CN221169853U - 风电机组及其复合型拉挤板主梁结构的叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风电机组及其复合型拉挤板主梁结构的叶片，涉及风电叶片设计技术领域，复合型拉挤板主梁结构的叶片包括：迎风面主梁，其包括玻璃纤维拉挤板和碳纤维拉挤板，玻璃纤维拉挤板和碳纤维拉挤板叠放连接、以形成迎风面主梁，玻璃纤维拉挤板位于迎风面主梁的内侧，碳纤维拉挤板位于迎风面主梁的外侧；背风面主梁；腹板，其用于连接迎风面主梁和背风面主梁。本实用新型所提供的复合型拉挤板主梁结构的叶片，可有效提高风电大型化叶片的结构强度及刚度。

Description

风电机组及其复合型拉挤板主梁结构的叶片

技术领域

本实用新型涉及风电叶片设计技术领域，更具体地说，涉及一种复合型拉挤板主梁结构的叶片。此外，还涉及一种包括上述复合型拉挤板主梁结构的叶片的风电机组。

背景技术

相关技术中，在风电叶片设计中，主梁是叶片设计的重点。主梁是承受叶片弯矩的主要部件，为减少整个叶片的载荷及制造成本，优质的主梁应具有质量轻、承载力大等特点。

目前，由于玻璃纤维成本低、强度高，被广泛应用于风电叶片中，玻璃纤维的发展较久，从灌注到拉挤，材料强度及模量都有所提高，但随着风力机容量不断增加，叶片尺寸有了巨大提升，风力发电的大型化对主梁材料提出了更高的要求，然而传统玻纤拉挤板材料性能已接近极限，很难有大的提升。

为满足大叶片对结构强度及刚度的要求，传统的解决方案为在叶片主梁上增加玻璃纤维拉挤板厚度或者采用碳板主梁，而这两种解决方案存在叶片重或成本高的问题。为达到成本与叶片强度的平衡，风力发电机叶片通常由玻璃纤维与树脂基底作为叶片外壳，然后分体制造，主梁位于叶片壳体的中间位置附近，主梁与腹板粘接后形成叶片的“骨架”，以支撑整个叶片。其中，压力面主梁与吸力面主梁通过腹板连接。玻璃纤维主梁结构采用灌注或者拉挤工艺进行制作。然而，随着叶片尺寸的不断增加，传统的拉挤或灌注玻璃纤维主梁结构强度及刚度不足，对于风电大型化叶片，传统玻璃纤维主梁材料的性能逐渐成为叶片设计的瓶颈。

综上所述，如何提高风电大型化叶片的结构强度及刚度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种复合型拉挤板主梁结构的叶片，可有效提高风电大型化叶片的结构强度及刚度。

本实用新型的另一目的是提供一种包括上述复合型拉挤板主梁结构的叶片的风电机组。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种复合型拉挤板主梁结构的叶片，包括：

迎风面主梁，其包括玻璃纤维拉挤板和碳纤维拉挤板，所述玻璃纤维拉挤板和所述碳纤维拉挤板叠放连接、以形成所述迎风面主梁，所述玻璃纤维拉挤板位于所述迎风面主梁的内侧，所述碳纤维拉挤板位于所述迎风面主梁的外侧；

背风面主梁；

腹板，其用于连接所述迎风面主梁和所述背风面主梁。

在一个实施例中，所述迎风面主梁的最厚位置包括7层拉挤板，7层所述拉挤板中包括1层所述碳纤维拉挤板和6层所述玻璃纤维拉挤板；或7层所述拉挤板中包括2层所述碳纤维拉挤板和5层所述玻璃纤维拉挤板；或7层所述拉挤板中包括3层所述碳纤维拉挤板和4层所述玻璃纤维拉挤板。

在一个实施例中，所述碳纤维拉挤板和所述玻璃纤维拉挤板之间通过双轴布和树脂连接。

在一个实施例中，所述碳纤维拉挤板铺设在所述迎风面主梁外侧的叶根到叶尖区域。

在一个实施例中，所述背风面主梁的最厚位置包括7层叠放连接的玻璃纤维拉挤板。

在一个实施例中，各所述玻璃纤维拉挤板之间通过双轴布和树脂连接。

在一个实施例中，所述玻璃纤维拉挤板和所述碳纤维拉挤板的宽度为70mm-80mm，所述玻璃纤维拉挤板和所述碳纤维拉挤板的厚度为3mm-7mm。

在一个实施例中，所述碳纤维拉挤板和所述玻璃纤维拉挤板均沿厚度方向设有倒角。

在一个实施例中，所述碳纤维拉挤板沿厚度方向的倒角为1∶140至1∶160；所述玻璃纤维拉挤板沿厚度方向的倒角为1∶90至1∶110。

一种风电机组，包括上述任一项所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片。

在使用本实用新型所提供的复合型拉挤板主梁结构的叶片时，碳纤维拉挤板具有高强度、高模量的特性，相比玻璃纤维拉挤板，采用碳纤维拉挤板可使主梁强度性能有效提升，也即通过将碳纤维拉挤板铺设在迎风面主梁的外侧，能够使得叶片获得足够的强度和刚度。而且，考虑到玻璃纤维拉挤板具有较高的韧性和冲击吸收能力，通过将玻璃纤维拉挤板铺设到迎风面主梁的内侧，可有效提高叶片的韧性和抗冲击能力。

本装置通过碳纤维和玻璃纤维组合形成主梁结构的形式，将有助于减少叶片在恶劣环境下的破坏风险，提高叶片的可靠性和寿命，同时也能减小叶片在运行过程中的振动和变形，达到提高叶片稳定性、安全性以及减小叶片的能量损伤与噪音的效果。另外，本装置为碳纤维复合材料在风电叶片主梁上的使用形式提供了一种崭新的思路，拓宽了碳纤维复合材料在风力发电叶片上的使用前景。

综上所述，本实用新型所提供的复合型拉挤板主梁结构的叶片，可有效提高风电大型化叶片的结构强度及刚度。

此外，本实用新型还提供了一种包括上述复合型拉挤板主梁结构的叶片的风电机组。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的迎风面主梁的结构示意图；

图2为迎风面主梁的另一结构示意图；

图3为背风面主梁的结构示意图；

图4为倒角的结构示意图。

图1-图4中：

1为迎风面主梁、2为背风面主梁、3为玻璃纤维拉挤板、4为碳纤维拉挤板、5为双轴布、6为倒角。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种复合型拉挤板主梁结构的叶片，可有效提高风电大型化叶片的结构强度及刚度。本实用新型的另一核心是提供一种包括上述复合型拉挤板主梁结构的叶片的风电机组。

请参考图1至图4，图1为本实用新型所提供的迎风面主梁的结构示意图；图2为迎风面主梁的另一结构示意图；图3为背风面主梁的结构示意图；图4为倒角的结构示意图。

本具体实施例提供了一种复合型拉挤板主梁结构的叶片，包括：

迎风面主梁1，其包括玻璃纤维拉挤板3和碳纤维拉挤板4，玻璃纤维拉挤板3和碳纤维拉挤板4叠放连接、以形成迎风面主梁1，玻璃纤维拉挤板3位于迎风面主梁1的内侧，碳纤维拉挤板4位于迎风面主梁1的外侧；

背风面主梁2；

腹板，其用于连接迎风面主梁1和背风面主梁2。

可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对迎风面主梁1的玻璃纤维拉挤板3和碳纤维拉挤板4、背风面主梁2以及腹板的形状、尺寸、位置等进行确定。

在使用本实用新型所提供的复合型拉挤板主梁结构的叶片时，碳纤维拉挤板4具有高强度、高模量的特性，相比玻璃纤维拉挤板3，采用碳纤维拉挤板4可使主梁强度性能有效提升，也即通过将碳纤维拉挤板4铺设在迎风面主梁1的外侧，能够使得叶片获得足够的强度和刚度。而且，考虑到玻璃纤维拉挤板3具有较高的韧性和冲击吸收能力，通过将玻璃纤维拉挤板3铺设到迎风面主梁1的内侧，可有效提高叶片的韧性和抗冲击能力。

本装置通过碳纤维和玻璃纤维组合形成主梁结构的形式，将有助于减少叶片在恶劣环境下的破坏风险，提高叶片的可靠性和寿命，同时也能减小叶片在运行过程中的振动和变形，达到提高叶片稳定性、安全性以及减小叶片的能量损伤与噪音的效果。另外，本装置为碳纤维复合材料在风电叶片主梁上的使用形式提供了一种崭新的思路，拓宽了碳纤维复合材料在风力发电叶片上的使用前景。

综上所述，本实用新型所提供的复合型拉挤板主梁结构的叶片，可有效提高风电大型化叶片的结构强度及刚度。

在一个实施例中，迎风面主梁1的最厚位置包括7层拉挤板，7层拉挤板中包括1层碳纤维拉挤板4和6层玻璃纤维拉挤板3；或7层拉挤板中包括2层碳纤维拉挤板4和5层玻璃纤维拉挤板3；或7层拉挤板中包括3层碳纤维拉挤板4和4层玻璃纤维拉挤板3。

需要说明的是，碳纤维具有高强度、高模量的特性，相比玻璃纤维材料，采用碳纤维制作的拉挤板其强度性能可提升33％，模量增加1倍以上，本装置通过将碳纤维拉挤板4铺设在迎风面主梁1的外侧，能够使得叶片获得足够的强度和刚度。此外，考虑到玻璃纤维具有较高的韧性和冲击吸收能力，通过将玻璃纤维铺设到背风面主梁2的内侧，可有效提高叶片的韧性和抗冲击能力。

通过碳玻组合的主梁结构形式，将有助于减少叶片在恶劣环境下的破坏风险，提高叶片的可靠性和寿命，同时也能减小叶片在运行过程中的振动和变形，达到提高叶片稳定性、安全性以及减小叶片的能量损伤与噪音的效果。但由于碳纤维拉挤板4的制作成本较高，可将碳纤维拉挤板4的层数设置的少于玻璃纤维拉挤板3的层数，而碳纤维拉挤板4和玻璃纤维拉挤板3具体的层数可根据实际需求和实际需求进行确定。

在一个实施例中，碳纤维拉挤板4和玻璃纤维拉挤板3之间通过双轴布5和树脂连接，也即可以在各层拉挤板之间设置双轴布5，并在双轴布5上铺设树脂，以使上下叠放的各拉挤板充分连接。并且，碳纤维拉挤板4和玻璃纤维拉挤板3可采用统一规格，以便于通过双轴布5和树脂对各层拉挤板进行统一连接。

在一个实施例中，碳纤维拉挤板4铺设在迎风面主梁1外侧的叶根到叶尖区域。通过在迎风面主梁1外侧从叶根到叶尖铺设一层或多层的碳纤维拉挤板4，碳纤维拉挤板4起到承担风载以及将部分载荷传递到其他部件的重要作用。

在一个实施例中，背风面主梁2的最厚位置包括7层叠放连接的玻璃纤维拉挤板3。由于背风面主梁2的风载相对较小，故利用7层叠放的玻璃纤维拉挤板3制作背风面主梁2即可满足使用需求，也可避免装置的制作成本过高。

在一个实施例中，各玻璃纤维拉挤板3之间通过双轴布5和树脂连接。也即可以在各层玻璃纤维拉挤板3之间设置双轴布5，并在双轴布5上铺设树脂，以使上下叠放的各层玻璃纤维拉挤板3充分连接。

在一个实施例中，玻璃纤维拉挤板3和碳纤维拉挤板4的宽度为70mm-80mm，玻璃纤维拉挤板3和碳纤维拉挤板4的厚度为3mm-7mm，以将各拉挤板的规格统一，例如，可将碳纤维拉挤板4和玻璃纤维拉挤板3的宽度均设置为75mm，厚度均设置为5mm，长度可在实际运用过程中进行选择。当然，也可以将碳纤维拉挤板4和玻璃纤维拉挤板3设置为其它规格尺寸。

在一个实施例中，碳纤维拉挤板4和玻璃纤维拉挤板3均沿厚度方向设有倒角6。通过设置倒角6，有助于提高叶片的气弹稳定性。

在一个实施例中，碳纤维拉挤板4沿厚度方向的倒角6为1∶140至1∶160；玻璃纤维拉挤板3沿厚度方向的倒角6为1∶90至1∶110。例如，可以将碳纤维拉挤板4的倒角6设置为1∶150，将玻璃纤维拉挤板3的倒角6设置为1∶100。当然，碳纤维拉挤板4和玻璃纤维拉挤板3的具体倒角6规格也可以根据叶片使用情况进行调整。

另外，需要说明的是，本申请创新性提出在玻璃纤维拉挤板3外覆盖一层碳板主梁，通过双轴布5与玻璃纤维拉挤板3连接，为碳纤维复合材料在风电叶片主梁上的使用形式提供了一种崭新的思路，拓宽了碳纤维复合材料在风力发电叶片上的使用前景；达到了叶片成本与强度的平衡。

本项目提出的含碳纤维复合型拉挤板的主梁结构能够提高叶片强度与刚度，减少叶片运行中的振动与变形，提高叶片稳定性。同时，减少叶片运行过程中的振动和变形，有助于提高叶片的稳定性和使用寿命。另外，也拓宽了碳纤维复合材料在风力发电叶片上的使用前景，达到了叶片成本与强度的平衡。

除了上述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，本实用新型还提供一种包括上述实施例公开的复合型拉挤板主梁结构的叶片的风电机组，该风电机组的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

另外，还需要说明的是，本实用新型的“内外”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，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实用新型的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本实用新型所提供的所有实施例的任意组合方式均在此实用新型的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本实用新型所提供的风电机组及其复合型拉挤板主梁结构的叶片进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，包括：

迎风面主梁(1)，其包括玻璃纤维拉挤板(3)和碳纤维拉挤板(4)，所述玻璃纤维拉挤板(3)和所述碳纤维拉挤板(4)叠放连接、以形成所述迎风面主梁(1)，所述玻璃纤维拉挤板(3)位于所述迎风面主梁(1)的内侧，所述碳纤维拉挤板(4)位于所述迎风面主梁(1)的外侧；

背风面主梁(2)；

腹板，其用于连接所述迎风面主梁(1)和所述背风面主梁(2)。

2.根据权利要求1所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，所述迎风面主梁(1)的最厚位置包括7层拉挤板，7层所述拉挤板中包括1层所述碳纤维拉挤板(4)和6层所述玻璃纤维拉挤板(3)；或7层所述拉挤板中包括2层所述碳纤维拉挤板(4)和5层所述玻璃纤维拉挤板(3)；或7层所述拉挤板中包括3层所述碳纤维拉挤板(4)和4层所述玻璃纤维拉挤板(3)。

3.根据权利要求2所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，所述碳纤维拉挤板(4)和所述玻璃纤维拉挤板(3)之间通过双轴布(5)和树脂连接。

4.根据权利要求2所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，所述碳纤维拉挤板(4)铺设在所述迎风面主梁(1)外侧的叶根到叶尖区域。

5.根据权利要求1至4任一项所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，所述背风面主梁(2)的最厚位置包括7层叠放连接的玻璃纤维拉挤板(3)。

6.根据权利要求5所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，各所述玻璃纤维拉挤板(3)之间通过双轴布(5)和树脂连接。

7.根据权利要求1至4任一项所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，所述玻璃纤维拉挤板(3)和所述碳纤维拉挤板(4)的宽度为70mm-80mm，所述玻璃纤维拉挤板(3)和所述碳纤维拉挤板(4)的厚度为3mm-7mm。

8.根据权利要求1至4任一项所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，所述碳纤维拉挤板(4)和所述玻璃纤维拉挤板(3)均沿厚度方向设有倒角(6)。

9.根据权利要求8所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片，其特征在于，所述碳纤维拉挤板(4)沿厚度方向的倒角(6)为1∶140至1∶160；所述玻璃纤维拉挤板(3)沿厚度方向的倒角(6)为1∶90至1∶110。

10.一种风电机组，其特征在于，包括上述权利要求1至9任一项所述的复合型拉挤板主梁结构的叶片。