CN114412699A - 一种分段式复合材料风电叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种分段式复合材料风电叶片；包括沿风电叶片长度方向设置第一分段和第二分段；第一分段内设置第一腹板，第一腹板一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第一间隙槽；第二分段内设置第二腹板；第二腹板一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第二间隙槽；第一连接板，设置有组成“T”字型的第一底板和第一立板；第二连接板，设置有组成“L”字型的第二底板和第二立板；第一紧固结构，用于将第一立板、贴合板、第一腹板、第二腹板和第二立板固定连接；第二紧固结构，用于将第一底板、第二底板、第一分段和第二分段固定连接。本发明提供了一种分段式复合材料风电叶片，提高复合材料风电叶片在使用时的可靠性。

Description

一种分段式复合材料风电叶片
技术领域
本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种分段式复合材料风电叶片。
背景技术
风是一种没有公害的能源，而我国拥有大量的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带等风能资源丰富的地区，因此大力加快风电项目的建设，对于我国的调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。
在风力发电机中，为了提高风能资源的利用效率，风电叶片的长度逐渐加长，长叶片的运输非常不便，而当叶片到达一定长度后，这也是运输禁止的范围。因此，会将风电叶片会做成分段式，对每段进行单独的运输，再在安装地点进行拼接。
传统的风电叶片由金属制成，导致风电叶片重量过重，在使用过程中耗能较大且容易损坏。随着复合材料技术的成熟，开始使用比如玻纤、碳纤或者是碳、玻混合材料等复合材料来代替传统的金属材料，其强度高但重量更轻。但由于复合材料和金属材料之间的特性差距较大，沿用传统的拼接结构会导致风电叶片分段之间的连接强度较差，降低了风电叶片整体在使用时的可靠性。
鉴于上述问题，本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，设计一种分段式复合材料风电叶片，提高复合材料风电叶片在使用时的可靠性。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术中存在的缺陷提供一种分段式复合材料风电叶片，解决分段式复合材料风电叶片沿用传统的金属叶片的拼接结构会导致风电叶片分段之间的连接强度较差，风电叶片整体在使用时的可靠性较差的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
包括：沿风电叶片长度方向设置第一分段和第二分段；
所述第一分段内设置第一腹板，所述第一腹板一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第一间隙槽；
所述第二分段内设置第二腹板；所述第二腹板一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第二间隙槽；
第一连接板，设置有组成“T”字型的第一底板和第一立板；
第二连接板，设置有组成“L”字型的第二底板和第二立板；
所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述第一腹板和所述第二腹板的端面抵接；所述第一腹板和所述第二腹板的两侧均设置贴合板，每个所述贴合板两端分别贴合所述第一腹板和所述第二腹板；所述第一底板放入所述第一间隙槽和所述第二间隙槽内，且所述第一底板的两边分别贴合所述第一分段和所述第二分段的内壁，所述第一立板与一侧的所述贴合板贴合；所述第二底板与所述第一底板贴合，所述第二立板与另一侧的所述贴合板贴合；
第一紧固结构，用于将所述第一立板、所述贴合板、所述第一腹板、所述第二腹板和所述第二立板固定连接；
第二紧固结构，用于将所述第一底板、所述第二底板、所述第一分段和所述第二分段固定连接。
进一步地，在所述第一分段的拼接端，所述第一腹板的一端延伸至所述第一分段外侧；在所述第二分段的拼接端，所述第二腹板的一端与所述第二分段的一端形成间隔；所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述第一腹板的延伸段伸入所述间隔内。
进一步地，所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述第一立板的两端分别伸入所述第一分段和所述第二分段内。
进一步地，所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述贴合板的顶端和底端均抵住对应的所述第一底板。
进一步地，所述第一腹板和所述第二腹板均设置有两个，且分别间隔设置在所述第一分段和所述第二分段内。
进一步地，所述第一紧固结构包括第一紧固件和第二紧固件，所述第一紧固件用于固定连接所述第一立板、两侧的所述贴合板、所述第一腹板和所述第二立板，所述第二紧固件用于固定连接所述第一立板、两侧的所述贴合板、所述第二腹板和所述第二立板。
进一步地，所述第二紧固结构包括第三紧固件和第四紧固件，所述第三紧固件用于固定连接所述第一底板、所述第二底板和所述第一分段，所述第四紧固件用于固定连接所述第一底板、所述第二底板和所述第一分段。
进一步地，所述第一腹板、所述第二腹板、所述第一分段和所述第二分段上设置有若干个预埋金属螺套、预埋金属轴套或预埋金属块，用于与所述第一紧固结构或所述第二紧固结构连接。
进一步地，所述第一连接板和所述第二连接板上均设置有呈三角形的加强板。
进一步地，加强板设置在所述第一分段和所述第二分段的拼接处。
通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：
设计的一种分段式复合材料风电叶片，通过将第一分段和第二分段的拼接处、与第一腹板和第二腹板的拼接处进行错位设置，使拼接处在受力时对第一连接板产生的剪切力不会集中在一处，从而提升风电叶片整体的结构强度；通过使与第一分段或第二分段之间直接连接的只有第一连接板，从而避免第一分段或第二分段被撕裂。
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中记载的一些实施例，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为本发明实施例中分段式复合材料风电叶片的结构示意图；
图2为本发明实施例中分段式复合材料风电叶片的结构分解图；
图3为本发明实施例中第一分段的结构示意图；
图4为本发明实施例中第二分段的结构示意图；
图5为本发明实施例中图1的A处剖视图；
图6为本发明实施例中图5的B处放大图；
图7为本发明实施例中第一连接板的结构示意图；
图8为本发明实施例中第二连接板的结构示意图；
图9为本发明实施例中分段式复合材料风电叶片拼接第一步示意图；
图10为本发明实施例中分段式复合材料风电叶片拼接第二步示意图；
图11为本发明实施例中分段式复合材料风电叶片拼接第三步示意图；
图12为本发明实施例中图11的C处放大图；
图13为本发明实施例中第一分段和第二分段连接处的受力示意图；
附图标记：第一分段1、第一腹板11、第一间隙槽12、第二分段2、第二腹板21、第二间隙槽22、第一连接板3、第一底板31、第一立板32、第二连接板4、第二底板41、第二立板42、贴合板5、第一紧固件61、第二紧固件62、第三紧固件63、第四紧固件64。
具体实施方式
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种分段式复合材料风电叶片，如图1~12所示，包括沿风电叶片长度方向设置第一分段1和第二分段2；
第一分段1内设置第一腹板11，第一腹板11一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第一间隙槽12；
第二分段2内设置第二腹板21；第二腹板21一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第二间隙槽22；
第一连接板3，设置有组成“T”字型的第一底板31和第一立板32；
第二连接板4，设置有组成“L”字型的第二底板41和第二立板42；
第一分段1和第二分段2拼接后，第一腹板11和第二腹板21的端面抵接；第一腹板11和第二腹板21的两侧均设置贴合板5，每个贴合板5两边分别贴合第一腹板11和第二腹板21；第一底板31放入第一间隙槽12和第二间隙槽22内，且第一底板31的两端分别贴合第一分段1和第二分段2的内壁，第一立板32与一侧的贴合板5贴合；第二底板41与第一底板31贴合，第二立板42与另一侧的贴合板5贴合；
第一紧固结构，用于将第一立板32、贴合板5、第一腹板11、第二腹板21和第二立板42固定连接；
第二紧固结构，用于将第一底板31、第二底板41、第一分段1和第二分段2固定连接。
本结构通过将第一分段1和第二分段2的拼接处、与第一腹板11和第二腹板21的拼接处进行错位设置，使拼接处在受力时对第一连接板3产生的剪切力不会集中在一处，具体如图13所示，当风电叶片受到垂直于风电叶片的力F1时，第一分段1和第二分段2的拼接处会对第一连接板3产生T1方向的剪切力，第一腹板11和第二腹板21的拼接处对第一连接板3产生T2方向的剪切力，若两个拼接处没有错位，则T1方向和T2方向的剪切力就会叠加在第一连接板3的同一处，则更容易导致第一连接板3产生变形甚至断裂，通过将T1方向和T2方向的剪切力错开，使得作用在第一连接板3的剪切力更加分散，从而提升风电叶片整体的结构强度。
另外，本结构中，与第一分段1或第二分段2之间直接连接的只有第一连接板3的第一底板31，此结构优点在于，当第一连接板3和第二连接板4产生反向运动的趋势时，产生的相反的作用力不会作用在第一分段1或第二分段2，而若第一连接板3和第二连接板4均固定在第一分段1或第二分段2上，则产生的相反的作用力就会作用在第一分段1或第二分段2，从而容易导致第一分段1或第二分段2上固定第一连接板3和第二连接板4处被撕裂。
优选的，在第一分段1的拼接端，第一腹板11的一端延伸至第一分段1外侧；在第二分段2的拼接端，第二腹板21的一端与第二分段2的一端形成间隔；第一分段1和第二分段2拼接后，第一腹板11的延伸段伸入间隔内。当第一分段1和第二分段2之间因为力F1产生弯折的趋势时，由于第一腹板11伸入了第二分段2中，因此第一腹板11的顶端与底端会通过第一连接板3卡住第二分段2的上壁和下壁，从而加强风电叶片整体的抗弯折能力。
优选的，第一分段1和第二分段2拼接后，第一立板32的两端分别伸入第一分段1和第二分段2内；第一分段1和第二分段2拼接后，贴合板5的顶端和底端优选均抵住对应的第一底板31，从而进一步地加强风电叶片整体的抗弯折能力。
优选的，第一腹板11和第二腹板21均设置有两个，且分别间隔设置在第一分段1和第二分段2内。当第一分段1和第二分段2之间受到如图11所示的力F2产生相对扭转的趋势时，两个第一腹板11和第二腹板21的连接可以有效地防止第一分段1和第二分段2之间产生扭转。
第一紧固结构和第二紧固结构优选为：第一紧固结构包括第一紧固件61和第二紧固件62，第一紧固件61用于固定连接第一立板32、两侧的贴合板5、第一腹板11和第二立板42，第二紧固件62用于固定连接第一立板32、两侧的贴合板5、第二腹板21和第二立板42。第二紧固结构包括第三紧固件63和第四紧固件64，第三紧固件63用于固定连接第一底板31、第二底板41和第一分段1，第四紧固件64用于固定连接第一底板31、第二底板41和第一分段1。第一紧固件61、第二紧固件62、第三紧固件63和第四紧固件64可为螺钉或螺栓。
优选的，第一腹板11、第二腹板21、第一分段1和第二分段2上设置有若干个预埋金属螺套、预埋金属轴套或预埋金属块，用于与第一紧固结构或第二紧固结构连接。预埋金属螺套、预埋金属轴套或预埋金属块在第一腹板11、第二腹板21、第一分段1和第二分段2的铺设时进行放置，之后通过一体成型工艺分别与第一腹板11、第二腹板21、第一分段1和第二分段2形成一体结构，从而加强风电叶片的结构强度。
为了提升第一连接板3和第二连接板4的结构强度，优选的，第一连接板3和第二连接板4上均设置有呈三角形的加强板。加强板优选设置在第一分段1和第二分段2的拼接处，当第一分段1和第二分段2之间受到如图11所示的力F2产生相对扭转的趋势时，此时拼接处是主要的受力和形变点，因此在此设置加强板能够更好地提升第一分段1和第二分段2之间的连接强度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种分段式复合材料风电叶片，其特征在于，包括：
沿风电叶片长度方向设置第一分段和第二分段；
所述第一分段内设置第一腹板，所述第一腹板一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第一间隙槽；
所述第二分段内设置第二腹板；所述第二腹板一端的顶端和底端设置有贯通两侧的第二间隙槽；
第一连接板，设置有组成“T”字型的第一底板和第一立板；
第二连接板，设置有组成“L”字型的第二底板和第二立板；
所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述第一腹板和所述第二腹板的端面抵接；所述第一腹板和所述第二腹板的两侧均设置贴合板，每个所述贴合板两端分别贴合所述第一腹板和所述第二腹板；所述第一底板放入所述第一间隙槽和所述第二间隙槽内，且所述第一底板的两边分别贴合所述第一分段和所述第二分段的内壁，所述第一立板与一侧的所述贴合板贴合；所述第二底板与所述第一底板贴合，所述第二立板与另一侧的所述贴合板贴合；
第一紧固结构，用于将所述第一立板、所述贴合板、所述第一腹板、所述第二腹板和所述第二立板固定连接；
第二紧固结构，用于将所述第一底板、所述第二底板、所述第一分段和所述第二分段固定连接。
2.根据权利要求1所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，在所述第一分段的拼接端，所述第一腹板的一端延伸至所述第一分段外侧；在所述第二分段的拼接端，所述第二腹板的一端与所述第二分段的一端形成间隔；所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述第一腹板的延伸段伸入所述间隔内。
3.根据权利要求1所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述第一立板的两端分别伸入所述第一分段和所述第二分段内。
4.根据权利要求1所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，所述第一分段和所述第二分段拼接后，所述贴合板的顶端和底端均抵住对应的所述第一底板。
5.根据权利要求1任一项所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，所述第一腹板和所述第二腹板均设置有两个，且分别间隔设置在所述第一分段和所述第二分段内。
6.根据权利要求1所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，所述第一紧固结构包括第一紧固件和第二紧固件，所述第一紧固件用于固定连接所述第一立板、两侧的所述贴合板、所述第一腹板和所述第二立板，所述第二紧固件用于固定连接所述第一立板、两侧的所述贴合板、所述第二腹板和所述第二立板。
7.根据权利要求1所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，所述第二紧固结构包括第三紧固件和第四紧固件，所述第三紧固件用于固定连接所述第一底板、所述第二底板和所述第一分段，所述第四紧固件用于固定连接所述第一底板、所述第二底板和所述第一分段。
8.根据权利要求6~7任一项所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，所述第一腹板、所述第二腹板、所述第一分段和所述第二分段上设置有若干个预埋金属螺套、预埋金属轴套或预埋金属块，用于与所述第一紧固结构或所述第二紧固结构连接。
9.根据权利要求1所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，所述第一连接板和所述第二连接板上均设置有呈三角形的加强板。
10.根据权利要求9所述的分段式复合材料风电叶片，其特征在于，加强板设置在所述第一分段和所述第二分段的拼接处。
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