CN117212041A - 风力发电机叶片 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种风力发电机叶片，所述风力发电机包括连接筒和能够安装在所述连接筒上的多个叶片，其中：每一叶片由多个分段组成，其中，所述每一分段包括：叶片轴、能够固定在所述叶片轴上的分段子叶片、用于与其他分段或所述连接筒连接的分段法兰盘以及用于稳定所述叶片轴的叶片碗和至少一根钢索。通过分段法兰盘连接每一分段，以及钢索稳定叶片轴和叶片，从而可以让风力发电机的运输更加便捷，使叶片做的更长、更宽，增加了叶片更多的捕风与发电能力。

Description

风力发电机叶片

相关申请的交叉引用

本申请要求2023年2月17日提交的申请号为202310126949.5的中国专利申请的优先权，以上申请的全部内容均通过引用的方式被合并于此。

技术领域

本申请实施例涉及风力发电装备技术领域，特别涉及风力发电机叶片。

背景技术

伴随着清洁能源的不断发展，越来越多的电力企业开始致力于研究风能发电，在风能发电中风力发电机是常用的设备。

风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。

水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴，此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载，另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型。

对风力发电机而言，扇叶叶片是风力发电机上必不可少的配件，然而研究人员发现，现有技术中的风力发电机组叶片是一个整体，或即使部分叶片有分段也没有中间扶持支撑，这样的叶片结构极其容易从中间的任意部位断裂。

或即使有分段也没有横向分段的结构设计，叶片宽度通常尺寸较小，经过测量发现一般的风力发电机组的叶片宽度没有超过5米的。

对风力发电机而言，扇叶叶片是风力发电机上必不可少的配件，然而研究发现如果叶片可以做的更长、更宽，则可以增加了叶片更多的捕风与发电能力，确保风力资源可以得到高效的利用。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种风力发电机叶片，所述风力发电机包括连接筒和能够安装在所述连接筒上的多个叶片，其中：每一叶片由多个分段组成，其中，所述每一分段包括：叶片轴、能够固定在所述叶片轴上的分段子叶片、用于与其他分段或所述连接筒连接的分段法兰盘以及用于稳定所述叶片轴的叶片碗和至少一根钢索，从而可以使叶片做的更长、更宽，增加了叶片更多的捕风与发电能力。

在某些优选的实施例中，叶片轴包括主轴和叶片支撑轴，主轴及叶片支撑轴呈鱼骨型排列，从而可以让风力发电机更加稳定。

在某些优选的实施例中，叶片支撑轴为刀片状，叶片轴与分段子叶片形成的空腔结构中使用低密度填充物填充以对分段子叶片进行支撑，从而可以让风力发电机更加稳定。

在某些优选的实施例中，所述叶片碗的根部设置有轴承座，所述轴承座通过轴承连接叶片轴，以使所述叶片轴能够转动，从而可以根据风力和风向实时转动叶片，增强叶片的捕风能力。

在某些优选的实施例中，所述叶片碗的边上固定有至少一个吊环，所述至少一个吊环用于连接所述至少一根钢索，所述至少一根钢索包括横拉钢索、前斜拉钢索和后斜拉钢索，从而可以让叶片更加稳定。

在某些优选的实施例中，所述横拉钢索包括左横拉钢索和右横拉钢索，所述左横拉钢索用于连接当前叶片的叶片轴与左侧相邻叶片的叶片轴，所述右横拉钢索用于连接当前叶片的叶片轴与右侧相邻叶片的叶片轴，所述当前叶片的叶片轴与左侧相邻叶片的叶片轴共用所述当前叶片的左横拉钢索，所述当前叶片的叶片轴与右侧相邻叶片的叶片轴共用所述当前叶片的右横拉钢索，从而可以让叶片更加稳定。

在某些优选的实施例中，所述前斜拉钢索用于连接当前叶片的叶片轴和所述连接筒，所述后斜拉钢索用于当前叶片的叶片轴和所述连接筒。

在某些优选的实施例中，所述叶片碗的边上固定有四个吊环，所述四个吊环两两对称分布在所述叶片碗的边上，所述四个吊环分别用于固定所述前斜拉钢索的一端、所述后斜拉钢索的一端以及左横拉钢索的一端和右横拉钢索的一端，所述左右两根横拉钢索的吊环分布在穿过所述叶片碗的圆心的第一直线上，所述前斜拉钢索的吊环和所述后斜拉钢索的吊环分布在穿过所述叶片碗的圆心的第二直线上，所述第一直线和所述第二直线的较小的夹角小于30度，从而可以让叶片更加稳以及让钢索不触碰到叶片。

在某些优选的实施例中，所述风力发电机还包括连接筒，所述连接筒包括前连接筒和后连接筒，所述前连接筒上设置有固定多根所述前斜拉钢索的另一端的多个前连接点，所述后连接筒上设置有固定多根所述后斜拉钢索的另一端的多个后连接点，从而可以让叶片更加稳以及让钢索不触碰到叶片。

在某些优选的实施例中，所述前斜拉钢索的连接点与所述前连接筒的圆心所在的第三直线，与所述前斜拉钢索在所述连接筒所在的平面的投影，形成的夹角不为0度，从而可以让叶片更加稳以及让钢索不触碰到叶片。

在某些优选的实施例中，所述前连接筒和所述后连接筒通过中连接筒连接，所述前连接筒上的连接点以及所述后连接筒上的连接点均距离所述中连接筒有一设定距离，从而可以让叶片更加稳以及让钢索不触碰到叶片。

在某些优选的实施例中，所述中连接筒上均匀设置有与所述叶片的数量相同的叶片法兰盘，所述叶片法兰盘用于配合最靠近所述连接筒的分段上的所述分段法兰盘将所述叶片固定在所述连接筒上，从而将叶片固定在连接筒上。

本申请涉及的风力发电机叶片通过分段法兰盘连接每一分段，以及钢索稳定叶片轴和叶片，从而可以让风力发电机的运输更加便捷，使叶片做的更长、更宽，进而提高捕风能力，带动更多的转子转动并产生更多的电力，大大的提高风力发电机的发电效率，进一步地，通过鱼骨型排列主轴和叶片支撑轴，其中，叶片支撑轴为刀片状，叶片轴与分段子叶片形成的空腔结构中使用低密度填充物填充以对分段子叶片进行支撑，从而可以保障叶片的稳定性，确保风力资源可以得到更高效的利用。

附图说明

图1为本发明一实施方式的风力发电机叶片的叶片主视结构示意图；

图2为本发明一实施方式的风力发电机叶片的主轴和叶片支撑轴结构示意图；

图3为本发明一实施方式的风力发电机叶片的叶片分段示意图；

图4为本发明一实施方式的风力发电机叶片的叶片碗示意图；

图5为本发明一实施方式的风力发电机叶片的连接筒示意图；

附图标记：叶片10、分段100、分段子叶片110、分块111、叶片轴120、主轴121、叶片支撑轴122、法兰盘130、叶片碗140、吊环141、轴承座141、横拉钢索150、前斜拉钢索160、后斜拉钢索170、连接筒200、前连接筒210、前连接点211、中连接筒220、后连接筒230、后连接点231。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1、图2、图3、图4和图5，其示出了风力发电机的叶片分块的一个示意图。

风力发电机叶片包括连接筒200和能够安装在连接筒200上的多个叶片10，其中，每一叶片10由多个分段100组成，叶片10是用来捕获风并将风力传送到转子轴心，例如，现代600千瓦风力发电机上，每个叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很像飞机的机翼。而本申请的叶片10可以是从首端到末端越来越大，其中，每一分段100包括：叶片轴120、能够固定在叶片轴120上的分段子叶片110、用于与其他分段100或连接筒200连接的法兰盘130以及用于稳定叶片轴120的叶片碗140和至少一根钢索。

例如，叶片10可以由第一分段100、第二分段100和第三分段100组成，当然也可以是其他数量的分段，本申请在此没有限制。每一分段设置有法兰盘130用于与其他分段或连接筒连接，例如，第一分段100首端的法兰盘130与连接筒200的法兰盘130固定连接，第一分段100的末端的法兰盘130与第二分段100首端的法兰盘130固定连接，第二分段100末端的法兰盘130与第三分段100首端的法兰盘130固定连接，两个法兰盘130连接时可以在两个法兰盘130之间加上法兰垫，最后用螺栓将两个法兰盘固定使其紧密结合起来，本申请在此没有限制。

在一具体示例中，叶片10密度轻且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负载的考验，叶片10的材料表面光滑可以有效减小风阻，并且叶片10可以有效的耐腐蚀、紫外线照射和雷击，且不会产生强烈的电磁波干扰和光反射。

需要说明的是，本申请提供的风力发电机上的叶片10可以分成多个分段100，每个分段使用法兰盘130固定连接，从而可以方便风力发电机的运输，进一步的，还可以增加叶片10的长度和宽度，加强风力发电机的捕风与发电能力。

请继续参考图2，在本实施例的一个实现方式中，叶片轴120包括主轴121和叶片支撑轴122，主轴121及叶片支撑轴122呈鱼骨型排列。

叶片10支撑轴122为刀片状，叶片轴120与分段子叶片110形成的空腔结构中使用低密度填充物填充以对分段子叶片110进行支撑。

例如，可以使用钢管或D型型钢做主轴121，钢板做叶片支撑轴122，内填泡沫塑料外覆玻璃钢蒙皮的机构形式，主轴121的钢管及D型型钢从叶根至叶尖的截面逐渐变小，以满足扭曲叶片的要求并减轻叶片重量，其中，用于风力发电叶片芯材的泡沫包括：聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PUR)、丙烯腈-苯乙烯(SAN)、聚醚酰亚胺(PEI)及聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等，本申请在此没有限制。

请继续参考图3和图4，在本实施例的一个实现方式中，每一分段100还设置有叶片碗140，叶片碗140的根部设置有轴承座142，轴承座142通过轴承连接叶片轴120，可以使得叶片轴120能够通过轴承在轴承座里自由转动，从而可以改变叶片10的迎风面，提高叶片10的捕风能力。能够让多个分段100之间实现转动，增加风力发电机的捕风能力和发电效率。例如，当风吹过叶片10时，叶片10受到风的作用，向前倾斜，由于叶片10与叶片轴120的倾斜角度产生了变化，风力使得叶片10带着叶片轴120一起转动，风力发电机叶片10的旋转主要受到风向的影响，当风向改变时，叶片10的位置和角度也会发生变化，叶片10也会随之旋转，为确保叶片10能够始终面向风的方向，轴承座142通过轴承连接叶片轴120，以使叶片轴120能够转动。

在一些可选的实施例中，叶片碗140的边上固定有至少一个吊环141，所述至少一个吊环141用于连接所述至少一根钢索，至少一根钢索包括横拉钢索150、前斜拉钢索160和后斜拉钢索170，横拉钢索150与相邻叶片10的叶片碗140上的吊环141固定连接，用于叶片10的稳定；前斜拉钢索160与后斜拉钢索170的一端连接在当前分段100的叶片碗140的吊环141，另一端连接在连接筒200上，从而可以提升叶片10的稳定。

在一些可选的实施例中，横拉钢索150包括左横拉钢索和右横拉钢索，左横拉钢索用于连接当前叶片10的叶片轴120与左侧相邻叶片10的叶片轴120，右横拉钢索用于连接当前叶片10的叶片轴120与右侧相邻叶片10的叶片轴120，当前叶片10的叶片轴120与左侧相邻叶片的叶片10轴120共用当前叶片10的左横拉钢索，当前叶片10的叶片轴120与右侧相邻叶片10的叶片轴120共用当前叶片10的右横拉钢索，例如，当前叶片10的叶片轴120的左横拉钢索是左侧相邻叶片10的叶片轴120的右横拉钢索，当前叶片10的叶片轴120的右横拉钢索是右侧相邻叶片10的叶片轴120的左横拉钢索，从而可以提升叶片10的稳定。

为了使风力发电机的叶片10更加稳定，前斜拉钢索160用于连接当前叶片的叶片轴120和连接筒200，后斜拉钢索170用于当前叶片的叶片轴120和连接筒200。

叶片碗140的边上固定有四个吊环141，四个吊环141两两对称分布在叶片碗140的边上，四个吊环141分别用于固定前斜拉钢索160的一端、后斜拉钢索170的一端以及左横拉钢索150的一端和右横拉钢索150的一端，左右两根横拉钢索150的吊环141分布在穿过叶片碗140的圆心的第一直线上，前斜拉钢索160的吊环和后斜拉钢索170的吊环141分布在穿过叶片碗140的圆心的第二直线上，第一直线和所述第二直线的较小的夹角小于30度，从而可以使钢索与叶片10保持一定的距离，防止叶片10的破损。两个用于通过钢索连接邻近的两个分段子叶片110，从而提供横向的力稳定各相邻分段子叶片110，另外两个用于通过钢索连接当前分段子叶片110的叶片轴120和风力发电机的连接筒200，从而提供朝向连接筒200方向的力稳定当前分段子叶片110。吊环的数量可以随着所需钢索的数量进行调整，钢索的数量也可以更多或者更少，本申请在此没有限制。

请参考图5，在本实施例的一个实现方式中，风力发电机还包括连接筒200，连接筒200包括前连接筒210和后连接筒230，前连接筒210上设置有固定多根前斜拉钢索160的另一端的多个前连接点211，后连接筒230上设置有固定多根后斜拉钢索170的另一端的多个后连接点231。

前斜拉钢索160的连接点211与前连接筒210的圆心所在的第三直线，与前斜拉钢索211在连接筒200所在的平面的投影，形成的夹角不为0度，从而可以使钢索与叶片10保持一定的距离，防止叶片10随风转动时与钢索接触进而导致叶片10的破损。

前连接筒210和后连接筒230通过中连接筒220连接，前连接筒210上的连接点211以及后连接筒230上的连接点231均距离中连接筒220有一设定距离，从而可以使钢索与叶片10保持一定的距离，防止叶片10转动时接触钢索导致叶片10受损。

请继续参考图4和图5，在本实施例的一个实现方式中，中连接筒220上均匀设置有与叶片10的数量相同的叶片法兰盘130，叶片法兰盘130用于配合最靠近连接筒200的分段100上的分段法兰盘130将叶片固定在连接筒200上，例如，连接时将中连接筒220上叶片法兰盘130与分段100上的分段法兰盘130放于同一水平线上，且将叶片法兰盘130螺栓的位置与分段法兰盘130螺栓的位置对应一致，在叶片法兰盘130与分段法兰盘130之间加上垫片，使用与法兰盘对应规格的螺栓将叶片法兰盘130与分段法兰盘130连接固定，连接固定时，螺栓的安装方向也相同。

以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风力发电机叶片，其特征在于，所述风力发电机包括连接筒和能够安装在所述连接筒上的多个叶片，其中：

每一叶片由多个分段组成，其中，所述每一分段包括：叶片轴、能够固定在所述叶片轴上的分段子叶片、用于与其他分段或所述连接筒连接的分段法兰盘以及用于稳定所述叶片轴的叶片碗和至少一根钢索。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述叶片轴包括主轴和叶片支撑轴，所述主轴及所述叶片支撑轴呈鱼骨型排列。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述叶片支撑轴为刀片状，所述叶片轴与所述分段子叶片形成的空腔结构中使用低密度填充物填充以对所述分段子叶片进行支撑。

4.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述叶片碗的根部设置有轴承座，所述轴承座通过轴承连接叶片轴，以使所述叶片轴能够转动。

5.根据权利要求1所述的风力发电机，其特征在于，所述叶片碗的边上固定有至少一个吊环，所述至少一个吊环用于连接所述至少一根钢索，所述至少一根钢索包括横拉钢索、前斜拉钢索和后斜拉钢索，其中，所述横拉钢索包括左横拉钢索和右横拉钢索，所述左横拉钢索用于连接当前叶片的叶片轴与左侧相邻叶片的叶片轴，所述右横拉钢索用于连接当前叶片的叶片轴与右侧相邻叶片的叶片轴，所述当前叶片的叶片轴与左侧相邻叶片的叶片轴共用所述当前叶片的左横拉钢索，所述当前叶片的叶片轴与右侧相邻叶片的叶片轴共用所述当前叶片的右横拉钢索，所述前斜拉钢索用于连接当前叶片的叶片轴和所述连接筒，所述后斜拉钢索用于当前叶片的叶片轴和所述连接筒。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组合叶片，其特征在于，所述叶片碗的边上固定有四个吊环，所述四个吊环两两对称分布在所述叶片碗的边上，所述四个吊环分别用于固定所述前斜拉钢索的一端、所述后斜拉钢索的一端以及左横拉钢索的一端和右横拉钢索的一端，所述左右两根横拉钢索的吊环分布在穿过所述叶片碗的圆心的第一直线上，所述前斜拉钢索的吊环和所述后斜拉钢索的吊环分布在穿过所述叶片碗的圆心的第二直线上，所述第一直线和所述第二直线的较小的夹角小于30度。

7.根据权利要求6所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括连接筒，所述连接筒包括前连接筒和后连接筒，所述前连接筒上设置有固定多根所述前斜拉钢索的另一端的多个前连接点，所述后连接筒上设置有固定多根所述后斜拉钢索的另一端的多个后连接点。

8.根据权利要求7所述的风力发电机，其特征在于，所述前斜拉钢索的连接点与所述前连接筒的圆心所在的第三直线，与所述前斜拉钢索在所述连接筒所在的平面的投影，形成的夹角不为0度。

9.根据权利要求7所述的风力发电机，其特征在于，所述前连接筒和所述后连接筒通过中连接筒连接，所述前连接筒上的连接点以及所述后连接筒上的连接点均距离所述中连接筒有一设定距离。

10.根据权利要求9所述的风力发电机，其特征在于，所述中连接筒上均匀设置有与所述叶片的数量相同的叶片法兰盘，所述叶片法兰盘用于配合最靠近所述连接筒的分段上的所述分段法兰盘将所述叶片固定在所述连接筒上。