CN201165932Y - 大型风轮叶片双梁式结构 - Google Patents

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孙如林
田野
姜兆民
田卫国
高凤羽
赵建立
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Abstract

一种大型风轮叶片双梁式结构，主要包括抗剪腹板及与抗剪腹板相结合的叶片，其特征是：该叶片从叶根至叶尖的截面随壳体翼型的变化而逐渐减小，其两端面通过结构胶与置于壳体内部的两个抗剪腹板粘接起来，且呈两个相对的“[”形抗剪腹板与叶片壳体构成一整体，并形成一闭合的矩形盒体。本实用新型由于采用了“[”形抗剪腹板与叶片壳体粘接技术，并形成一闭合的矩形盒体，故增强了叶片的整体强度，其抗扭能力比单梁式结构有着更大优势，可使机组在运行过程中更安全，更有效地保证叶片的结构稳定性和叶片的使用寿命。

Description

大型风轮叶片双梁式结构
技术领域
本实用新型涉及水平轴风力发电机组风轮叶片的结构设计，尤指一种在生产过程中使用的大型风轮叶片双梁式结构。
背景技术
水平轴风力发电机组风轮叶片的结构主要为梁、壳结构，目前设计技术均来自于欧洲等国外设计与研究机构，设计思路建立在国外的风电场风况基础上，普遍采用的是单梁式结构。其结构型式是：在叶片壳体适当位置设置一个C形抗剪腹板，并与叶片壳体用结构胶进行粘接，形成共同工作的整体性结构，C形抗剪腹板从叶根至叶尖的截面随壳体翼型的变化而逐渐减小。
这种单梁式结构特点是：叶片重量轻、叶片前缘强度和刚度较低，运输过程中局部容易损坏，对叶片运输条件要求较高；叶片在运行过程中的变形较大，必须选择高性能的结构胶，否则极易造成叶片后缘开裂；在国内风电场的使用过程中，曾多次出现过叶片损坏故障，故该单梁式结构不适应中国的风电场风况。
实用新型内容
本实用新型针对叶片单梁式结构刚度小、运输要求高、运行过程中容易损坏等缺点，提供一种适用于中国风电场风况的大型风轮叶片双梁式结构。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种大型风轮叶片双梁式结构，主要包括抗剪腹板及与抗剪腹板相结合的叶片，其特征是：该叶片从叶根至叶尖的截面随壳体翼型的变化而逐渐减小，其两端面通过结构胶与置于壳体内部的两个抗剪腹板粘接起来，且呈两个相对的“[”形抗剪腹板与叶片壳体构成一整体，并形成一闭合的矩形盒体。其中；
所述壳体内至少设有两层或两层以上的铺层，而呈相对的两个“[”形结构之间另设有一内蒙皮加强区；它们均是由玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料制成；
叶片是由玻璃纤维增强聚脂树脂或玻璃纤维增强环氧树脂或碳纤维增强环氧树脂制成；
两个“[”形抗剪腹板所用的复合材料是由玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料制成。
本实用新型由于采用了“[”形抗剪腹板与叶片壳体粘接技术，并形成一闭合的矩形盒体，故增强了叶片的整体强度，其抗扭能力比单梁式结构有着更大优势，可使机组在运行过程中更安全，更有效地保证叶片的结构稳定性和叶片的使用寿命。
附图说明
图1
Figure Y20082010772900041
为本实用新型的剖面结构示意图。
具体实施方式
参见图1，一种大型风轮叶片双梁式结构，主要包括：抗剪腹板及与抗剪腹板相结合的叶片；该叶片前缘1与叶片后缘2间形成内壳体3、外壳体4，该叶片从叶根至叶尖的截面随壳体翼型的变化而逐渐减小，其两端面通过结构胶与置于壳体内部的两个抗剪腹板6、7粘接起来，且呈两个相对的“[”形抗剪腹板6、7与叶片壳体结合起来构成一整体，并形成一闭合的矩形盒体。
而壳体内至少设有两层或两层以上的铺层[图中未示]，呈相对的两个“[”形结构之间另设有一内蒙皮加强区5。该铺层与内蒙皮加强区5均是由玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料制成。
上述叶片是由玻璃纤维增强聚脂树脂或玻璃纤维增强环氧树脂或碳纤维增强环氧树脂制成。
两个“[”形抗剪腹板所用的复合材料是由玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料制成。
工作时，首先确定叶片壳体铺层结构，一般在壳体内至少设有两层或两层以上的铺层，两个“[”形结构之间为内蒙皮加强区5，该内蒙皮加强区5与铺层结构均是由玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料制成；然后确定两个“[”形抗剪腹板的大小及安装的位置，最后将叶片壳体与两个“[”形抗剪腹板之间用结构胶粘接形成一整体，以共同支撑叶片形状、承受运行中的风载、完成叶片的整体功能。
在叶片生产过程中，将两个“[”形抗剪腹板分开制作，在叶片合模前，将两个“[”形抗剪腹板组装起来，并按设计要求位置放置在叶片壳体之间，叶片壳体与抗剪腹板之间用结构胶粘接起来，结构胶固化后，叶片壳体与两个“[”抗剪腹板形成一整体结构。
该叶片双梁式结构与单梁式结构相比具有以下的特点：
(1)生产方式简单，适合批量生产。生产大梁时，其形状简单，生产容易，可集中存放在一起。在叶片壳体合模前，将两个梁体组装起来即可用于叶片生产。
(2)增强了叶片的整体强度，适合中国风电场的实际运行情况。国内风电场的风况较为复杂，为保证机组安全，一般风电场均要求叶片按一类叶片设计，国外公司生产的叶片在中国风场多次出现叶片损坏故障，而我公司生产的双梁式结构叶片至今运行正常。
(3)叶片变形小，机组更安全。由于双梁式结构增强了叶片的整体刚度，在承受风载时比其它类型叶片的变形小许多，在叶尖距塔架之间的距离相同的情况下，双梁式结构叶片更加安全。在相同的安全裕度下，双梁式结构叶片可以使机组显著降低机组整体载荷水平。
(4)符合大型叶片的设计要求。叶片尺寸越长，在运行过程中受到的载荷就越大，其变形也随之增大，越应该增强叶片的整体刚度和强度，使之适应风电场恶劣的运行环境，特别是海上型风电机组，采用双梁式结构叶片是非常必要的。
(5)采用双梁式结构，可以在重量增加不多的情况下显著提高叶片的挥舞、摆振方向的结构刚度，而且更为重要的是可以更有效地保证叶片的结构稳定性。当叶片在发生挥舞及摆振时，叶片结构会同时存在挥舞摆振的耦合现象，作为双梁式结构叶片来说，这是由于结构中的双梁与叶片壳体形成了闭合的矩形盒体，其抗扭能力比单梁式叶片有着更大优势。另外，在叶片承受载荷过程中，双梁式结构显著增加了叶片后缘区域面内刚度，以此提高了叶片的结构稳定性。

Claims (5)

1、一种大型风轮叶片双梁式结构，主要包括抗剪腹板及与抗剪腹板相结合的叶片，其特征是：该叶片从叶根至叶尖的截面随壳体翼型的变化而逐渐减小，其两端面通过结构胶与置于壳体内部的两个抗剪腹板粘接起来，且呈两个相对的“[”形抗剪腹板与叶片壳体构成一整体，并形成一闭合的矩形盒体。
2、根据权利要求1所述大型风轮叶片双梁式结构，其特征是：所述壳体内至少设有两层或两层以上的铺层，而呈相对的两个“[”形结构之间另设有一内蒙皮加强区。
3、根据权利要求2所述的大型风轮叶片双梁式结构，其特征是：所述壳体内至少设有两层或两层以上的铺层，它与内蒙皮加强区均是由玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料制成。
4、根据权利要求1、2或3所述大型风轮叶片双梁式结构，其特征是：所述叶片是由玻璃纤维增强聚脂树脂或玻璃纤维增强环氧树脂或碳纤维增强环氧树脂制成。
5、根据权利要求1、2或3所述大型风轮叶片双梁式结构，其特征是：所述两个“[”形抗剪腹板所用的复合材料是由玻璃纤维增强材料或碳纤维增强材料制成。
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