叶片以及风力发电机组的制作方法

1.本技术涉及风电技术领域，特别是涉及一种叶片以及风力发电机组。


背景技术：

2.叶片的叶根段是连接叶片本体与轮毂的重要连接部件。叶根段连接方式一般包含预埋方式或打孔连接方式。随着叶片的长度的增加，叶片的叶根段载荷也越来越大，叶根段区域的受载形式也越来越复杂，承受着拉压、剪切、扭转等载荷。因此叶根段设计是叶片设计的关键内容之一。
3.目前，预埋连接方式越来越成熟，预埋连接方式也具有较高的承受力。通常的叶片的叶根段是圆柱形状，而在叶根段内侧的预埋固定部需要叶根段向叶片内部凸出设置，叶根段的外周面与过渡段平齐，当叶片将载荷传递至叶根时，叶根段受载不均衡，即存在偏心载荷。偏心载荷过大会导致叶片受载复杂化，影响叶片的安全性能。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种叶片以及风力发电机组，叶片能满足固定部的预埋需求，同时能够提高叶片的安全性能。
5.一方面，根据本技术实施例提出了一种叶片，包括：本体部，具有中空腔，本体部包括沿自身轴向上相对设置的叶根段、叶尖段以及连接在叶根段以及叶尖段之间的过渡段，叶根段呈环状且包括内壁部、外壁部以及设置于外壁部与内壁部之间的填充部，内壁部以及外壁部在轴向的一端向过渡段汇聚设置并与过渡段连接，内壁部以及外壁部在轴向上远离过渡段的一侧彼此间隔设置；连接件，设置于叶根段，连接件包括叶根法兰以及固定部，固定部连接于内壁部以及外壁部之间，叶根法兰连接于叶根段背离过渡段的一侧；其中，沿与叶根段的径向，内壁部朝向中空腔的一侧凸出于过渡段的内表面设置且外壁部背离中空腔的一侧凸出于过渡段的外表面设置。
6.根据本技术实施例的一个方面，沿轴向，内壁部包括相继设置的内倒角段以及内延伸段，外壁部包括相继设置外倒角段以及外延伸段，内倒角段以及外倒角段向过渡段汇聚且均与过渡段连接，内延伸段以及外延伸段沿轴向延伸且相平行设置。
7.根据本技术实施例的一个方面，叶根段具有位于内壁部以及外壁部之间的中心分隔面；内倒角段与中心分隔面的夹角为α，其中，tanα＜1/7；和/或，外倒角段与中心分隔面的夹角为β，其中，tanβ＜1/7。
8.根据本技术实施例的一个方面，沿径向，内壁部以及外壁部对称分布在过渡段的两侧。
9.根据本技术实施例的一个方面，固定部为螺栓套，螺栓套位于叶根段的内部并与内壁部以及外壁部粘接连接，螺栓套具有沿轴向延伸的连接孔。
10.根据本技术实施例的一个方面，固定部为锁定螺母，叶根段具有沿径向延伸的安装孔，安装孔贯穿内壁部以及外壁部的至少一者，固定部插接于安装孔且具有沿轴向延伸
的螺纹孔。
11.根据本技术实施例的一个方面，固定部的数量为多个且沿同一分度圆间隔设置，沿径向，各固定部的中心至内壁部以及外壁部的垂直距离相等。
12.根据本技术实施例的一个方面，固定部的数量为多个且分成偶数组固定组，每组固定组包括两个以上沿同一分度圆间隔分布的固定部，沿径向，过渡段两侧所包括的固定组的数量相同且对称分布。
13.根据本技术实施例的一个方面，叶片还包括连接螺杆，连接螺杆的一端插接于叶根段且另一端沿轴向向背离过渡段的一侧凸出于叶根段设置。
14.另一个方面，根据本技术实施例提供一种风力发电机组，包括上述的叶片。
15.根据本技术实施例提供的叶片以及风力发电机组，叶片包括本体部以及连接件，本体部包括叶根段、叶尖段以及连接在二者之间的过渡段，叶根段包括内壁部、外壁部以及位于二者之间的填充部，填充部用于支撑内壁部以及外壁部，保证二者的间隔距离，连接件连接在叶根段，其固定部可以预埋在叶根段并位于内壁部以及外壁部之间，用于连接紧固件，叶根法兰与轮毂相配合，以与轮毂连接。由于沿叶根段的径向，内壁部朝向中空腔的一侧凸出于过渡段的内表面设置且外壁部背离中空腔的一侧凸出于过渡段的外表面设置，能够给固定部提供足够的预埋空间，同时能够避免叶根段仅向叶片内侧凸出设置，降低叶根段的不对称性，使得当叶根段承受载荷时，叶根段的受载相对均匀，减小偏心载荷，提高叶片整体的安全性能。
附图说明
16.下面将参考附图来描述本技术示例性实施例的特征、优点和技术效果。
17.图1是本技术一个实施例的风力发电机组的结构示意图
18.图2是本技术一个实施例的叶片的结构示意图；
19.图3是本技术一个实施例的叶片的局部剖视结构示意图；
20.图4是图3中a处的局部放大图；
21.图5是本技术另一个实施例的叶根段的局部结构示意图；
22.图6是本技术又一个实施例的叶根段沿轴向的截面图；
23.图7是本技术再一个实施例的叶根段沿轴向的截面图。
24.其中：
25.1-叶轮；2-塔架；3-机舱；4-发电机；
26.100-叶片；200-轮毂；
27.10-本体部；
28.11-叶根段；111-内壁部；111a-内倒角段；111b-内延伸段；112-外壁部；112a-外倒角段；112b-外延伸段；113-填充部；
29.12-过渡段；13-叶尖段；14-中空腔；
30.20-连接件；21-叶根法兰；22-固定部；221-螺栓套；222-锁定螺母；
31.30-连接螺杆；
32.x-轴向；y-径向；z-周向。
33.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
34.下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本技术的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本技术造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
35.下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本技术的叶片以及风力发电机组进行限定。在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体的连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
36.如图1所示，本发明实施例提供的风力发电机组，包括塔架2、机舱3、发电机4以及叶轮1。塔架2连接于风机基础，机舱3设置于塔架2的顶端，机舱3包括底座，机舱3能够通过底座与塔架2连接，发电机4设置于机舱3。一些示例中，发电机4可以位于机舱3的外部，当然，在有些示例中，发电机4也可以位于机舱3的内部。叶轮1包括轮毂200以及叶片100，叶片100的数量可以为多个并围绕轮毂200的轴线间隔设置，示例性地，叶片100的数量可以为一个，两个或三个。发电机4包括转动配合的转子以及定子，转子可以与轮毂200连接，定子可以与机舱3的底座连接。当风力作用于叶片100时，叶片100带动轮毂200转动，进而带动发电机4的转子相对定子转动，实现风力发电机组的发电需求。
37.叶片100的叶根段是连接叶片与轮毂200的重要连接部件。叶根段连接方式一般包含预埋方式或打孔连接方式。预埋连接方式具有较高的承受力，应用较为广泛。通常的叶片100的叶根段是圆柱形状，而在叶根段内侧的预埋固定部需要叶根段整体均向叶片100内部凸出设置，叶根段的外周面与过渡段平齐，当叶片100将载荷传递至叶根时，叶根段受载不均衡，即存在偏心载荷。偏心载荷过大会导致叶片100受载复杂化，影响叶片100的安全性能。因此如何改善叶根段11的受载情况，减小叶片100失效的概率成为设计需要关注的要点之一。
38.基于此，本技术实施例提供一种叶片，叶片能满足固定部的预埋需求，同时能够提高叶片的安全性能。
39.如图2至图4所示，本技术实施例提供的叶片100，包括本体部10以及连接件20，本体部10具有中空腔14，本体部10包括沿自身轴向x上相对设置的叶根段11、叶尖段13以及连接在叶根段11以及叶尖段13之间的过渡段12，叶根段11呈环状且包括内壁部111、外壁部112以及设置于外壁部112与内壁部111之间的填充部113，内壁部111以及外壁部112在轴向x的一端向过渡段12汇聚设置并与过渡段12连接，内壁部111以及外壁部112在轴向x上远离过渡段12的一侧彼此间隔设置。
40.连接件20设置于叶根段11，连接件20包括叶根法兰21以及固定部22，固定部22连接于内壁部111以及外壁部112之间，叶根法兰21连接于叶根段11背离过渡段12的一侧。其中，沿与叶根段11的径向y，内壁部111朝向中空腔14的一侧凸出于过渡段12的内表面设置
且外壁部112背离中空腔14的一侧凸出于过渡段12的外表面设置。
41.填充部113用于叶根段11朝向过渡段12的一侧向背离过渡段12一侧的厚度过渡，填充部113可以采用pvc、pet等芯材材料。
42.固定部22可以采用螺栓套221、锁定螺母222等结构。
43.叶根法兰21连接在叶根段11背离过渡段12的一侧，可选可以与叶根段11的内壁部111以及外壁部112均连接，可选为焊接连接。
44.沿叶根段11的径向y，其内壁部111朝向中空腔14一侧凸出过渡段12内表面的尺寸以及外壁部112背离中空腔14的一侧凸出过渡段12的外表面的尺寸可以相等，当然也可以一者大于另一者。
45.本技术实施例提供的叶片100，叶根段11包括内壁部111、外壁部112以及位于二者之间的填充部113，填充部113用于支撑内壁部111以及外壁部112，保证二者的间隔距离。连接件20连接在叶根段11，其固定部22可以预埋在叶根段11并位于内壁部111以及外壁部112之间，用于连接紧固件，叶根法兰21与轮毂200相配合，以与轮毂200连接。
46.由于沿叶根段11的径向y，内壁部111朝向中空腔14的一侧凸出于过渡段12的内表面设置且外壁部112背离中空腔14的一侧凸出于过渡段12的外表面设置，能够给固定部22提供足够的预埋空间，同时能够避免叶根段11仅向叶片100内侧凸出设置，降低叶根段11的不对称性，使得内壁部111与外壁部112之间的中心分隔面与固定部22的中心线在径向y上的距离减小，对固定部22的附加弯矩会降低，甚至消除，受载复杂程度降低。使得当叶根段11承受载荷时，叶根段11的受载相对均匀，减小偏心载荷，提高叶片100整体的安全性能。
47.从工艺方面分析，内壁部111与外壁部112之间的中心分隔面与叶根段11的中心线在径向y上的距离减小时，填充部113的倒角比例相对减小，可以减轻工艺过程中褶皱出现的概率和程度。
48.同时，填充部113倒角比例减小，也可以减小倒角处发生失效的概率。另外，固定部22因受载大小减小以及受载复杂程度减低，发生失效的概率也会降低，保证叶片100整体的安全性。
49.在一些可选地实施例中，沿轴向x，内壁部111包括相继设置的内倒角段111a以及内延伸段111b，外壁部112包括相继设置外倒角段112a以及外延伸段112b，内倒角段111a以及外倒角段112a向过渡段12汇聚且均与过渡段12连接，内延伸段111b以及外延伸段112b沿轴向x延伸且相平行设置。
50.内倒角段111a以及外倒角段112a均可以呈锥筒状形式，内延伸段111b以及外延伸段112b均可以呈圆筒状。
51.本技术实施例提供的叶片100，通过使得内壁部111包括相继设置的内倒角段111a以及内延伸段111b，外壁部112包括相继设置外倒角段112a以及外延伸段112b，并限定内延伸段111b以及外延伸段112b与过渡段12之间的关系，可以使得内壁部111以及外壁部112在径向y上的距离逐渐增大后再保持不变，既能够避免过渡段12至叶根段11的壁厚突然变大导致的应力集中，同时能够使得内壁部111与外壁部112之间的间距足够固定部22的设置，利于固定部22的预埋设置。
52.在一些可选地实施例中，叶根段11具有位于内壁部111以及外壁部112之间的中心分隔面；内倒角段111a与中心分隔面的夹角为α，其中，tanα＜1/7。
53.以上以及一下提及的中心分隔面可以理解为圆环面，沿径向y上，中心分隔面上同一位置至内壁部111的垂直距离等于至外壁部112的垂直距离。
54.本技术实施例提供的叶片100，通过限定内倒角段111a与中心分隔面的夹角为α，tanα＜1/7，在满足固定部22预埋需求的基础上，能够使得内壁部111在径向y上凸出过渡段12的尺寸适中，使得当叶根段11承受载荷时，叶根段11的受载相对均匀，减小偏心载荷。
55.在有些示例中，还可以使得外倒角段112a与中心分隔面的夹角为β，tanβ＜1/7。通过上述设置，在满足固定部22预埋需求的基础上，能够使得外壁部112在径向y上凸出过渡段12的尺寸适中，能够降低叶根段11的不对称性，当叶根段11承受载荷时，叶根段11的受载相对均匀，减小偏心载荷，提高叶片100整体的安全性能。
56.在一些可选地实施例中，沿叶根段11的径向y，内壁部111以及外壁部112对称分布在过渡段12的两侧。也就是说，内壁部111以及外壁部112的结构相同且在径向y上对称分布在过渡段12的两侧。
57.本技术实施例提供的叶片100，通过上述设置，使得叶根段11对称性分布，当叶根段11承受载荷时，叶根段11的受载相对均匀，减小偏心载荷，提高叶片100整体的安全性能。
58.继续参阅图4所示，作为一些可选地实施例，本技术实施例提供的叶片100，其固定部22为螺栓套221，螺栓套221位于叶根段11的内部并与内壁部111以及外壁部112粘接连接，螺栓套221具有沿轴向x延伸的连接孔。
59.在轴向x上固定部22可以具有预定的长度，固定部22的数量可以为多个并在叶根段11的周向z间隔分布，可选为间隔且均匀分布，每个固定部22均可以为螺栓套221。
60.可选地，叶根法兰21上设置有多个法兰孔，螺栓套221的连接孔与叶根法兰21的法兰孔在轴向x上相对设置。
61.可选地，螺栓套221与内壁部111以及外壁部112可以通过固化后的树脂粘接连接。
62.本技术实施例提供的叶片100，通过使得固定部22为螺栓套221形式，并使其与内壁部111以及外壁部112粘接连接，能够保证与叶根段11的连接强度。同时，连接孔的设置利于与螺栓等紧固件的安装，保证叶根段11与轮毂200之间的连接需求。
63.可以理解的是，固定部22采用螺栓套221的形式只是一种可选地实施例，但不限于上述方式。
64.如图5所示，在有些示例中，还可以使得固定部22为锁定螺母222，叶根段11具有沿径向y延伸的安装孔，安装孔贯穿内壁部111以及外壁部112的至少一者，固定部22插接于安装孔且具有沿轴向x延伸的螺纹孔。固定部22采用上述形式，同样能够保证与叶根段11之间的连接强度。
65.固定部22采用锁定螺母222的形式，其在轴向x上的长度可以小于螺栓套221，叶片100在成型时，可以等待用于连接内壁部111以及外壁部112的树脂固化后，在叶根段11的壁布上开设安装孔，其可以贯穿内壁部111以及外壁部112的至少一者，然后将锁定螺母222安装，同样能够利于螺栓等紧固件的安装与连接，保证与轮毂200之间的连接需求。
66.如图6所示，在一些可选地实施例中，本技术实施例提供的叶片100，当固定部22的数量为多个时，沿同一分度圆间隔设置，沿径向y，各固定部22的中心至内壁部111以及外壁部112的垂直距离相等。也就是说，各固定部22的中心沿同一个圆周间隔分布，其所在分度圆与叶根段11同轴设置。每个固定部22的中心至内壁部111以及外壁部112的垂直距离相
等，同时，各固定部22的中心至内壁部111的垂直距离相等，各固定部22的中心至外壁部112的垂直距离相等。
67.本技术实施例提供的叶片100，通过使得多个固定部22沿着同一分度圆间隔设置，并且使得各固定部22的中心至内壁部111以及外壁部112的垂直距离相等，当叶根段11通过预埋固定部22与轮毂200连接时，其整体的受力状态可以简化为拉压状态。使得内壁部111与外壁部112之间的中心分隔面与固定部22的中心线重合，对固定部22的附加弯矩会消除，使得受载复杂程度能够有效降低。叶根段11的受载均匀，减小偏心载荷，提高叶片100整体的安全性能。
68.可以理解的是，当固定部22的数量为多个时，各固定部22均沿同一分度圆分布的方式只是一种可选地实施例，但不限于上述方式。
69.如图7所示，在有些实施例中，还可以使得多个固定部22分成偶数组固定组，每组固定组包括两个以上沿同一分度圆间隔分布的固定部22，沿径向y，过渡段12两侧所包括的固定组的数量相同且对称分布。
70.示例性地，可以使得多个固定部22分成两组固定组、四组固定组或者更多组偶数组固定组，具体可以根据叶根段11的径向y尺寸设置。
71.每组固定组所包括的固定部22的数量可以相同，当然也可以存在差值。同一固定组内的各固定部22在周向z上可以间隔且均匀分布，相邻两个固定部22之间的距离相等。
72.本技术实施例提供的叶片100，通过使得固定部22的数量为多个并分成偶数组固定组，同时限定偶数组固定组对称分布在过渡段12的两侧，能够减小内壁部111与外壁部112之间的中心分隔面与固定部22的中心在径向y上的垂直距离减小对固定部22的附加弯矩会消除，使得受载复杂程度能够有效降低。叶根段11的受载均匀，减小偏心载荷，并且多组对称分布的形式能够提高叶根段11受力的均一程度，提高叶片100整体的安全性能。
73.在一些可选地实施中，本技术实施例提供的叶片100，还包括连接螺杆30，连接螺杆30的一端插接于叶根段11并与固定部22可拆卸连接，连接螺杆30的另一端沿轴向x向背离过渡段12的一侧凸出于叶根段11设置。可选地，可以在每个固定部22连接有一个所述连接螺杆30。
74.本技术实施例提供的叶片100，通过设置连接螺杆30，并使得连接螺杆30的另一端凸出叶根段11设置，利于与轮毂200可拆卸，提高叶片100与轮毂200之间的连接强度。
75.虽然已经参考优选实施例对本技术进行了描述，但在不脱离本技术的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。