风力发电机的加强型叶片制造技术

本发明专利技术提供一种加强型叶片组件(1)，包括：叶片(100)、固定至叶片(100)且沿叶片纵向延伸跨过一段跨距的连接支架(11、12、13)和至少一个细长的叶片加强件(21、22、23、24、25、26)，其中，所述叶片加强件(21、22、23、24、25、26)构造成至少一端连接至所述连接支架(11、12、13)以与所述叶片(100)间隔开。本发明专利技术还涉及一种用于风力设备的转子、一种风力设备和一种加强型叶片组件的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种优选用于风力设备、特别是用于水平轴风力发电机的加强型叶片 W及叶片的制造方法。本专利技术还设及具有该叶片的转子，W及具有该转子的风力设备、风力 发电设备、海洋流发电设备或潮流发电设备。
技术介绍
风能是清洁的可再生能源，近年来快速发展。清洁的可再生能源要与常规能源 (煤、石油、天然气W及大中型水电）展开竞争，降低成本，提高其运行效率非常重要。目前 世界风力发电进一步向大功率、长叶片方向发展。大型水平轴风力发电机在制造、安装和运 行时更具有成本优势。风力发电单位成本随风力发电的单机功率的增大而降低。 叶片转递扭矩产生能量。尽管不受理论之限制，据信，水平轴风力发电机产生的电 能和叶片长度的平方成正比，而叶片材料重量的增加和叶片长度的立方成正比，随着叶片 长度的增加，加大了叶片的空气动力荷载，叶片材料的重量也有很大的增加。而且，由于叶 片荷载的增加，大型风力发电机叶片必须有更高的抗弯强度。运增加了叶片材料的厚度，也 就相应增加了叶片材料的重量。 对于大型叶片，刚度也成为主要问题。为了保证在极端风载下叶尖不弯曲至触碰 塔架的程度，叶片必须具有足够的弯曲刚度，运又相应增加了叶片的重量。 叶片材料重量的大小对整个风力发电机运行、疲劳寿命、能量输出都有重要的影 响。 此外，大型叶片按全尺寸生产，难W运输，也越来越成为制约风电发展的一个瓶 颈。对于未来可能的更大尺寸的风机叶片，全尺寸叶片的长距离运输将更加困难。 此外，在现代风力发电机叶片设计中，叶片形状还需取得空气动力学效率和结构 合理性的平衡，W最可能低的成本获取最高效能。 不视作对现有技术的承认，图1示出了一种示例性叶片的横截面结构示意图。如 图1所示，风力发电机的叶片Γ可包括叶片外壳2和位于叶片外壳2内的梁结构3。在图 1所示的示例中，梁结构3例如采用矩形梁结构，包括在叶壳内侧分别固定的主梁4和在两 个主梁4两端提供连接的抗剪切腹板5。形成空气动力的叶壳包覆在主梁的外面。主要的 弯曲载荷由主梁承担，叶壳只承担少量弯曲载荷。叶片的梁结构，尤其是主梁的重量也占叶 片的主要部分。 常见的一种叶片材料是玻璃纤维复合材料（GFRP)。例如，叶片主梁及叶壳都可由 玻璃纤维复合材料制成。对于基本使用玻璃纤维复合材料制造的大型叶片，要满足叶片的 强度和刚性要求，叶片主梁要设计的很厚，叶片就会非常重。由于风力发电机运行时，叶片 重力产生交变载荷，使叶片本身及机组产生疲劳应力，叶片重量的增加会引起叶片过早达 到疲劳强度。运需要提高叶片的强度，叶片重量又有所增加，并相应使得风力发电机的轮 穀、机舱、塔架等结构重量增加，最终导致整个风力发电机成本大幅增加，相应地造成风力 发电单位成本上升。 为了减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，目前一般采用的技术办法是用 碳纤维复合材料（CFR巧替代玻璃纤维复合材料制造叶片主梁，但碳纤维复合材料价格非 常昂贵。 因此，提高大型叶片的强度和刚度，同时减轻叶片的重量，降低叶片的成本，是当 前风电发展需要迫切解决的问题。 现有技术提出了对风力发电机的转子进行加强。 中国专利申请公开号CN101230834A设及一种张拉式风力机风轮，叶片分两级，中 间设置中轴座，Ξ个中轴座之间用呈流线型截面的复合材料带张拉成正Ξ角形，使各叶片 在重力加速度中处于不同势位时，抵消部分不均衡外力；Ξ个中轴座与轮穀前后端也用类 似的张拉力强化风轮。 美国专利申请公开号US2010/0086407A1设及一种风力满轮机转子，包括一个或 多个转子叶片和用W加强所述转子的转子加强元件，其中所述转子叶片被布置成使得它们 能够绕其纵向轴线相对于相应的转子加强元件转动。每个转子叶片均可包括至少两个转子 叶片部分，其中外转子叶片部分被布置为可相对于内转子叶片部分转动。该风力满轮机转 子还包括连接装置，用于将转子加强元件彼此连接。该风力满轮机转子还包括叶片加强元 件和间隔元件，用于加强转子叶片，W防止弯曲偏转。 上述现有技术的风轮或转子结构复杂，需要在相邻的叶片之间安装张拉线W平衡 叶片重力。风力机在运行时，叶片在挥舞方向（垂直于转子叶片旋转平面）和摆振方向（在 转子叶片旋转平面内）都有振动。由于张拉线的存在，叶片的动力学响应更为复杂。各个 叶片的振动不会完全同步，因此叶片之间相互影响，导致叶片在摆振方向的振幅也有可能 增大，摆振方向的最大弯矩也有可能增加。另外，由于位于两个叶片段之间的中轴座（'834公开文献）和连接装置W及间隔 元件（'407公开文献），叶片段之间的连接并不牢固可靠，影响叶片的空气动力学效率和 结构合理性，并且运些连接结构复杂，并且可能导致叶片在连接部位的强度丧失。尤其是， 在'407公开文献中，由于用于叶片加强元件的间隔元件仅安装在相邻两个叶片段之间纵向 点位置上，叶片加强元件的设置可能导致在叶片段连接部位处产生过大的弯矩，造成弯曲 刚度的丧失。因此，希望提供一种能具有更高强度和刚度、且优选有效减轻叶片重量的结构简 单的改进的加强型叶片。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是提供一种加强型叶片，其具有较轻的重量，同时满足叶片的 强度与刚度要求。 根据本专利技术的一个实施例，提供一种加强型叶片组件，包括：叶片、固定至叶片且 沿叶片纵向延伸跨过一段跨距的连接支架和至少一个细长的叶片加强件，其中，所述叶片 加强件构造成至少一端连接至所述连接支架W与所述叶片间隔开。 通过叶片加强件和连接支架的结合，能够W相对轻的重量，提供符合要求的、甚至 更佳弯曲强度和刚度、尤其是更高弯曲刚度的叶片。尤其是，在纵向上延伸跨过一段距离的 连接支架能够有效地保证在叶片加强件连接位置的刚度。 优选地，所述叶片加强件为抗拉加强件且构造成可被施加张拉预应力。 更优选地，所述叶片加强件为高强度、高模量纤维绳索，例如碳纤维绳索等。运提 供了令人惊奇的减重效果和叶片的高强度。 根据一个优选的实施例，所述叶片加强件中的至少一个构造成在所述叶片加强件 的一端连接至所述连接支架，在所述叶片加强件的另一端直接连接至所述叶片。 根据一个优选的实施例，所述叶片加强件中的至少一个构造成在所述叶片加强件 的两端连接至分别的连接支架且大致平行于所述叶片延伸。根据一个优选的实施例，加强型叶片组件包括多个所述叶片加强件。根据进一步 优选的实施例，所述多个叶片加强件中的至少两个构造成大致纵向对齐地沿叶片纵向延伸 且连接至同一连接支架的两侧。作为补充或替代，所述多个叶片加强件中的至少两个构造 成并行地沿叶片纵向延伸且连接至同一连接支架的同一侧。 根据一个优选的实施例，所述连接支架包括第一支脚、与所述第一支脚在叶片的 纵向上间隔开的第二支脚、W及将所述第一支脚和第二支脚彼此固定连接或一体成形的连 接元件。运有利地加强了叶片的刚度，尤其是在连接支架处的刚度。 根据本专利技术的一个优选实施例，所述叶片包括多个叶片段，所述连接支架包括位 于其中一个叶片段上的第一支脚、位于相邻的叶片段上的第二支脚、W及将所述第一支脚 和第二支脚彼此固定连接的连接元件。由此，连接支架不仅提供了加强的刚度，还能加强相 邻叶片段之间的固定连接。 根据一个具体的实施例，所述叶片包括梁结构和包覆所述梁结构的叶片外壳。 根据本专利技术另一方案，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加强型叶片组件(1)，包括：叶片(100)、固定至叶片(100)且沿叶片纵向延伸跨过一段跨距的连接支架(11、12、13)和至少一个细长的叶片加强件(21、22、23、24、25、26)，其中，所述叶片加强件(21、22、23、24、25、26)构造成至少一端连接至所述连接支架(11、12、13)以与所述叶片(100)间隔开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周方，
申请(专利权)人：周方，
类型：发明
国别省市：北京;11