CN115977867B - 一种分段式叶片模块结构及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分段式叶片模块结构及其成型方法，叶片模块包括叶片壳体和设置其内的梁体和腹板，梁体包括连接梁、后缘梁和辅梁板，在连接梁的一端设置有连接结构。通过复合材料一体成型的梁体和腹板搭制出承载框架，并与叶片的轮廓形状相适应，通过包覆在承载框架上的蒙皮形成叶片壳体；辅梁板配合连接梁和后缘梁与叶片壳体的中间部至后缘部的区域对应设置，确保梁体与叶片壳体间足够的接触面积，避免叶片壳体失稳，确保分段式叶片模块的结构稳定性；将连接梁的两侧表面分别与腹板和叶片壳体固定连接，确保连接梁的结构稳定性，进而选择将连接相邻两分段式叶片模块的连接结构设置在连接梁处，确保两叶片模块的稳固连接。

Description

一种分段式叶片模块结构及其成型方法

技术领域

本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种分段式叶片模块结构及其成型方法。

背景技术

风能作为一种可再生能源形式，具有开发成本低，技术成熟，分布广泛等优点，是可再生能源发展的重点方向。为了充分利用风能资源，风机叶片气动外形的改进和叶片尺寸的增加是提高风机发电功率的重要手段，因此风力机逐步走向大型化是风电技术发展的趋势。但是风资源丰富的地域往往是一些偏远、人迹罕至的地带，交通条件差，使风机大型化受到运输条件的制约。

目前，风电叶片普遍采用纤维强聚合物基复合材料制造，而复材叶片的生产过程对环境和工艺要求苛刻，超长叶片中使用的复合材料对生产条件更为敏感，使叶片质量不便控制。综上所述，当叶片长度达到一定限度后，采用分段式叶片结构，在现有工厂生产，分段运输、现场组装是解决风力机大型化的有效方法。但随着叶片尺寸增加，在风力机运行时，过重的叶片结构不利于维持运行的稳定，因此在确保叶片结构性能同时减少叶片重量和成本成为风电技术发展的另一技术问题。

发明内容

本发明提供了一种分段式叶片模块结构及其成型方法，可有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种分段式叶片模块结构，包括：叶片壳体和设置其内的梁体和腹板，所述叶片壳体包括一体设置的迎风面和背风面，所述梁体与所述叶片壳体贴合设置，并通过所述腹板支撑所述迎风面和所述背风面；

所述叶片壳体沿其弦长方向设置为前缘部、中间部和后缘部，所述梁体包括连接梁、后缘梁和辅梁板，所述连接梁分别与所述迎风面和所述背风面的中间部对应设置，所述后缘梁与所述后缘部对应设置，所述辅梁板嵌设在所述连接梁的断口部以及所述连接梁与所述后缘梁之间；

在所述连接梁的一端设置有连接结构，相邻两叶片模块通过设置在所述连接结构中的连接件固定连接。

进一步的，所述腹板沿所述叶片壳体的轴向设置，并在所述叶片壳体的弦长方向设置有多个；

所述腹板设置为工字型结构，包括支撑竖板和其两侧的连接板，所述连接板与所述支撑竖板呈设定倾角设置并与所述叶片壳体的弧面相适应。

进一步的，位于所述前缘部的所述腹板的两所述连接板分别与所述迎风面和所述背风面内侧相抵接，位于所述中间部的所述腹板的两所述连接板分别与两所述连接梁相抵接。

进一步的，所述连接板通过结构胶与所述叶片壳体或者所述连接梁固定连接。

进一步的，所述连接梁一体设置，包括环梁体和设置在其同侧的主梁帽和辅梁帽，所述主梁帽和所述辅梁帽均沿所述叶片壳体轴向设置，并配合所述环梁体在二者间形成所述断口部。

进一步的，所述连接结构设置在所述环梁体上，包括沿所述叶片壳体环向设置的多个第一环孔和多个第二环孔，所述第一环孔和所述第二环孔交错设置，且所述第一环孔更靠近所述环梁体端面，所述第一环孔设置为圆形通孔，所述第二环孔设置为葫芦形通孔；

所述第一环孔和所述第二环孔分别与所述第一轴孔和所述第二轴孔相连通，所述第一轴孔和所述第二轴孔均设置在所述环梁体端面并沿所述叶片壳体轴向延伸设置。

进一步的，所述连接件包括圆柱形螺母、双头螺栓、半圆柱垫片和圆螺母，所述圆柱形螺母和所述半圆柱垫片分别设置在所述第一环孔和所述第二环孔中；

所述双头螺栓分别设置在所述第一轴孔和所述第二轴孔中，所述双头螺栓的一端与所述圆柱形螺母螺接，或者穿过所述半圆柱垫片与所述圆螺母螺接。

进一步的，沿所述叶片壳体环向设置的相邻两所述辅梁板之间设置有T型梁，所述T型梁通过与其纵板垂直设置的横板与两所述辅梁板固定连接；

在所述辅梁板朝向所述叶片壳体的一侧对应所述横板设置有搭边，所述搭边朝向其远离所述叶片壳体的一侧内凹设置，且其凹陷深度与所述横板厚度相适应。

一种分段式叶片模块结构的成型方法，应用于上述分段式叶片模块结构，包括如下步骤：

采用复合材料分别预制连接梁、后缘梁、辅梁板和腹板，将辅梁板与连接梁的断口部相拼接，并粘接在腹板两侧形成中部支架，对应叶片前缘部设置的腹板沿叶片轴向设置形成前缘支架；

将前缘支架、中部支架和后缘梁沿叶片弦长方向依次设置，形成承载结构，将叶片壳体包覆在承载结构外部并粘接固定；

最后在连接梁的环向和轴向进行打孔操作，形成第一环孔和第二环孔，并在叶片壳体的端部开设舱门槽口。

进一步的，在各梁体的预制过程中，使连接梁的轴向长度与叶片壳体的轴向长度等长设置，使后缘梁的长度超出或者短于叶片壳体的轴向长度；

在中部支架的拼装过程中，在连接梁的主梁帽和辅梁帽处分别设置有腹板。

本发明的有益效果为：

在本发明中，通过复合材料一体成型的梁体和腹板搭制出承载框架，其中梁体与叶片壳体内壁贴合设置，使承载框架形成符合叶片的轮廓形状，通过包覆在承载框架上的蒙皮形成叶片壳体；其中，辅梁板配合连接梁和后缘梁与叶片壳体的中间部至后缘部的区域对应设置，确保梁体与叶片壳体间足够的接触面积，避免叶片壳体失稳，确保分段式叶片模块的结构稳定性；采用复合材料制造并搭制承载框架，在确保叶片模块结构稳定性的同时，能够进一步实现叶片模块的轻量化设计；

连接梁设置在叶片壳体与腹板之间，将连接梁的两侧表面分别与腹板和叶片壳体固定连接，确保连接梁的结构稳定性，进而选择将连接相邻两分段式叶片模块的连接结构设置在连接梁处，确保两叶片模块的稳固连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中分段式叶片模块的结构示意图；

图2为本发明实施例中承载框架与叶片壳体的结构示意图；

图3为本发明实施例中承载框架的***结构示意图；

图4为本发明实施例中连接梁的结构示意图；

图5为本发明实施例中连接件与连接结构的安装示意图；

图6为本发明实施例中叶片壳体一侧梁体的结构示意图；

图7为图6中A处的局部结构放大图；

图8为本发明实施例中腹板的结构示意图；

图9为本发明实施例中两叶片模块的连接示意图；

图10为本发明实施例中两叶片模块连接完成后的示意图。

附图标记：1、叶片壳体；11、迎风面；12、背风面；13、前缘部；14、中间部；15、后缘部；16、舱门槽口；2、梁体；21、连接梁；211、环梁体；212、主梁帽；213、辅梁帽；214、断口部；22、后缘梁；23、辅梁板；231、搭边；24、连接结构；241、第一环孔；242、第二环孔；243、第一轴孔；244、第二轴孔；25、连接件；251、圆柱形螺母；252、双头螺栓；253、半圆柱垫片；254、圆螺母；26、T型梁；261、纵板；262、横板；3、腹板；31、支撑竖板；32、连接板；42、中部支架；41、前缘支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图10所示的一种分段式叶片模块结构，包括叶片壳体1和设置其内的梁体2和腹板3，叶片壳体1包括一体设置的迎风面11和背风面12，梁体2与叶片壳体1贴合设置，并通过腹板3支撑迎风面11和背风面12；叶片壳体1沿其弦长方向设置为前缘部13、中间部14和后缘部15，梁体2包括连接梁21、后缘梁22和辅梁板23，连接梁21分别与迎风面11和背风面12的中间部14对应设置，后缘梁22与后缘部15对应设置，辅梁板23嵌设在连接梁21的断口部214以及连接梁21与后缘梁22之间；在连接梁21的一端设置有连接结构24，相邻两叶片模块通过设置在连接结构24中的连接件25固定连接。

在本发明中，通过复合材料一体成型的梁体2和腹板3搭制出承载框架，其中梁体2与叶片壳体1内壁贴合设置，使承载框架形成符合叶片的轮廓形状，通过包覆在承载框架上的蒙皮形成叶片壳体1；其中，辅梁板23配合连接梁21和后缘梁22与叶片壳体1的中间部14至后缘部15的区域对应设置，确保梁体2与叶片壳体1间足够的接触面积，避免叶片壳体1失稳，确保分段式叶片模块的结构稳定性；采用复合材料制造并搭制承载框架，在确保叶片模块结构稳定性的同时，能够进一步实现叶片模块的轻量化设计。

如图1至图3所示，连接梁21设置在叶片壳体1与腹板3之间，将连接梁21的两侧表面分别与腹板3和叶片壳体1固定连接，确保连接梁21的结构稳定性，进而选择将连接相邻两分段式叶片模块的连接结构24设置在连接梁21处，实现两叶片模块的稳固连接。

在本实施例中，如图8所示，腹板3沿叶片壳体1的轴向设置，并在叶片壳体1的弦长方向设置有多个；腹板3设置为工字型结构，包括支撑竖板31和其两侧的连接板32，连接板32与支撑竖板31呈设定倾角设置并与叶片壳体1的弧面相适应。

进一步的，参见图9所示，位于前缘部13的腹板3的两连接板32分别与迎风面11和背风面12内侧相抵接，位于中间部14的腹板3的两连接板32分别与两连接梁21相抵接。

其中，连接板32通过结构胶与叶片壳体1或者连接梁21固定连接。

作为上述腹板3结构的优选实施例，如图8所示，所述腹板3上的支撑竖板31沿叶片轴线设置为直板，且在支撑竖板31靠近叶片模块的连接端的一端设置有弧形凹槽，能够消除腹板3端部的应力集中，提高腹板3的承载能力。

在本实施例中，如图4和图5所示，连接梁21一体设置，包括环梁体211和设置在其同侧的主梁帽212和辅梁帽213，主梁帽212和辅梁帽213均沿叶片壳体1轴向设置，并配合环梁体211在二者间形成断口部214。

主梁帽212和辅梁帽213分别靠近叶片壳体1的前缘部13和后缘部15设置，且主梁帽212的厚度大于辅梁帽213的厚度。

如图6所示，在连接梁21的断口部214同样嵌设有辅梁板23，使连接梁21的边沿能够在叶片环向上与辅梁板23相抵接，对承载来自叶片壳体1的力实现在承载框架上的环向传递，确保承载结构的受力稳定性，同时能够增加承载结构与叶片壳体1的接触面接，提高叶片模块的结构稳定性。

连接结构24设置在环梁体211上，包括沿叶片壳体1环向设置的多个第一环孔241和多个第二环孔242，第一环孔241和第二环孔242交错设置，且第一环孔241更靠近环梁体211端面，第一环孔241设置为圆形通孔，第二环孔242设置为葫芦形通孔；

第一环孔241和第二环孔242分别与第一轴孔243和第二轴孔244相连通，第一轴孔243和第二轴孔244均设置在环梁体211端面并沿叶片壳体1轴向延伸设置。

第一环孔241和第二环孔242分别设置在叶片的不同环向位置处，交错开设第一环孔241和第二环孔242使相邻两叶片模块上的连接结构24均匀布设，能够避免在两叶片模块中的两连接梁21单侧损坏，确保连接梁21的承载能力。

连接件25包括圆柱形螺母251、双头螺栓252、半圆柱垫片253和圆螺母254，圆柱形螺母251和半圆柱垫片253分别设置在第一环孔241和第二环孔242中；

双头螺栓252分别设置在第一轴孔243和第二轴孔244中，双头螺栓252的一端与圆柱形螺母251螺接，或者穿过半圆柱垫片253与圆螺母254螺接。

葫芦形通孔便于圆螺母254与双头螺栓252端部的旋紧固定，确保在使用工具旋紧圆螺母254的过程中不受空间限制，便于操作。

如图7所示，沿叶片壳体1环向设置的相邻两辅梁板23之间设置有T型梁26，T型梁26通过与其纵板261垂直设置的横板262与两辅梁板23固定连接；

在辅梁板23朝向叶片壳体1的一侧对应横板262设置有搭边231，搭边231朝向其远离叶片壳体1的一侧内凹设置，且其凹陷深度与横板262厚度相适应。确保梁体2与叶片壳体1连接面的平整。

一种分段式叶片模块结构的成型方法，包括如下步骤：

采用复合材料分别预制连接梁21、后缘梁22、辅梁板23和腹板3，将辅梁板23与连接梁21的断口部214相拼接，并粘接在腹板3两侧形成中部支架42，对应叶片前缘部13设置的腹板3沿叶片轴向设置形成前缘支架41；

将前缘支架41、中部支架42和后缘梁22沿叶片弦长方向依次设置，形成承载结构，将叶片壳体1包覆在承载结构外部并粘接固定；

最后在连接梁21的环向和轴向进行打孔操作，形成第一环孔241和第二环孔242，并在叶片壳体1的端部开设舱门槽口16。

在各梁体2的预制过程中，使连接梁21的轴向长度与叶片壳体1的轴向长度等长设置，使后缘梁22的长度超出或者短于叶片壳体1的轴向长度；

在中部支架42的拼装过程中，在连接梁21的主梁帽212和辅梁帽213处分别设置有腹板3。

其中，后缘梁22伸出或者缩回叶片壳体1的端面设置，相邻两叶片模块中的后缘梁22端部相互抵接，使两叶片模块在连接过程中，伸出叶片壳体1端面的后缘梁22与另一叶片壳体1的后缘部15之间形成插接结构，增强连接强度以及稳定性。

相连两叶片模块上对应设置在两舱门槽口16在连接完成后形成舱门孔，便于人工进出，对舱门孔的法兰面涂胶，并采用粘铆连接方式覆盖固定一层外蒙皮，将孔位恢复形成连续气动外形，再对连接区域处的叶片壳体1外侧沿其环向手糊双层双轴布，增强连接结构24。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种分段式叶片模块结构，其特征在于，包括：叶片壳体和设置其内的梁体和腹板，所述叶片壳体包括一体设置的迎风面和背风面，所述梁体与所述叶片壳体贴合设置，并通过所述腹板支撑所述迎风面和所述背风面；

所述叶片壳体沿其弦长方向设置为前缘部、中间部和后缘部，所述梁体包括连接梁、后缘梁和辅梁板，所述连接梁分别与所述迎风面和所述背风面的中间部对应设置，所述后缘梁与所述后缘部对应设置，所述辅梁板嵌设在所述连接梁的断口部以及所述连接梁与所述后缘梁之间；

在所述连接梁的一端设置有连接结构，相邻两叶片模块通过设置在所述连接结构中的连接件固定连接；

所述连接梁一体设置，包括环梁体和设置在其同侧的主梁帽和辅梁帽，所述主梁帽和所述辅梁帽均沿所述叶片壳体轴向设置，并配合所述环梁体在二者间形成所述断口部。

2.根据权利要求1所述的分段式叶片模块结构，其特征在于，所述腹板沿所述叶片壳体的轴向设置，并在所述叶片壳体的弦长方向设置有多个；

所述腹板设置为工字型结构，包括支撑竖板和其两侧的连接板，所述连接板与所述支撑竖板呈设定倾角设置并与所述叶片壳体的弧面相适应。

3.根据权利要求2所述的分段式叶片模块结构，其特征在于，位于所述前缘部的所述腹板的两所述连接板分别与所述迎风面和所述背风面内侧相抵接，位于所述中间部的所述腹板的两所述连接板分别与两所述连接梁相抵接。

4.根据权利要求3所述的分段式叶片模块结构，其特征在于，所述连接板通过结构胶与所述叶片壳体或者所述连接梁固定连接。

5.根据权利要求1所述的分段式叶片模块结构，其特征在于，所述连接结构设置在所述环梁体上，包括沿所述叶片壳体环向设置的多个第一环孔和多个第二环孔，所述第一环孔和所述第二环孔交错设置，且所述第一环孔更靠近所述环梁体端面，所述第一环孔设置为圆形通孔，所述第二环孔设置为葫芦形通孔；

所述第一环孔和所述第二环孔分别与第一轴孔和第二轴孔相连通，所述第一轴孔和所述第二轴孔均设置在所述环梁体端面并沿所述叶片壳体轴向延伸设置。

6.根据权利要求5所述的分段式叶片模块结构，其特征在于，所述连接件包括圆柱形螺母、双头螺栓、半圆柱垫片和圆螺母，所述圆柱形螺母和所述半圆柱垫片分别设置在所述第一环孔和所述第二环孔中；

所述双头螺栓分别设置在所述第一轴孔和所述第二轴孔中，所述双头螺栓的一端与所述圆柱形螺母螺接，或者穿过所述半圆柱垫片与所述圆螺母螺接。

7.根据权利要求1所述的分段式叶片模块结构，其特征在于，沿所述叶片壳体环向设置的相邻两所述辅梁板之间设置有T型梁，所述T型梁通过与其纵板垂直设置的横板与两所述辅梁板固定连接；

在所述辅梁板朝向所述叶片壳体的一侧对应所述横板设置有搭边，所述搭边朝向其远离所述叶片壳体的一侧内凹设置，且其凹陷深度与所述横板厚度相适应。

8.一种分段式叶片模块结构的成型方法，应用于上述权利要求1~7任一项所述的分段式叶片模块结构，其特征在于，包括如下步骤：

采用复合材料分别预制连接梁、后缘梁、辅梁板和腹板，将辅梁板与连接梁的断口部相拼接，并粘接在腹板两侧形成中部支架，对应叶片前缘部设置的腹板沿叶片轴向设置形成前缘支架；

将前缘支架、中部支架和后缘梁沿叶片弦长方向依次设置，形成承载结构，将叶片壳体包覆在承载结构外部并粘接固定；

最后在连接梁的环向和轴向进行打孔操作，形成第一环孔和第二环孔，并在叶片壳体的端部开设舱门槽口。

9.根据权利要求8所述的分段式叶片模块结构的成型方法，其特征在于，在各梁体的预制过程中，使连接梁的轴向长度与叶片壳体的轴向长度等长设置，使后缘梁的长度超出或者短于叶片壳体的轴向长度；

在中部支架的拼装过程中，在连接梁的主梁帽和辅梁帽处分别设置有腹板。

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