风电叶片及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种风电叶片及其制造方法。


背景技术：

2.预埋螺栓套是当前叶根连接设计中使用较多的方式，风电叶片的设计长度越来越长，叶根载荷也越来越大，叶根螺栓受到的极限载荷及疲劳损伤增大。因此，在风力发电机使用过程中，螺栓容易出现变形、断裂等情况，进而影响风力发电机的安全性。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是为了克服风力发电机在使用过程中，风电叶片与轮毂连接的螺栓由于受载过大，容易出现变形、断裂等情况，影响风力发电机的安全性缺陷，提供一种风电叶片及其制造方法。
4.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
5.本发明提供了一种风电叶片，所述风电叶片包括叶根部，所述叶根部设有与轮毂连接的第一预埋螺栓套组件，且所述第一预埋螺栓套组件沿着所述叶根部的周向方向分布，所述叶根部的侧壁设有凸台，所述凸台内设置有与所述轮毂连接的第二预埋螺栓套组件，所述凸台包括相对的第一端部和第二端部，所述第二预埋螺栓套组件的螺纹孔开口位于所述第一端部的端面，所述第二端部的厚度沿远离所述第一端部的方向逐渐变小。
6.在本方案中，采用上述结构形式，第一方面，增加风电叶片的螺栓数量，降低叶根部中单个螺栓的载荷，提高叶根部的承载能力，避免螺栓受载过大发生变形、断裂等情况，进一步增大风电叶片使用的安全性；第二方面，只在局部增加凸台和第二预埋螺栓套组件，相比于在叶根部内侧壁或外侧壁整圈设计增加一排第二预埋螺栓套组件，可以有效地减少叶根部的重量和整机机头重量，降低整机载荷；第三方面，可以在螺栓承载能力一定的情况下，减小叶根节圆直径，从而降低轮毂及轮毂与叶根部连接的轴承尺寸，减少整机的生产成本；第四方面，凸台中第二端部的厚度沿远离第一端部的方向逐渐变小，即凸台中靠近风电叶片的叶尖的厚度逐渐变小，以减少凸台与叶根部之间的间隙，加强风电叶片整体强度。
7.较佳地，所述凸台的侧端具有坡面，所述坡面自所述凸台的内壁面向所述凸台的侧端外侧延伸至所述叶根部的内壁面。
8.在本方案中，采用上述结构形式，在凸台上设置坡面，使得凸台的上表面铺层在凸台的两侧缓慢过渡，避免褶皱的发生，减少应力集中。
9.较佳地，所述叶根部与所述第二端部之间设有填充件，所述填充件用于填充所述叶根部与所述第二端部之间的间隙，所述填充件具有与所述第二端部的端面齐平的斜面。
10.在本方案中，采用上述结构形式，叶根部中靠近风电叶片的叶尖的厚度逐渐变小，填充件能够补平叶根部的厚度递减区域，使得叶根部的内表面符合凸台放置平齐的要求。
11.较佳地，所述叶根部与所述凸台之间通过结构胶固定。
12.在本方案中，采用上述结构形式，使用结构胶将凸台粘接在叶根部的侧壁，以形成
局部双排螺栓结构，固定效果好，凸台不易脱落。
13.本发明还提供了一种风电叶片的制造方法，其用于制造如上所述的风电叶片，制造方法包括以下步骤：
14.s1、对所述风电叶片建模，并对所述风电叶片的叶根部进行受载分析，计算得到所述叶根部受载最大、安全性最低的区域；
15.s2、根据所述区域计算所需增加的所述第二预埋螺栓套组件的数量，根据所需的所述第二预埋螺栓套组件数量和所述叶根部的内壁半径，获得用于制造所述凸台的凸台模具；
16.s3、在所述凸台模具内形成所述凸台。
17.在本方案中，第一方面，设置有第二预埋螺栓套组件的凸台能够增加叶根部中安全性最低区域的螺栓数量，降低该区域中单个螺栓的载荷，增大风电叶片使用的安全性；第二方面，只在局部增加凸台和第二预埋螺栓套组件，相比于在叶根部内侧壁或外侧壁整圈设计增加一排第二预埋螺栓套组件，可以有效地减少叶根部的重量和整机机头重量，降低整机载荷；第三方面，可以在螺栓承载能力一定的情况下，减小叶根节圆直径，从而降低轮毂及轮毂与叶根部连接的轴承尺寸，减少整机的成本。
18.较佳地，所述制造方法还包括以下步骤：
19.s4、在风电叶片模具内进行铺层、灌注、固化，形成不包含所述凸台的风电叶片。
20.在本方案中，对风电叶片建模，对风电叶片的叶根部进行受载分析，计算得到叶根部受载最大、安全性最低的区域后，在风电叶片模具内进行铺层、灌注、固化，形成不包含凸台的风电叶片。以防事先制造出的不包含凸台的风电叶片与需要的进行受载分析的风电叶片不一致，导致需要重新返工，影响制造进度。
21.较佳地，步骤s4包括：
22.s41、在所述风电叶片模具内放置所述风电叶片的铺层材料；
23.s42、铺设所述第一预埋螺栓套组件；
24.s43、灌注树脂、固化，形成不包含所述凸台的风电叶片。
25.较佳地，所述制造方法还包括以下步骤：
26.s5、将所述凸台固定在不包含所述凸台的风电叶片的叶根部中的受载最大区域。
27.在本方案中，通过结构胶将凸台安装在叶根部，以形成局部双排螺栓结构，增强风电叶片的承载能力，固定效果好，凸台不易脱落。
28.较佳地，在步骤s5之前，在所述受载最大区域中铺设填充件，使得所述叶根部的内表面符合所述凸台放置平齐的要求。
29.在本方案中，铺设填充件能够补平叶根部的厚度递减区域，使得叶根部的内表面符合凸台放置平齐的要求，另外，填充件能够填充凸台与叶根部之间的间隙，扩大了凸台的安装面，极大降低风电叶片在其使用过程中凸台出现脱落的可能性。
30.较佳地，步骤s3包括：
31.s31、在所述凸台模具内进行玻纤布铺层；
32.s32、在所述凸台模具内铺设所述第二预埋螺栓套组件，在所述第二预埋螺栓套的两侧分别放置一个楔形块；
33.s33、灌注树脂、固化，形成所述凸台。
34.在本方案中，在模具内铺设第二预埋螺栓套组件并形成凸台，楔形块使得凸台的两端具有自凸台的内壁面向凸台的侧端外侧延伸至叶根部的内壁面的坡面，以使得凸台中的上玻纤布在凸台的两侧缓慢过渡，避免褶皱的发生，减少应力集中。
35.本发明的积极进步效果在于：本发明中设置有第二预埋螺栓套组件的凸台增加风电叶片的螺栓数量，降低叶根部中单个螺栓的载荷，避免螺栓受载过大发生变形、断裂等情况，进而增大风电叶片使用的安全性。另外，只在局部增加凸台和第二预埋螺栓套组件，相比于在叶根部内侧壁或外侧壁整圈设计增加一排第二预埋螺栓套组件，可以有效地减少叶根部的重量和整机机头重量，降低整机载荷。并且可以在螺栓承载能力一定的情况下，减小叶根节圆直径，从而降低轮毂及轮毂与叶根部连接的轴承尺寸，减少整机的成本。
附图说明
36.图1为本发明较佳实施例的风电叶片的结构示意图。
37.图2为本发明较佳实施例的风电叶片的另一角度的结构示意图。
38.图3为本发明较佳实施例的风电叶片的另一角度的结构示意图。
39.图4为本发明较佳实施例的凸台的结构示意图。
40.图5为本发明较佳实施例的风电叶片的制造方法的流程示意图。
41.附图标记说明：
42.叶根部1
43.第一预埋螺栓套组件11
44.凸台2
45.第二预埋螺栓套组件21
46.坡面22
47.楔形块23
48.填充件3
具体实施方式
49.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在以下的实施例范围之中。
50.本发明实施例提供了一种风电叶片，如图1、图2和图3所示。风电叶片包括叶根部1，叶根部1设有与轮毂连接的第一预埋螺栓套组件11，且第一预埋螺栓套组件11沿着叶根部1的周向方向分布，叶根部1通过第一预埋螺栓套组件11安装在风力发电机上。叶根部1的侧壁设有凸台2，凸台2可以设置在叶根部1的内侧壁或外侧壁，凸台2内设置有与轮毂连接的第二预埋螺栓套组件21，风电叶片安装在轮毂上，在叶根部1的外侧或内壁局部增加第二预埋螺栓套组件21。其中，第二预埋螺栓套组件21与第一预埋螺栓套组件11对应排布，或者，第二预埋螺栓套组件21与第一预埋螺栓套组件11交错排布。凸台2包括相对的第一端部和第二端部，第二预埋螺栓套组件21的螺纹孔开口位于第一端部的端面，第二端部的厚度沿远离第一端部的方向逐渐变小。
51.在本实施例中，风电叶片采用上述结构，第一方面，增加风电叶片的螺栓数量，降低叶根部1中单个螺栓的载荷，提高叶根部的承载能力，避免螺栓受载过大发生变形、断裂
等情况，进而增大风电叶片使用的安全性；第二方面，只在局部增加凸台2和第二预埋螺栓套组件21，相比于在叶根部1内侧壁或外侧壁整圈设计增加一排第二预埋螺栓套组件21，可以有效地减少叶根部1的重量和整机机头重量，降低整机载荷；第三方面，增加叶根螺栓的数量，可以在螺栓承载能力一定的情况下，减小叶根节圆直径，从而降低轮毂及轮毂与叶根部1连接的轴承尺寸，减少整机的成本；第四方面，叶根部1中靠近风电叶片的叶尖的厚度逐渐变小，凸台2中第二端部的厚度沿远离第一端部的方向逐渐变小，即凸台2中靠近风电叶片的叶尖的厚度逐渐变小，以减少凸台2与叶根部1之间的间隙，加强风电叶片整体强度。
52.优选的，通过仿真计算，对叶根部1进行受载分析，找到受载最大、安全性最低的螺栓区域，在此区域通过增加凸台2并在凸台2内设置第二预埋螺栓套组件21，极大提高了叶根部1的受载能力和叶根螺栓安全性，降低安全性最低的螺栓区域中螺栓断裂、变形的可能性，进一步增大风电叶片使用的安全性。
53.如图4所示，凸台2的侧端具有坡面22，坡面22自凸台2的内壁面向凸台2的侧端外侧延伸至叶根部1的内壁面。在凸台2上设置坡面22，使得凸台2的上表面在凸台2的两侧缓慢过渡，避免褶皱的发生，减少应力集中。具体地，凸台2的两侧分别自凸台2的内壁面向凸台2的侧端外侧延伸至叶根部1的内壁面。
54.如图4所示，叶根部1与第二端部之间设有填充件3，填充件3用于填充叶根部1与第二端部之间的间隙，填充件3具有与第二端部的端面齐平的斜面。叶根部1中靠近风电叶片的叶尖的厚度逐渐变小，填充件3能够补平叶根部1的厚度递减区域并填充凸台2与叶根部1之间的间隙，扩大了凸台2的安装面，极大降低风电叶片在其使用过程中凸台2出现脱落的可能性，并使得叶根部1的内表面符合凸台2放置平齐的要求。
55.叶根部1与凸台2之间通过结构胶固定。使用结构胶将凸台2粘接在叶根部1的侧壁，以形成局部双排螺栓结构，固定效果好，凸台2不易脱落。
56.本发明实施例提供了一种风电叶片的制造方法，其用于制造如上述任一实施例所述的风电叶片，如图5所示，制造方法包括以下步骤：
57.s1、对风电叶片建模，并对风电叶片的叶根部1进行受载分析，计算得到叶根部1受载最大、安全性最低的区域；
58.s2、根据计算得到叶根部1上受载最大、安全性最低的区域，计算所需增加的第二预埋螺栓套组件21的数量，根据所需的第二预埋螺栓套组件21数量和叶根部1的内壁半径，获得用于制造凸台2的凸台模具；
59.s3、在凸台模具内形成凸台2。
60.在本实施例中，根据计算得到叶根部1上安全性最低的区域，计算所需增加的第二预埋螺栓套组件21的数量，以获得凸台模具并制造凸台2，设置有第二预埋螺栓套组件21的凸台2用于固定在叶根部1上安全性最低的区域。第一方面，设置有第二预埋螺栓套组件21的凸台能够增加叶根部1中安全性最低区域的螺栓数量，降低该区域中单个螺栓的载荷，避免螺栓受载过大发生变形、断裂等情况，进而增大风电叶片使用的安全性。第二方面，只在局部增加凸台2和第二预埋螺栓套组件21，相比于在叶根部1内侧壁或外侧壁整圈设计增加一排第二预埋螺栓套组件21，可以有效地减少叶根部1的重量和整机机头重量，降低整机载荷。第三方面，增加叶根螺栓的数量，可以在螺栓承载能力一定的情况下，减小叶根节圆直径，从而降低轮毂及轮毂与叶根部1连接的轴承尺寸，减少整机的成本。
61.风电叶片的制造方法还包括以下步骤：s4、在风电叶片模具内进行铺层、灌注、固化，形成不包含凸台2的风电叶片。具体操作时，对风电叶片建模，对风电叶片的叶根部1进行受载分析，计算得到叶根部1受载最大、安全性最低的区域后，在风电叶片模具内进行铺层、灌注、固化，形成不包含凸台2的风电叶片。以防事先制造出的不包含凸台2的风电叶片与需要的进行受载分析的风电叶片不一致，导致需要重新返工，影响制造进度。
62.步骤s4包括：
63.s41、在风电叶片模具内放置风电叶片的铺层材料；
64.s42、铺设第一预埋螺栓套组件11，在每个第一预埋螺栓套组件11之间放置预制辅材，预制辅材与第一预埋螺栓套组件11连接的端部弧形设置，即第一预埋螺栓套组件11间隔铺设，每两个第一预埋螺栓套组件11之间铺设预制辅材以固定第一预埋螺栓套组件11；
65.s43、在风电叶片模具中灌注树脂、固化，合模，形成不包含凸台2的风电叶片。
66.在本实施例中，在模具内铺设第一预埋螺栓套组件11并形成不包含凸台2的风电叶片，方便操作。
67.风电叶片的制造方法还包括以下步骤：s5、将凸台2固定在不包含凸台2的风电叶片的叶根部1中的受载最大区域。通过结构胶将凸台2安装在叶根部1，以形成局部双排螺栓结构，增强风电叶片的承载能力，固定效果好，凸台2不易脱落。
68.在步骤s5之前，在叶根部1中的受载最大区域中铺设填充件，使得叶根部1的内表面符合凸台2放置平齐的要求。在安装凸台2之前，在已经成型的不包含凸台2的风电叶片的叶根部1中的受载最大区域中铺设填充件，使得叶根部1的内表面符合凸台2放置平齐的要求。另外，填充件3能够填充凸台2与叶根部1之间的间隙，扩大了凸台2的安装面，极大降低风机叶片在其使用过程中凸台2出现脱落的可能性。
69.当然，在其他实施例中，也可以先将凸台2安装在叶根部1中的受载最大区域中，再在叶根部1中的受载最大区域中铺设填充件。
70.步骤s3包括：
71.s31、在凸台模具内进行玻纤布铺层，即在凸台模具内铺设上玻纤布和下玻纤布；
72.s32、在凸台模具内铺设第二预埋螺栓套组件21，在上玻纤布和下玻纤布之间铺设第二预埋螺栓套组件21，在每两个第二预埋螺栓套组件21之间铺设预制辅材以固定第二预埋螺栓套组件21，在第二预埋螺栓套的两侧分别放置一个楔形块23；
73.s33、灌注树脂、固化，形成凸台2。
74.在本实施例中，在模具内铺设第二预埋螺栓套组件21并形成凸台，楔形块23的尖端朝向凸台模具的外侧，提供凸台2边缘倒角，使得凸台2的两端具有自凸台2的内壁面向凸台2的侧端外侧延伸至叶根部1的内壁面的坡面22，以使得凸台2中的上玻纤布在凸台2的两侧缓慢过渡，避免褶皱的发生，减少应力集中。其中，楔形块为三角形截面拉挤长条件，该拉挤长条件可为单向玻纤增强树脂复合材料。
75.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。