兆瓦级风电叶片及其组装、制造方法、及叶尖的制造方法与流程

本发明涉及风电设备技术领域，具体涉及一种兆瓦级风电叶片及其组装、制造方法、以及叶尖的制造方法。

背景技术：

目前，市场应用较广泛的兆瓦级风力发电机组叶片的增效技术包括：气动附件技术和叶片延长技术。其中，叶片延长技术包括：叶根延长技术和叶尖延长技术。叶尖延长增效技术基于传统的动量叶素理论，通过增大风轮扫风面积实现机组增效，具有增效效益显著的特点。

目前被广泛应用的方案，是在现有叶片的基础上进行延长，并在进行延长的叶尖上设置防雷系统。具体的，在已有叶片的气动外形上从距离叶尖较近处(例如距离叶尖2m左右)截断，并在截断位置增加新延长的翼型，在新的翼型上设置防雷系统。

但是由于叶片越来越长，叶尖翼型绝对厚度越来越小，狭小的空间导致现有的防雷系统存在大量的设计难题以及施工难点，在进行技改施工的过程中存在较大的困难与风险。从而使现有的叶片延长方案的可实施性与可靠性均存在更多的问题及风险，仅仅基于已有条件进行防雷系统的工艺改进，其雷电防护性能较低，在雷暴环境复杂地区极易出现雷击事故。

因此，为了解决现有技术的缺陷，有必要提供一种针对叶片延长技术的可靠的防雷保护，并且在一定程度上降低叶片延长难度的定制方案。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的叶片在进行叶尖延长时，设置的叶尖的防雷保护的可实施性较差以及可靠性较低的缺陷，从而提供一种防雷可靠性高的兆瓦级风电叶片。

本发明还提供一种兆瓦级风电叶片的组装方法、制造方法、以及叶尖的制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种兆瓦级风电叶片，包括：

叶片本体，具有前缘、后缘、迎风面和背风面，所述叶片本体的顶端具有用于连接叶尖的安装结构；

叶尖，通过所述安装结构可拆卸地连接在所述叶片本体的顶端，所述叶尖全部采用绝缘材料，所述叶尖的厚度在10cm～40cm之间，所述叶尖的顶端采用圆滑过渡。

作为优选方案，所述叶尖的外壳为采用绝缘复合材料的绝缘蒙皮。

作为优选方案，所述叶尖为中空结构。

作为优选方案，所述叶尖的内部填充绝缘液体、绝缘固体或者绝缘气体。

作为优选方案，所述绝缘气体包括：空气、氮气或七氟异丁腈，所述绝缘液体包括：绝缘油，所述绝缘固体包括：粘接胶、轻木、pet、硅胶或绝缘泡沫。其中，pet俗称涤纶树脂。是对苯二甲酸与乙二醇的缩聚物。

作为优选方案，所述叶片本体的安装结构上设置有接闪器，所述接闪器与所述叶片本体内的引下线电连接。

作为优选方案，所述叶片本体上在靠近用于连接叶尖的安装结构的区域处设置有接闪器，所述接闪器与所述叶片本体内的引下线电连接。

作为优选方案，所述叶尖的厚度在20～40cm之间。

作为优选方案，所述叶尖的长度在0.2～5m之间。

作为优选方案，所述接闪器具有适于伸入到叶片本体或所述安装结构上的圆柱体，所述圆柱体适于插入到所述叶片本体和所述安装结构内。

作为优选方案，所述接闪器采用不锈钢、铝合金、铜或铜合金等导体材料。

作为优选方案，所述安装结构包括：插槽和插柱，所述插槽设置在叶尖的根部，所述插柱设置在叶片本体的端部，此时，所述插柱采用绝缘材料，如玻璃钢。

作为优选方案，所述接闪器包括用于构成部分所述安装结构的异形结构。所述异形结构为连接在叶片本体的端部的插槽。所述安装结构还包括：插柱，所述插柱设置在叶尖的根部。

作为优选方案，所述安装结构还包括：分别设置在叶片本体上和设置在叶尖上的插槽，还包括：连接条，所述连接条的两端分别插设在所述叶片本体的插槽和所述叶尖的插槽内，此时，所述连接条的至少伸入到叶尖内部的部分采用绝缘材料，如玻璃钢。

本发明还提供一种上述方案中任一项所述的兆瓦级风电叶片中的叶尖的制造方法，包括以下步骤：

在叶尖模具内，采用绝缘复合材料，成型具有中空结构的叶尖；

将叶尖的外壳内部填充绝缘物质。

本发明还提供一种上述方案中任一项所述的兆瓦级风电叶片的组装方法，包括以下步骤：

提供成型的叶片本体和叶尖；

将叶尖和/或叶片本体的安装结构的结合面处设置粘接材料；

通过叶尖和叶片本体的安装结构的结合面的贴合进行粘接连接；

在叶尖和叶片本体的安装结构的连接处通过包裹绝缘材料进行粘接补强。

本发明还提供一种上述方案中任一项所述的兆瓦级风电叶片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将用于制造叶片本体和叶尖的模具进行组合连接在一起；

在叶尖模具内，采用绝缘复合材料成型所述叶尖；

在叶片模具内成型所述叶片本体，使所述叶片本体和叶尖在模具内成型为一体。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的风电叶片，具有可拆卸的连接在叶片本体的顶端的叶尖，叶尖整体为绝缘的片状结构，在叶尖的顶端不设置接闪器和引下线，并且将叶尖的顶端设计为圆滑过渡，既没有尖角结构，圆滑过渡可以理解为是从叶片前缘向后缘方向的过渡，也可以是从迎风面向背风面方向的过渡，由于叶尖很薄，且在在叶尖的表面及内部不含有任何导电、半导电物质，因此，叶尖具有足够的绝缘强度，叶尖在雷电流爬弧过程中，不会出现击穿和滑闪现象，叶尖的防雷保护的可实施性和可靠性均得到较大提高。

2.本发明提供的风电叶片，叶尖的替换截面位置绝对厚度在20-40cm之间具有良好的应用，并且最小不能小于10cm，根据iec61400-24新版规范要求，越往叶尖区域，叶片遭受雷击损伤的概率越大，针对叶尖的替换截面位置绝对厚度较低(替换截面位置绝对厚度小于40cm)的叶形，很难在叶尖区域增加绝缘来防止内部先导产生。因此，针对该情况，本申请在叶尖雷击风险较大的区域，取消防雷系统，将叶尖顶端设计为弧形，并将叶尖整体设计为不含有任何导电、半导电物质的绝缘结构，以确保叶尖内部不会出现引下通道，可以使雷电流从叶片表面以扫略的形式从叶尖扫略到叶片本体上的接闪器，而不会出现内部击穿情况。

3.本发明提供的风电叶片，叶尖的内部可以为空心的结构，通过在叶尖的壳体布置足够强度的绝缘复合材料，使绝缘复合材料部分的击穿强度不低于75kv，以增加叶尖的表面绝缘强度，来防止叶片在扫略的过程中不会出现引下通道，使雷电流从叶尖表面以扫略的形式从叶尖扫略到叶片本体的接闪器上，而不会出现内部击穿情况。

另外，在叶尖的内部可以考虑增加绝缘物质，可以是绝缘固体、绝缘液体或绝缘气体，其中，绝缘固体包括：粘接胶、轻木、pet、硅胶或绝缘泡沫等轻质绝缘材料，绝缘气体包括：七氟异丁腈、氮气等惰性气体，绝缘液体包括：绝缘油。当叶尖内填充有绝缘气体或绝缘液体的情况下，叶尖壳体为闭合的中空结构，当叶尖内填充为绝缘固体的情况下，叶尖壳体在与叶片本体结合部分可以为开放的结构。通过上述手段，可增加叶尖的绝缘强度，提高确保叶尖内部不会出现引下通道，使雷电流从叶尖表面以扫略的形式从叶尖扫略到叶片本体的接闪器上，而不会出现内部击穿情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的兆瓦级风电叶片一种实施方式的立体结构示意图。

图2为本发明的兆瓦级风电叶片的第一种安装结构的纵向剖视结构的示意图。

图3为本发明的兆瓦级风电叶片的第二种安装结构的纵向剖视结构的示意图。

图4为本发明的兆瓦级风电叶片的第三种安装结构的纵向剖视结构的示意图。

附图标记说明：

1、叶片本体；11、前缘；12、后缘；13、迎风面；14、背风面；

2、叶尖；3、接闪器；4、插柱；5、插槽；6、连接条；7、引下线。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种兆瓦级风电叶片的具体实施方式，如图1所示，包括：叶片本体1和可拆卸的叶尖2，所述叶片本体具有：前缘11、后缘12、迎风面13和背风面14，叶片本体的根部用于与转轴连接，叶片本体的顶端连接有可替换叶尖2。随着叶尖延长增效技术的发展，叶片的长度越来越长，本实施例的叶尖2的长度在0.2-5m之间，叶尖2和叶片本体1的连接面在叶片厚度方向上不少于10cm，叶片本体和叶尖的连接面的形状相同，叶片本体1与叶尖2之间的连接区域表面平滑过渡，以保证全叶片气动外形的连续性。

本实施例的叶尖2全部采用绝缘材料构成，并且叶尖2的厚度非常的薄，厚度在10-40cm之间。叶尖2的顶端无接闪器，而是将顶端设计为无尖角的圆滑过渡结构。

本实施例的叶尖2可以是实心结构，也可以是空心结构。具体的，叶尖2的外壳为绝缘蒙皮，绝缘蒙皮采用绝缘复合材料模压形成，其中绝缘复合材料为玻璃纤维复合材料或玻璃纤维与其他纤维混合的复合材料。当叶尖2的内部为空心时，在叶尖2的内部可以填充氮气、七氟异丁腈等绝缘气体，以增加抗电压强度。另外，在叶尖2的内部还可以填充绝缘油等绝缘液体，或者填充粘接胶、硅胶或泡沫等轻质绝缘材料，使壳体内部形成实心结构，以增加抗电压强度。

本实施例中，所述叶片本体1的顶端与叶尖2之间通过安装结构进行连接。

如图2所示，所述安装结构包括：插柱4和插槽5，所述插柱4设置在叶片本体1上，所述插槽5设置在叶尖2上，此时由于插柱4需要插入到叶尖2内部，因此插柱4的材质需设置为不导电的绝缘材料，如玻璃钢。连接时，将插柱4插入插槽5内，然后采用粘接的方式进行叶片本体1和叶尖2两个结合面的连接，然后在连接处的外周通过粘接复合材料进行补强。另外，作为一种可替换实施方式，叶片本体1和叶尖2固定连接还可以是采用除了胶粘以外的其他常规固定方式，例如可以采用紧固件或者榫卯固定。

本实施例的叶片本体1上设置有接闪器3，所述接闪器3采用不锈钢材料，另外，作为一种可替换实施方式，所述接闪器3还可以采用铝合金、铜或铜合金等其他导体材料。具体的，接闪器3上具有用于连接的圆柱体，该圆柱体插入到叶片本体1的靠近安装结构的区域处，然后采用粘接的方式进行固定。另外，作为一种可替换实施方式，所述接闪器3与叶片本体1的连接还可以采用除了粘接以外的其他常规固定方式，例如可以通过紧固件、榫卯等方式。

如图2所示，所述叶片本体1中含有引下线7，引下线7的一端与接闪器3连接，引下线7在距离接闪器3至少5m范围内使用中压电缆耐压等级不低于17.5kv，引下线7与接闪器3的连接方式为紧固件连接或者热熔焊连接。

实施例2

本实施例提供一种风电叶片的具体实施方式，如图3所述，本实施例的风电叶片的结构与实施例1大体相同，不同之处在于：本实施例的安装结构包括：插柱4和插槽5，所述插柱4设置在叶尖2上，所述插槽5设置在叶片本体1上，此时，由于插柱4是叶尖2的一部分，因此，对于插槽5，无需要求插槽5必须为绝缘。

本实施例中，接闪器3的部分构成所述插槽5，该插槽5用于与叶尖2的根部的插柱4配合，在进行连接时，将叶尖2上的插柱4插入到接闪器3端部的插槽5内，然后用胶粘合固定，即可安装完成。另外，作为一种替换实施方式，叶尖2与接闪器3的固定还可以采用除了胶粘以外的其他常规固定方式，例如可以采用紧固件或者榫卯固定。

实施例3

本实施例提供一种风电叶片的具体实施方式，如图4所述，本实施例的风电叶片的结构与实施例2大体相同，不同之处在于：本实施例的叶尖2的根部同样设置有插槽5，然后采用连接条6，对接闪器3和叶尖2分别进行连接。

具体的，在进行连接时，采用连接条6的两端分别插设在接闪器3的插槽5和叶尖2的插槽5内，然后用胶粘合固定，即可安装完成。另外，作为一种替换实施方式，叶尖2与接闪器3的固定还可以采用除了胶粘以外的其他常规固定方式，例如可以采用紧固件或者榫卯固定。

实施例4

本实施例提供一种风电叶片的具体实施方式，本实施例的风电叶片的叶尖2为中空结构，因此，本实施例的叶尖2与叶片本体1进行连接时，采用边缘直接粘接的形式连接，然后，在叶尖2与叶片本体1的连接处的外圈，采用绝缘复合材料进行粘贴补强。

另外，作为一种可替换实时方式，本实施例的叶尖2和叶片本体1之间的连接还可以是采用除了粘接以外的其他常规连接方式，例如通过紧固件或者通过榫卯等方式连接。

实施例5

本实施例提供一种叶尖的制造方法，具体的，为通过模具制造叶尖，包括以下步骤：

在叶尖模具内，采用绝缘复合材料，成型具有中空结构的叶尖。

将叶尖的内部填充绝缘物质，以最终形成绝缘叶尖。

其中，在叶尖的内部，根据实际的需要，可以填充绝缘固体，例如，填充绝缘泡沫，将绝缘泡沫从叶尖根部的开口处塞入到叶尖内。

还可以填充绝缘液体，例如，填充绝缘油，将绝缘油从叶尖根部的开口处注入到叶尖内，然后采用玻璃钢将该开口进行胶粘密封。

还可以填充绝缘气体，例如，惰性气体：氮气，将氮气从叶尖根部的开口处注入到叶尖内，然后采用玻璃钢将该开口进行胶粘密封。

实施例6

本实施例提供一种叶片的组装方法，当单独采用模具生产叶片本体和叶尖时，在进行叶片本体和叶尖的组装时，包括以下步骤：

提供成型的叶片本体和叶尖；

将叶尖和/或叶片本体的安装结构的结合面处设置粘接材料。

通过叶尖和叶片本体的安装结构的结合面的贴合进行粘接连接。

在叶尖和叶片本体的安装结构的连接处通过包裹绝缘材料进行粘接补强。

实施例7

本实施例提供一种叶片的制造方法，包括以下步骤：

将用于制造叶片本体和叶尖的模具进行组合连接在一起；

在叶尖模具内，采用绝缘复合材料成型所述叶尖；

在叶片模具内成型所述叶片本体，使所述叶片本体和叶尖在模具内成型为一体。

上述叶片的制造方法中还包括：在叶片本体上设置接闪器，接闪器的设置有多种形式，其中包括：将接闪器连接在叶片本体的安装结构上；还包括：将接闪器连接在叶片本体的靠近安装结构的区域处；还包括：将接闪器与叶片本体的安装结构设置为一体。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。