CN113757035A - 分段式叶片及其制造方法及风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种分段式叶片及其制造方法及风力发电机组，分段式叶片包括：至少两个叶片段，至少两个叶片段中的相邻的第一叶片段和第二叶片段具有彼此套接的第一搭接部和第二搭接部，第一搭接部的内周表面套接在第二搭接部的外周表面上；连接构件，连接构件的两端均固定到第一搭接部和第二搭接部，以使相邻的第一叶片段和第二叶片段彼此连接。根据本发明的分段式叶片，可使叶片的制造、运输、拆装工作更加便捷，从而可降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体地涉及一种分段式叶片、制造分段式叶片的方法及包括该分段式叶片的风力发电机组。
背景技术
目前，风能的应用愈来愈广泛，风力发电机组实现了风能与电能之间的转换。叶片是风力发电机组的核心部件，叶片的扫风面积直接决定风力发电机组的输出电量。
随着风力发电机组单机容量不断增大，风力发电机组叶片也随之大型化，但这种叶片在制造、运输、安装等过程中非常不便。此外，随着叶片达到使用寿命进入报废阶段，叶片退役后的处理问题已成为叶片行业的主要难题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种分段式叶片及风力发电机组，以解决现有叶片不方便制造、运输、安装等问题。
本发明的另一目的在于提供一种制造分段式叶片的方法，以解决叶片退役后无法处理的问题。
根据本发明的一方面，提供一种分段式叶片，分段式叶片包括：至少两个叶片段，至少两个叶片段中的相邻的第一叶片段和第二叶片段具有彼此套接的第一搭接部和第二搭接部，第一搭接部的内周表面套接在第二搭接部的外周表面上；连接构件，连接构件的两端均固定到第一搭接部和第二搭接部，以使相邻的第一叶片段和第二叶片段彼此连接。
可选地，第一搭接部可位于第一叶片段的朝向叶尖方向的一端，第二搭接部可位于第二叶片段的朝向叶根方向的一端。
可选地，连接构件可设置为多个，多个连接构件可相互平行并且设置在同一平面内。
可选地，多个连接构件可设置为与分段式叶片的展向方向垂直。
可选地，连接构件的长度可调，并且可包括调节部和连接到调节部的两端的第一连接部和第二连接部，第一连接部与调节部的第一端螺纹连接，第二连接部与调节部的第二端螺纹连接。
可选地，调节部可以为内螺纹管，内螺纹管可具有位于内螺纹管的第一端的第一内螺纹部以及位于内螺纹管的第二端的第二内螺纹部，第一内螺纹部的内螺纹和第二内螺纹部的内螺纹的旋向可相反，第一连接部和第二连接部的端部可具有外螺纹并且分别***到第一内螺纹部和第二内螺纹部中，其中，第一连接部和第二连接部的暴露于外部的端部可形成有销部，销部可形成为椎体形状，以便于***到形成于第一搭接部和第二搭接部中的销孔中。
可选地，调节部可以为双头螺杆，第一连接部和第二连接部可以为一端具有内螺纹孔的连接杆，双头螺杆的外螺纹旋向可相反并且分别***到连接杆的内螺纹孔中，连接杆的另一端可形成为椎体形状，以便于***到形成于第一搭接部和第二搭接部中的销孔中。
可选地，第一搭接部的内周表面和第二搭接部的外周表面可以为相互配合的两个锥面。
根据本发明的另一方面，提供一种用于制造上述分段式叶片的方法，该方法包括：制备至少两个叶片段，其中，制备至少两个叶片段中的每个叶片段的步骤包括：制备复合材料；在形成有与叶片段的形状对应的成型空间的模具中填充复合材料；以及在预定温度下对复合材料执行固化工艺，以获得叶片段；以及使至少两个叶片段中的相邻的第一叶片段的第一搭接部和第二叶片段的第二搭接部彼此套接，并且使连接构件的两端均固定到第一搭接部和第二搭接部，以将第一叶片段和第二叶片段彼此连接。
可选地，在形成有与叶片段的形状对应的叶片成型空间的模具中填充复合材料的步骤可包括：在第一模具的第一成型空间中填充复合材料，以获得第一叶片部分；在第二模具的第二成型空间中填充复合材料，以获得第二叶片部分，其中，第一成型空间的形状与第一叶片部分的形状对应，第二成型空间的形状与第二叶片部分的形状对应。
可选地，该方法还可包括：使第一叶片部分和第二叶片部分彼此连接，以形成叶片段。
可选地，第一叶片部分可以为包括叶片段的吸力面的部分，第二叶片部分可以为包括叶片段的压力面的部分。
可选地，复合材料可包括树脂和增强材料混合而成的半固化材料，其中，增强材料可包括纤维，纤维的长度可以在30～50mm的范围内。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，风力发电机组包括上述分段式叶片。
根据本发明的分段式叶片，可使叶片的制造、运输、拆装工作更加便捷，从而可降低成本。此外，根据本发明的分段式叶片，通过第一搭接部和第二搭接部以及连接构件配合使用，可提高分段式叶片的结构强度。此外，根据本发明的分段式叶片，结构简单、运行稳定且节能环保。
此外，根据本发明的制造分段式叶片的方法，由于采用模压工艺的制作方式，因此便于使用自动化的机械设备完成，从而可减少人工投入，同时还可大大减少叶片的生产周期。此外，根据本发明的制造分段式叶片的方法，由于利用了纤维增强复合材料的回收料，因此解决了纤维增强复合材料的回收难题，从而实现了节能环保。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述以及其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的分段式叶片的示意图。
图2是根据本发明的实施例的分段式叶片的截面图。
图3是示出根据本发明的实施例的分段式叶片的叶片段之间的连接的截面图。
图4是根据本发明的实施例的分段式叶片的连接构件的示意图。
图5是图3中的A部分的放大图。
图6是图3中的B部分的放大图。
图7是根据本发明的实施例的分段式叶片的叶片段的分体示意图。
附图标号说明：
10：第一叶片段；20：第二叶片段；30：第三叶片段；11：第一搭接部；21：第二搭接部；22：第三搭接部；31：第四搭接部；40：连接构件；41：调节部；42：第一连接部；43：第二连接部；421、431：销部；101：第一叶片部分；102：第二叶片部分；101A、102A：第一端；101B、102B：第二端。
具体实施方式
现在，将参照附图详细地描述根据本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的组件。
为了解决叶片不方便制造、运输、安装等问题，本发明提供一种分段式叶片。根据本发明的分段式叶片包括至少两个叶片段和用于连接至少两个叶片段的连接构件，相邻的两个叶片段彼此套接，连接构件的两端均固定到相邻的两个叶片段彼此套接的部分，以将相邻的两个叶片段彼此连接。
下面，将参照图1至图6具体描述根据本发明的实施例的分段式叶片。
如图1和图2所示，分段式叶片可包括第一叶片段10、第二叶片段20和第三叶片段30。相邻的第一叶片段10与第二叶片段20彼此套接并且通过连接构件40连接，相邻的第二叶片段20与第三叶片段30彼此套接并且通过连接构件40连接。虽然示出了分段式叶片包括三个叶片段，但叶片段的数量不限于此。分段式叶片可根据需要而包括若干个叶片段，以满足实际应用中所需的长度。
如图3所示，第一叶片段10可具有第一搭接部11，第一搭接部11可位于第一叶片段10的朝向叶尖方向的一端。第二叶片段20可具有第二搭接部21，第二搭接部21可位于第二叶片段20的朝向叶根方向的一端。第一搭接部11的内周表面可套接在第二搭接部21的外周表面上。连接构件40的两端可均固定到第一搭接部11和第二搭接部21，以使相邻的第一叶片段10与第二叶片段20依次连接。具体地，连接构件40的端部可以沿着与第一叶片段10的长度大致垂直的方向***到第一搭接部11和第二搭接部21中，从而防止第一叶片段10与第二叶片段20沿着长度方向以及周向相互分离、脱落。
类似地，第二叶片段20可具有第三搭接部22，第三搭接部22可位于第二叶片段20的朝向叶尖方向的一端。第三叶片段30可具有第四搭接部31，第四搭接部31可位于第三叶片段30的朝向叶根方向的一端。第三搭接部22的内周表面可套接在第四搭接部31的外周表面上。连接构件40的两端可均固定到第三搭接部22和第四搭接部31，以使相邻的第二叶片段20与第三叶片段30彼此连接。
通过连接构件40，可将相邻的第一叶片段10与第二叶片段20以及将相邻的第二叶片段20与第三叶片段30锁定，从而可防止第一叶片段10、第二叶片段20和第三叶片段30在运转过程中发生不必要的位移、振动。
在相邻的两个叶片段连接构件40整体上可以为杆状并且设置为多个，多个连接构件40可相互平行地设置。作为示例，连接相邻的两个叶片段的多个连接构件40可设置为与分段式叶片的展向方向垂直。优选地，连接相邻的两个叶片段的多个连接构件40可以位于同一个平面内，更具体地，设置在与分段式叶片的展向方向垂直的同一平面内。
连接构件40的长度可以调节，以便于设置在不同位置以及连接不同的叶片段。连接构件40可由金属材料制成，以提供足够的强度。作为示例，参照图4，连接构件40可包括调节部41以及分别与调节部41的两端连接的第一连接部42和第二连接部43。第一连接部42可与调节部41的第一端螺纹连接，第二连接部43可与调节部41的第二端螺纹连接，以实现连接构件40的长度可调。
例如，调节部41可以为内螺纹管，该内螺纹管可包括分别位于内螺纹管两端的第一螺纹部和第二螺纹部，第一内螺纹部的内螺纹与第二内螺纹部的内螺纹的旋向可相反。第一连接部42和第二连接部43可以为分别从内螺纹管的两端插设在内螺纹管中的第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆的端部具有外螺纹，并且两者的螺纹旋向相反。内螺纹管的外部可加工防滑面，并且可通过内螺纹与第一连接杆和第二连接杆连接，如此旋转内螺纹管可同时控制第一连接杆和第二连接杆相对于内螺纹管移动，从而实现连接构件40的长度可调。
第一连接杆和第二连接杆的暴露于外部的端部可分别形成有第一销部421和第二销部431。第一销部421和第二销部431可利用耐磨、坚硬、抗腐蚀材料等支撑，并且可与第一连接杆和第二连接杆一体地形成。当然，第一销部421和第二销部431还可与第一连接杆和第二连接杆分开地形成。此外，第一销部421和第二销部431可形成为椎体形状，第一搭接部11和第二搭接部21在彼此对应的位置可形成有彼此对应的销孔，第一销部421可同时***到第一搭接部11的销孔和第二搭接部21的销孔中，第二销部431也可同时***到第一搭接部11的销孔和第二搭接部21的销孔中，以将第一叶片段10和第二叶片段20彼此连接。
又例如，调节部41可以为双头螺杆，第一连接部42和第二连接部43可以为一端具有内螺纹孔的第一连接杆和第二连接杆。双头螺杆的外螺纹旋向可相反并且分别***到第一连接杆和第二连接杆的内螺纹孔中，第一连接杆和第二连接杆的另一端可形成为椎体形状，以便于***到形成于第一搭接部11和第二搭接部21或形成于第三搭接部22和第四搭接部31中的销孔中。
当然，以上仅为连接构件40的示例，其结构不限于此。例如，连接构件40还可形成为类似于液压缸或气压缸的结构，液压缸或气压缸的两端形成有例如椎体形状的连接部。
在本实施例中，相邻的两个叶片段具有彼此套接的搭接部，因此搭接部之间存在摩擦力。优选地，如图6所示，第一搭接部11的内周表面和第二搭接部21的外周表面可以为相互配合的两个锥面。在分段式叶片随着轮毂旋转的过程中，分段式叶片会受到离心力的作用，在第一搭接部11的内周表面和第二搭接部21的外周表面为相互配合的两个锥面的情况下，离心力的分力会增大第一搭接部11和第二搭接部21之间的摩擦力，该摩擦力在一定程度上可防止各个叶片段在叶轮旋转过程中发生离心力方向的位移。而且，连接构件40***形成于第一搭接部11和第二搭接部21的销孔中，在连接构件40以及第一搭接部11和第二搭接部21之间的摩擦力的作用下，第一叶片段10和第二叶片段20可被锁定，从而防止相邻的两个叶片段分离。在安装相邻的第一叶片段10和第二叶片段20时，可首先使第一搭接部11的内周表面和第二搭接部21的外周表面完全配合，然后再使用连接构件40进行锁定。第二叶片段20和第三叶片段30之间的锁定以及安装与上述类似。
下面，将描述制造根据本发明的实施例的分段式叶片的方法。
制造分段式叶片的方法包括：制备至少两个叶片段；使相应的两个叶片段的搭接部彼此套接，并且使连接构件的两端均固定到搭接部，以将相邻的两个叶片段彼此连接。
下面，为了便于描述，将以分段式叶片的第一叶片段10和第二叶片段20为例进行描述。
制造分段式叶片的方法包括：制备第一叶片段10和第二叶片段20；使第一叶片段10的第一搭接部11和第二叶片段20的第二搭接部21彼此套接，并且使连接构件40的两端均固定到第一搭接部11和第二搭接部21，以将第一叶片段10和第二叶片段20彼此连接。
制备第一叶片段10和第二叶片段20中的每个叶片段的步骤包括：制备复合材料；在形成有与叶片段的形状对应的成型空间的模具中填充复合材料；以及在预定温度下对复合材料执行固化工艺，以获得叶片段。
下面，以制造第一叶片段10为例具体描述叶片段的制造步骤。
首先，制备复合材料，复合材料可以为包括树脂和增强材料混合而成的半固化材料。然后，在形成有与第一叶片段10的形状对应的成型空间的模具中填充复合材料。然后，在预定温度下对复合材料执行固化工艺，以获得第一叶片段10。第一叶片段10可以一体成型，也可以分体成型后结合在一起。作为示例，如图7所示，第一叶片段10可分为第一叶片部分101和第二叶片部分102，第一叶片部分101可以为包括第一叶片段10的吸力面的部分，第二叶片部分102可以为包括第一叶片段10的压力面的部分。
按照分体成型再结合的方式形成第一叶片段10的步骤可包括：在第一模具的第一成型空间(第一成型空间的形状与第一叶片部分101的形状对应)中填充复合材料，以获得第一叶片部分101；在第二模具的第二成型空间(第二成型空间的形状与第二叶片部分的形状对应)中填充复合材料，以获得第二叶片部分102；使第一叶片部分101和第二叶片部分102彼此连接，以形成完整的第一叶片段10。
作为示例，第一模具和第二模具中的每个模具可分为上模和下模，上模和下模之间可形成有空腔，在空腔内填充复合材料。然后，在预定温度下执行固化工艺(例如，真空固化)来获得第一叶片部分101和第二叶片部分102。然后，可使第一叶片部分101的第一端101A和第二端101B分别与第二叶片部分102的第一端102A和第二端102B通过粘合或机械或其他方式结合在一起。第一端101A和102A以及第二端101B和102B可以分别为第一叶片段10的前缘/后缘沿线的粘接点，以粘接合成一个完整的第一叶片段10。当然，模具的数量及尺寸可由所设计的叶片段的形状、尺寸等参数调整。
所制备的复合材料可以为包括树脂和增强材料混合而成的半固化材料，增强材料可包括纤维。优选地，纤维的长度可在30～50mm的范围内。复合材料可基于原材料制备，或者可从退役后的叶片中获取，如此可使得退役后的叶片的部分材料被回收利用。利用退役后的叶片中的废旧的纤维增强复合材料通过上述模压的方法制作分段式叶片，可使废旧的纤维增强复合材料有效地循环再利用，并且可极力减少纤维增强复合材料退役产品对环境的破坏。
例如，复合材料可以包括玻璃/碳纤维回收料和基体回收料(不饱和树脂)，并且根据需要还可包括低收缩添加剂、填料及各种助剂。玻璃/碳纤维回收料和基体回收料可分别来源于回收的废旧纤维增强复合材料产生的纤维段及树脂回收料。纤维段的长度可控制在30～50mm内，且树脂回收料经过预定工艺处理以去除杂质。
例如，在制备复合材料之前，纤维段在预混前需要干燥处理预计在200℃保持10-30min，可进一步自然晾置，或还需进一步烘干加热以减少水分。然后，去除水分的纤维段和去除杂质的树脂回收料可按预定比例混合，或根据需求增加辅助添加剂(例如，低收缩添加剂、填料及各种助剂)，以保证所制成的成品机械性能(例如弹性模量(MOE)、静曲强度(MOR)、内部结合强度(IB))和物理特性(例如密度、含水量、吸水性、膨胀系数)等特性，从而满足叶片运行的基本需求。
在制造完第一叶片段10和第二叶片段20之后，可通过向叶尖方向拉拽预紧使第一搭接部11和第二搭接部21完全配合搭接，然后再使用连接构件40将第一叶片段10和第二叶片段20锁定，从而完成安装过程。
根据本发明的分段式叶片，可使叶片的制造、运输、拆装工作更加便捷，从而可降低成本。此外，根据本发明的分段式叶片，通过第一搭接部和第二搭接部以及连接构件配合使用，可提高分段式叶片的结构强度。此外，根据本发明的分段式叶片，结构简单、运行稳定且节能环保。
此外，根据本发明的制造分段式叶片的方法，由于采用模压工艺的制作方式，因此便于使用自动化的机械设备完成，从而可减少人工投入，同时还可大大减少叶片的生产周期。此外，根据本发明的制造分段式叶片的方法，由于利用了纤维增强复合材料的回收料，因此解决了纤维增强复合材料的回收难题，从而实现了节能环保。
根据本发明的又一实施例提供了一种包括上述分段式叶片的风力发电机组，其有益效果与上述有益效果相同，因此不再赘述。
虽然上面已经详细描述了本发明的实施例，但本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的实施例的精神和范围内。
Claims (14)
1.一种分段式叶片，其特征在于，所述分段式叶片包括：
至少两个叶片段，至少两个所述叶片段中的相邻的第一叶片段(10)和第二叶片段(20)具有彼此套接的第一搭接部(11)和第二搭接部(21)，所述第一搭接部(11)的内周表面套接在所述第二搭接部(21)的外周表面上；
连接构件(40)，所述连接构件(40)的两端均固定到所述第一搭接部(11)和所述第二搭接部(21)，以使相邻的所述第一叶片段(10)和所述第二叶片段(20)彼此连接。
2.根据权利要求1所述的分段式叶片，其特征在于，所述第一搭接部(11)位于所述第一叶片段(10)的朝向叶尖方向的一端，所述第二搭接部(21)位于所述第二叶片段(20)的朝向叶根方向的一端。
3.根据权利要求1所述的分段式叶片，其特征在于，所述连接构件(40)设置为多个，多个所述连接构件(40)相互平行并且设置在同一平面内。
4.根据权利要求3所述的分段式叶片，其特征在于，多个所述连接构件(40)设置为与所述分段式叶片的展向方向垂直。
5.根据权利要求1所述的分段式叶片，其特征在于，所述连接构件(40)的长度可调，并且包括调节部(41)和连接到所述调节部(41)的两端的第一连接部(42)和第二连接部(43)，所述第一连接部(42)与所述调节部(41)的第一端螺纹连接，所述第二连接部(43)与所述调节部(41)的第二端螺纹连接。
6.根据权利要求5所述的分段式叶片，其特征在于，所述调节部(41)为内螺纹管，所述内螺纹管具有位于所述内螺纹管的第一端的第一内螺纹部以及位于所述内螺纹管的第二端的第二内螺纹部，所述第一内螺纹部的内螺纹和所述第二内螺纹部的内螺纹的旋向相反，所述第一连接部(42)和所述第二连接部(43)的端部具有外螺纹并且分别***到所述第一内螺纹部和所述第二内螺纹部中，
其中，所述第一连接部(42)和所述第二连接部(43)的暴露于外部的端部形成有销部(421，431)，所述销部(421，431)形成为椎体形状，以便于***到形成于所述第一搭接部(11)和所述第二搭接部(21)中的销孔中。
7.根据权利要求5所述的分段式叶片，其特征在于，所述调节部(41)为双头螺杆，第一连接部(42)和第二连接部(43)为一端具有内螺纹孔的连接杆，所述双头螺杆的外螺纹旋向相反并且分别***到所述连接杆的内螺纹孔中，所述连接杆的另一端形成为椎体形状，以便于***到形成于所述第一搭接部(11)和所述第二搭接部(21)中的销孔中。
8.根据权利要求1所述的分段式叶片，其特征在于，所述第一搭接部(11)的内周表面和所述第二搭接部(21)的外周表面为相互配合的两个锥面。
9.一种用于制造根据权利要求1所述的分段式叶片的方法，其特征在于，所述方法包括：
制备至少两个所述叶片段，其中，制备至少两个所述叶片段中的每个叶片段的步骤包括：制备复合材料；在形成有与所述叶片段的形状对应的成型空间的模具中填充复合材料；以及在预定温度下对所述复合材料执行固化工艺，以获得所述叶片段；以及
使至少两个所述叶片段中的相邻的所述第一叶片段(10)的第一搭接部(11)和所述第二叶片段(20)的第二搭接部(12)彼此套接，并且使所述连接构件(40)的两端均固定到所述第一搭接部(11)和所述第二搭接部(12)，以将所述第一叶片段(10)和所述第二叶片段(20)彼此连接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在形成有与所述叶片段的形状对应的叶片成型空间的模具中填充复合材料的步骤包括：
在第一模具的第一成型空间中填充所述复合材料，以获得第一叶片部分；
在第二模具的第二成型空间中填充所述复合材料，以获得第二叶片部分，
其中，所述第一成型空间的形状与所述第一叶片部分的形状对应，所述第二成型空间的形状与所述第二叶片部分的形状对应。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使所述第一叶片部分和所述第二叶片部分彼此连接，以形成所述叶片段。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一叶片部分为包括所述叶片段的吸力面的部分，所述第二叶片部分为包括所述叶片段的压力面的部分。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述复合材料包括树脂和增强材料混合而成的半固化材料，
其中，所述增强材料包括纤维，所述纤维的长度在30～50mm的范围内。
14.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求1-8中任一项所述的分段式叶片。
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