CN115977866A - 一种模块化风电叶片及其连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化风电叶片及其连接结构，叶片模块包括壳体和设置其内的受力梁和承载腹板，受力梁包括连接梁、辅梁板、后缘梁和T型梁，连接梁相对设置在中间部两侧，后缘梁嵌设在后缘部的边沿处，辅梁板沿叶片环向设置有多个，T型梁分别与相邻两辅梁板相连。受力梁与壳体贴合设置，并配合承载腹板所形成的支撑框架符合叶片的轮廓形状，通过包覆在支撑框架上的外蒙皮形成壳体结构，在确保叶片模块结构稳定性的同时降低叶片质量；通过分别设置在连接梁和T型梁端部的两种连接结构实现相邻两叶片模块之间的固定连接，在各叶片模块结构中，其受力梁结构稳固，进而通过分别设置在两受力梁体上的连接件实现两叶片模块的稳固连接。

Description

一种模块化风电叶片及其连接结构

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风电叶片及其连接结构。

背景技术

风能作为一种可再生能源形式，具有开发成本低，技术成熟，分布广泛等优点，是可再生能源发展的重点方向。为了充分利用风能资源，风机叶片气动外形的改进和叶片尺寸的增加是提高风力机发电功率的重要手段，因此风力机逐步走向大型化是风电技术发展的趋势。但是风资源丰富的地域往往是一些偏远、人迹罕至的地带，交通条件差，使风机大型化受到运输条件的制约。

目前，风电叶片普遍采用纤维强聚合物基复合材料制造，而复材叶片的生产过程对环境和工艺要求苛刻，超长叶片中使用的复合材料对生产条件更为敏感，使叶片质量不便控制。综上所述，当叶片长度达到一定限度后，采用分段式叶片结构，在现有工厂生产，分段运输、现场组装是解决风力机大型化的有效方法。但随着叶片尺寸增加，在风力机运行时，过重的叶片结构不利于维持运行的稳定，因此在减少叶片重量和成本的同时，保证整体叶片结构性能为风电技术发展的另一技术问题。

发明内容

本发明提供了一种模块化风电叶片及其连接结构，可有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种模块化风电叶片，包括沿风电叶片轴向设置的多个叶片模块，所述叶片模块包括壳体和设置其内的受力梁和承载腹板，所述受力梁与所述壳体贴合设置，所述承载腹板沿所述叶片弦长方向设置有多个；

所述壳体包括迎风面和背风面，并沿叶片弦长方向设置为前缘部、中间部和后缘部，所述受力梁包括连接梁、辅梁板、后缘梁和T型梁，所述连接梁相对设置在所述中间部两侧，所述后缘梁嵌设在所述后缘部的边沿处，所述辅梁板对应设置在所述中间部和所述后缘部，并沿叶片环向设置有多个，所述T型梁分别与相邻两所述辅梁板相连。

进一步的，所述后缘梁和所述T型梁均沿叶片轴向设置，并伸出或者缩回所述壳体端面，位于相邻两叶片模块上对应设置的所述后缘梁和所述T型梁端部相抵接。

进一步的，沿叶片环向分别对应所述迎风面和所述背风面设置的多个所述T型梁，间隔伸出或者缩回所述壳体端面。

进一步的，所述连接梁一体设置，包括环梁帽位于其同侧的主梁帽和辅梁帽，所述主梁帽和所述辅梁帽均沿叶片轴向设置；

所述主梁帽和所述辅梁帽分别靠近所述前缘部和所述后缘部设置，且所述主梁帽的厚度大于所述辅梁帽的厚度。

进一步的，所述环梁帽配合所述主梁帽和所述辅梁帽并在三者间形成断口部，所述断口部朝向所述环梁帽收拢设置；

所述环梁帽的两侧边沿分别延伸至所述主梁帽和所述辅梁帽，且均朝向所述断口部收拢设置。

进一步的，所述承载腹板包括第一腹板、第二腹板和第三腹板，且在其端部均设置有弧形槽口；

所述第一腹板位于所述前缘部并分别与所述壳体两侧内壁相抵接，所述第二腹板分别与两所述连接梁相抵接，所述第三腹板分别与所述壳体两侧的所述辅梁板相抵接。

进一步的，所述T型梁包括横板和与其垂直设置的竖板，并通过所述横板与两所述辅梁板固定连接；

在所述辅梁板朝向所述叶片壳体的一侧对应所述横板设置有搭边，所述搭边朝向其远离所述叶片壳体的一侧内凹设置，且其凹陷深度与所述横板厚度相适应。

进一步的，在所述壳体端部开设有舱门槽口，相连两叶片模块上对应设置在两所述舱门槽口形成舱门孔；

所述舱门口分别设置在壳体的前缘部，以及所述中间部和所述后缘部的所述迎风面和所述背风面。

一种模块化风电叶片的连接结构，应用于上述模块化风电叶片，在所述连接梁和所述T型梁的端部分别设置有第一连接结构和第二连接结构，相邻两叶片模块上的两所述第一连接结构和两所述第二连接结构分别通过第一连接件和第二连接件固定连接。

进一步的，所述第一连接结构包括沿叶片不同环向设置的多个第一环孔和多个第二环孔，所述第一环孔和所述第二环孔交错设置并通过轴孔连接至所述连接梁端面。

进一步的，所述第一环孔设置为圆形通孔，所述第二环孔设置为葫芦形通孔，所述第一连接件包括圆柱形螺母、双头螺栓、半圆柱垫片和圆螺母；

所述圆柱形螺母和所述半圆柱垫片分别设置在所述第一环孔和所述第二环孔中，所述双头螺栓的端部通过所述轴孔与所述圆柱形螺母螺接，或者穿过所述半圆柱垫片与所述圆螺母螺接。

进一步的，所述第二连接结构包括设置在所述T型梁端部的卯接槽，所述第二连接件包括与两叶片模块相对T型梁上两所述卯接槽相配合的榫接插件；

所述卯接槽设置为三角形结构，所述榫接插件设置为菱形结构。

本发明的有益效果为：

本发明中，各个受力梁以及承载腹板均能够采用复合材料一体成型，受力梁与壳体贴合设置，并配合承载腹板所形成的支撑框架符合叶片的轮廓形状，通过包覆在支撑框架上的外蒙皮形成壳体结构，在确保叶片模块结构稳定性的同时降低叶片质量；

通过分别设置在连接梁和T型梁端部的两种连接结构实现相邻两叶片模块之间的固定连接，在各叶片模块结构中，其受力梁结构稳固，进而通过分别设置在两受力梁体上的连接件实现两叶片模块的稳固连接。

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为本发明实施例中叶片模块的结构示意图；

图2为本发明实施例中支撑框架和壳体结构示意图；

图3为本发明实施例中受力梁与承载腹板的拼装示意图；

图4为本发明实施例中支撑框架的爆炸结构示意图；

图5为本发明实施例中受力梁的结构示意图；

图6为本图3中A处的局部结构放大图；

图7为本图5中B处的局部结构放大图；

图8为本发明实施例中连接梁的结构示意图；

图9为本发明实施例中第一连接结构与第一连接件的连接示意图；

图10为本发明实施例中两叶片模块的拼接示意图；

图11为本发明实施例中两叶片模块拼装完成后的示意图；

图12为本发明实施例中第一连接件在第一连接结构中的安装示意图；

图13为本发明实施例中第二连接件在第二连接结构中的安装示意图。

附图标记：1、壳体；11、迎风面；12、背风面；13、前缘部；14、中间部；15、后缘部；16、舱门槽口；17、舱门孔；2、受力梁；21、连接梁；211、环梁帽；212、主梁帽；213、辅梁帽；214、断口部；22、辅梁板；221、搭边；23、后缘梁；24、T型梁；241、横板；242、竖板；3、承载腹板；31、第一腹板；32、第二腹板；33、第三腹板；34、弧形槽口；4、第一连接结构；41、第一环孔；42、第二环孔；43、轴孔；5、第二连接结构；51、卯接槽；6、第一连接件；61、圆柱形螺母；62、双头螺栓；63、半圆柱垫片；64、圆螺母；7、第二连接件；71、榫接插件。

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。本文中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13所示的一种模块化风电叶片，包括沿风电叶片轴向设置的多个叶片模块，叶片模块包括壳体1和设置其内的受力梁2和承载腹板3，受力梁2与壳体1贴合设置，承载腹板3沿叶片弦长方向设置有多个；壳体1包括迎风面11和背风面12，并沿叶片弦长方向设置为前缘部13、中间部14和后缘部15，受力梁2包括连接梁21、辅梁板22、后缘梁23和T型梁24，连接梁21相对设置在中间部14两侧，后缘梁23嵌设在后缘部15的边沿处，辅梁板22对应设置在中间部14和后缘部15，并沿叶片环向设置有多个，T型梁24分别与相邻两辅梁板22相连。

在本申请中，如图2至图4所示，各个受力梁2以及承载腹板3均能够采用复合材料一体成型，受力梁2与壳体1贴合设置，并配合承载腹板3所形成的支撑框架符合叶片的轮廓形状，通过包覆在支撑框架上的外蒙皮形成壳体1结构，在确保叶片模块结构稳定性的同时降低叶片质量。

本发明还进一步根据上述模块化风电叶片公开了与其相适应的连接结构，具体的，如图3所示，在连接梁21和T型梁24的端部分别设置有第一连接结构4和第二连接结构5，相邻两叶片模块上的两第一连接结构4和两第二连接结构5分别通过第一连接件6和第二连接件7固定连接。

其中，连接梁21设置在壳体1的中间部14，辅梁板22配合连接梁21以及后缘梁23将与壳体1中间部14和后缘部15所对应的部分进行覆盖，其中，T型梁24穿设在相邻两辅梁板22之间，增强受力梁2连接强度，从而使支撑框架对外侧壳体1提供稳定的支撑力，确保受力梁2与外侧壳体1间充足的接触面积，避免壳体1失稳，确保叶片模块的结构稳定性。

进一步的，通过分别设置在连接梁21和T型梁24端部的两种连接结构实现相邻两叶片模块之间的固定连接，在各叶片模块结构中，其受力梁2结构稳固，通过分别设置在两受力梁2体上的连接件能够实现两叶片模块的稳固连接。

在本实施例中，相邻两叶片模块上的连接梁21通过叶片螺栓实现二者间的固定连接，间隔设置在辅梁板22间的T型梁24通过榫卯结构实现相邻两叶片模块上对应T型梁24的固定连接，通过两种连接方式，实现叶片模块在其端部环向上的多节点固定连接，确保连接后叶片整体结构的稳固。

具体的，参见图12所示，第一连接结构4包括沿叶片不同环向设置的多个第一环孔41和多个第二环孔42，第一环孔41和第二环孔42交错设置并通过轴孔43连接至连接梁21端面；第一环孔41设置为圆形通孔，第二环孔42设置为葫芦形通孔。第一连接件6包括圆柱形螺母61、双头螺栓62、半圆柱垫片63和圆螺母64，圆柱形螺母61和半圆柱垫片63分别设置在第一环孔41和第二环孔42中，双头螺栓62的端部通过轴孔43与圆柱形螺母61螺接，或者穿过半圆柱垫片63与圆螺母64螺接。

葫芦形通孔便于圆螺母64与双头螺栓62端部的旋紧固定，确保在使用工具旋紧圆螺母64的过程中不受空间限制，便于操作。

第一环孔41和第二环控交错设置，使第一连接结构4均匀布设在相邻两叶片模块的连接梁21端部，避免对单侧连接梁21结构过度损坏，同时能够提高第一连接结构4的承载能力。

进一步的，参见图13所示，第二连接结构5包括设置在T型梁24端部的卯接槽51，第二连接件7包括与两叶片模块相对T型梁24上两卯接槽51相配合的榫接插件71；卯接槽51设置为三角形结构，榫接插件71设置为菱形结构。

使用适量结构胶将榫接插件71与两侧卯接槽51固定连接，并在连接完成后再连接位置手糊双轴布增强连接强度，同时还能够避免榫接插件71从卯接槽51侧面滑出。

后缘梁23和T型梁24均沿叶片轴向设置，并伸出或者缩回壳体1端面，位于相邻两叶片模块上对应设置的后缘梁23和T型梁24端部相抵接。在两叶片模块的连接结构中，进一步借助T型梁24本体伸出壳体1端部并与另一叶片模块的壳体1粘接固定，增强两叶片模块间的连接强度。

沿叶片环向分别对应迎风面11和背风面12设置的多个T型梁24，间隔伸出或者缩回壳体1端面，增强连接结构的稳定性。

在本实施例中，连接梁21一体设置，包括环梁帽211位于其同侧的主梁帽212和辅梁帽213，主梁帽212和辅梁帽213均沿叶片轴向设置；主梁帽212和辅梁帽213分别靠近前缘部13和后缘部15设置，且主梁帽212的厚度大于辅梁帽213的厚度。

连接梁21采用裤型结构，如图8所示，其中，环梁帽211配合主梁帽212和辅梁帽213并在三者间形成断口部214，断口部214朝向环梁帽211收拢设置；环梁帽211的两侧边沿分别延伸至主梁帽212和辅梁帽213，且均朝向断口部214收拢设置。确保连接梁21刚性在其轴向的平稳过度，提高连接梁21的承载能力。

在本实施例中，如图4所示，承载腹板3包括第一腹板31、第二腹板32和第三腹板33，且在其端部均设置有弧形槽口34；第一腹板31位于前缘部13并分别与壳体1两侧内壁相抵接，第二腹板32分别与两连接梁21相抵接，第三腹板33分别与壳体1两侧的辅梁板22相抵接。

承载腹板3均沿叶片轴向设置为直板，通过在其端部设置弧形槽口34，消除连接端的应力集中，提高承载能力。

如图6所示，T型梁24包括横板241和与其垂直设置的竖板242，并通过横板241与两辅梁板22固定连接；在辅梁板22朝向叶片壳体1的一侧对应横板241设置有搭边221，搭边221朝向其远离叶片壳体1的一侧内凹设置，且其凹陷深度与横板241厚度相适应。

如图11所示，在壳体1端部开设有舱门槽口16，相连两叶片模块上对应设置在两舱门槽口16形成舱门孔17；舱门口分别设置在壳体1的前缘部13，以及中间部14和后缘部15的迎风面11和背风面12。

舱门孔17便于人工进出，在两叶片模块连接完成后，对舱门孔17的法兰面涂胶，并采用粘铆连接方式覆盖固定一层外蒙皮，将孔位恢复形成连续气动外形，再对连接区域的壳体1外侧，沿其环向手糊双层双轴布，增强连接结构。

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 (12)

1.一种模块化风电叶片，包括沿风电叶片轴向设置的多个叶片模块，其特征在于，所述叶片模块包括壳体和设置其内的受力梁和承载腹板，所述受力梁与所述壳体贴合设置，所述承载腹板沿叶片弦长方向设置有多个；

所述壳体包括迎风面和背风面，并沿叶片弦长方向设置为前缘部、中间部和后缘部，所述受力梁包括连接梁、辅梁板、后缘梁和T型梁，所述连接梁相对设置在所述中间部两侧，所述后缘梁嵌设在所述后缘部的边沿处，所述辅梁板对应设置在所述中间部和所述后缘部，并沿叶片环向设置有多个，所述T型梁分别与相邻两所述辅梁板相连。

2.根据权利要求1所述的模块化风电叶片，其特征在于，所述后缘梁和所述T型梁均沿叶片轴向设置，并伸出或者缩回所述壳体端面，位于相邻两叶片模块上对应设置的所述后缘梁和所述T型梁端部相抵接。

3.根据权利要求2所述的模块化风电叶片，其特征在于，沿叶片环向分别对应所述迎风面和所述背风面设置的多个所述T型梁，间隔伸出或者缩回所述壳体端面。

4.根据权利要求1所述的模块化风电叶片，其特征在于，所述连接梁一体设置，包括环梁帽位于其同侧的主梁帽和辅梁帽，所述主梁帽和所述辅梁帽均沿叶片轴向设置；

所述主梁帽和所述辅梁帽分别靠近所述前缘部和所述后缘部设置，且所述主梁帽的厚度大于所述辅梁帽的厚度。

5.根据权利要求4所述的模块化风电叶片，其特征在于，所述环梁帽配合所述主梁帽和所述辅梁帽并在三者间形成断口部，所述断口部朝向所述环梁帽收拢设置；

所述环梁帽的两侧边沿分别延伸至所述主梁帽和所述辅梁帽，且均朝向所述断口部收拢设置。

6.根据权利要求4所述的模块化风电叶片，其特征在于，所述承载腹板包括第一腹板、第二腹板和第三腹板，且在其端部均设置有弧形槽口；

所述第一腹板位于所述前缘部并分别与所述壳体两侧内壁相抵接，所述第二腹板分别与两所述连接梁相抵接，所述第三腹板分别与所述壳体两侧的所述辅梁板相抵接。

7.根据权利要求1所述的模块化风电叶片，其特征在于，所述T型梁包括横板和与其垂直设置的竖板，并通过所述横板与两所述辅梁板固定连接；

在所述辅梁板朝向所述壳体的一侧对应所述横板设置有搭边，所述搭边朝向其远离所述壳体的一侧内凹设置，且其凹陷深度与所述横板厚度相适应。

8.根据权利要求1所述的模块化风电叶片，其特征在于，在所述壳体端部开设有舱门槽口，相连两叶片模块上对应设置在两所述舱门槽口形成舱门孔；

所述舱门孔分别设置在壳体的前缘部，以及所述中间部和所述后缘部的所述迎风面和所述背风面。

9.一种模块化风电叶片的连接结构，应用于上述权利要求1~8任一项所述的模块化风电叶片，其特征在于，在所述连接梁和所述T型梁的端部分别设置有第一连接结构和第二连接结构，相邻两叶片模块上的两所述第一连接结构和两所述第二连接结构分别通过第一连接件和第二连接件固定连接。

10.根据权利要求9所述的模块化风电叶片的连接结构，其特征在于，所述第一连接结构包括沿叶片不同环向设置的多个第一环孔和多个第二环孔，所述第一环孔和所述第二环孔交错设置并通过轴孔连接至所述连接梁端面；

所述第一环孔设置为圆形通孔，所述第二环孔设置为葫芦形通孔。

11.根据权利要求10所述的模块化风电叶片的连接结构，其特征在于，所述第一连接件包括圆柱形螺母、双头螺栓、半圆柱垫片和圆螺母，所述圆柱形螺母和所述半圆柱垫片分别设置在所述第一环孔和所述第二环孔中，所述双头螺栓的端部通过所述轴孔与所述圆柱形螺母螺接，或者穿过所述半圆柱垫片与所述圆螺母螺接。

12.根据权利要求9所述的模块化风电叶片的连接结构，其特征在于，所述第二连接结构包括设置在所述T型梁端部的卯接槽，所述第二连接件包括与两叶片模块相对T型梁上两所述卯接槽相配合的榫接插件；

所述卯接槽设置为三角形结构，所述榫接插件设置为菱形结构。

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