一种叶片结构及设计方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种叶片结构及设计方法，用于被动式降载，包括：叶片本体，包括壳体；壳体包括加强区域和扭转薄弱区域，加强区域的内壁上设置有第一主梁和腹板；第一主梁和腹板用于加强加强区域的刚度；扭转薄弱区域的扭转刚度小于加强区域的扭转刚度。本发明专利技术提供的叶片结构，在叶片本体上设置扭转薄弱区域，通过降低扭转薄弱区域的扭转刚度，从而提高弯扭耦合效应。相比于气弹剪裁方法，摆脱了叶片弦长的约束，调整空间更大；相比于后掠降载方式，由于减小扭转薄弱区域的扭转刚度，避免了扭转载荷的增加所导致的叶片变桨电机负荷的增大，且通过降低扭转刚度，更加有效的提高了弯扭耦合效应，实现了被动降载，提高了降低叶片载荷后的稳定性。片载荷后的稳定性。片载荷后的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种叶片结构及设计方法


[0001]本专利技术涉及风力发电
，更具体地说，涉及一种叶片结构及设计方法。

技术介绍

[0002]随着风电机组大型化的发展，风力发电的叶片也越来越长，为了减少叶片载荷，不同的降载方式被提出，主要分为主动降载和被动降载。主动降载是采用控制系统、执行机构来降低叶片载荷，其降载效果较好，但是由于需要增加主动执行机构，会增加设备成本，同时维护较为困难。被动降载是利用叶片本身的弯扭耦合效应来实现降低叶片载荷，具体的，被动降载是通过设计叶片外形与铺层结构，从而提高弯扭耦合效应，实现叶片的降载，该方式无需增加附加成本，且维护简单，更易被推广应用。
[0003]现有技术中，被动降载方式一般包括后掠降载方式和气弹剪裁方式。气弹剪裁方式是通过叶片铺层的角度调整增大叶片的弯扭耦合效应，受限于叶片弦长的约束，可调整的空间非常有限，降载效果较差。而后掠降载方式是通过叶片的几何造型变化来增大叶片的弯扭耦合效应，该方式使得叶片的扭转载荷增大，进而导致叶片的气弹稳定性变差，更易发生叶片开裂等安全性问题。同时，由于扭转载荷的增大，导致叶片变桨电机的负荷增大，进而增加了叶片变桨电机的成本。
[0004]因此，如何提高降低叶片载荷后的稳定性，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种叶片结构，以提高降低叶片载荷后的稳定性；
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种叶片结构的设计方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种叶片结构，用于被动式降载，包括：
[0009]叶片本体，包括壳体；所述壳体包括加强区域和扭转薄弱区域，所述加强区域的内壁上设置有第一主梁和腹板；所述第一主梁和所述腹板用于加强所述加强区域的刚度；所述扭转薄弱区域的扭转刚度小于所述加强区域的扭转刚度。
[0010]可选地，在上述叶片结构中，所述扭转薄弱区域的内壁上设置有第二主梁，所述第二主梁用于提高所述扭转薄弱区域的弯曲刚度。
[0011]可选地，在上述叶片结构中，所述加强区域设置有加强区前缘增强层和加强区尾缘增强层，所述加强区前缘增强层和所述加强区尾缘增强层用于提高所述加强区域的承载力；所述扭转薄弱区域设置有薄弱区前缘增强层和薄弱区尾缘增强层，所述薄弱区前缘增强层和所述薄弱区尾缘增强层用于提高所述扭转薄弱区域的承载力。
[0012]可选地，在上述叶片结构中，所述扭转薄弱区域的展向范围为0.5m～1.0m。
[0013]可选地，在上述叶片结构中，所述扭转薄弱区域与所述叶片本体的叶尖之间的距
离为d，且5m≤d≤10m。
[0014]一种叶片结构的设计方法，针对如上所述的叶片结构的设计方法，包括步骤：
[0015]初始叶片设计，设计满足标准要求的所述初始叶片；
[0016]扭转薄弱区域设置，在所述初始叶片的壳体上设置所述扭转薄弱区域；
[0017]载荷提取，提取所述扭转薄弱区域的载荷；
[0018]初始参数设定，给定初始弹性扭转角、所述第二主梁、所述薄弱区前缘增强层和所述薄弱区尾缘增强层的初始参数；
[0019]扭转刚度计算，根据所述扭转薄弱区域的载荷和所述初始弹性扭转角计算得到所述扭转薄弱区域的扭转刚度；
[0020]铺层参数确定，采用扭转刚度计算程序得到所述扭转薄弱区域的壳体的铺层参数；
[0021]弯曲刚度调整，通过调整所述扭转薄弱区域的弯曲刚度，使得所述扭转薄弱区域的弯曲刚度与所述初始叶片的弯曲刚度相同；
[0022]强度校核，依据所述扭转薄弱区域的载荷计算所述扭转薄弱区域的铺层强度，并对所述铺层强度进行校核；
[0023]目标铺层确定，所述铺层强度满足要求，以输出所述扭转薄弱区域的铺层为目标铺层。
[0024]可选地，在上述叶片结构的设计方法中，还包括步骤：
[0025]载荷校核，根据确定的所述扭转薄弱区域的目标铺层进行叶片载荷的重新计算与弹性扭转角校核，以保证降载效果与安全性。
[0026]可选地，在上述叶片结构的设计方法中，所述弯曲刚度调整的步骤中，通过调整所述第二主梁、所述薄弱区前缘增强层和所述薄弱区尾缘增强层，使得所述扭转薄弱区域的弯曲刚度与所述初始叶片的弯曲刚度相同。
[0027]可选地，在上述叶片结构的设计方法中，通过减少所述薄弱区前缘增强层的铺设层数及宽度，以降低所述扭转薄弱区域的扭转刚度；和/或，
[0028]通过减少所述薄弱区尾缘增强层的铺设层数及宽度，以降低所述扭转薄弱区域的扭转刚度。
[0029]可选地，在上述叶片结构的设计方法中，所述初始弹性扭转角的取值范围为1
°
～5
°
。
[0030]可选地，在上述叶片结构的设计方法中，所述扭转薄弱区域的载荷包括扭转载荷和弯曲载荷；所述扭转载荷用于计算所述扭转刚度或弹性扭转角；所述弯曲载荷用于计算所述扭转薄弱区域的壳体、所述薄弱区前缘增强层、所述薄弱区尾缘增强层及所述第二主梁的铺层强度。
[0031]本专利技术提供的叶片结构，通过在叶片本体的壳体上设置加强区域和扭转薄弱区域，在加强区域的内壁上设置有第一主梁和腹板，用于增强加强区域的刚度，且扭转薄弱区域的扭转刚度小于加强区域的扭转刚度，以使扭转薄弱区域的扭转变形增大，从而提高了弯扭耦合效应，实现了被动降载。
[0032]与现有技术中的被动降载方式相比，本专利技术提供的叶片结构，在叶片本体上设置扭转薄弱区域，通过降低扭转薄弱区域的扭转刚度，增加扭转变形，从而提高弯扭耦合效
应。相比于气弹剪裁方法，摆脱了叶片弦长的约束，调整空间更大；相比于后掠降载方式，由于减小扭转薄弱区域的扭转刚度，避免了扭转载荷的增加所导致的叶片变桨电机负荷的增大，一定程度上降低了叶片变桨电机的成本，且通过降低扭转薄弱区域的扭转刚度，更加有效的提高了弯扭耦合效应，实现了被动降载，提高了降低叶片载荷后的稳定性。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0034]图1为本专利技术实施例提供的扭转薄弱区域铺层设计流程图一；
[0035]图2为本专利技术实施例提供的扭转薄弱区域铺层设计流程图二；
[0036]图3为本专利技术实施例提供的扭转薄弱区域铺层设计流程图三；
[0037]图4为本专利技术实施例提供的叶片结构示意图；
[0038]图5为本专利技术实施例提供的叶片结构内部的结构示意图；
[0039]图6为本专利技术实施例提供的叶片结构的扭转薄弱区域示意图；
[0040]图7为图6中A
‑
A剖面图。
[0041]其中，100为壳体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种叶片结构，用于被动式降载，其特征在于，包括：叶片本体，包括壳体(100)；所述壳体(100)包括加强区域(108)和扭转薄弱区域(107)，所述加强区域(108)的内壁上设置有第一主梁(105)和腹板(106)；所述第一主梁(105)和所述腹板(106)用于加强所述加强区域(108)的刚度；所述扭转薄弱区域(107)的扭转刚度小于所述加强区域(108)的扭转刚度。2.根据权利要求1所述的叶片结构，其特征在于，所述扭转薄弱区域(107)的内壁上设置有第二主梁(1071)，所述第二主梁(1071)用于提高所述扭转薄弱区域(107)的弯曲刚度。3.根据权利要求2所述的叶片结构，其特征在于，所述加强区域(108)设置有加强区前缘增强层(1031)和加强区尾缘增强层(1041)，所述加强区前缘增强层(1031)和所述加强区尾缘增强层(1041)用于提高所述加强区域(108)的承载力；所述扭转薄弱区域(107)设置有薄弱区前缘增强层(1072)和薄弱区尾缘增强层(1073)，所述薄弱区前缘增强层(1072)和所述薄弱区尾缘增强层(1073)用于提高所述扭转薄弱区域(107)的承载力。4.根据权利要求1所述的叶片结构，其特征在于，所述扭转薄弱区域(107)的展向范围为0.5m～1.0m。5.根据权利要求1所述的叶片结构，其特征在于，所述扭转薄弱区域(107)与所述叶片本体的叶尖(102)之间的距离为d，且5m≤d≤10m。6.一种叶片结构的设计方法，针对如权利要求3所述的叶片结构的设计方法，其特征在于，包括步骤：初始叶片设计，设计满足标准要求的所述初始叶片；扭转薄弱区域(107)设置，在所述初始叶片的壳体上设置所述扭转薄弱区域(107)；载荷提取，提取所述扭转薄弱区域(107)的载荷；初始参数设定，给定初始弹性扭转角、所述第二主梁(1071)、所述薄弱区前缘增强层(1072)和所述薄弱区尾缘增强层(1073)的初始参数；扭转刚度计算，根据所述扭转薄弱区域(107)的载荷和所述初...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖猜猜，李新凯，叶昭良，刘鑫，闫姝，郭小江，余璐，陈晓路，杭兆峰，刘溟江，杨立华，庞然，王有超，孙捷，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司华能海上风电科学技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：