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风电叶片结构名称_罗茨风机

风电叶片结构名称_罗茨风机

风电叶片结构名称:大型风电叶片的结构分析和测试

  北极星风力发电网讯:1、引言

  风力发电机的叶片(下文简称叶片)是风电设备将风能转化为机械能的关键部件,其制造成本约占风机总成本的15%——30%。大型风力发电机的叶片基本由复合材料制成,叶片设计与制造是风电机组的技术关键。目前,国内多家叶片生产企业都在自主开发新型号叶片,设计中所用的工具也不尽相同。FOCUS软件是用于风电机组及组件(如叶片)快速设计分析的软件工具,在国际风电设备工业有超过10年的应用史。相对于使用三维建模软件和有限元计算软件结合的设计路线,使用FOCUS软件更为便捷。

  本文通过使用FOCUS软件对某型号叶片直接完成建模,对其进行了模态和结构静力学分析,并与实际叶片的模态和静力试验结果进行了对比分析。

  2、模型建立

  拥有独特的对叶片进行详细设计的 交互式建模工具。在对叶片进行逐步定义的同时,三维的交互式显像会对设计变化给出直接反馈。使用FOCUS软件对本文所研究的叶片进行建模,第一步是通过一系列坐标点定义翼型轮廓线,第二步是在三维空间中设置翼型位置、放大比例、旋转角度、预弯等来建立气动外形,第三步是定义材料,第四步是定义铺层边界,第五步是根据铺层边界和设计厚度定义铺层,从而完成了风机叶片的建模。 该叶片是由压力面壳体、吸力面壳体和前后缘两侧抗剪腹板结构组成,其中壳体由蒙皮、大梁、大梁两侧的芯材、后缘增强层和叶根增强层组成,所涉及的主要增强材料包括单轴向布、双轴向布、三轴向布、Balsa木、PVC泡沫。

  3、 重量分析

  对该模型提取截面属性,并通过后处理选择 叶片重量,得到叶片计算重量分布,见图1。

  从图1可知,该叶片重量在0——1m处的斜率最大,表明在叶根处的单位重量最大,这是由于叶根段需要达到一定的铺层厚度满足打孔需要。其计算重量为7683kg,实际样片的称量重量为7675kg,偏差0.1%,二者非常接近,表明模型与 实际一致性好。

  4 、模态分析

  对该模型进行模态计算,并分别提取了一阶 挥舞、二阶挥舞、一阶摆振和一阶扭转的振型,如图2——5所示。模型计算频率与样片试验频率的对比见表1。 从图2——5和表1可知,样片试验的频率均小于计算频率,造成偏差的主要原因是样片整体刚度比设计刚度偏小,但偏差小于5%,符合 GL2010的相关测试要求。

  5、 静力分析

  5.1位移分析

  在叶片静力试验过程中,载荷是通过位于设 定截面的加载夹具,从0%,40%,60%,80%到 100%逐步加载的。对施加100%载荷时,计算位移和试验位移的对比结果见图6。图6中为便于比 较,不考虑位移的方向性,位移数据均取正值。

  从图6可知,沿叶片长度方向共设立了7处位移测试点,主要集中在了叶片的中后部。沿叶片长度方向,叶片位移逐渐增大,且越靠近叶尖,位移增大速度越快,这种趋势在最大挥舞方向和最 小挥舞方向更为显着。4个测试方向中,最大挥舞方向比最小挥舞方向的位移大,最大挥舞方向的叶尖位移最大,试验值为10441mm,计算值为 10456mm,偏差很小仅为-0.015%,说明该模型 能真实地反映叶片受载时的叶尖挠度,该样片能够满足整机设计的净空需要。4个测试方向中,试验位移和计算位移高度拟合,最小摆振方向的偏差相对大一些,最大偏差仅为5.08%,小于7%,满足GL2010的相关测试要求。

  5.2应变分析

  目视检查不能监测到的叶片状态变化,通常可用应变计来监测。对置于叶片压力面大梁和吸力面大梁位置处的监测点,分别在最大挥舞方向和最小挥舞方向施加100%载荷的应变进行统计,见表2。对置于叶片前缘、后缘位置处的监测点,分别在最大摆振方向和最小摆振方向施加 100%载荷的应变进行统计,见表3。

  从表2可知,在承受最大挥舞方向载荷时,叶片压力面大梁应变为正值,吸力面大梁应变为负值,在L20.0m处的应变最大。在承受最小挥舞方向载荷时,叶片压力面大梁应变为负值,吸力面大梁应变为正值,在L20.0m处的应变最大。在吸力面大梁L23.5m处的计算应变和试验应变偏差较大,结合该试验应变在不同载荷步下的变化情况,认为该应变片失效,应变数据无效。除此之外,计算应变与试验应变最大偏差为-7.04%,小于10%,符合GL2010规范要求。

  从表3可知,在承受最大摆振方向载荷时,叶片前缘应变为负值,叶片后缘应变为正值,同侧不同截面的应变变化不大,在L16.0m处的应变最大。在承受最小挥舞方向载荷时,叶片前缘应变为正值,叶片后缘应变为负值,同侧不同截面的应变变化不大,前缘在L16.0m处的应变最大,后缘在L23.5m处的应变最大。在后缘L9.0m处的计算应变和试验应变偏差较大,结合该试验应变在不同载荷步下的变化情况,认为该应变片失效,应变数据无效。除此之外,计算应变与试验应变最大偏差为-7.61%,小于10%,符合GL2010规范要求。

  6、结论

  使用FOCUS软件进行风电叶片模型搭建, 计算叶片质量,与样片实测重量相比,偏差仅 0.1%,表明模型搭建合理。 计算频率和试验频率的偏差均小于5%,符合GL2010规范要求。 计算位移和试验位移的偏差均小于7%,计算应变和试验应变的偏差除异常点外均小于 10%,符合GL2010规范要求。

风电叶片结构名称:风力发电机+叶片的结构示意图

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  移动版:风力发电机+叶片的结构示意图

  繁體版:風力發電機+葉片的結構示意圖

风电叶片结构名称:风电叶片的根部结构及其制造方法、风电叶片与流程

  本发明涉及一种风力发电技术领域,尤其涉及一种风电叶片的根部结构及其制造方法、风电叶片。

  背景技术:

  随着环境污染问题的日益严重,清洁能源的利用越来越受到重视。而风能作为重要的清洁能源,已经得到了广泛的应用。风电叶片是风力发电设备的重要部件,通常情况下,需要将风电叶片的根部与轮毂连接。为了捕获更多风能提高风机发电功率,一般会增加风电叶片尺寸,但风电叶片的长度越大,其根部的弯矩就越大,这就对风电叶片的根部与轮毂的连接强度有了更高的要求。

  现有技术中,风机叶片的根部结构也越来越多的采用螺栓套预埋工艺,在风机叶片的本体进行树脂导入成型之前,在叶片模具的根部位置放入螺栓套并固定,并在螺栓套之间放置楔形条进行填充,在注入树脂后,使螺栓套与其他结构材料粘结为一体。从而将螺栓套与风电叶片的根部结构连接在一起,使得风电叶片能够直接通过螺栓与轮毂连接。

  以上这种现有风机叶片的根部结构中,楔形条与螺栓套难以紧密贴合,且接触面较小。使得在注入树脂后,螺栓套周围容易形成富树脂堆积或灌注空腔,而富树脂堆积或灌注空腔的区域强度和粘合力较低,由于叶片在使用过程中会承受较大载荷,此时,可能会造成螺栓套从叶片根部拔出的情况,导致叶片根部和轮毂的连接处现松动甚至脱落,从而造成设备损坏或引起安全事故。因此,如何避免富树脂堆积或灌注空腔,以提高产品可靠性是亟待解决的技术问题。

  在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解,因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

  技术实现要素:

  本发明的目的在于克服上述现有技术的不足,提供一种可避免富树脂堆积或灌注空腔,以提高产品可靠性的风电叶片的根部结构及其制造方法、风电叶片。

  为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

  根据本发明的一方面,提供一种风电叶片的根部结构,包括纤维增强复合材料的本体,所述本体内为内嵌体,所述内嵌体包括拼接的多个螺栓套组件和轻质材料的拼合件;多个所述螺栓套组件沿叶根周向间隔布置;所述拼合件包括多个第一拼接体和多个第二拼接体,多个所述第一拼接体和多个所述螺栓套组件一一间隔排列,多个所述第二拼接体一一对应的抵靠在多个所述螺栓套组件朝向风电叶片顶部的一端;各个所述第一拼接体的两侧均形成有凹部,任一所述螺栓套组件和与其抵靠的所述第二拼接体均与所述第一拼接体两侧的所述凹部匹配贴合。

  根据本发明的一实施方式,多个所述第一拼接体均包括本部和楔形部,所述楔形部形成于所述本部上靠近所述风电叶片顶部的一端,所述本部两侧均形成有第一凹槽,所述楔形部两侧均形成有第二凹槽,所述第一凹槽和所述第二凹槽贯通形成所述凹部,所述第一凹槽与所述螺栓套组件匹配贴合,所述第二凹槽与所述第二拼接体匹配贴合。

  根据本发明的一实施方式,所述螺栓套组件包括螺栓套和玻璃纤维层,所述螺栓套包括套体、第一凸台和多个第二凸台,所述第一凸台形成于所述套体的侧面上远离所述第二拼接体的一端,多个所述第二凸台沿远离所述第一凸台的方向依次形成于所述套体的侧面上,且所述第二凸台小于所述第一凸台,所述玻璃纤维层包覆并贴合所述螺栓套侧面上除所述第一凸台外缘以外的区域,且所述玻璃纤维层外表面与所述第一凸台外缘平齐。

  根据本发明的一实施方式,所述螺栓套的至少一个所述第二凸台为锥形结构,且所述锥形结构的小端朝向所述第二拼接体设置。

  根据本发明的一实施方式,所述螺栓套靠近所述第二拼接体一端为封闭结构。

  根据本发明的一实施方式,所述第二拼接体沿所述本体的径向设有多个径向孔,所述本体与多个所述径向孔对应的位置形成有延伸至多个所述径向孔内的多个延伸部。

  根据本发明的一实施方式,多个所述径向孔阵列分布于所述第二拼接体上。

  根据本发明的一实施方式,所述螺栓套为圆形螺栓套,且所述螺栓套组件为圆柱形结构,所述第一凹槽的表面为圆弧形面。

  根据本发明的另一方面,提供一种风电叶片的根部结构的制造方法,用于制造本发明的风电叶片的根部结构,包括如下步骤:

  提供一可用于成型风电叶片的根部结构的模具;

  铺设外玻璃纤维层,在所述模具内与所述根部结构外壁对应的位置铺设外玻璃纤维层;

  安装螺栓套组件,将所述螺栓套组件置于所述外玻璃纤维层上并保持固定;

  安装第二拼接体,将第二拼接体抵靠于所述螺栓套组件靠近风电叶片顶部的一端;

  安装第一拼接体,在所述螺栓套组件的两侧分别放置第一拼接体,使所述第一拼接体的凹部表面与螺栓套组件匹配贴合;

  重复所述安装螺栓套组件步骤和所述安装第一拼接体步骤,直至安装完所有的所述螺栓套组件、所述第二拼接体和所述第一拼接体;

  铺设内玻璃纤维层,所述内玻璃纤维层覆盖所述螺栓套组件、所述第一拼接体和所述第二拼接体;

  灌注成型,向所述模具内灌注树脂,加热固化。

  根据本发明的再一方面,提供一种风电叶片,本发明的风电叶片的根部结构风电叶片风。

  由上述技术方案可知,本发明具备以下优点和积极效果中的至少之一:通过所述第一拼接体可将所述螺栓套组件和所述第二拼接体夹紧定位。由于任一所述螺栓套组件和与其抵靠的所述第二拼接体均与所述第一拼接体两侧的所述凹部匹配贴合,即任一所述螺栓套组件和与其抵靠的所述第二拼接体均与所述第一拼接体的两侧随形贴合,从而有利于增大所述螺栓套组件和所述第一拼接体的接触面;也有利于增大所述第二拼接体和所述第一拼接体的接触面。避免在注入树脂后,在所述螺栓套组件周围形成富树脂堆积或灌注空腔,从而有利于增大所述螺栓套组件和周围材料的粘合力,降低了所述螺栓套组件从所述根部结构拔出的风险。同时,由于所述螺栓套组件和所述第一拼接体的接触面增大,使得所述螺栓套组件和所述第一拼接体间的摩擦力增大,从而进一步降低所述螺栓套组件从所述根部结构拔出的风险。从而可提高产品的可靠性,也就是使所述根部结构和具有所述根部结构的风电叶片更加可靠,此外,由于所述拼合件包括多个第一拼接体和多个第二拼接体,便于成型制造,并可分别独立安装,方便操作。所述内嵌体包括拼接的多个螺栓套组件和所述拼合件,所述拼合件与所述螺栓套组件互相夹紧,不易松脱,使得内嵌体的结构紧凑、稳固,有利于进一步提高产品可靠性,且便于制造。

  附图说明

  通过参照附图详细描述其示例实施方式,本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

  图1是本发锦工电叶片的根部结构一实施方式的局部结构示意图;

  图2是图1中的根部结构的局部剖视图;

  图3是图1中的根部结构的内部的局部结构示意图;

  图4是图1中第一拼接体的第一示例的结构示意图;

  图5是图1中第一拼接体的第二示例的结构示意图;

  图6是图1中第一拼接体的第三示例的结构示意图;

  图7是图1中第一拼接体的第四示例的结构示意图;

  图8是图1中第二拼接体的第一示例的结构示意图;

  图9是图1中第二拼接体的第二示例的结构示意图;

  图10是图1中螺栓套的第一个示例的结构示意图;

  图11是图10中的螺栓套的剖视图;

  图12是图1中螺栓套的第二个示例的结构示意图;

  图13是图12中螺栓套的剖视图;

  图14是图1中螺栓套的第三个示例的结构示意图;

  图15是图14中螺栓套的剖视图;

  图16是本发锦工电叶片的根部结构的制造方法一实施方式的流程图;

  图17是图16的制造方法中安装完所有的螺栓套组件、第二拼接体和第一拼接体的后局部结构示意图;

  图18是图16的制造方法中灌注成型后的结构示意图。

  图中:1-本体;11-外玻璃纤维层;12-内玻璃纤维层;2-螺栓套组件;21-螺栓套;201-内螺纹;211-套体;212-第一凸台;213-第二凸台:22-玻璃纤维层;3-第一拼接体;301-凹部;311-第一凹槽;321-第二凹槽;31-本部;32-楔形部;4-第二拼接体;5-叶片模具。

  具体实施方式

  现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反,提供这些实施方式使得本发明将全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构,因而将省略它们的详细描述。

  虽然本说明书中使用相对性的用语,例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系,但是这些术语用于本说明书中仅出于方便,例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是,如果将图标的装置翻转使其上下颠倒,则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语,例如“高”“低”“顶”“底”“前”“后”“左”“右”等也作具有类似含义。当某结构在其它结构“上”时,有可能是指某结构一体形成于其它结构上,或指某结构“直接”设置在其它结构上,或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

  本权利要求书中,用语“一个”、“一”、“该”、“所述”和“至少一个”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等;用语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等;用语“第一”、“第二”和“第三”等仅作为标记使用,不是对其对象的数量限制。

  图1是本发锦工电叶片的根部结构一实施方式的局部结构示意图,图2是图1中的根部结构的剖视图,图3是图1中的根部结构的内部的局部结构示意图,如图1至图3所示,本实施方式所述的根部结构,包括纤维增强复合材料的本体1,本体1内为内嵌体,内嵌体包括拼接的多个螺栓套组件2和轻质材料的拼合件;拼合件包括多个第一拼接体3和多个第二拼接体4。本发明实施例中内嵌体是由多个预制部件拼合而成,内嵌体中各部件可规则地紧密贴合,且各部件间也可选择设有一定的卡合定位结构,不仅可避免富树脂堆积或灌注空腔,还能以内嵌体来整体提升叶根结构的结构强度,提升各螺栓套组件2与本体1纤维增强复合材料结合强度的稳定性。且,在本体1纤维增强复合材料成型时,能与纤维增强复合材料强力地结合为一体。

  在本实施方式中,多个螺栓套组件2沿叶根周向间隔布置于本体1内,相邻两个螺栓套组件2不接触;同时,多个第一拼接体3和多个螺栓套组件2一一间隔排列,即相邻两个螺栓套组件2之间具有一第一拼接体3,相邻两个第一拼接体3间具有一螺栓套组件,多个螺栓套组件2和多个第一拼接体3互相夹紧;多个第二拼接体4一一对应的抵靠在多个螺栓套组件2朝向风电叶片顶部的一端,即任一螺栓套组件2朝向风电叶片顶部的一端均抵靠有一个第二拼接体4;螺栓套组件2内可形成有内螺纹201,且内螺纹201位于螺栓套组件2朝向风电叶片顶部的一端内。

  在本实施方式中,各个第一拼接体3的两侧均形成有凹部301,使第一拼接体3为工字型结构,且相邻两个第一拼接体3的凹部301相对。任一螺栓套组件2均与其两侧的第一拼接体3的凹部301匹配贴合,所述匹配贴合的意思是螺栓套组件2的表面与凹部301的表面贴合;同时,其螺栓套组件2抵靠的第二拼接体4也与第一拼接体3两侧的凹部301匹配贴合,也就是说,相邻两个第一拼接体3的凹部301同时夹持有一个螺栓套组件2和与其抵靠的第二拼接体3,从而将螺栓套组件2和第二拼接体3固定,并使接触面最大化。

  在本实施方式中,为了适应风电叶片根部的渐缩的形状,即本体1为渐缩的形状,多个第一拼接体3均可包括本部31和楔形部32,楔形部32形成于本部31上靠近风电叶片顶部的一端。为了同时适应螺栓套组件2和第二拼接体4的外形,本部31两侧均形成有第一凹槽311,且第一凹槽311可与螺栓套组件2形状和尺寸相匹配,楔形部32两侧均形成有第二凹槽321,且第二凹槽321与第二拼接体4的形状和尺寸相匹配,第一凹槽311和第二凹槽321贯通形成凹部301,使得同一凹部301可同时匹配贴合螺栓套组件2和与其抵靠的第二拼接体4,即第一凹槽311与螺栓套组件2匹配贴合,第二凹槽321与第二拼接体4匹配贴合,结构简单,便于安装。

  在本实施方式中,第一拼接体3可以有多种实施方式,以下举例说明:

  如图4所示,图4为图1中第一拼接体3的第一个示例的结构示意图,第一拼接体3整体可为直角梯形结构,楔形部32位于该直角梯形结构具有斜面的一端,本部31为另一端,第一凹槽311和第二凹槽321为直径相同的弧形槽,从而形成表面光滑的凹部31。

  如图5所示,图5为图1中第一拼接体3的第二个示例的结构示意图,第一拼接体3的本部31为长方体结构,所述长方体结构的两侧形成有第一凹槽311,楔形部32为直角梯形结构,所述直角梯形结构的侧面与本部31与所述楔形部32对接的端面间的区域即为第二凹槽321。

  如图6所示,图6为图1中第一拼接体3的第三个示例的结构示意图,如图7所示,图7为图1中第一拼接体3的第四个示例的结构示意图。其中,第一拼接体3的第三个示例和第四个示例的结构与第一个示例相似。区别在于,如图5所示,所述第一个示例中的楔形部32的斜面可被一内凹的曲面替代以形成所述第三个示例;或者,如图6所示,所述第一个示例中的楔形部32的斜面还可被一曲面和平面相拼接的表面替代以形成所述第四个示例,其他结构在此不再赘述。

  在本实施方式中,第二拼接体4可以有多种实施方式,以下举例说明:

  图8为图1中第二拼接体4的第一个示例的结构示意图。如图8所示,第二拼接体4为圆柱状结构,该圆柱状结构的一端面为斜面,具体可为一圆柱经斜切后形成的结构;

  图9为图1中第二拼接体4的第二个示例的结构示意图。如图9所示,第二拼接体4为直角梯形结构。

  在本实施方式中,由于第二拼接体4需要与第一拼接体3的凹部31匹配。因此,第一拼接体3的各个示例不能和第二拼接体4的各个示例自由组合,需要选择可相互匹配的第一拼接体3和第二拼接体4,例如,第一拼接体3的第一个示例、第三个示例和第四个示例均可与第二拼接体4的第一个示例匹配,第一拼接体3的第二种示例可与第二拼接体4的第二个示例匹配。

  需要说明的是,当采用图7所示的第二拼接体4时,可在第二拼接体4表面包裹玻璃纤维布,可防止第二拼接体4松动。

  在本实施方式中,第一拼接体3和第二拼接体4均可采用PET、PVC、木材或者竹子等轻质材料,在进行填充和固定的同时,有利于减轻重量,降低成本。

  在本实施方式中,螺栓套组件2可包括螺栓套21和玻璃纤维层22,螺栓套21包括套体211、第一凸台212和多个第二凸台213,内螺纹201形成于螺栓套21内。

  第一凸台212形成于套体211的侧面上远离第二拼接体4的一端,多个第二凸台213沿远离第一凸台211的方向依次间隔形成于套体211的侧面上,即在套体211上形成多圈凸台,且第二凸台213小于第一凸台211。

  玻璃纤维层22包覆并贴合螺栓套21侧面上除第一凸台212外缘以外的区域,且玻璃纤维层22外表面与第一凸台212外缘平齐,螺栓套21可做喷砂处理,提高表面粗糙度,使螺栓套21与玻璃纤维层22结合的更加牢靠,有利于防止拔出。从而可通过玻璃纤维层22使螺栓套21更加稳固,且由于第一凸台211位于距离第二拼接体4的一端,即远离风电叶片顶部的一端,第一凸台211的端面位于所述风电叶片的根部结构最外侧。因此,使玻璃纤维层22包覆并贴合螺栓套21侧面上除第一凸台212外缘以外的区域,可防止玻璃纤维层22完全位于本体1内,避免露出,防止玻璃纤维层22露出的部分翘起或损坏而导致玻璃纤维层22被拖出或损坏。

  在本实施方式中,玻璃纤维层22的结构也有多种,但不以此为限,例如:可采用玻璃纤维布覆盖包裹螺栓套21侧面上除第一凸台212外缘以外的区域,填满第二凸台213间的空隙,并使玻璃纤维布2外表面与第一凸台212外缘平齐;还可采用成型工艺利用玻璃纤维材料直接在螺栓套21上形成玻璃纤维层21;或者还可以采用玻璃纤维材质的粗纱,通过在螺栓套21上缠绕所述粗纱形成玻璃纤维层21。由于粗纱的成本较低,且操作简单,并有利于与螺栓套紧密贴合,不易存在间隙,因此,玻璃纤维层22可由缠绕的玻璃纤维的粗纱形成。

  在本实施方式中,螺栓套21上的第二凸台23有多种形式,例如:如图10和图11所示,图10是图1中螺栓套的第一个示例的结构示意图,图11是图10中的螺栓套的剖视图,第二凸台23可为环形结构,且第二凸台23的径向截面为梯形。

  螺栓套21的至少一个第二凸台23为锥形结构,且锥形结构的小端朝向第二拼接体4设置,即朝向风电叶片的顶部的方向,形成倒钩形结构,从而可进一步防止螺栓套21拔出,进一步提高可靠性。具体如图12和图13所示,图12是图1中螺栓套的第二个示例的结构示意图;图13是图12中螺栓套的剖视图,螺栓套21各个第二凸台23均为上述的锥形结构;如图14和图15所示,图14是图1中螺栓套的第三个示例的结构示意图;图15是图14中螺栓套的剖视图;螺栓套21部分第二凸台23为上述的锥形结构,另一部分第二凸台23与螺栓套21的第一个示例中的第二凸台23相同。

  在本实施方式中,螺栓套21靠近第二拼接体4一端为封闭结构,具体可通过焊接堵头、预埋螺钉,使用密封件过盈配合等密封方式进行密封,但不限于此,从而防止灌注的树脂进入螺栓套21内覆盖内螺纹201,避免造成螺栓与螺栓套21无法配合,有利于保证风电叶片的根部结构与轮毂的正常安装。

  在本实施方式中,第二拼接体4沿本体1的径向设有多个径向孔(图中未示出),且各个所述径向孔形状均可以为圆形或其它形状,径向孔的目的是利于在生产中采用真空灌注成型工艺进行制造叶片根部。

  在本实施方式中,多个所述径向孔可阵列分布于第二拼接体4上,例如,多个所述径向孔可成矩形阵列(径向孔的目的是方便生产与受力无关)。

  在本实施方式中,多个所述径向孔的直径可约为2mm,但不以此为限,同时,多个所述径向孔可成矩形阵列分布,即多个所述径向孔可排成多行和多列,且每一行和每一列的所述径向孔中,相邻两个所述径向孔的间距为20mm。

  在本实施方式中,螺栓套21和螺栓套组件2的形状可以有多种,但不以此为限,例如:螺栓套21可方形螺栓套,螺栓套组件2也为方形结构,或者螺栓套21也可为圆形螺栓套,且螺栓套组件2为圆柱形结构。

  但由于方形螺栓套制造工艺较为复杂,且在内径相同的情况下,方形螺栓套相较于圆形螺栓套的用料更多,使得因而重量更大,且方形螺栓套具有棱角,各处受力情况复杂,难以保证均匀受力,容易局部受损。因此,优选螺栓套21也为圆形螺栓套,且螺栓套组件2为圆柱形结构。

  当螺栓套21也为圆形螺栓套,且螺栓套组件2为圆柱形结构时,第一拼接体3的第一凹槽311的表面相应的优选圆弧形面,具体可参照第一拼接体3的第一个示例和第二个示例,以便匹配。

  如图16所示,图16是本发锦工电叶片的根部结构的制造方法一实施方式的流程图,所述制造方法用于制造所述风电叶片的根部结构,所述制造方法包括如下步骤:

  S1、提供一可用于成型风电叶片的根部结构的模具5;

  S2、铺设外玻璃纤维层11,在模具5内与根部结构外壁对应的位置铺设外玻璃纤维层11;

  S3、安装螺栓套组件2,将螺栓套组件2置于外玻璃纤维层11上并保持固定;

  S4、安装第二拼接体4,将第二拼接体4抵靠于螺栓套组件2靠近风电叶片顶部的一端;

  S5、安装第一拼接体3,在螺栓套组件2的两侧分别放置第一拼接体3,使第一拼接体3的凹部301表面与螺栓套组件2匹配贴合;

  S6、重复步骤S3-步骤S5,直至安装完所有的螺栓套组件2、第二拼接体4和第一拼接体3,如图17所示;

  S7、铺设内玻璃纤维层12,内玻璃纤维层12覆盖螺栓套组件2、第一拼接体3和第二拼接体4;

  S8、灌注成型,向模具5内灌注树脂,加热固化,外玻璃纤维层11可用于形成本体1的外壁,内玻璃纤维层12可用于形成本体1的内壁,如图18所示。

  在本实施方式中,第一拼接体3可采用拉挤工艺制备,并保持表面粗糙,以增大摩擦力,表面处理的方式可采用脱模布拉挤成型,或者也可以直接进行打磨。

  在本实施方式中,可将螺栓套组件2固定在专用的法兰或其他工装上,然后再将螺栓套组件2置于外玻璃纤维层11上,通过保持法兰或其他工装固定即可使螺栓套组件2在外玻璃纤维层11上保持固定。

  本发明实施例还提供了一种风电叶片,所述风电叶片包括上述任一实施例所述的风电叶片的根部结构。

  本发明实施例的风电叶片的根部结构及其制造方法、风电叶片,通过所述第一拼接体可将所述螺栓套组件和所述第二拼接体夹紧定位。由于任一所述螺栓套组件和与其抵靠的所述第二拼接体均与所述第一拼接体两侧的所述凹部匹配贴合,即任一所述螺栓套组件和与其抵靠的所述第二拼接体均与所述第一拼接体的两侧随形贴合,从而有利于增大所述螺栓套组件和所述第一拼接体的接触面;也有利于增大所述第二拼接体和所述第一拼接体的接触面。避免在注入树脂后,在所述螺栓套组件周围形成富树脂堆积或灌注空腔,从而有利于增大所述螺栓套组件和周围材料的粘合力,降低了所述螺栓套组件从所述根部结构拔出的风险。同时,由于所述螺栓套组件和所述第一拼接体的接触面增大,使得所述螺栓套组件和所述第一拼接体间的摩擦力增大,从而进一步降低所述螺栓套组件从所述根部结构拔出的风险。从而可提高产品的可靠性,也就是使所述根部结构和具有所述根部结构的风电叶片更加可靠,此外,由于所述拼合件包括多个第一拼接体和多个第二拼接体,便于成型制造,并可分别独立安装,方便操作。所述内嵌体包括拼接的多个螺栓套组件和所述拼合件,所述拼合件与所述螺栓套组件互相夹紧,不易松脱,使得内嵌体的结构紧凑、稳固,有利于进一步提高产品可靠性,且便于制造。

  应可理解的是,本发明不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本发明能够具有其他实施方式,并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是,本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式,并且将使本领域技术人员能够利用本发明。

风电叶片结构名称:风电叶片知多少?

  原标题:风电叶片知多少?

  北极星风力发电网讯: 解落三秋叶,能开二月红;过江千尺浪,入竹万竿斜。你猜,这是在描述什么呢?

  是的,这就是风,这份大自然的美丽与特殊。我们领略过吹面不觉寒的和煦春风,也见识过风劲角弓鸣的威力,而风能早已渐渐走进我们的生活。

  风能利用的历史

  人类最早利用风能要追溯到波斯人利用垂直轴风机的碾磨;到了中世纪,北欧人利用水平轴风机驱动帆船航行;19世纪的美国,人们开始利用风力机提水灌溉。

  风力机用于提水

  到1887年,美国人Charles F.Brush建造了第一台风力发电机组,此后,经过长达一个多世纪的艰辛探索,不断的技术革新和应用的考验,才发展成今天的主流的上风向、水平轴、三叶片的塔式风力发电机,也使得风力发电成为风能利用主导方向。

  主流风力机

  随着传统化石能源的不可持续以及对全球环境的持续危害,以风力发电为主流的新能源已经成为世界各国优先和大力发展的替代能源。

  风电叶片是风电机组中将自然界风能转换为风力发电机组电能的核心部件,也是衡量风电机组设计和技术水平的主要依据。

  风电叶片的发展历程

  由于机组功率容量很小,早期的风力发电机大多采用木质叶片,使用强度较好的整体木方做叶片纵梁来承担叶片在工作时所必须承受的力和弯矩,但木制叶片不易扭曲成型,且强度不高,在潮湿环境下也容易腐蚀;加之随着叶片尺寸的增加,木制叶片越来越无法满足大、中型风力发电机的要求,因此,木制叶片开始逐渐被其他材料所取代。

  木质叶片

  近代,叶片开始采用钢管或型钢做纵梁、钢板做肋梁,内填泡沫塑料外覆玻璃增强蒙皮的结构形式,钢梁结构承受绝大部分载荷,玻璃钢蒙皮形成气动外形,叶片纵梁的钢管及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。

  钢质叶片

  随着铝合金材料在飞机机翼上的成功应用,由于机翼结构具有与风电叶片相似的受力和外形特征,因此引发了科学家对铝合金在风电叶片应用的浓厚兴趣。

  用铝合金挤压成型的等弦长叶片易于制造,可连续生产,又可按设计要求的扭曲进行扭曲加工,叶根与轮毂连接的轴及法兰可通过焊接或螺栓连接来实现。与此同时,铝合金叶片也存在诸多弊端,虽然铝合金叶片重量轻、易于加工,但难以加工成从叶根至叶尖渐缩的叶片,此外,铝合金材料在空气中的氧化和老化问题,也对叶片的保养和后期维护提出了挑战,难以满足风机叶片长时间运行的要求。

  铝合金叶片

  上世纪50年代,纤维增强复合材料原材料体系被逐步开发,其潜在性能优势不断被发掘,随着应用技术的积累,长纤维增强聚合物基复合材料以其优异的力学性能、工艺性能和耐环境侵蚀性能,成为当今大型风力发电机叶片材料的首选。

  聚合物基复合材料是由高分子聚合物(环氧树脂、不饱和树脂等)通过一定的成型工艺渗入长度不同的玻璃纤维或碳纤维而做成的增强塑料。

  玻璃纤维(左)和碳纤维(右)

  现阶段大型叶片一般采用真空吸注成型工艺,该工艺利用玻璃纤维和泡沫结构层的真空吸入常压下的液态环氧树脂,然后加热使树脂固化,被树脂浸润的纤维结构随即成为一个整体结构即复合材料叶片。与传统金属材料叶片制造工艺相比,真空吸注工艺生产效率更高、性能亦可根据设计纤维的方向自由调控,材料与结构一体化成型、产品尺度限制小,特别适合制造大型高强度结构件,故而成为现今风电叶片的主导制造工艺。

  复合材料真空吸注工艺

  现代叶片经历了从实心叶片结构向中空的结构转变。目前,叶片大多为箱型或者工字型主承力结构加上轻质的气动外形组成,其中承力结构位于翼型的最大厚度附近,这部分结构承受绝大部分外载荷。其他位置则为薄的壳体结构或者泡沫夹芯结构,这部分主要提供准确、光顺的气动外形,从而在保证叶片结构稳定性的同时降低叶片质量。由于风沙、雨水侵蚀和冰雹的侵蚀,为了保持叶片气动外形和保护叶片承力结构20年以上的使用寿命,叶片表面通常还需要涂覆防护油漆或树脂。

  叶片截面结构

  叶片材料的应用趋势

  为了捕获更多风能、降低度电成本,海上风资源的开发受到越来越多国家的青睐,其具有风速平稳,湍流度小,距离用电负荷中心近等优势。

  为了降低维护和基础建设成本,海上风电机组单机容量通常比陆上机组更大,所使用的叶片更长。2020年,丹麦LM公司生产了世界上最长的叶片,单只叶片长度达88.4米。

  世界最长的风力涡轮机叶片LM 88.4 P(图片来自相关报道)

  由于海上风电叶片的严苛要求,现在大规模使用的玻璃纤维增强复合材料已难以独立胜任。相较之下,碳纤维复合材料叶片的刚度为玻璃纤维复合叶片的两至三倍,极限和疲劳性能都优于玻璃纤维复合材料,是名副其实的高性能材料。尽管碳纤维复合材料的性能大大优于玻璃纤维复合材料,但因价格昂贵,影响了它在风电叶片上大范围应用。然而,碳纤维复合材料的应用已成为趋势,随着叶片长度的进一步延伸,碳纤维复合材料将成为超长叶片材料的不二选择。

  大型海上风电机组

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