CN115355133B - 一种模块化宽梁风电叶片结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种模块化宽梁风电叶片结构，包括沿着宽度方向设置有前缘模块、中间模块和后缘模块，前缘模块、中间模块和后缘模块拼接形成风电叶片轮廓形状；中间模块包括两组厚壳组件，每一厚壳组件均包括主梁、蒙皮、加强块，主梁设置在蒙皮应力集中位置，加强块与主梁背离蒙皮的一侧形状相适应，与主梁贴合设置，蒙皮与加强块和主梁固定连接，将主梁限制在蒙皮和加强块之间；本发明通过以主梁为中心设置加强块，使得主梁位于厚壳组件应力集中处，并通过蒙皮连接加强块和主梁，使其具有更好的力学性能，能够有效地提供较大的刚度，在去掉芯材后使风电叶片稳定性得到提高，同时还能减少材料的使用，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种模块化宽梁风电叶片结构。
背景技术
风能作为一种无污染、可再生的绿色清洁能源，在一些沿海地区、边远山区以及电网难以涉及的边疆地区，有着巨大的发展潜力，在世界能源发展中有着举足轻重的地位。
现有的风电叶片结构以“三明治”层合板结构为主，主要是以外部壳体、夹层中间的芯材、主梁和腹板组合形成，目前应用于风电叶片上的芯材主要包括轻木、PVC泡沫、PET泡沫等，由于外部壳体一般通过碳纤维或者玻璃纤维拉挤成型，易于控制，而芯材采用轻木成本较高，使用PVC泡沫存在环境污染和无法回收利用的情况，使用PET泡沫的密度较大，与外部壳体性能差异较大，导致风电叶片整体结构不稳定，存在运行的风险；相比于外部壳体的成型，芯材的成型要求难度较高。
专利号为CN217055465U的中国专利公开了一种具有芯材的风电叶片，通过在叶根至叶中区域、运输支点区域、吊点位置区域或吊点前缘位置使用轻木层，在其他区域使用泡沫层，在保证风电叶片结构性能的同时，能够减少风电叶片的重量和成本；但是其仍需要设置芯材结构，无法有效解决芯材成型难度较高的技术问题。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明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本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种模块化宽梁风电叶片结构，去除叶片芯材的同时保证无芯材叶片结构的刚度和稳定性。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种模块化宽梁风电叶片结构，包括叶片本体，所述叶片本体沿长度方向分割形成若干分段，每一分段均包括迎风面和背风面，且沿着宽度方向设置有前缘模块、中间模块和后缘模块，所述前缘模块、所述中间模块和所述后缘模块拼接形成风电叶片轮廓形状；
其中，所述中间模块包括两组厚壳组件，所述厚壳组件分别位于设置在所述迎风面和所述背风面所在的一侧，每一所述厚壳组件均包括主梁、蒙皮、加强块，所述主梁设置在所述蒙皮应力集中位置，所述加强块与所述主梁背离所述蒙皮的一侧形状相适应，与所述主梁贴合设置，所述蒙皮与所述加强块和所述主梁固定连接，将所述主梁限制在所述蒙皮和所述加强块之间。
进一步的，两所述厚壳组件相对设置的一侧上设有连接结构，一腹板通过所述连接结构与两侧的所述厚壳组件固定连接，对所述中间模块进行支撑。
进一步的，两所述厚壳组件朝向所述前缘模块的一侧上设有前支撑杆，朝向所述后缘模块的一侧上设有后支撑杆，所述前支撑杆与所述后支撑杆平行于所述腹板设置，且两端分别与两所述厚壳组件通过连接结构进行固定连接。
进一步的，所述连接结构为插槽结构。
进一步的，所述前缘模块上设有第一梁帽，所述第一梁帽一侧朝向所述后缘模块设置。
进一步的，所述后缘模块的所述迎风面和所述背风面上均设有第二梁帽，所述后缘模块上还设有辅助梁，所述辅助梁两端向所述迎风面和所述背风面延伸，用于支撑两侧的所述第二梁帽。
进一步的，所述腹板和所述辅助梁内部中空设置形成腔体，所述腔体内设有加强结构，所述加强结构沿着垂直于所述叶片本体的宽度方向连续排列设置。
进一步的，所述前缘模块和所述中间模块之间、所述中间模块和所述后缘模块之间设有拼接面和拼接结构，所述拼接面相互贴合设置，通过所述连接结构进行固定连接。
进一步的，所述拼接结构为结构胶，所述结构胶位于两侧的拼接面之间，将所述前缘模块、所述中间模块和所述后缘模块粘接形成一体结构。
进一步的，所述拼接结构为紧固件，所述紧固件穿过两侧的所述拼接面，将所述前缘模块、所述中间模块和所述后缘模块机械连接形成一体结构。
本发明的有益效果为：本发明通过将风电叶片分割形成若干分段，每一分段均包括前缘模块、中间模块和后缘模块，在拼接后能够形成风电叶片的轮廓形状，便于进行运输，通过以主梁为中心设置加强块，使得主梁位于厚壳组件应力集中处，并通过蒙皮连接加强块和主梁，将主梁限制在蒙皮和加强块之间，使其具有更好的力学性能，能够有效地提供较大的刚度，在去掉芯材后使风电叶片稳定性得到提高，同时还能减少材料的使用，降低成本。
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为本发明实施例中模块化宽梁风电叶片结构的方向示意图；
图2为本发明实施例中模块化宽梁风电叶片结构的结构示意图；
图3为本发明实施例中模块化宽梁风电叶片结构的爆炸示意图；
图4为图3中A处的放大图；
图5为图3中B处的放大图；
图6为本发明实施例中厚壳组件的结构示意图。
附图标记：01、迎风面；02、背风面；10、前缘模块；11、第一粱帽；20、中间模块；21、厚壳组件；21a、主梁；21b、蒙皮；21c、加强块；22、插槽结构；23、腹板；24、前支撑杆；25、后支撑杆；30、后缘模块；31、第二粱帽；32、辅助梁；33、后缘梁；40、加强结构；50、拼接面。
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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图6所示的模块化宽梁风电叶片结构，包括叶片本体，叶片本体沿长度方向分割形成若干分段，每一分段均包括迎风面01和背风面02，且沿着宽度方向设置有前缘模块10、中间模块20和后缘模块30，前缘模块10、中间模块20和后缘模块30拼接形成风电叶片轮廓形状；
其中，中间模块20包括两组厚壳组件21，厚壳组件21分别位于设置在迎风面01和背风面02所在的一侧，每一厚壳组件21均包括主梁21a、蒙皮21b、加强块21c，主梁21a设置在蒙皮21b应力集中位置，加强块21c与主梁21a背离蒙皮21b的一侧形状相适应，与主梁21a贴合设置，蒙皮21b与加强块21c和主梁21a固定连接，将主梁21a限制在蒙皮21b和加强块21c之间。
需要说明的是，前缘模块10和后缘模块30均可通过碳纤维或玻纤拉挤形成对应的形状，主梁21a、蒙皮21b和加强块21c也可通过碳纤维或者玻纤拉挤形成预成型体，再一体灌注成型，或者通过结构胶粘接，形成厚壳组件21的结构形状，而加强块21c的宽度、厚度等尺寸需要根据主梁21a的结构以及叶片的成型需求进行合理化确定，从而能够有效保证整体刚度要求。
通过将风电叶片分割形成若干分段，每一分段均包括前缘模块10、中间模块20和后缘模块30，在拼接后能够形成风电叶片的轮廓形状，便于进行运输，通过以主梁21a为中心设置加强块21c，使得主梁21a位于厚壳组件21应力集中处，并通过蒙皮21b连接加强块21c和主梁21a，将主梁21a限制在蒙皮21b和加强块21c之间，使其具有更好的力学性能，能够有效地提供较大的刚度，在去掉芯材后使风电叶片稳定性得到提高，同时还能减少材料的使用，降低成本。
在上述实施例的基础上，两厚壳组件21相对设置的一侧上设有连接结构，一腹板23通过连接结构与两侧的厚壳组件21固定连接，对中间模块20进行支撑；其中，连接结构可以通过粘接的形式与厚壳组件21进行连接、也可以与厚壳组件21上蒙皮21b或加强块21c一体成型，从而形成整体受力结构，保证腹板23连接后整体的抗剪能力，从而保证风电叶片整体的稳定性。
作为上述实施例的优选，连接结构为插槽结构22，腹板23的两端部伸入插槽结构22中，与插槽结构22固定连接，插槽结构22的两侧面向腹板23中部延伸，形成较深的凹槽，从而尽可能多的包覆住腹板23的边缘，保证连接的稳固性，其中，腹板23的端部可以通过结构胶与插槽结构22粘接，进一步保证腹板23与厚壳组件21之间连接的稳固性，从而保证风电叶片整体的支撑性能。
具体的，为进一步提高前缘模块10、后缘模块30以及中间模块20所组成的叶片结构的支撑性能，在两厚壳组件21朝向前缘模块10的一侧上设有前支撑杆24，朝向后缘模块30的一侧上设有后支撑杆25，前支撑杆24与后支撑杆25平行于腹板23设置，且两端分别与两厚壳组件21通过连接结构进行固定连接，即在两侧的厚壳组件21之间形成了三点接触支撑结构，相比于单独的腹板23支撑，更具有稳定性，在形成叶片结构后，前支撑杆24和后支撑杆25对前缘模块10和后缘模块30的形状结构的维持也具有一定的作用效果；前支撑杆24和后支撑杆25与厚壳组件21之间的连接结构可采用厚壳组件21与腹板23之间的连接结构形式，如插槽结构22，当然也可采用不同的连接结构形式，在此处不进行限定。
在上述实施例的基础上，前缘模块10上设有第一梁帽，第一梁帽一侧朝向后缘模块30设置，即第一梁帽设置在前缘模块10上迎风面01和背风面02交界处，提高前缘模块10的刚度和稳定性。
在上述实施例的基础上，后缘模块30的迎风面01和背风面02上均设有第二梁帽，后缘模块30上还设有辅助梁32，辅助梁32两端向迎风面01和背风面02延伸，用于支撑两侧的第二梁帽，辅助梁32平行于腹板23设置，端部可通过上述的连接结构与第二梁帽固定连接，从而提高后缘模块30的刚度和稳定性。
作为上述实施例的优选，后缘模块30上还设有V型结构的后缘梁33，后缘梁33位于迎风面01和背风面02交界处，两自由端分别设置在迎风面01和背风面02上，在背离后缘模块30的一侧设置与后缘梁33形状相贴合的蒙皮结构，并通过粘接或一体成型的方式形成整体的结构，有利于维持叶片本体的形状。
在上述实施例的基础上，腹板23和辅助梁32内部中空设置形成腔体，腔体内设有加强结构40，加强结构40沿着垂直于叶片本体的宽度方向连续排列设置，通过设置加强结构40代替原本腹板23和辅助梁32中的芯材，从而避免芯材的使用，有效降低叶片整体重量，其中，加强结构40设置为连续相互交叉的抗剪板体，并在交叉中心处相邻两抗剪板体之间设置环形的支撑板，当风电叶片受力时，能够有效传递腹板23和辅助梁32受到的剪切力，使其具有较好的抗扭转性能，进一步保证风电叶片整体的支撑性能。
在上述实施例的基础上，前缘模块10和中间模块20之间、中间模块20和后缘模块30之间设有拼接面50和拼接结构，拼接面50相互贴合设置，通过连接结构进行固定连接，装配简单，操作便利，方便将叶片各部分运输至安装，有利于实现风电叶片的大型化，其中，拼接面50的结构形式和设置方向可根据前缘模块10、中间模块20和后缘模块30实际设置的宽度和大小等进行确定，在此处不进行具体限制，能够实现各部位的连接即可。
作为其中一种设置方式，拼接结构为结构胶，结构胶位于两侧的拼接面50之间，将前缘模块10、中间模块20和后缘模块30粘接形成一体结构，结构胶粘接的形式使其具有密封效果，同时，在拼接完成后，还可在接缝处覆盖蒙皮，进一步保证密封作用，有效防止外部环境对风电叶片内部结构产生影响。
作为另一种设置方式，拼接结构为紧固件，紧固件穿过两侧的拼接面50，将前缘模块10、中间模块20和后缘模块30机械连接形成一体结构，其中，紧固件可以为螺钉、螺栓等结构，并可根据实际需求，在拼接面50上机加工出适合装配的安装孔，其安装的位置和数量也应当根据叶片本体的尺寸和结构均匀设置。
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 (5)
1.一种模块化宽梁风电叶片结构，包括叶片本体，其特征在于，所述叶片本体沿长度方向分割形成若干分段，每一分段均包括迎风面和背风面，且沿着宽度方向设置有前缘模块、中间模块和后缘模块，所述前缘模块、所述中间模块和所述后缘模块拼接形成风电叶片轮廓形状；
其中，所述中间模块包括两组厚壳组件，所述厚壳组件分别位于设置在所述迎风面和所述背风面所在的一侧，每一所述厚壳组件均包括主梁、蒙皮、加强块，所述主梁设置在所述蒙皮应力集中位置，所述加强块与所述主梁背离所述蒙皮的一侧形状相适应，与所述主梁贴合设置，所述蒙皮与所述加强块和所述主梁固定连接，将所述主梁限制在所述蒙皮和所述加强块之间；
两所述厚壳组件相对设置的一侧上设有连接结构，一腹板通过所述连接结构与两侧的所述厚壳组件固定连接，对所述中间模块进行支撑；
所述后缘模块的所述迎风面和所述背风面上均设有第二梁帽，所述后缘模块上还设有辅助梁，所述辅助梁两端向所述迎风面和所述背风面延伸，用于支撑两侧的所述第二梁帽；
所述腹板和所述辅助梁内部中空设置形成腔体，所述腔体内设有加强结构，所述加强结构沿着垂直于所述叶片本体的宽度方向连续排列设置；
所述加强结构为连续相互交叉的抗剪板体，并在交叉中心处相邻两所述抗剪板体之间设置环形的支撑板；
两所述厚壳组件朝向所述前缘模块的一侧上设有前支撑杆，朝向所述后缘模块的一侧上设有后支撑杆，所述前支撑杆与所述后支撑杆平行于所述腹板设置，且两端分别与两所述厚壳组件通过连接结构进行固定连接；两侧的所述厚壳组件之间形成了三点接触支撑结构；所述连接结构为插槽结构。
2.根据权利要求1所述的模块化宽梁风电叶片结构，其特征在于，所述前缘模块上设有第一梁帽，所述第一梁帽一侧朝向所述后缘模块设置。
3.根据权利要求1所述的模块化宽梁风电叶片结构，其特征在于，所述前缘模块和所述中间模块之间、所述中间模块和所述后缘模块之间设有拼接面和拼接结构，所述拼接面相互贴合设置，通过所述拼接结构进行固定连接。
4.根据权利要求3所述的模块化宽梁风电叶片结构，其特征在于，所述拼接结构为结构胶，所述结构胶位于两侧的拼接面之间，将所述前缘模块、所述中间模块和所述后缘模块粘接形成一体结构。
5.根据权利要求3所述的模块化宽梁风电叶片结构，其特征在于，所述拼接结构为紧固件，所述紧固件穿过两侧的所述拼接面，将所述前缘模块、所述中间模块和所述后缘模块机械连接形成一体结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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