一种风电叶片叶尖延长结构及方法与流程

本发明涉及一种风力发电机叶片，尤其涉及一种风电叶片叶尖延长结构及方法，属于风力发电设备的零部件。

背景技术：

随着全球气候的变化，风电场的风资源特性也会发生一定的变化，使得原风力资源特性下匹配的风力机输出功率下降。风力机主要靠风电叶片捕获风能，风电叶片的长度直接影响风力机捕获风能的能力和风力发电机组的输出功率。在低风速下增加风电叶片长度可以有效的提高风力机的发电量。

另外，风电叶片成本约占整机机组成本的15％-20％，如果对现役风电叶片进行整体更换势必增加过高的改造成本，增加发电成本，因此叶片的整体更换不利于提高风电机组改造的经济性。设计一种结构可靠，实施简单的的风电叶片延长段和实施工艺，降低改造成本，是非常重要的。现有的叶片叶尖延长技术，叶片的叶尖延长段多为一体结构，主要通过粘结或借助机械连接的方式将叶尖延长段同基础叶片连接在一起，存在诸多缺陷，主要表现在：叶尖延长段需要整体加工制造，存在生产成本高、生产效率低的缺陷，不能满足实际需要；无论是通过粘结或借助机械连接的方式将叶尖延长段同基础叶片连接在一起，都存在连接强度不高，连接区域应力分布不合理等缺陷，严重影响了延长后的叶片寿命。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种风电叶片叶尖延长结构及方法，叶片尖部延长段通过增加现役风电叶片长度来实现风电机组功率提升，叶尖延长段采用分块预制拼接成形，大大提高了生产效率，使得叶尖延长段安装简便，此外，叶尖延长段各预制片体之间采用Z形粘接槽拼接结构既不影响叶片的气动外形又增加了片体间的粘接强度，叶尖延长段与基础叶片段之间采用预制粘接舌进行加固，增加了粘接强度，此外，预制粘接舌拐角采用钝角可以大大减小胶接面的应力集中，粘接舌两端端面采用楔形过渡和齿形端部；在叶尖延长段的末端为楔形过渡，并包含齿形端部和展向沟槽，这种结构可以有效的减小粘接局部应力集中，抑制胶接层裂纹在疲劳载荷下连续扩展，提高胶接强度和疲劳寿命。

根据本发明的一方面，本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种风电叶片叶尖延长结构，包括基础叶片段和叶尖延长段，其特征在于，所述基础叶片段和叶尖延长段通过预制粘接舌连接在一起，其中，

--所述叶尖延长段包括分体制备的延长段前缘片体、延长段吸力面片体、延长段尾缘片体和延长段压力面片体，各片体分别在预制模具中用纤维复合材料铺设而成；各片体的两个侧边均形成有粘接槽，相邻两片体之间通过各自侧边的粘接槽结合在一起；各片体靠近叶根的一端形成为楔形过渡的齿形端部，并且在所述齿形端部上设置有展向沟槽；各延长段均采用楔形铺层设计来缓解总体厚度的急剧变化。通过设计齿形端部和展向沟槽结构来缓解连接端部的应力集中，抑制疲劳裂纹扩展，提高胶接的承载能力和可靠性。

--所述叶尖延长段靠近叶根的一端与基础叶片段靠近叶尖的一端相互搭接，相互搭接的区域中设置有粘接剂；所述叶片延长段与基础叶片段连接处用所述预制粘接舌加强连接，所述预制粘接舌的一端紧贴基础叶片段的内侧，另一端紧贴叶尖延长段的内侧，所述预制粘接舌与基础叶片段、叶尖延长段的贴合区均设置有粘接剂。

优选地，所述预制粘接舌整体呈Z字形，包括两个拐角，每个拐角均为钝角。

优选地，所述预制粘接舌的两端均为楔形过渡的齿形端部。

优选地，所述预制粘接舌由复合材料预制而成，可以预制成单条，然后并行铺设，也可预制成整块。

优选地，所述粘接槽为Z形粘接槽，相邻两叶尖延长段片体之间通过各自侧边的Z形粘接槽结合在一起。

优选地，所述Z形粘接槽沿展向形成在叶尖延长段各片体的两侧，用来啮合各预制片体，可以与各叶尖延长段片体一起预制而成，也可在各叶尖延长段片体形成后采用切割的方法制备。

根据本发明的另一方面，本发明为解决其技术问题还提供了一种风电叶片叶尖延长方法，其特征在于，所述风电叶片叶尖延长方法包括以下步骤：

SS1.将基础叶片的叶尖沿展向截掉一部分使其形成连接端面。

SS2.分别在模具中采用真空吸注方法预制延长段前缘片体、延长段吸力面片体、延长段尾缘片体、延长段压力面片体，将各片体界面粘接层的纤维布沿展向进行裁剪形成锯齿槽，使其在成形时形成楔形过渡的锯齿形端部；各片体两侧的Z形粘接槽可采用预制的方法，也可整片成形然后切割而成；将各片体从模具中固化取出后，在各片体的锯齿形端部切割出展向沟槽。

SS3.制作预制粘接舌，在模具上铺设边缘开槽的纤维布，将纤维通过真空吸注成形粘接舌，可以预制成多条，也可以根据延长段吸力面片体和延长段压力面片体的宽度预制成一个整块，也可由大块纤维复合材料切割而成。

SS4.分别在基础叶片段连接端的外侧和延长段吸力面片体、延长段压力面片体的内侧涂敷粘接剂，将延长段吸力面片体和延长段压力面片体的内侧紧贴基础叶片段的外侧，加热固化。

SS5.将预制粘接舌的两端紧贴基础叶片段和延长段吸力面延长段压力面的内侧，用粘接剂将其胶接。

SS6.根据延长段吸力面和延长段压力面的安装位置，利用定位设备分别将延长段前缘片体和延长段尾缘片体调节到对应的位置，在粘接槽中涂敷粘接剂，然后加热固化使其成为一个整体。

同现有技术相比，本发明的风电叶片叶尖延长结构及方法具有以下显著的技术效果：

1、叶尖延长段采用分块预制拼接成形的结构大大提高了生产效率，提高了叶尖延长段安装的简便性。

2、叶尖延长段的各片体之间采用Z形粘接槽拼接结构既不影响叶片的气动外形又增加了片体间的粘接强度。

3、叶尖延长段与基础叶片段的连接处采用预制粘接舌进行加固，增加了叶尖延长段与基础叶片段的粘接强度。

4、预制粘接舌拐角采用钝角可以大大减小胶接面的应力集中，粘接舌两端端面采用楔形过渡和齿形端部；在叶尖延长段的末端为楔形过渡，并包含齿形端部和展向沟槽，这种结构可以有效的减小粘接局部应力集中，抑制胶接层裂纹在疲劳载荷下连续扩展，提高胶接强度和疲劳寿命。

附图说明

图1本发明的风电叶片叶尖延长结构示意图；

图2为风电叶片叶尖延长段的结构示意图；

图3为叶尖延长段的A-A截面视图；

图4为叶尖延长段与基础叶片段连接示意图；

图5为叶尖延长段与基础叶片段连接俯视图；

图6为叶尖延长段与基础叶片段连接三维视图；

图7为一体制成的预制粘接舌结构示意图；

图8为分片制成的预制粘接舌结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。实际上，在未背离本发明的范围或精神的情况下，可以在本发明中进行各种修改和变化，这对本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以与另一个实施例一起使用来产生又一个实施例。因此，意图是本发明将这样的修改和变化包括在所附的权利要求书和它们的等同物的范围内。

如图1所示，本发明的风电叶片叶尖延长结构包括基础叶片段1和叶尖延长段2，叶尖延长段2通过粘接的方式同基础叶片段1的端部连接在一起，叶尖延长段2由分体制备的四个片体结构组成。

如图2、3所示，叶尖延长段1由分体制备的延长段前缘片体21、延长段吸力面片体22、延长段尾缘片体23、延长段压力面片体24等四个片体构成气动外形，在各片体两侧边沿叶片展向设置有Z形粘结槽25，各片体的侧边之间通过各自的Z形粘结槽25连接在一起，相邻两片体侧边上的Z形粘结槽25相互搭接扣合在一起，在搭接区中填充粘接剂。叶尖延长段2采用分块预制拼接成形的结构大大提高了生产效率，大大提高了叶尖延长段安装的简便性。各片体之间采用Z形粘接槽拼接结构既不影响叶片的气动外形又增加了片体间的粘接强度。

如图4～6所示，叶片延长段2靠近叶根的一端与基础叶片段1靠近叶尖的一端通过搭接并使用预制粘接舌3加强连接。叶尖延长段2靠近叶根的一端为整体呈楔形过渡的齿形端部26，在叶尖延长段2的斜面状的齿形端部26上设置有展向沟槽27，斜面状齿形端部26的内侧与基础叶片段1端部的外侧搭接并紧贴在一起，二者之间用粘接剂4连接，这种结构可以有效的减小粘接局部应力集中，抑制胶接层裂纹在疲劳载荷下连续扩展，提高胶接强度和疲劳寿命。进一步地，叶片延长段2与基础叶片段1连接处的阶梯段用预制粘接舌3加强，预制粘接舌3的一端紧贴基础叶片段1的内侧，另一端紧贴叶尖延长段2的内侧，使用粘接剂4胶接。在叶片延长段2与基础叶片段1连接处采用预制粘接舌3进行加固，可以有效增加叶尖延长段2与基础叶片段1之间的粘接强度。

如图7、8所示，预制粘接舌3整体呈Z字形，包括两个拐角，两个拐角均为钝角，预制粘接舌3的拐角采用钝角可以大大减小胶接面的应力集中。预制粘接舌3的两端均呈楔形过渡，且每个端部均包含齿形端部31。如图7所示，预制粘接舌3由复合材料预制而成，预制粘接舌3可以预制成一个整体。如图8所示，预制粘接舌3也可以预制成单条，然后并行铺设。条状预制粘接舌3沿弦向铺设在叶片内侧，与叶片间采用粘接剂9连接。

上述风电叶片叶尖延长工艺，按照以下步骤进行：

(1)将基础叶片1的叶尖沿展向截掉一部分使其形成连接端面；

(2)分别在模具上采用真空吸注方法预制成形延长段前缘片体21、延长段吸力面片体22、延长段尾缘片体23、延长段压力面片体24，将每个片体的界面粘接层的纤维布沿展向进行裁剪形成较短的开口小槽，使其在成形时形成锯齿形端部26。各片体两侧的Z形粘接槽25可采用预制的方法，也可整片成形然后切割而成；将延长段前缘21、延长段吸力面22、延长段尾缘23、延长段压力面24从模具中固化取出后，在锯齿形端部26上切割出展向沟槽27。

(3)制作预制粘接舌3，在模具上铺设边缘开槽的纤维布，使其在成形时形成锯齿形端部31，将纤维通过真空吸注成形粘接舌3，可以预制成多条，也可以根据延长段吸力面22和延长段压力面24的宽度预制成一个整块，也可由整块切割而成。

(4)分别在基础叶片段1连接端的外侧和延长段吸力面22、延长段压力面24的内侧涂敷粘接剂4，将延长段吸力面22和延长段压力面24的内侧紧贴基础叶片段1的外侧，加热固化。

(5)将预制粘接舌3的两端紧贴基础叶片段1和延长段吸力面22、延长段压力面24的内侧，用粘接剂4将其粘接。

(6)根据延长段吸力面22和延长段压力面24的安装位置，利用定位设备分别将延长段前缘21和延长段尾缘23调节到对应的位置，在Z形粘接槽25中涂敷粘结剂4，然后加热固化使其成为一个整体。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。