CN106121908A - 一种叶片、风力发电机及蒙皮安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种叶片、风力发电机及蒙皮安装方法。该叶片应用于风力发电机，所述叶片包括叶片本体(11)、筒体(12)、连接组件(13)和多个蒙皮(14)。所述筒体(12)设于所述叶片本体(11)内，所述多个蒙皮(14)通过所述连接组件(13)连接于所述筒体(12)，相邻蒙皮(14)之间沿所述叶片本体(11)的展向存在间隔。使用该叶片、风力发电机及蒙皮安装方法，能够降低蒙皮所承受的载荷和应力，进而使得蒙皮的选材更为多样，蒙皮气动外形成型更简单。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体而言，涉及一种叶片、风力发电机及蒙皮安装方法。
背景技术
目前，世界范围的不可再生能源趋于枯竭，并且燃烧石油和煤炭造成的污染已经危及人类的生存，绿色能源的开发利用越来越被各个国家所重视。目前风力发电行业在世界范围内已经开始了大规模的扩张。
随着风电装备朝着大型化发展，风机叶片作为风能捕获的关键部件，其设计制造面临着越来越多的困难，特别是随着风机功率的增加，叶片的长度越来越长，如果继续采用现有叶片的生产方式，会带来制造工艺、材料成本及运输方面的问题。因此将叶片分段制造，运输到目的地后再行组装成为了解决运输问题的重要方法之一。
此外，随着叶片的大型化，功率的不断增加，叶片所承受的载荷也越来越大，对材料的力学性能以及叶片重量的要求也越来越高。传统玻璃钢叶片采用模具成型，能满足气动外形要求，但其力学性能相比高强钢板稍显不足，同时成本过高。在分段式叶片开发过程中，考虑将叶根段设计为钢结构，但采用钢板制造叶片的蒙皮因为载荷大，应力大，使得蒙皮气动外形难以成型，而采用薄钢板，则难以满足承载要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种叶片、风力发电机及蒙皮安装方法，以改善现有技术中风机叶片的蒙皮安装方式无法满足实际需求的问题。
本发明实施例提供一种叶片，应用于风力发电机，所述叶片包括叶片本体、筒体、连接组件和多个蒙皮；
所述筒体设于所述叶片本体内，所述多个蒙皮通过所述连接组件连接于所述筒体，相邻蒙皮之间沿所述叶片本体的展向存在间隔。
进一步地，所述连接组件包括多组翼型板，每组翼型板包括两个翼型板；
所述多组翼型板设于所述筒体的外侧、沿所述叶片本体的展向排列，相邻两个翼型板之间存在间隔，所述蒙皮蒙覆于相邻两组的两个相邻的翼型板上以形成叶片气动外形。
进一步地，所述连接组件还包括桁条，所述桁条穿插于所述翼型板之间，使所述翼型板相互之间通过所述桁条连接；
所述蒙皮蒙覆于所述桁条和相邻两组的两个相邻的翼型板上。
进一步地，所述翼型板为中间具有通孔的环状结构，多个所述翼型板套设于所述筒体的外周，两两翼型板之间沿所述叶片本体的展向存在间隔。
进一步地，所述翼型板的外形轮廓与所述叶片本体的叶素轮廓相匹配，所述翼型板的外轮廓连接有翻边；
所述蒙皮的两端分别与相邻两组的两个相邻的翼型板上的翻边连接，以蒙覆于相邻两组的两个相邻的翼型板上。
进一步地，所述叶片本体为金属结构，所述蒙皮采用薄板件制成，所述翻边和翼型板采用金属板制成。
进一步地，所述叶片还包括连接法兰，所述连接法兰设于所述筒体的端部。
进一步地，所述相邻蒙皮之间的间隔处填充有弹性填充物。
本发明另一较佳实施例提供一种风力发电机，包括风机轮毂，所述风机轮毂上安装有叶片，所述叶片包括叶片本体、筒体、连接组件和多个蒙皮；
所述筒体设于所述叶片本体内、与所述风机轮毂相连，所述多个蒙皮通过所述连接组件连接于所述筒体，相邻蒙皮之间沿所述叶片本体的展向存在间隔。
进一步地，所述连接组件包括多组翼型板，每组翼型板包括两个翼型板；
所述多组翼型板设于所述筒体的外侧、沿所述叶片本体的展向排列，相邻两个翼型板之间存在间隔，所述蒙皮蒙覆于相邻两组的两个相邻的翼型板上以形成叶片气动外形；
所述连接组件还包括桁条，所述桁条穿插于所述翼型板之间，使所述翼型板相互之间通过所述桁条连接，所述蒙皮蒙覆于所述桁条和相邻两组的两个相邻的翼型板上。
进一步地，所述翼型板为中间具有通孔的环状结构，多个所述翼型板套设于所述筒体的外周，两两翼型板之间沿所述叶片本体的展向存在间隔。
进一步地，所述筒体的端部设有连接法兰，所述筒体通过所述连接法兰与所述风机轮毂相连。
本发明另一较佳实施例提供了一种叶片的蒙皮安装方法，所述叶片包括叶片本体、筒体、连接组件和多个蒙皮，所述方法包括：
将所述筒体设于所述叶片本体内；
将所述多个蒙皮通过所述连接组件沿所述叶片本体的展向间隔式连接于所述筒体，从而实现所述多个蒙皮的断开式安装。
与现有技术相比，本发明实施例提供的叶片、风力发电机及蒙皮安装方法，多个蒙皮通过连接组件连接于筒体，相邻蒙皮之间沿叶片本体的展向存在间隔。该种蒙皮“断开式”的安装方式使得蒙皮之间在一定程度上相互独立，多个蒙皮没有连接成一个刚性整体。使得蒙皮所受的力难以在蒙皮之间传递，蒙皮只承受风压和较小的弯矩，显著降低了蒙皮所承受的载荷和应力，进而使得蒙皮的选材更为多样，蒙皮气动外形成型更简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的一种叶片的立体分解示意图。
图2为本发明较佳实施例提供的一种叶片本体的整体结构示意图。
图3为图2中的A部分的放大示意图。
图4为图2中的B部分的放大示意图。
图5为本发明较佳实施例提供的一种叶片的内部结构示意图。
图6为本发明较佳实施例提供的另一种叶片的立体分解示意图。
图7为本发明较佳实施例提供的另一种叶片的立体分解示意图。
图8为图7中C部分的放大示意图。
图9为本发明较佳实施例提供的一种蒙皮的安装示意图。
图10为图9中D部分的放大示意图。
主要元件符号说明
1-叶片，10-叶根，101-前缘，102-后缘，20-叶尖，30-连接件，40-螺栓孔；
11-叶片本体，12-筒体，13-连接组件，131-翼型板，132-桁条，133-翻边，134-弹性填充物，135-铆钉，14-蒙皮，15-连接法兰。
具体实施方式
在过去10年中，中国风力发电得到快速发展，装机容量从1990年的2万千瓦增长到1999年的26.8万千瓦，到2010年中国风力发电装机容量超过500万千瓦，中国正成为世界上风力发电最发达的国家之一。
在我国南方、西南方，多山地丘陵，给长叶片的运输带来了很大的挑战。因此将叶片分段制造，运输到目的地后再行组装成为了解决该问题的重要方法之一。鉴于叶片的大型化，功率的不断增加，叶片所承受的载荷也越来越大，对材料的力学性能以及叶片重量的要求也越来越高，传统玻璃钢叶片采用模具成型，能满足气动外形要求，但其力学性能相比高强钢板稍显不足，同时成本过高。在分段式叶片开发过程中，考虑将叶根段设计为钢结构，但采用钢板制造叶片的蒙皮存在着这样的难度：因为载荷大，应力大，若采用厚钢板，则蒙皮气动外形难以成型，而采用薄钢板，则难以满足承载要求。
有鉴于此，发明人经过长期观察和研究发现，用于风力发电机的叶片的蒙皮若采用“断开式”的安装方式，使相邻蒙皮之间存在间隔，而非如现有技术般蒙皮连接成一刚性整体。可以使得蒙皮所受的力难以在蒙皮之间传递，从而降低蒙皮所承受的载荷和应力，进而可以使得蒙皮的选材更为多样化。例如，采用“断开式”的安装方式，蒙皮可以采用薄板件制成，蒙皮气动外形成型更简单。
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，本发明实施例提供了可用于风力发电机的一种叶片1，包括叶片本体11、筒体12、连接组件13和多个蒙皮14。
其中，所述筒体12设于所述叶片本体11内，所述多个蒙皮14通过所述连接组件13连接于所述筒体12，相邻蒙皮14之间沿所述叶片本体11的展向存在间隔。
请一并参阅图2，叶片本体11可以为二段式结构，分别为叶根10和叶尖20，叶根10和叶尖20可拆卸连接。叶根10包括前缘101和后缘102，前缘101的边缘相对较平直，后缘102的边缘向上弯曲度相对较大。
请一并参阅图3，其为图2中的A部分的放大示意图。叶根10与叶尖20通过连接件30可拆卸地连接。其中叶根10与叶尖20相连接的一端设有连接法兰15。连接法兰15上布置有多个螺栓孔40，连接件30可以为与连接法兰15上的螺栓孔40螺接的螺栓，以将叶根10和叶尖20连接起来。
请一并参阅图4，其为图2中的B部分的放大示意图。叶根10在其远离叶尖20的一端也设有连接法兰15，该连接法兰15用于与风机轮毂连接。
需要说明的是，本实施例中的叶片本体11并不限于包括上述的叶根10和叶尖20的两段式结构。在本发明的其他实施例中，叶片本体11还可依据实际需要，分为三段或三段以上的结构，每段之间可以通过连接法兰15依次连接以形成分段式的叶片1。
本实施例中，所述筒体12设于所述叶片本体11的叶根10。所述筒体12、连接组件13和蒙皮14等共同构成了所述叶片本体11的叶根10。
请再参阅图1，为了确保风作用于叶片1上的作用力能够通过蒙皮14可靠地传递至筒体12，并最终作用于风机轮毂。所述连接组件13包括桁条132和多组翼型板。
其中，每组翼型板包括两个翼型板131，所述多组翼型板设于所述筒体12的外侧、沿所述叶片本体11的展向排列。每组翼型板中的两个翼型板131间沿叶片本体11的展向相隔一定的距离，相邻两组翼型板之间沿叶片本体11的展向相隔一定的距离。
所述桁条132穿插于所述翼型板131之间，使所述翼型板131相互之间可通过所述桁条132连接。
所述蒙皮14蒙覆于所述桁条132和相邻两组的两个相邻的翼型板131上以形成叶片1的气动外形。其中，蒙皮14可以通过铆钉、点焊或者螺栓与桁条132及翼型板131连接。如此，风作用于叶片1上的作用力可通过蒙皮14传递给翼型板131，再由翼型板131传递到筒体12，并最终作用于风机轮毂上。
为了更清楚地阐述本发明实施例中蒙皮的安装方式，假设存在A组翼型板和B组翼型板，A组翼型板和B组翼型板相邻，A组翼型板包括翼型板A1和翼型板A2，B组翼型板包括翼型板B1和翼型板B2。其中，翼型板A1、翼型板A2、翼型板B1和翼型板B2沿所述叶片本体11的展向顺次排列。那么，上述相邻两组的两个相邻的翼型板131是指翼型板A2和翼型板B1。相应地，蒙皮14蒙覆于翼型板A2和翼型板B1上。
应理解，在其它实施例中，蒙皮14的蒙覆或安装方式不限于上述方式，只要能够实现蒙皮14间的间隔设置即可。
请参阅图5，本发明实施例中，所述翼型板131可以为中空的环状结构，以套设于所述筒体12的外周。
本发明实施例中，所述翼型板131的外形轮廓与所述叶片本体11对应位置处的叶素轮廓一致，多个翼型板131的顶端连线形成流畅的叶片1的后缘102。对应地，多个翼型板131的底端连线形成叶片1的前缘101。多个翼型板131沿着筒体12的展向依次间隔套设于筒体12的外周。其中，翼型板131可以通过焊接的方式与筒体12连接。
请参阅图6、图7和图8，为了便捷、可靠地将蒙皮14与翼型板131进行连接，可选地，所述翼型板131的外轮廓连接有翻边133。所述蒙皮14的两端分别与相邻两组的两个相邻的翼型板131上的翻边133连接，以蒙覆于相邻两组的两个相邻的翼型板131上。
如此，相邻蒙皮14在相邻处分别连接在同组内的不同翼型板131的翻边133上。可选地，其中一个蒙皮14延伸至相邻蒙皮14所连接的翻边133上，并与该相邻蒙皮14之间留设间隙，请参阅图9和图10。根据实际情况，该间隙可灵活设置，例如2.5～3.5mm，可优选3mm，从而实现多个蒙皮14间的“断开式”安装。
本实施例中，相邻蒙皮14之间的间隙处还可以填充弹性填充物134，如密封胶等。需说明的是，蒙皮14安装在翻边133上，蒙皮14与翻边133之间没有间隙，附图中所示的蒙皮14与翻边133之间的间隙仅为读图方便。
可选地，桁条132沿叶片本体11的弦向按一定的间距布置，使得蒙皮14的两端与翻边133连接后，蒙皮14的前缘101和后缘102两侧及蒙皮14的中间连接在桁条132上。
组装时，可以采用铆钉135连接蒙皮14与翻边133，以及连接蒙皮14与桁条132，并在铆接的过程中将蒙皮14成型固定。相应地，翻边133、桁条132和蒙皮14上可以开设相应的铆钉孔。
蒙皮14所承受的载荷可以通过翼型板131传递到筒体12上，而在不同蒙皮14之间无法传递或只有微小的载荷传递，从而使得蒙皮14所承受的载荷大大减少，因而可以采用薄板件如厚度约为1～3mm的薄金属板制成蒙皮14，不需要使用模具，其成型更加简单。同时，蒙皮14采用薄板件后，所占的空间少，故作为主要承载部件的筒体12的截面可以进一步做大，进而显著增强承载能力，以满足承载要求。
本发明实施例中，所述叶片本体11可以采用金属结构，所述翻边133和翼型板131可以采用薄板(如厚度约为3～8mm的薄金属板)制成。
本发明另一较佳实施例提供了一种风力发电机，包括风机轮毂(图中未示出)，所述风机轮毂上安装有上述叶片1，所述叶片1包括叶片本体11、筒体12、连接组件13和多个蒙皮14。所述筒体12设于所述叶片本体11内、与所述风机轮毂相连，所述多个蒙皮14通过所述连接组件13连接于所述筒体12，相邻蒙皮14之间沿所述叶片本体11的展向存在间隔。
叶片1与风机轮毂的连接方式有多种，例如：将筒体12通过连接法兰15与风机轮毂连接。由于安装了上述的叶片1，因而该风力发电机也具有相同的技术效果。
本发明较佳实施例提供的风力发电机中，所述连接组件13包括桁条132和多组翼型板。
每组翼型板包括两个翼型板131，所述多组翼型板设于所述筒体12的外侧、沿所述叶片本体11的展向排列。每组翼型板中的两个翼型板131间沿叶片本体11的展向相隔一定的距离，相邻两组翼型板之间沿叶片本体11的展向相隔一定的距离。
所述桁条132穿插于所述翼型板131之间，使所述翼型板131相互之间通过所述桁条132连接。所述蒙皮14蒙覆于所述桁条132和相邻两组的两个相邻的翼型板131上以形成叶片1气动外形。
其中，蒙皮14可以通过铆钉、点焊或者螺栓与桁条132及翼型板131连接。如此设置后，风作用于叶片1上的力通过蒙皮14传递给翼型板131，再由翼型板131传递到筒体12，并最终作用于轮毂上。
所述翼型板131为中间具有通孔的环状结构，多个所述翼型板131套设于所述筒体12的外周，两两翼型板131之间沿所述叶片本体11的展向存在间隔。
可选地，在相邻蒙皮14之间的间隔处填充弹性填充物134，如弹性密封胶等。
本发明实施例提供的叶片1及风力发电机，叶片1由筒体12、连接法兰15、翼型板131、桁条132、蒙皮14等组成。筒体12是主要承载部件，位于叶片本体11内，在筒体12外侧环绕若干翼型板131，翼型板131的外轮廓与叶片本体11相应位置处的叶素轮廓一致，翼型板131沿着叶片1展向有序排列。每组翼型板中有两个翼型板131，相邻翼型板131之间存在间隔。每个蒙皮14的两端分别与相邻两组的两个相邻的翼型板131相连接，相邻蒙皮14在相邻处分别连接在同组内的不同翼型板131上，使得相邻蒙皮14之间留设间隙。间隙之间涂弹性较佳的弹性密封胶。这种设计方式有效避免了蒙皮14之间力的连续传递，蒙皮14受力较小，因而蒙皮14可以采用薄板件制成，便于成型。蒙皮14采用薄板件后，所占的空间少，故作为主要承载部件的筒体12的截面可以进一步做大，进而显著增强承载能力，以满足实际要求。
本发明实施例还提供了一种叶片的蒙皮安装方法，所述叶片包括叶片本体11、筒体12、连接组件13和多个蒙皮14，所述方法包括：将所述筒体12设于所述叶片本体11内。将所述多个蒙皮14通过所述连接组件13沿所述叶片本体11的展向间隔式连接于所述筒体12，从而实现所述多个蒙皮14的断开式安装。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种叶片，应用于风力发电机，其特征在于，所述叶片包括叶片本体(11)、筒体(12)、连接组件(13)和多个蒙皮(14)；
所述筒体(12)设于所述叶片本体(11)内，所述多个蒙皮(14)通过所述连接组件(13)连接于所述筒体(12)，相邻蒙皮(14)之间沿所述叶片本体(11)的展向存在间隔。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述连接组件(13)包括多组翼型板，每组翼型板包括两个翼型板(131)；
所述多组翼型板设于所述筒体(12)的外侧、沿所述叶片本体(11)的展向排列，相邻两个翼型板(131)之间存在间隔，所述蒙皮(14)蒙覆于相邻两组的两个相邻的翼型板(131)上以形成叶片气动外形。
3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述连接组件(13)还包括桁条(132)，所述桁条(132)穿插于所述翼型板(131)之间，使所述翼型板(131)相互之间通过所述桁条(132)连接；
所述蒙皮(14)蒙覆于所述桁条(132)和相邻两组的两个相邻的翼型板(131)上。
4.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述翼型板(131)为中间具有通孔的环状结构，多个所述翼型板(131)套设于所述筒体(12)的外周，两两翼型板(131)之间沿所述叶片本体(11)的展向存在间隔。
5.根据权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述翼型板(131)的外形轮廓与所述叶片本体(11)的叶素轮廓相匹配，所述翼型板(131)的外轮廓连接有翻边(133)；
所述蒙皮(14)的两端分别与相邻两组的两个相邻的翼型板(131)上的翻边(133)连接，以蒙覆于相邻两组的两个相邻的翼型板(131)上。
6.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述叶片本体(11)为金属结构，所述蒙皮(14)采用薄板件制成，所述翻边(133)和翼型板(131)采用金属板制成。
7.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述叶片还包括连接法兰(15)，所述连接法兰(15)设于所述筒体(12)的端部。
8.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述相邻蒙皮(14)之间的间隔处填充有弹性填充物(134)。
9.一种风力发电机，包括风机轮毂，其特征在于，所述风机轮毂上安装有叶片，所述叶片包括叶片本体(11)、筒体(12)、连接组件(13)和多个蒙皮(14)；
所述筒体(12)设于所述叶片本体(11)内、与所述风机轮毂相连，所述多个蒙皮(14)通过所述连接组件(13)连接于所述筒体(12)，相邻蒙皮(14)之间沿所述叶片本体(11)的展向存在间隔。
10.根据权利要求9所述的风力发电机，其特征在于，所述连接组件(13)包括多组翼型板，每组翼型板包括两个翼型板(131)；
所述多组翼型板设于所述筒体(12)的外侧、沿所述叶片本体(11)的展向排列，相邻两个翼型板(131)之间存在间隔，所述蒙皮(14)蒙覆于相邻两组的两个相邻的翼型板(131)上以形成叶片气动外形；
所述连接组件(13)还包括桁条(132)，所述桁条(132)穿插于所述翼型板(131)之间，使所述翼型板(131)相互之间通过所述桁条(132)连接，所述蒙皮(14)蒙覆于所述桁条(132)和相邻两组的两个相邻的翼型板(131)上。
11.根据权利要求10所述的风力发电机，其特征在于，所述翼型板(131)为中间具有通孔的环状结构，多个所述翼型板(131)套设于所述筒体(12)的外周，两两翼型板(131)之间沿所述叶片本体(11)的展向存在间隔。
12.根据权利要求10所述的风力发电机，其特征在于，所述筒体(12)的端部设有连接法兰(15)，所述筒体(12)通过所述连接法兰(15)与所述风机轮毂相连。
13.一种叶片的蒙皮安装方法，其特征在于，所述叶片包括叶片本体(11)、筒体(12)、连接组件(13)和多个蒙皮(14)，所述方法包括：
将所述筒体(12)设于所述叶片本体(11)内；
将所述多个蒙皮(14)通过所述连接组件(13)沿所述叶片本体(11)的展向间隔式连接于所述筒体(12)，从而实现所述多个蒙皮(14)的断开式安装。
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