风力发电机组用叶片及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机组用叶片及风力发电机组。

背景技术：

叶片是风力发电机组中的关键设备，在叶片工作时，叶片会吸收风能，一部分风能转化为叶轮转动的机械能，另一部分风能转化为叶片振动的动能，使叶片发生振动。

叶片的振动对叶片本体结构、变桨轴承、叶轮轮毂、叶轮主轴轴承、定子、转子的焊接结构、主轴承、偏航系统、塔架、基础等一系列结构均会造成一定的损坏，引发安全风险。严重的还需要更换叶片，影响风力发电机组的运行，引起经济损失。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种能够有效减少叶片振动的风力发电机组用叶片及风力发电机组。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型的实施例一方面提供一种风力发电机组用叶片，在所述叶片的至少部分内表面上依次设置有粘弹性阻尼层和约束层。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述粘弹性阻尼层由发泡式粘弹性阻尼材料形成。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述粘弹性阻尼层由多个粘弹性阻尼单元连接组成，所述粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述粘弹性阻尼层设置在吸力面和/或压力面的内表面上。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述粘弹性阻尼层具有前边缘和后边缘；在横截面上，所述前边缘至叶片前缘内表面的最前端的最小距离大于或等于第一预定宽度；且所述后边缘至叶片后缘内表面的最后端的最小距离大于或等于第二预定宽度。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述粘弹性阻尼层沿叶片轴向长度方向延伸，所述粘弹性阻尼层的长度小于所述叶片的空腔的轴向长度。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，沿所述叶片的弦长方向上，在所述前边缘和所述后边缘之间，所述粘弹性阻尼层具有最厚部；由所述前边缘至所述最厚部，所述粘弹性阻尼层的厚度逐渐增加；由所述最厚部至所述后边缘，所述粘弹性阻尼层的厚度逐渐减小。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述约束层覆盖所述粘弹性阻尼层的部分内表面。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述约束层的长度小于所述粘弹性阻尼层的长度。

优选地，在前述的风力发电机组用叶片中，所述叶片还包括圆筒状根部，所述圆筒状根部的内表面上沿周向设置有所述粘弹性阻尼层和约束层。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型的实施例还提供了一种风力发电机组，具有前述的风力发电机组用叶片。

本实用新型实施例提供的风力发电机组用叶片，在叶片的至少部分内表面上由外向内依次设置有粘弹性阻尼层和约束层。当叶片振动时，设有约束层的粘弹性阻尼层为约束阻尼，粘弹性阻尼层受到剪切作用，粘弹性阻尼材料内部产生交变应力，此时粘弹性阻尼材料会将有序的机械能转化为无序的分子内能，转换成热量释放到周围环境中，从而吸收和消耗振动能量，有效的降低叶片振动对叶片的影响。

在此基础上，粘弹性阻尼层由发泡状粘弹性阻尼材料形成，可以使用喷涂、刷涂、填充或者灌注等方式在叶片的内表面形成粘弹性阻尼层，粘弹性阻尼层的制作工艺简单，耗时短。

在此基础上，粘弹性阻尼层由多个粘弹性阻尼单元连接组成，粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。这样可以通过涂胶粘贴或者热融化粘弹性阻尼单元的方式将多个粘弹性阻尼单元固定至叶片内表面以形成粘弹性阻尼层，粘弹性阻尼层的加工和制作工艺简单。

在此基础上，粘弹性阻尼层覆盖叶片的部分内表面。通过有选择性的在叶片内表面的部分区域设置粘弹性阻尼层，例如在振动最强的区域设置粘弹性阻尼层，在振动较小的区域不设置粘弹性阻尼层，可以在降低叶片振动对叶片的影响的同时，减少粘弹性阻尼层的使用，减轻叶片的重量，同时减少叶片的生产成本。

在此基础上，粘弹性阻尼层沿叶片轴向长度方向延伸，粘弹性阻尼层的长度小于空腔的轴向长度。由于叶片尖部的振动较小，可以在叶片尖部附近的叶片内表面不设置粘弹性阻尼层，减少粘弹性阻尼层的使用，减轻叶片的重量，同时减少叶片的生产成本。

在此基础上，叶片前缘和叶片后缘处振动较小，通过在横截面上，粘弹性阻尼层的前边缘距离叶片前缘内表面的最前端的距离大于等于第一预定宽度，且后边缘至叶片后缘内表面的最后端的最小距离大于等于第二预定宽度，在叶片前缘的内表面和叶片后缘的内表面的预定区域不设置粘弹性阻尼层，可以减少粘弹性阻尼层的使用，减轻叶片的重量，同时减少叶片的生产成本。

在此基础上，将粘弹性阻尼层设置为中间厚前后薄，一方面便于粘弹性阻尼层的制造，另一方面前边缘和后边缘处较薄的粘弹性阻尼层也不会影响叶片前缘和叶片后缘等部位的制造。

在此基础上，粘弹性阻尼层覆盖粘弹性阻尼层的一部分。使得在没有设置约束层的部位，粘弹性阻尼层为自由阻尼，当叶片振动时，依靠粘弹性材料分子链之间的粘性内摩擦消耗部分振动；在设置有约束层的部位，粘弹性阻尼层为约束阻尼，依靠粘弹性材料受的剪切作用将振动能转化为热能。约束阻尼的吸收振动的效果好于自由阻尼，通过在叶片振动较强的位置设置粘弹性阻尼层和约束层，在振动较弱的地方仅设置粘弹性阻尼层，将自由阻尼和约束阻尼相结合，可在有效吸收振动的同时，减少约束层的使用，降低叶片的重量和生产成本。

在此基础上，在叶片圆筒状根部内表面上沿轴向设置粘弹性阻尼层和约束层，通过约束阻尼，可有效减少叶片圆筒状根部的振动。

本实用新型提供的风力发电机组，能够有效减少叶片产生的振动，降低叶片振动对风力发电机组运行的影响。

附图说明

图1为实施例一的风力发电机组用叶片的结构示意图，图中示出粘弹性阻尼层2和约束层3在叶片1内的布置方式；

图2为实施例一的风力发电机组用叶片的结构示意图，图中示出优选方式中粘弹性阻尼层2在叶片1内的布置方式；

图3为图1中A-A向截面放大图；

图4为图1中B位置的局部放大图。

附图标号说明：

1、叶片；2、粘弹性阻尼层；3、约束层；10、圆筒状根部；11、叶片前缘；12、叶片后缘；13、吸力面；14、压力面；L、叶片轴向长度；L0、空腔的轴向长度；L1、粘弹性阻尼层长度；L2、约束层长度；H1、吸力面侧粘弹性阻尼层前边缘至叶片前缘内表面的最前端距离；H2、吸力面侧粘弹性阻尼层后边缘至叶片后缘内表面的最后端的距离；H3、压力面侧粘弹性阻尼层前边缘至叶片前缘内表面的最前端的距离；H4、压力面侧粘弹性阻尼层后边缘至叶片后缘内表面的最后端的距离；D、叶片的弦长。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施方式的风力发电机组用叶片及风力发电机组进行详细描述。

对以下实施例中的方向和尺寸定义如下：叶片的底端是指沿叶片1轴向长度方向位于图1中叶片最下方的位置，与底端相反一侧为叶片顶端，也即叶片尖部。前后方向定义如图3中所示，叶片前缘11位于前方，叶片后缘12位于后方。长度指的是沿叶片轴向长度方向的尺寸；宽度指的是沿叶片1的弦长D方向的尺寸。

实施例一

图1是实施例一的风力发电机组用叶片1的结构示意图。

本实用新型实施例一的风力发电机组用叶片1，叶片1内部形成有空腔；在叶片1的内表面上依次设置有粘弹性阻尼层2和约束层3。

本实用新型实施例一提供的风力发电机组用叶片1，在叶片1的至少部分内表面上由外向内依次设置有粘弹性阻尼层2和约束层3。当叶片1振动时，粘弹性阻尼层2受到剪切作用，粘弹性阻尼材料内部产生交变应力，此时粘弹性阻尼材料会将有序的机械能转化为无序的分子内能，转换成热量释放到周围环境中，从而吸收和消耗振动能量，有效的降低叶片1振动对叶片1的影响。

在此基础上，粘弹性阻尼层2由发泡式粘弹性阻尼材料形成。发泡式粘弹性阻尼材料可以使用喷涂、刷涂、填充或者灌注等方式在叶片1的内表面形成粘弹性阻尼层2，粘弹性阻尼层2的制作工艺简单，耗时短。

在此基础上，粘弹性阻尼层2由多个粘弹性阻尼单元连接组成，粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。可以通过涂胶粘贴或者热融化粘弹性阻尼单元的方式将颗粒状、线状或者片状的粘弹性阻尼单元连接成粘弹性阻尼层2，粘弹性阻尼层2的加工和制作工艺简单。粘弹性阻尼单元可以是但不限于是颗粒状、线状或者片状，其他任意形状均在本实用新型的限制范围内。

可选地，约束层3采用塑性的金属片或者非金属片或其组合，或者塑性的金属网或者非金属网或者其组合，或者采用塑性材料的其他结构也均在本实施例的限制范围内。

可选的，在叶片1的全部内表面上设置粘弹性阻尼层2和约束层3。

下面以在叶片1的部分内表面上设置粘弹性阻尼层2和约束层3进行说明。

如图2中所示，粘弹性阻尼层2覆盖叶片1的部分内表面。通过有选择性的在叶片1内表面的部分区域设置粘弹性阻尼层2，例如在振动强度最大的区域设置粘弹性阻尼层2，在振动较小的区域不设置粘弹性阻尼层2，可以在降低叶片1振动对叶片1的影响的同时，减少粘弹性阻尼层2的使用，减轻叶片1的重量，同时减少叶片1的生产成本。

可选地，粘弹性阻尼层2在叶片1内表面上沿叶片1轴向长度方向延伸，粘弹性阻尼层2的长度L1小于空腔的轴向长度L0。作为本实施例的一种优选方式，如图2中所示，从叶片底端开始至叶片尖部方向的叶片内表面区域设置有L1长度的粘弹性阻尼层2，其中L1<L0，L0为空腔的轴向长度；而在L1位置至叶片尖部内表面的顶端区域，不设置粘弹性阻尼层2。这样设置，可以减少粘弹性阻尼层2的使用数量，减轻叶片1的重量，减少叶片1的生产成本。

可选地，粘弹性阻尼层2的长度L1的范围可以取小于L的任意范围，优选为3/4L，或者4/5L等均可。但粘弹性阻尼层2的长度并不限于上述具体值，粘弹性阻尼层2的起点和终点也不限于上述具体位置。

可选地，如图3中所示，粘弹性阻尼层2设置在吸力面13和压力面14的内表面上，并具有前边缘和后边缘；在横截面上，前边缘至叶片前缘11内表面的最前端的最小距离大于等于第一预定宽度Ha；且后边缘至叶片后缘12内表面的最后端的最小距离大于等于第二预定宽度Hb。本实施例中所说的横截面指的是与叶片1的轴向方向相垂直的截面，具体为图3中的A-A向截面。

具体地，如图3中所示，在横截面上，吸力面13侧粘弹性阻尼层2前边缘至叶片前缘11内表面的最前端的距离为H1，压力面14侧粘弹性阻尼层2前边缘至叶片前缘11内表面的最前端的距离为H3，H1和H3的最小值均大于等于第一预定宽度Ha。Ha的范围可以在100-300毫米之间，优选为200毫米。但Ha的范围并不限于上述具体范围。

并且，如图3中所示，在横截面上，吸力面13侧粘弹性阻尼层2后边缘至叶片后缘12内表面的最后端的距离为H2，压力面14侧粘弹性阻尼层2后边缘至叶片后缘12内表面的最后端的距离为H4，H2和H4的最小值均大于等于第二预定宽度Hb。Hb的范围可以在100-300毫米之间，优选为200毫米。但Hb的范围并不限于上述具体范围。

第一预定宽度Ha和第二预定宽度Hb可以相同，也可以不同。

在叶片前缘11和叶片后缘12处叶片1的振动比较小，通过将前边缘至叶片前缘11内表面的最前端的最小距离大于或等于第一预定宽度Ha，且后边缘至叶片后缘12内表面的最后端的最小距离大于或等于第二预定宽度Hb，可以在叶片前缘11和叶片后缘12的内表面的预定区域不用设置粘弹性阻尼层2和约束层3，进而减少粘弹性阻尼层2的使用，减轻叶片1的重量，同时减少叶片1的生产成本。

可选地，如图3中所示，沿叶片1的弦长D方向上，从前边缘至后边缘，在前边缘和后边缘之间，粘弹性阻尼层2具有最厚部；由前边缘至最厚部，粘弹性阻尼层2的厚度逐渐增加；由最厚部至后边缘，粘弹性阻尼层2的厚度逐渐减小。这样设置一方面便于粘弹性阻尼层2的制造；另一方面由于叶片是由多层材料粘接形成，前边缘和后边缘处较薄的粘弹性阻尼层2对于叶片1的制造影响也比较小。

可选地，作为本实施例的一种优选方式，最厚部设置在叶片1的弦长D的中间长度位置，即距离叶片前缘11或者叶片后缘12距离为1/2D长度的位置，从弦长D的中间长度位置向两侧的前边缘和后边缘，粘弹性阻尼层2的厚度均逐渐减小，前边缘处和后边缘处粘弹性阻尼层2的厚度为零。此外，粘弹性阻尼层2的最厚部并不限于所说的1/2D长度的位置，位于前边缘和后边缘之间的任意位置均可。

可选地，约束层3可以覆盖粘弹性阻尼层2的全部内表面，或者，覆盖粘弹性阻尼层2的部分内表面。

在一种较优方式中，约束层3覆盖粘弹性阻尼层2的部分内表面。如图1中所示，沿叶片1轴向长度方向上，约束层3的长度L2小于粘弹性阻尼层2的长度L1。在叶片底端到叶片尖部的长度方向上，一部分粘弹性阻尼层2覆盖有约束层3，另一部分粘弹性阻尼层2没有设置约束层3。使得在没有设置约束层3的部位，粘弹性阻尼层2为自由阻尼，当叶片1振动时，依靠粘弹性材料分子链之间的粘性内摩擦消耗部分振动；在设置有约束层3的部位，粘弹性阻尼层2为约束阻尼，依靠粘弹性材料受的剪切作用将振动能转化为热能。约束阻尼的吸收振动的效果好于自由阻尼，通过在叶片1振动较强的位置设置粘弹性阻尼层2和约束层3，在振动较弱的地方仅设置粘弹性阻尼层2，将自由阻尼和约束阻尼相结合，可在有效吸收振动的同时，减少约束层3的使用，降低叶片1的重量和生产成本。通过自由阻尼处理和约束阻尼处理相结合的方式，更有效的吸收叶片1的振动。

可选地，作为本实施例的一种优选方式，如图1中所示，在距离叶片底端1/4L位置至3/4L位置的粘弹性阻尼层2的内表面区域设置约束层3，其中L为叶片1轴向长度，此时约束层3的长度L2为1/2L。通常情况下，距离叶片底端1/4L位置至3/4L位置的区域内叶片1的振动较为强烈，通过这样设置，粘弹性阻尼层2在距离叶片底端1/4L至3/4L的区域形成约束阻尼，以更好的吸收此区域的振动能量。在此区域之外的粘弹性阻尼层2形成自由阻尼，可以减少约束层3的使用，降低叶片1的重量和生产成本。但约束层3的起点和终点并不限于上述的具体位置，也可以为其他位置。约束层3的长度L2也不限于为1/2L，可以为小于粘弹性阻尼层2的长度L1的任意值。

可选地，作为本实施例的优选方式，还可以在吸力面13或压力面14中的一个面上设置粘弹性阻尼层2和约束层3，在另一个面上仅设置弹性粘弹性阻尼层2。或者，在吸力面13或压力面14中的一个面上，约束层3全部覆盖粘弹性阻尼层2，在另一个面上约束层3部分覆盖粘弹性阻尼层2。

可选地，如图4中所示，叶片1的根部为圆筒状根部10，圆筒状根部10的内表面上沿周向设置有粘弹性阻尼层2和约束层3。这样可以在圆筒状根部10上形成约束阻尼，有效降低叶片根部的振动，同时减少由叶片根部传递给轮毂乃至风力发电机组的其他位置的振动，减轻叶片1振动对风力发电机组的影响。

实施例二

本实用新型的实施例二提供了一种风力发电机组，其采用了实施例一的风力发电机组用叶片1。本实施例的风力发电机组能够有效的减少叶片1产生的振动，降低叶片1振动对风力发电机组运行的影响。

本实用新型实施例提供的风力发电机组用叶片，在叶片的至少部分内表面上由外向内依次设置有粘弹性阻尼层和约束层。当叶片振动时，设有约束层的粘弹性阻尼层为约束阻尼，粘弹性阻尼层受到剪切作用，粘弹性阻尼材料内部产生交变应力，此时粘弹性阻尼材料会将有序的机械能转化为无序的分子内能，转换成热量释放到周围环境中，从而吸收和消耗振动能量，有效的降低叶片振动对叶片的影响。

在此基础上，粘弹性阻尼层由发泡状粘弹性阻尼材料形成，可以使用喷涂、刷涂、填充或者灌注等方式在叶片的内表面形成粘弹性阻尼层，粘弹性阻尼层的制作工艺简单，耗时短。

在此基础上，粘弹性阻尼层由多个粘弹性阻尼单元连接组成，粘弹性阻尼单元为颗粒状、线状或者片状。这样可以通过涂胶粘贴或者热融化粘弹性阻尼单元的方式将多个粘弹性阻尼单元固定至叶片内表面以形成粘弹性阻尼层，粘弹性阻尼层的加工和制作工艺简单。

在此基础上，粘弹性阻尼层覆盖叶片的部分内表面。通过有选择性的在叶片内表面的部分区域设置粘弹性阻尼层，例如在振动最强的区域设置粘弹性阻尼层，在振动较小的区域不设置粘弹性阻尼层，可以在降低叶片振动对叶片的影响的同时，减少粘弹性阻尼层的使用，减轻叶片的重量，同时减少叶片的生产成本。

在此基础上，粘弹性阻尼层沿叶片轴向长度方向延伸，粘弹性阻尼层的长度小于空腔的轴向长度。由于叶片尖部的振动较小，可以在叶片尖部附近的叶片内表面不设置粘弹性阻尼层，减少粘弹性阻尼层的使用，减轻叶片的重量，同时减少叶片的生产成本。

在此基础上，叶片前缘和叶片后缘处振动较小，通过在横截面上，粘弹性阻尼层的前边缘距离叶片前缘内表面的最前端的距离大于等于第一预定宽度，且后边缘至叶片后缘内表面的最后端的最小距离大于等于第二预定宽度，在叶片前缘的内表面和叶片后缘的内表面的预定区域不设置粘弹性阻尼层，可以减少粘弹性阻尼层的使用，减轻叶片的重量，同时减少叶片的生产成本。

在此基础上，沿叶片的弦长方向上，从前边缘至后边缘，粘弹性阻尼层的厚度先逐渐增加然后逐渐减小。将粘弹性阻尼层设置为中间厚两侧薄，一方面便于粘弹性阻尼层的制造，另一方面前边缘和后边缘处较薄的粘弹性阻尼层也不会影响叶片前缘和叶片后缘等部位的制造。

在此基础上，粘弹性阻尼层覆盖粘弹性阻尼层的一部分。使得在没有设置约束层的部位，粘弹性阻尼层为自由阻尼，当叶片振动时，依靠粘弹性材料分子链之间的粘性内摩擦消耗部分振动；在设置有约束层的部位，粘弹性阻尼层为约束阻尼，依靠粘弹性材料受的剪切作用将振动能转化为热能。约束阻尼的吸收振动的效果好于自由阻尼，通过在叶片振动较强的位置设置粘弹性阻尼层和约束层，在振动较弱的地方仅设置粘弹性阻尼层，将自由阻尼和约束阻尼相结合，可在有效吸收振动的同时，减少约束层的使用，降低叶片的重量和生产成本。

在此基础上，在叶片圆筒状根部内表面上沿轴向设置粘弹性阻尼层和约束层，通过约束阻尼，可有效减少叶片圆筒状根部的振动。

本实用新型提供的风力发电机组，能够有效的减少叶片产生的振动，降低叶片振动对风力发电机组运行的影响。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。