一种可拆卸的风力机叶片的制作方法
【专利摘要】本实用新型公布了一种可以拆卸的风力机叶片，包括叶片骨架结构和蒙皮，其特征在于，所述蒙皮为柔性蒙皮，所述叶片骨架结构包括沿叶片展向间隔布置的至少两个定型翼板以及设置于所述定型翼板上的主承力梁帽、前缘承力梁和尾缘承力梁，所述主承力梁帽装配于叶片定型翼板上、下开槽位置，并且在叶片的吸力面和压力面各至少布置一所述主承力梁帽，所述前缘承力梁装配于叶片定型翼板上前缘承力梁开孔位置，所述尾缘承力梁装配于叶片定型翼板上尾缘承力梁开孔位置；所述蒙皮通过悬绳张紧连接在所述定型翼板上。本实用新型结构效率高，维护简单，具有广阔的应用前景和较强的结构可设计性。
【专利说明】 —种可拆卸的风力机叶片
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种风力发电机叶片，尤其涉及一种可拆卸的叶片，属于风力发电设备的零部件。
【背景技术】
[0002]随着化石能源的减少，可再生能源变得越来越重要，将逐步成为未来能源结构中的主要力量，风能作为可再生能源的一分子具有开发成本较低，技术成熟，分布广泛等优点，成为近年来可再生能源发展的重点。随着技术的不断进步，风力机也逐步走向大型化，其叶片长度也不断增加，而风资源丰富的地方往往是一些地势崎岖山脊或者海上，交通路况恶劣，运输叶片相当困难，维护不易。
[0003]当前风力机叶片普遍采用纤维增强复合材料制造，而复合材料叶片生产对环境和工艺要求特别苛刻，很多风电场都处在近风沙严重或湿度、盐度很高的地方。在这种环境下，风力机叶片生产质量难以控制，而未来的超大型风力机叶片会使用到碳纤维，这种材料对工艺和环境更加敏感。相比传统的大部分金属材料，复合材料价格相对昂贵、回收困难，复合材料一次成型出来的风力机叶片具有较好的结构的连续性，但是对工厂设备条件、技术水平提出了较高的要求，一次成型工艺存在较大操作风险，一旦出现问题极有可能导致整只叶片报废，当叶片长度到一定限度，传统整体叶片在生产、运输及安装维护过程中也存在诸多不足，因而，为了解决叶片大型化出现种种问题，采用可拆卸式风力机叶片，将复杂的风力机叶片主要承力构件在原有工厂生产，分散运输、现场组装是解决风力机大型化的有效方法。
[0004]这种可拆卸的叶片具有化整为零的特点，针对叶片不同部位承受载荷的情况和所需具有的功能，优化材料和结构的组合，实现叶片结构更轻、成本更低、运输、维护更方便的目的，这种叶片在受载最大的位置采用高强度和刚度的金属或者复合材料，在承受局部风压的蒙皮部位使用轻质、柔性复合材料薄壳或者布蒙皮，既可以节省制造成本，又可以有效减轻叶片重量、降低叶片载荷。因此，可拆卸风力机叶片可以从根本上解决当前大型风力机复合材料叶片的工艺问题、降低运输成本和维护难度。有助于风能产业发展和技术进步。
实用新型内容
[0005]针对现有技术的上述缺点和不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构轻便、结构可靠性高、可设计性强、制造、运输、安装、维护简单的风力机叶片及其装配连接方法。
[0006]根据本实用新型的一方面，本实用新型为解决其技术问题所采取的技术方案是:一种可拆卸的风力机叶片，包括叶片骨架结构和蒙皮，其特征在于，所述蒙皮为柔性蒙皮，所述叶片骨架结构包括沿叶片展向间隔布置的至少两个定型翼板以及设置于所述定型翼板上的主承力梁帽、前缘承力梁和尾缘承力梁，所述主承力梁帽装配于叶片定型翼板上、下开槽位置，并且在叶片的吸力面和压力面各至少布置一所述主承力梁帽，所述前缘承力梁装配于叶片定型翼板上前缘承力梁开孔位置，所述尾缘承力梁装配于叶片定型翼板上尾缘承力梁开孔位置；所述蒙皮通过悬绳张紧连接在所述定型翼板上。
[0007]优选地，所述主承力梁帽、前缘承力梁和尾缘承力梁通过紧固件装配于所述定型翼板上。优选地，所述紧固件为紧固螺栓。优选地，所述紧固螺栓均为耐腐蚀金属螺栓，可采用六角螺栓，为了保持叶片一致性气动外形也可采用沉头螺栓。优选地，各所述定型翼板上布置一列或者多列紧固螺栓来装配前缘承力梁、尾缘承力梁、主承力梁帽。优选地，所述紧固螺栓排列方式可以并排也可以交错排列。
[0008]优选地，所述主承力梁帽为沿叶片展向的变截面尺寸连续梁，其截面尺寸可以根据叶片当地载荷、结构/材料性能来确定，为了满足一致的气动外形，其外表面压力面和吸力面加工满足叶片整体气动外形几何尺寸要求。
[0009]优选地，所述主承力梁帽在叶片上可以是一组，即压力面和吸力面各一个主承力梁帽，也可以是多组。其截面形状为阶梯形，也可以为简单的长方形或者梯形。
[0010]优选地，所述主承力梁帽在与每个定型翼板连接的局部均设有螺纹通孔，通过螺栓与定型翼板紧固。
[0011]优选地，所述定型翼板的截面几何形状为T字形，也可以为工字形、箱形等形状；所述定型翼板存在一个垂直内端面，用于提高其强度和稳定性，其外侧压力面表面和吸力面表面满足叶片气动外形要求，同时用于与主承力梁帽连接，方便前缘承力梁和尾缘承力梁的使用螺栓紧固。实现结构载荷从定型翼板至主承力梁帽、前缘承力梁、尾缘承力梁的传递。
[0012]优选地，所述定型翼板在压力面和吸力面沿叶片展向分别设有开槽用于连接主承力梁帽，前缘位置设有沿叶片展向的开孔用于连接前缘承力梁，在尾缘位置设有沿叶片展向的开孔用于连接尾缘承力梁。
[0013]优选地，所述定型翼板在前缘设有螺纹开孔、尾缘设有螺纹开孔、压力面和吸力面设有螺纹开孔，其孔轴线方向均平行于叶片当地翼型的法线方向。
[0014]优选地，所述前缘承力梁和尾缘承力梁均为圆形截面梁，可以为方形或梯形等截面梁，且所述前缘承力梁和尾缘承力梁沿展向为变截面梁，其截面尺寸可以根据叶片当地载荷、结构/材料性能来确定。
[0015]优选地，所述前缘蒙皮位于叶片弦向的前缘位置，以及叶片展向的两个定型翼板的之间的位置，所述尾缘蒙皮位于叶片弦向的尾缘位置，以及叶片展向的两个定型翼板的之间的位置。
[0016]优选地，所述蒙皮为柔性材质，可为耐腐蚀、高强布匹或复合材料等柔性薄壁蒙皮。采用此种材料可以最大限度的减轻叶片的重量、降低叶片成本。
[0017]优选地，所述蒙皮由高强柔性悬绳通过定型翼板上的开孔连接到定型翼板上。实现气动作用力从蒙皮到定型翼板的传输。
[0018]优选地，所述用于连接蒙皮和定型翼板的悬绳也可使用铆钉铆接或者粘接连接来实现替代。
[0019]同现有技术对比，本实用新型的风力机可拆卸叶片具有以下显著的技术效果:
[0020]1、本实用新型的风力机可拆卸叶片可实现风力机叶片的分散制造、运输以及现场组装，大大降低了运输和制造难度。[0021]2、本实用新型的风力机可拆卸叶片按照部件独立生产制造，相比传统复合材料一体化叶片，显著降低了叶片制造对工厂条件、人数素质的要求以及技术难度和制造风险。
[0022]3、本实用新型的风力机可拆卸叶片采用金属或高强复合材料主承力梁帽、前缘承力梁、尾缘承力梁能大幅提升叶片的刚度，避免叶片与塔架之间的干涉。
[0023]4、本实用新型的风力机可拆卸叶片大胆采用轻质、柔性布蒙皮或者薄壳复合材料蒙皮可以明显降低叶片的重量。
[0024]5、本实用新型的风力机可拆卸叶片采用钢制定型翼板，刚度比复合材料大，能更好的保障叶片的气动外形。
[0025]6、本实用新型的风力机可拆卸叶片的思路结合了叶片结构与功能考量，可以采用多种材料、多种形式的构件，大大增加了叶片的可设计性，同时也为后续改进、完善预留了空间。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1.本实用新型专利可拆卸叶片翼段局部视图；
[0027]图2.翼段局部俯视图；
[0028]图3翼段局部正视图；
[0029]图4翼段局部剖面图；
[0030]图5定型翼板正视图；
[0031]图6主承力梁帽截面几何外形示意图。
【具体实施方式】
[0032]为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进一步详细说明。
[0033]如图1所示，本实用新型的可拆卸的风力机叶片，包括叶片骨架结构和蒙皮2，所述蒙皮2为柔性蒙皮，所述叶片骨架结构包括沿叶片展向间隔布置的至少两个定型翼板3以及设置于所述定型翼板3上的主承力梁帽1、前缘承力梁5和尾缘承力梁6，所述主承力梁帽I装配于叶片定型翼板3上、下开槽21位置，并且在叶片的吸力面和压力面各至少布置一所述主承力梁帽I，所述前缘承力梁5装配于叶片定型翼板3上前缘承力梁开孔16位置，所述尾缘承力梁6装配于叶片定型翼板3上尾缘承力梁开孔17位置；所述蒙皮2通过悬绳张紧连接在所述定型翼板3上。
[0034]如图1-4所示，所述主承力梁帽1、前缘承力梁5和尾缘承力梁6通过紧固件4装配于所述定型翼板3上。所述紧固件4优选为紧固螺栓。优选地，所述紧固螺栓4a，4b，4c均为耐腐蚀金属螺栓，可采用六角螺栓，为了保持叶片一致性气动外形也可采用沉头螺栓。优选地，各所述定型翼板3上布置一列或者多列紧固螺栓4a，4b，4c来装配前缘承力梁5、尾缘承力梁6、主承力梁帽I。优选地，所述紧固螺栓4a，4b，4c排列方式可以并排也可以交错排列。
[0035]优选地，所述主承力梁帽I为沿叶片展向25的变截面尺寸连续梁，其截面尺寸可以根据叶片当地载荷、结构/材料性能来确定，为了满足一致的气动外形，其外表面压力面
23和吸力面24加工满足叶片整体气动外形几何尺寸要求。[0036]如图6所示，所述主承力梁帽I在叶片上可以是一组，即压力面23和吸力面24各一个主承力梁帽1，也可以是多组。其截面10形状为阶梯形，也可以为简单的长方形或者梯形。优选地，所述主承力梁帽I在与每个定型翼板3连接的局部均设有螺纹通孔19，通过螺栓4a与定型翼板3紧固。
[0037]如图5所示，所述定型翼板3的截面几何形状为T字形，也可以为工字形、箱形等形状；所述定型翼板3存在一个垂直内端面15，用于提高其强度和稳定性，其外侧压力面表面23和吸力面表面24满足叶片气动外形要求，同时用于与主承力梁帽I连接，方便前缘承力梁5和尾缘承力梁6的使用螺栓4b、4c紧固。实现结构载荷从定型翼板3至主承力梁帽
1、前缘承力梁5、尾缘承力梁6的传递。优选地，所述定型翼板3在压力面和吸力面沿叶片展向25分别设有开槽21用于连接主承力梁帽1，前缘13位置设有沿叶片展向25的开孔16用于连接前缘承力梁5，在尾缘14位置设有沿叶片展向25的开孔17用于连接尾缘承力梁6。优选地，所述定型翼板3在前缘13设有螺纹开孔18、尾缘14设有螺纹开孔17、压力面23和吸力面24设有螺纹开孔19，其孔轴线方向均平行于叶片当地翼型的法线方向。
[0038]如图1、2所示，所述前缘承力梁5和尾缘承力梁6均为圆形截面梁，可以为方形或梯形等截面梁，且所述前缘承力梁5和尾缘承力梁6沿展向25为变截面梁，其截面尺寸可以根据叶片当地载荷、结构/材料性能来确定。
[0039]如图1所示，所述前缘蒙皮2a位于叶片弦向26的前缘13位置，以及叶片展向25的两个定型翼板3的之间的位置，所述尾缘蒙皮2a位于叶片弦向26的尾缘13位置，以及叶片展向25的两个定型翼板3的之间的位置。优选地，所述蒙皮2为柔性材质，可为耐腐蚀、高强布匹或复合材料等柔性薄壁蒙皮。采用此种材料可以最大限度的减轻叶片的重量、降低叶片成本。优选地，所述蒙皮2由高强柔性悬绳8通过定型翼板3上的开孔7连接到定型翼板3上。实现气动作用力从蒙皮2到定型翼板3的传输。优选地，所述用于连接蒙皮2和定型翼板3的悬绳8也可使用铆钉铆接或者粘接连接来实现替代。
[0040]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。
【权利要求】
1.一种可拆卸的风力机叶片，包括叶片骨架结构和蒙皮，其特征在于，所述蒙皮为柔性蒙皮，所述叶片骨架结构包括沿叶片展向间隔布置的至少两个定型翼板以及设置于所述定型翼板上的主承力梁帽、前缘承力梁和尾缘承力梁，所述主承力梁帽装配于叶片定型翼板上、下开槽位置，并且在叶片的吸力面和压力面各至少布置一所述主承力梁帽，所述前缘承力梁装配于叶片定型翼板上前缘承力梁开孔位置，所述尾缘承力梁装配于叶片定型翼板上尾缘承力梁开孔位置；所述蒙皮张紧连接在相邻两个所述定型翼板之间，且所述蒙皮的前缘部分、尾缘部分分别位于叶片弦向的前缘位置和尾缘位置。
2.根据权利要求1所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述主承力梁帽、前缘承力梁和尾缘承力梁通过紧固件装配于所述定型翼板上。
3.根据权利要求2所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述紧固件为紧固螺栓。
4.根据权利要求3所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述紧固螺栓均为耐腐蚀金属螺栓，采用六角螺栓，或采用沉头螺栓。
5.根据权利要求3所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，各所述定型翼板上布置一列或者多列紧固螺栓来装配前缘承力梁、尾缘承力梁、主承力梁帽，所述紧固螺栓排列方式为并排或交错排列。
6.根据权利要求1所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述主承力梁帽为沿叶片展向的变截面尺寸连续梁，其截面尺寸根据叶片当地载荷、结构/材料性能来确定，其外表面压力面和吸力面加工满足叶片整体气动外形几何尺寸要求。
7.根据权利要求1所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述主承力梁帽在叶片上为一组，即压力面和吸力面各一个主承力梁帽；或所述主承力梁帽在叶片上多组，其截面形状为阶梯形、长方形或者梯形。
8.根据权利要求1所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述主承力梁帽在与每个定型翼板连接的局部均设有螺纹通孔，通过螺栓与定型翼板紧固。
9.根据权利要求1所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述定型翼板的截面几何形状为T字形、工字形或箱形；所述定型翼板存在一个垂直内端面，用于提高其强度和稳定性，其外侧压力面表面和吸力面表面满足叶片气动外形要求，同时用于与主承力梁帽连接。
10.根据权利要求1所述的可拆卸的风力机叶片，其特征在于，所述定型翼板在压力面和吸力面沿叶片展向分别设有开槽用于连接主承力梁帽，前缘位置设有沿叶片展向的开孔用于连接前缘承力梁，在尾缘位置设有沿叶片展向的开孔用于连接尾缘承力梁。
【文档编号】F03D11/00GK203685489SQ201320831029
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】秦志文, 杨科, 赵晓路, 徐宇, 廖猜猜, 荣晓敏, 杨坤 申请人:中国科学院工程热物理研究所