CN115898753A - 一种叶片、叶轮及风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种叶片，包括叶根以及若干间隔设置的连接组件。其中，叶根包括成型在叶根上的外铺层以及内铺层，外铺层与内铺层之间具有安装空腔，安装空腔为环形，连接组件一端插设在安装空腔内，另一端适于与风机轮毂连接，连接组件包括连接杆、连接套以及限位件，连接杆具有第一部以及第二部，第一部安装于安装空腔内，第二部突出于安装空腔外，且适于与风机轮毂连接，连接套套设于第二部上，限位件设置于相邻连接杆之间，并与相邻连接杆相抵接。该叶片中的连接杆在与叶根连接处同时与叶根和限位件连接，叶根传向连接杆的载荷一部分直接传递到连接杆上，另一部分通过限位件传递到连接杆上，缓解了叶根处界面强度较低的问题。

Description

一种叶片、叶轮及风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种叶片、叶轮机风力发电装置。

背景技术

风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常适合，大有可为。海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。

随着风机功率及风电叶片尺寸越来越大，叶根载荷也越来越大，因此行业对叶根连接强度提出了更高的要求。目前行业内主要的叶片包括T型螺栓连接，预埋螺栓套连接及粘接螺栓套连接三种方式，以上三种方式都需要采用双头螺栓将叶片安装在风机上。

然而风机叶片多为复合材料，在螺栓套与叶片的叶根连接处会出现界面强度较低的问题，较低的界面强度会致使连接处的承载力出现突变，从而使得风机在长时间运行后，在连接处容易发生应力集中以及疲劳等问题，最终导致叶轮组件的使用寿命会极大地受到叶根与螺栓套连接处界面强度的限制，不利于风机大功率化发展。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的叶根与螺栓套连接处由于界面强度较低，导致连接处容易发生应力集中以及疲劳的缺陷。

为此，本发明提供一种叶片，包括：

叶根，包括成型在所述叶根上的外铺层以及内铺层，所述外铺层与所述内铺层之间具有安装空腔，所述安装空腔为环形；

若干间隔设置的连接组件，所述连接组件一端插设在所述安装空腔内，另一端适于与风机连接，所述连接组件包括连接杆、连接套以及限位件；

所述连接杆具有第一部以及第二部，所述第一部安装于所述安装空腔内，所述第二部突出于所述安装空腔外，且适于与所述风机连接，所述连接套套设于所述第二部上；所述限位件设置于相邻所述连接杆之间，并与相邻所述连接杆相抵接。

可选地，上述的叶片，所述连接杆与所述叶根材料相同。

可选地，上述的叶片，所述连接杆与所述叶根为纤维增强复合材料。

可选地，上述的叶片，所述连接杆横截面为圆形，所述限位件具有至少靠近所述外铺层的部分以及靠近所述内铺层的部分，分别与相邻所述连接杆相抵接。

可选地，上述的叶片，所述限位件为工形件，相邻两限位件围合成为圆柱形空腔。

可选地，上述的叶片，还包括连接件，所述连接套与所述连接杆之间形成有让位间隙，所述连接件设置于所述让位间隙中，以使所述连接件带动所述连接套，并使其具有沿所述连接套的径向向外方向的运动趋势。

可选地，上述的叶片，所述让位间隙沿所述叶根朝向叶尖方向呈渐缩设置；和/或

所述连接件沿所述叶根朝向叶尖方向呈渐缩设置。

可选地，上述的叶片，所述第一部的横截面沿所述叶根朝向叶尖方向呈渐缩设置。

可选地，上述的叶片，所述连接杆还具有适于靠近叶尖侧设置的第三部，且所述第三部安装在所述安装空腔内，所述第三部设置于相对所述第一部远离所述第二部的一侧；

在沿所述叶根朝向所述叶尖方向上，所述第三部的横截面呈渐缩设置，且所述第一部的横截面相等。

一种叶轮，包括轮毂、若干法兰，以及上述的的叶片，所述法兰沿所述轮毂的周向方向分布设置于所述轮毂上，连接套与所述法兰连接。

一种风力发电装置，包括发电单元，以及上述的叶轮，所述发电单元与轮毂电性耦合，所述发电装置具有所述叶轮在风力的驱动下转动，并通过所述法兰带动所述发电单元发电的工作状态。

本发明提供的技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的叶片，包括叶根以及若干间隔设置的连接组件。其中，叶根包括成型在叶根上的外铺层以及内铺层，外铺层与内铺层之间具有安装空腔，安装空腔为环形，连接组件一端插设在安装空腔内，另一端适于与风机连接，连接组件包括连接杆、连接套以及限位件，连接杆具有第一部以及第二部，第一部安装于安装空腔内，第二部突出于安装空腔外，且适于与风机连接，连接套套设于第二部上，限位件设置于相邻连接杆之间，并与相邻连接杆相抵接。

该叶片通过设置成型在叶根上的外铺层以及内铺层，外铺层与内铺层之间形成环形安装空腔，并在相邻的安装在安装空腔内的连接杆之间设置限位件，使得连接杆稳固地安装在安装空腔内，同时，叶根传向连接杆的载荷一部分直接传递到连接杆上，另一部分通过限位件传递到连接杆上，连接杆在与叶根连接处与叶根和限位件同时连接，使得限位件承受了在叶根传向连接杆的载荷中的，沿叶根横截面轴向方向的载荷，从而降低了叶根本身与连接杆之间的相互作用力，进而缓解了了采用传统的直接在叶根预埋螺栓套并将其与螺栓组合的连接方式时，叶根处界面强度较低的问题。

2.本发明提供的叶片，连接杆与叶根材料相同。通过将连接杆与叶根采用相同材料制成，在保证了叶根与连接杆自身强度的前提下，由于相同材料之间的界面强度大于不同材料之间的界面强度，因此该结构的叶片进一步地提高了叶根与连接杆之间的界面强度，提高了叶片在叶根与连接杆的连接处的结构稳定性，延长了使用寿命。

3.本发明提供的叶片，还包括连接件，连接套与连接杆之间形成有让位间隙，连接件设置于让位间隙中，以使连接件带动连接套，并使其具有沿连接套的径向向外方向的运动趋势。该结构的叶片通过在让位间隙中设置连接件，使得连接件插设在让位间隙中后同时对连接杆以及连接套施加压力，增强了连接杆与连接套之间的可靠性。同时，连接套受到来自连接件所施加的力后产生向外运动的趋势，套体直径增大，套体安装在外部装置的孔洞中之后可以与安装环境贴合更加紧密，提高了连接套与外接装置连接的可靠性，也间接地提高了叶片在安装完成后的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的实施例1中所提供叶根的剖面图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为本发明的实施例1中所提供的连接组件的剖面图；

图4为本发明的实施例1中所提供的连接组件另一种变形方式的结构剖面图；

图5为图3的侧视剖面示意图；

图6为突4的侧视剖面示意图；

图7为本发明的实施例1中所提供的叶片的主视图；

图8为本发明的实施例1中所提供的叶片的俯视图；

附图标记说明：

1-叶根；11-外铺层；12-内铺层；

2-连接组件；21-连接杆；211第一部；212-第二部；213-第三部；22-连接套；23-限位件；

3-连接件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供了一种叶片，如图1至图8所示，包括叶根1以及若干间隔设置的连接组件2。其中，叶根1包括成型在叶根1上的外铺层11以及内铺层12，外铺层11与内铺层12之间具有安装空腔，安装空腔为环形，连接组件2一端插设在安装空腔内，另一端适于与风机连接，连接组件2包括连接杆21、连接套以及限位件23，连接杆21具有第一部以及第二部，第一部安装于安装空腔内，第二部突出于安装空腔外，且适于与风机连接，连接套套设于第二部上，限位件23设置于相邻连接杆21之间，并与相邻连接杆21相抵接。

该叶片通过设置成型在叶根1上的外铺层11以及内铺层12，外铺层11与内铺层12之间形成环形安装空腔，并在相邻的安装在安装空腔内的连接杆21之间设置限位件23，使得连接杆21稳固地安装在安装空腔内，同时，连接杆21在与叶根1连接处与叶根1和限位件23同时连接,叶根1传向连接杆21的载荷一部分直接传递到连接杆21上另一部分通过限位件23传递到连接杆21上，使得限位件23承受了在叶根1传向连接杆21的载荷中的，沿叶根1横截面周向方向的载荷，从而降低了叶根1本身与连接杆21之间的相互作用力，进而缓解了了采用传统的直接在叶根1预埋螺栓套并将其与螺栓组合的连接方式时，叶根1处界面强度较低的问题。

本实施例提供的叶片，连接杆21与叶根1材料相同。通过将连接杆21与叶根1采用相同材料制成，在保证了叶根1与连接杆21自身强度的前提下，由于相同材料之间的界面强度大于不同材料之间的界面强度，因此该结构的叶片进一步地提高了叶根1与连接杆21之间的界面强度，提高了叶片在叶根1与连接杆21的连接处的结构稳定性，延长了使用寿命。具体地在本实施例中，连接杆21与叶根1地为纤维增强复合材料。纤维增强复合材料其由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料，具有比强度高、比模量大、抗腐蚀性和耐久性能好等优点。优选的，纤维增强复合材料为树脂基玻璃纤维增强复合材料或树脂基碳纤维增强复合材料。

本实施例提供的叶片，如图1和图2所示，连接杆21横截面为圆形，限位件23具有至少靠近外铺层11的部分以及靠近内铺层12的部分，分别与相邻连接杆21相抵接。作为本实施例的一种可实施方式，限位件23为工形件，相邻两限位件23围合成为圆柱形空腔。限位件23两侧分别有一半圆形凹腔，相邻限位件23的顶端与底端靠近后在两限位件23之间形成圆柱形空腔，连接杆21插设在圆柱形空腔内，并于空腔侧壁具有良好的贴合。当然，本实施例并非是对工形件具体形状的唯一限定，其只要具有顶端和底端都可以和连接杆21相抵接，起到将连接杆21固定的效果即可。

本实施例提供的叶片，如图3至图6所示，还包括连接件3，连接套与连接杆21之间形成有让位间隙，连接件3设置于让位间隙中，以使连接件3带动连接套，并使其具有沿连接套的径向向外方向的运动趋势。该结构的叶片通过在让位间隙中设置连接件3，使得连接件3插设在让位间隙中后同时对连接杆21以及连接套施加压力，增强了连接杆21与连接套之间的可靠性。同时，连接套受到来自连接件3所施加的力后产生向外运动的趋势，套体直径增大，套体安装在外部装置的孔洞中之后可以与安装环境贴合更加紧密，提高了连接套与外接装置连接的可靠性，也间接地提高了叶片在安装完成后的稳定性。

本实施例提供的叶片，如图3至图6所示，让位间隙沿叶根1朝向叶尖方向呈渐缩设置，连接件3沿叶根1朝向叶尖方向呈渐缩设置。在本实施例中连接件3为楔形摩擦块，沿叶根1朝向叶尖方向呈渐缩设置的连接件3便于安装在让位间隙中，楔形摩擦块插设在让位间隙中后同时朝向连接杆21和连接套施加压力，连接杆21与连接套的连接更加可靠。在另一种可以实施的方式中，连接件3为填充胶，填充胶注入让位间隙之中后，其能够全填充至让位间隙中实现填充。

本实施例提供的叶片，如图3或图4所示，第一部的横截面沿叶根1朝向叶尖方向呈渐缩设置。连接杆21插接在叶根1中后在连接杆21的末端部位容易产生强度突变，从而采用将连接杆21的第一部沿叶根1朝向叶尖方向呈渐缩设置，该结构的连接杆21可以在叶根1中设有连接杆21的一段中形成强度递减，从而避免了产生强度突变，提高了该结构叶片的结构稳定性。

作为本实施例的另一种可实施方式，如图3或图4所示，连接杆21还具有适于靠近叶尖侧设置的第三部，且第三部安装在安装空腔内，第三部设置于相对第一部远离第二部的一侧，在沿叶根1朝向叶尖方向上，第三部的横截面呈渐缩设置，且第一部的横截面相等。相较于上一种可实施方式，本方案中仅设置连接杆21末端的一部分呈渐缩设置，该结构的叶片保证了叶根1在第二部一段的强度的同时，在第三部端与未设有连接杆21段的叶根1形成强度递减，在局部避免了产生强度突变，在上一实施例的基础上进一步地提高了该结构叶片的结构稳定性。在本实施例中，第一部、第二部、第三部共同形成整根连接杆21，三个部分的长度本实施例并不对其进行限制。

实施例2

本实施例提供了一种叶轮，包括轮毂、三个法兰，以及三个实施例1中提供的叶片，法兰沿轮毂的周向方向分布设置于轮毂上，连接套与法兰连接。在本实施例中，三个法兰在轮毂的周向方向上三等分处分别设置，三叶片互呈120°夹角设置。

实施例3

本实施例提供了一种风力发电装置，包括发电单元，以及上述的叶轮，发电单元与轮毂电性耦合，发电装置具有叶轮在风力的驱动下转动，并通过法兰带动发电单元发电的工作状态。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (11)

1.一种叶片，其特征在于，包括：

叶根(1)，包括成型在所述叶根(1)上的外铺层(11)以及内铺层(12)，所述外铺层(11)与所述内铺层(12)之间具有安装空腔，所述安装空腔为环形；

若干间隔设置的连接组件(2)，所述连接组件(2)一端插设在所述安装空腔内，另一端适于与风机连接，所述连接组件(2)包括连接杆(21)、连接套以及限位件(23)；

所述连接杆(21)具有第一部以及第二部，所述第一部安装于所述安装空腔内，所述第二部突出于所述安装空腔外，且适于与所述风机连接，所述连接套套设于所述第二部上；所述限位件(23)设置于相邻所述连接杆(21)之间，并与相邻所述连接杆(21)相抵接。

2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述连接杆(21)与所述叶根(1)材料相同。

3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述连接杆(21)与所述叶根(1)为纤维增强复合材料。

4.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述连接杆(21)横截面为圆形，所述限位件(23)具有至少靠近所述外铺层(11)的部分以及靠近所述内铺层(12)的部分，分别与相邻所述连接杆(21)相抵接。

5.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述限位件(23)为工形件，相邻两限位件(23)围合成为圆柱形空腔。

6.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，还包括连接件(3)，所述连接套与所述连接杆(21)之间形成有让位间隙，所述连接件(3)设置于所述让位间隙中，以使所述连接件(3)带动所述连接套，并使其具有沿所述连接套的径向向外方向的运动趋势。

7.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述让位间隙沿叶根(1)朝向叶尖方向呈渐缩设置；和/或

所述连接件(3)沿所述叶根(1)朝向所述叶尖方向呈渐缩设置。

8.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述第一部的横截面沿所述叶根(1)朝向叶尖方向呈渐缩设置。

9.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述连接杆(21)还具有适于靠近叶尖侧设置的第三部，且所述第三部安装在所述安装空腔内，所述第三部设置于相对所述第一部远离所述第二部的一侧；

在沿所述叶根(1)朝向所述叶尖方向上，所述第三部的横截面呈渐缩设置，且所述第一部的横截面相等。

10.一种叶轮，其特征在于，包括轮毂、若干法兰，以及若干权利要求1-9中所述的叶片，所述法兰沿所述轮毂的周向方向分布设置于所述轮毂上，连接套与所述法兰连接。

11.一种风力发电装置，其特征在于，包括发电单元，以及权利要求10中所述的叶轮，所述发电单元与轮毂电性耦合，所述发电装置具有所述叶轮在风力的驱动下转动，并通过所述法兰带动所述发电单元发电的工作状态。

Images