一种风电叶片叶根气囊结构及其装配方法、风电叶片组成比例

本发明专利技术提供了一种风电叶片叶根气囊结构及其装配方法以及包含该叶根气囊结构的风电叶片，通过在基础叶片的叶根段外部胶接呈薄盘状的叶根气囊，优化了基础叶片叶根部分的气动外形，避免了现有通过在基础叶片上简单粘贴以延长叶片长度所造成的结构强度低、稳定性差等问题，在几乎不增加基础叶片重量的前提下，提升了叶片的能量利用效率，增加了风电机组的实际输出功率。

A Wind Power Blade Root Balloon Structure, Assembly Method and Wind Power Blade

The invention provides a wind turbine blade root airbag structure and its assembly method, as well as a wind turbine blade comprising the root airbag structure. By gluing a thin disc-shaped root airbag outside the root segment of the base blade, the aerodynamic shape of the root portion of the base blade is optimized, thus avoiding the low structural strength caused by simply sticking on the base blade to prolong the length of the blade. On the premise of almost no increase in the weight of the base blade, the energy efficiency of the blade is improved, and the actual output power of the wind turbine is increased.

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片叶根气囊结构及其装配方法、风电叶片
本专利技术属于风力发电机叶片优化改造领域，涉及一种风电叶片叶根结构，尤其涉及一种风电叶片叶根气囊结构及其装配方法以及包含该叶根气囊结构的风电叶片。
技术介绍
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。但随着风电机组装机容量的不断提升，叶片更加细长，在气动力、重力等多种载荷作用下，叶片也不可避免地发生弯曲和扭转变形。而这样的变形严重影响风电机组的性能，包括发电效率下降、疲劳破坏等，因此为了保证机组更安全稳定地运行，就需要降低叶片的质量。此外，使用尺寸更大的叶片，会大幅增加建设成本和安装难度，更为困难的是运输问题。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，实施简单的风电叶片增功装置和实施工艺，降低改造成本，是非常重要的。现有的叶片增功装置多是叶尖延长技术，多在现有的叶片结构基础上简单粘接一复合材料壳体来延长叶片的长度，该方案施工难度较高，工艺流程复杂，施工周期长。如果设计及工艺控制不完善，易导致结构强度和稳定性差等不利影响。并且最为关键的是，并不能够有效地减轻叶片的质量。采用叶根外形优化的技术同样可以实现提升叶片的能量利用效率，增加风电机组的实际输出功率，但目前鲜有应用，本专利技术以此为突破口进行展开。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题针对现有技术的上述缺陷和不足，本专利技术提供了一种风电叶片叶根气囊结构及其装配方法以及包含该叶根气囊结构的风电叶片，通过在基础叶片的叶根段外部胶接呈薄盘状的叶根气囊，优化了基础叶片叶根部分的气动外形，避免了现有通过在基础叶片上简单粘贴以延长叶片长度所造成的结构强度低、稳定性差等风险，在几乎不增加基础叶片重量的前提下，提升了叶片的能量利用效率，增加了风电机组的实际年发电量。(二)技术方案在描述问题的解决方案之前，先定义一些特定词汇是有帮助的。本专利技术所述的「补强」，一般用于风电叶片常规设计所不能涉及的局部，用于增强结构局部不连续或应力集中可能带来的强度不足。本专利技术所述的「展向」，一般指风电叶片沿长度的方向，从叶根指向叶尖或从叶尖指向叶根。本专利技术所述的「弦向」，一般指风电叶片沿宽度的方向，从叶片前缘指向叶片尾缘或从叶片尾缘指向叶片前缘。本专利技术所述的「自由端」，一般指相应结构或材料的终端，因其不存在向外延伸方向的约束。根据本专利技术的一个方面，本专利技术为解决其技术问题所采取的技术方案为：一种风电叶片叶根气囊结构，包括基础叶片和叶根气囊，所述基础叶片的叶根区域包括前缘、尾缘、压力面和吸力面，所述叶根气囊通过结构胶随形包裹在所述基础叶片的叶根区域的外部，其特征在于，所述叶根气囊充气后整体呈薄盘状，沿叶片弦向展开后至少包括前缘分界区域、上翼面区域和下翼面区域，其中，--所述前缘分界区域，其内表面通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的前缘部分的外表面上，并分别在所述基础叶片的叶根区域的压力面和吸力面上沿弦向向尾缘方向延伸一定距离；--所述上翼面区域，沿弦向依次包括上翼面前缘区域、上翼面中部区域和上翼面尾缘区域，其中，所述上翼面前缘区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的前缘区域的外表面上，并过渡至所述前缘分界区域，且所述上翼面前缘区域与所述前缘分界区域的充气厚度基本相同；所述上翼面中部区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的中部区域的外表面上；所述上翼面尾缘区域，其内表面的一部分通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的尾缘区域的外表面上，其余部分通过结构胶与所述下翼面区域的对应部分粘结；--所述下翼面区域，沿弦向依次包括下翼面前缘区域、下翼面中部区域和下翼面尾缘区域，其中，所述下翼面前缘区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的前缘区域的外表面上，并过渡至所述前缘分界区域，且所述下翼面前缘区域与所述前缘分界区域的充气厚度基本相同；所述下翼面中部区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的中部区域的外表面上；所述下翼面尾缘区域，其内表面的一部分通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的尾缘区域的外表面上，其余部分通过结构胶与所述上翼面尾缘区域的对应部分粘结。优选地，所述上翼面中部区域充气后的厚度大于所述上翼面前缘区域、上翼面尾缘区域的厚度，且从所述上翼面前缘区域至所述上翼面中部区域，厚度逐渐增大，从所述上翼面中部区域至所述上翼面尾缘区域，厚度逐渐减小。进一步地，所述下翼面中部区域充气后的厚度大于所述下翼面前缘区域、下翼面尾缘区域的厚度，且从所述下翼面前缘区域至所述下翼面中部区域，厚度逐渐增大，从所述下翼面中部区域至所述下翼面尾缘区域，厚度逐渐减小。进一步地，所述前缘分界区域的充气厚度分布基本一致。优选地，所述叶根气囊还包括位于其展向两端的根端过渡区域和尖端过渡区域，其中，所述根端过渡区域、尖端过渡区域的内表面通过结构胶分别粘接在所述基础叶片的叶根区域的展向两端的外表面上。优选地，至少在所述基础叶片的叶根区域外表面的边缘以及所述叶根气囊内表面的边缘均形成为高粗糙度表面，以改善胶接自由端的应力集中。进一步地，所述基础叶片的叶根区域外表面的非边缘位置以及所述叶根气囊内表面的非边缘位置均形成为粗糙表面，以保证胶接效果。进一步地，所述基础叶片的叶根区域的外表面的边缘以及所述叶根气囊的内表面的边缘均形成为齿形表面，以改善胶接自由端的应力集中，保证所述叶根气囊粘接的可靠性。优选地，所述基础叶片和叶根气囊粘接后，对胶接自由端补强。优选地，所述叶根气囊还包括气囊充气口，所述气囊充气口设置在所述上翼面尾缘区域和/或下翼面尾缘区域的叶根侧，用以控制气囊内的充气量。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种叶根气囊结构的装配方法，其特征在于，所述方法至少包括以下步骤：步骤a：按照基础叶片的叶根增功方案，确定叶根气囊的外形和规格，并制备叶根气囊，并至少将叶根气囊内表面的边缘位置形成为高粗糙度表面；步骤b：去除基础叶片叶根区域外表面的油漆，将其表面粗糙化，并至少将外表面的边缘位置形成为高粗糙度表面；步骤c：将叶根气囊与基础叶片粘接，形成新的叶根外形：首先将叶根气囊充气至具有大致稳定外形的程度，并在基础叶片叶根区域的外表面上涂敷结构胶，之后将叶根气囊下翼面的内表面贴附在基础叶片叶根区域的吸力面上，待结构胶固化后将叶根气囊沿其前缘分界区域对折过来，然后将叶根气囊上翼面的内表面与基础叶片叶根区域的压力面粘接，之后将叶根气囊充满空气，最后补强粘接叶根气囊的尾缘及周围缝隙，使得叶根气囊与基础叶片紧密连接。优选地，步骤a中，叶根气囊内表面的非边缘位置形成为粗糙表面。优选地，步骤b中，通过对基础叶片叶根区域展向两端的外表面进行切削，使其形成高粗糙度表面。优选地，步骤c中，将叶根气囊充有80％左右的空气，以使其具有大致稳定的外形。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种风电叶片，其特征在于，所述风电叶片具有上述风电叶片叶根气囊结构。(三)有益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电叶片叶根气囊结构，包括基础叶片和叶根气囊，所述基础叶片的叶根区域包括前缘、尾缘、压力面和吸力面，所述叶根气囊通过结构胶随形包裹在所述基础叶片的叶根区域的外部，其特征在于，所述叶根气囊充气后整体呈薄盘状，沿叶片弦向展开后至少包括前缘分界区域、上翼面区域和下翼面区域，其中，‑‑所述前缘分界区域，其内表面通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的前缘部分的外表面上，并分别在所述基础叶片的叶根区域的压力面和吸力面上沿弦向向尾缘方向延伸一定距离；‑‑所述上翼面区域，沿弦向依次包括上翼面前缘区域、上翼面中部区域和上翼面尾缘区域，其中，所述上翼面前缘区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的前缘区域的外表面上，并过渡至所述前缘分界区域，且所述上翼面前缘区域与所述前缘分界区域的充气厚度基本相同；所述上翼面中部区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的中部区域的外表面上；所述上翼面尾缘区域，其内表面的一部分通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的尾缘区域的外表面上，其余部分通过结构胶与所述下翼面区域的对应部分粘结；‑‑所述下翼面区域，沿弦向依次包括下翼面前缘区域、下翼面中部区域和下翼面尾缘区域，其中，所述下翼面前缘区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的前缘区域的外表面上，并过渡至所述前缘分界区域，且所述下翼面前缘区域与所述前缘分界区域的充气厚度基本相同；所述下翼面中部区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的中部区域的外表面上；所述下翼面尾缘区域，其内表面的一部分通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的尾缘区域的外表面上，其余部分通过结构胶与所述上翼面尾缘区域的对应部分粘结。...

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片叶根气囊结构，包括基础叶片和叶根气囊，所述基础叶片的叶根区域包括前缘、尾缘、压力面和吸力面，所述叶根气囊通过结构胶随形包裹在所述基础叶片的叶根区域的外部，其特征在于，所述叶根气囊充气后整体呈薄盘状，沿叶片弦向展开后至少包括前缘分界区域、上翼面区域和下翼面区域，其中，--所述前缘分界区域，其内表面通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的前缘部分的外表面上，并分别在所述基础叶片的叶根区域的压力面和吸力面上沿弦向向尾缘方向延伸一定距离；--所述上翼面区域，沿弦向依次包括上翼面前缘区域、上翼面中部区域和上翼面尾缘区域，其中，所述上翼面前缘区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的前缘区域的外表面上，并过渡至所述前缘分界区域，且所述上翼面前缘区域与所述前缘分界区域的充气厚度基本相同；所述上翼面中部区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的中部区域的外表面上；所述上翼面尾缘区域，其内表面的一部分通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的压力面的尾缘区域的外表面上，其余部分通过结构胶与所述下翼面区域的对应部分粘结；--所述下翼面区域，沿弦向依次包括下翼面前缘区域、下翼面中部区域和下翼面尾缘区域，其中，所述下翼面前缘区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的前缘区域的外表面上，并过渡至所述前缘分界区域，且所述下翼面前缘区域与所述前缘分界区域的充气厚度基本相同；所述下翼面中部区域，其内表面通过结构胶完全粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的中部区域的外表面上；所述下翼面尾缘区域，其内表面的一部分通过结构胶粘接在所述基础叶片的叶根区域的吸力面的尾缘区域的外表面上，其余部分通过结构胶与所述上翼面尾缘区域的对应部分粘结。2.根据上述权利要求所述的风电叶片叶根气囊结构，其特征在于，所述上翼面中部区域充气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，郭光星，杨科，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11