片结构具有与风力发电机的轮毂固定连接的第一端，所述第一端的端面上周向设有多个第一连接孔，多个所述第一连接孔呈圆环分布，其特征在于，所述第一端的端面上还周向上设有多个第二连接孔，多个所述第二连接孔位于所述圆环的内周侧或外周侧，所述第二连接孔由预埋螺栓套组件形成。

2.如权利要求1所述的风力发电机的叶片结构，其特征在于，所述第一端具有内腔，所述内腔的内周面上间隔设有多个凸起部，所述第二连接孔设于所述凸起部内。

3.如权利要求2所述的风力发电机的叶片结构，其特征在于，相邻两个所述凸起部之间设置有填充件。

4.如权利要求3所述的风力发电机的叶片结构，其特征在于，所述填充件为轻质材料。

5.如权利要求1所述的风力发电机的叶片结构，其特征在于，所述预埋螺栓套组件包括UD拉挤块和螺栓套，所述螺栓套设置于所述UD拉挤块内。

6.如权利要求5所述的风力发电机的叶片结构，其特征在于，所述预埋螺栓套组件还包括楔形条，所述楔形条设置于所述UD拉挤块内并抵接于所述螺栓套。

7.如权利要求1所述的风力发电机的叶片结构，其特征在于，所述第一连接孔由所述预埋螺栓套组件形成。

8.一种风力发电机的叶片结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法用于制作如权利要求1-7任意一项所述的叶片结构，所述制作方法包括以下步骤：

S10、铺设风力发电机的叶片结构的骨架，并确定所述第一连接孔和所述第二连接孔的位置；

S20、在所述第二连接孔的位置放置所述预埋螺栓套组件；

S30、向所述叶片结构的骨架上浇筑树脂材料，得到风力发电机的叶片结构。

9.如权利要求8所述的风力发电机的叶片结构的制作方法，其特征在于，在步骤S10之前包括以下步骤：

S1、通过有限元模拟计算，确定第一连接孔和第二连接孔的数量和排布方式。

10.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机包括如权利要求1-7中任意一项所述的叶片结构。

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