筒體、分段式葉片及風力發電機的製作方法
2023-05-22 08:27:31 3
本實用新型涉及風力發電技術領域，具體而言，涉及一種筒體、分段式葉片及風力發電機。
背景技術：
目前，世界範圍的不可再生能源趨於枯竭，並且燃燒石油和煤炭造成的汙染已經危及人類的生存，綠色能源的開發利用越來越被各個國家所重視。目前風力發電行業在中國已經開始了大規模的擴張。在過去10年中，中國風力發電得到快速發展，裝機容量從1990年的2萬千瓦增長到1999年的26.8萬千瓦，到2010年中國風力發電裝機容量超過500萬千瓦，中國正成為世界上風力發電最發達的國家之一。
隨著風電裝備朝著大型化發展，風機葉片作為風能捕獲的關鍵部件，其主要採用玻璃鋼複合材料製作，模具成型生產，葉片由PS面和SS面兩面膠粘而成，葉片製成後整體運輸。其設計製造面臨著越來越多的困難，特別是隨著風機功率的增加，葉片的長度越來越長，甚至達到100米以上，葉片的長度越長，所需模具越長，成本越高。在我國南方、西南方，多山地丘陵，給長葉片的運輸帶來了很大的挑戰。
並且，在相關技術中，風機葉片均採用封閉型筒體，內部檢修困難。如果繼續採用現有葉片的生產方式，會帶來製造工藝難、材料成本高、運輸難度大及內部檢修困難的問題。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於提供一種筒體、分段式葉片及風力發電機，以解決葉片製造成本高、運輸不便、內部檢修困難的技術問題。
本實用新型提出一種筒體，所述筒體包括大梁及桁架，所述大梁包括相對設置的第一大梁和第二大梁，所述桁架包括相對設置的第一桁架和第二桁架，所述第一桁架固接於所述第一大梁和第二大梁之間，所述第二桁架固接於所述第一大梁和第二大梁之間，並與所述第一桁架間隔設置。
進一步地，所述第一桁架包括並列設置的兩根第一主弦管以及第一腹管，所述兩根第一主弦管分別與所述第一大梁和第二大梁固接，所述第一腹管固接於所述兩根第一主弦管之間。
進一步地，所述第二桁架包括並列設置的兩根第二主弦管以及第二腹管，所述兩根第二主弦管分別與所述第一大梁和第二大梁固接，所述第二腹管固接於所述兩根第二主弦管之間。
進一步地，所述第一大梁和第二大梁為圓弧面板或多邊形彎板。
本實用新型還提出一種分段式葉片，包括葉片結構，所述葉片結構包括前述的筒體。
進一步地，所述筒體的第一大梁靠近所述分段式葉片的迎風面設置，所述筒體的第二大梁靠近所述分段式葉片的背風面設置；所述筒體的第一桁架靠近所述分段式葉片的前緣設置，第二桁架靠近所述分段式葉片的後緣設置。
進一步地，所述葉片結構還包括翼型板及蒙皮，所述翼型板套設於所述筒體的外周，所述蒙皮蒙覆於所述翼型板上以形成葉片氣動外形。
進一步地，所述葉根還包括桁條，所述桁條穿插於所述翼型板之間，所述蒙皮蒙覆於所述桁條上。
進一步地，所述筒體的端部設有法蘭，所述法蘭上設有多個螺栓孔。
本實用新型還提出一種風力發電機，包括風機輪轂，所述風機輪轂上安裝有前述的分段式葉片。
相對現有技術，本實用新型具有以下有益效果：本實用新型提供的一種筒體、分段式葉片及風力發電機，筒體採用大梁與桁架組合的方式，其橫截面的大小可以根據葉片的受力情況進行調整，能夠充分利用材料，具有良好的力學性能；桁架具有重量輕、方便檢修的特點，翼型板套設於筒體的外周，蒙皮與翼型板、桁條進行連接之後形成葉片氣動外形。分段式葉片將葉根與葉尖之間進行可拆卸連接，這樣，可以將葉片分段製造，並分段運輸到目的地後再進行組裝，方便運輸，降低了葉片的製造成本及運輸成本。
為使本實用新型的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本實用新型的範圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
圖1示出了本實用新型所提供的一種分段式葉片的示意圖。
圖2示出了圖1中的A部分的放大示意圖。
圖3示出了圖1中的B部分的放大示意圖。
圖4示出了本實用新型所提供的一種葉根的分解示意圖。
圖5示出了本實用新型所提供的一種葉根的內部結構示意圖。
圖6示出了本實用新型所提供的一種筒體的示意圖。
圖7示出了本實用新型所提供的一種筒體的分解示意圖。
主要元件符號說明
分段式葉片1，葉根10，葉尖20，筒體11，前緣12，翼型板13，後緣14，蒙皮15，迎風面16，桁條17，背風面18，法蘭19，大梁111，桁架113，第一大梁1111，第二大梁1112，第一桁架1131，第二桁架1132，第一主弦管1133，第一腹管1135，第二主弦管1137，第二腹管1139，連接件30，螺栓孔191。
具體實施方式
目前，世界範圍的不可再生能源趨於枯竭，並且燃燒石油和煤炭造成的汙染已經危及人類的生存，綠色能源的開發利用越來越被各個國家所重視。目前風力發電行業在中國已經開始了大規模的擴張。在過去10年中，中國風力發電得到快速發展，裝機容量從1990年的2萬千瓦增長到1999年的26.8萬千瓦，到2010年中國風力發電裝機容量超過500萬千瓦，中國正成為世界上風力發電最發達的國家之一。
隨著風電裝備朝著大型化發展，風機葉片作為風能捕獲的關鍵部件，其主要採用玻璃鋼複合材料製作，模具成型生產，葉片由PS面和SS面兩面膠粘而成，葉片製成後整體運輸。其設計製造面臨著越來越多的困難，特別是隨著風機功率的增加，葉片的長度越來越長，甚至達到100米以上，葉片的長度越長，所需模具越長，成本越高。在我國南方、西南方，多山地丘陵，給長葉片的運輸帶來了很大的挑戰。
並且，在相關技術中，風機葉片均採用封閉型筒體，內部檢修困難。如果繼續採用現有葉片的生產方式，會帶來製造工藝難、材料成本高、運輸難度大及內部檢修困難的問題。
有鑑於此，發明人經過長期觀察和研究發現，提供了一種筒體、葉片分段結構及分段式葉片，筒體採用大梁與桁架組合的方式，其橫截面的大小可以根據受力情況調整，能充分利用材料，具有良好的力學性能；桁架結構具有重量輕、方便檢修的特點，翼型板套設於筒體外周，蒙皮與翼型板連接之後能夠形成準確的葉片氣動外形。
下面將結合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本實用新型的範圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例。基於本實用新型的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
第一實施例
請參閱圖1，本實用新型的第一實施例提供一種分段式葉片1，包括多段葉片結構。在本實施例中，該分段式葉片1包括二段葉片結構，分別為葉根10和葉尖20，葉根10和葉尖20可拆卸連接。分段式葉片1上彎曲度較大的邊緣為後緣14，較平直的邊緣為前緣12。
請參閱圖2，示出了圖1中的A部分的放大示意圖。葉根10與葉尖20通過連接件30可拆卸地連接，其中葉根10與葉尖20相連接的一端設有法蘭19，法蘭19上布置有多個螺栓孔191。連接件30可以為螺栓，螺栓與法蘭10上的螺栓孔191螺接以將葉根10和葉尖20連接起來。
請參閱圖3，示出了圖1中的B部分的放大示意圖。葉根10在其遠離葉尖20的一端也設有法蘭19，法蘭19用於與風機輪轂連接。葉片1迎風的一面為迎風面16(pressure side，PS面)，葉片1背風的一面為背風面18(suction side，SS面)。
請參閱圖4，示出了本實用新型實施例提供的葉根10的分解示意圖。葉根10包括筒體11、翼型板13、蒙皮15以及桁條17。所述翼型板13套設於所述筒體11的外周，所述桁條17穿插於翼型板13之間，所述蒙皮15蒙覆於所述桁條17以及翼型板13上。
請結合參閱圖5，翼型板13採用薄板結構，其為中間具有通孔的環狀結構，以套設於筒體11的外周。在本實施例中，該翼型板13的外形輪廓與葉片對應位置處的葉素輪廓一致，多個翼型板13的頂端連線形成流暢的葉片後緣14。多個翼型板13沿著筒體11的展向依次間隔套設於筒體11的外周，桁條17穿插於多個翼型板13之間，相鄰的兩個翼型板13之間設有蒙皮15以形成葉片氣動外形。其中，翼型板13可以通過焊接的方式與筒體11連接，蒙皮15可以通過鉚釘、點焊或者螺栓與桁條17及翼型板13連接。
請參閱圖6，示出了本實用新型所提供的一種筒體11的示意圖。筒體11作為風機葉片主要的承載部件，包括大梁111及桁架113。請同時參閱圖7，示出了本實用新型所提供的一種筒體11的分解示意圖。大梁111包括相對設置的第一大梁1111和第二大梁1112，第一大梁1111靠近葉片1的迎風面16，第二大梁1112靠近葉片1的背風面18。第一大梁1111和第二大梁1112可以採用高強鋼板經折彎成型，可折彎成圓弧面板或多邊形彎板。為充分利用材料，提高抗彎性能，第一大梁1111和第二大梁1112儘可能靠近葉片1的氣動外形表面。第一大梁1111和第二大梁1112的寬度以及第一大梁1111與第二大梁1112之間的高度從葉根10到葉尖20的方向逐漸遞減，以適應葉片的氣動外形。桁架113包括相對設置的第一桁架1131和第二桁架1132，所述第一桁架1131靠近葉片的前緣12，第二桁架1132靠近葉片的後緣14，所述第一桁架1131和第二桁架1132均固接於所述第一大梁1111和第二大梁1112之間，並間隔設置。
進一步的，第一桁架1131包括並列設置的兩根第一主弦管1133和若干第一腹管1135，第二桁架1132包括兩根並列設置第二主弦管1137和若干第二腹管1139，第一主弦管1133、第二主弦管1137、第一腹管1135以及第二腹管1139均可採用鋼管焊接而成，鋼管可為圓管或矩形管或高強鋼板折彎成型。兩根第一主弦管1133分別與所述第一大梁1111和第二大梁1112連接，兩根第二主弦管1137分別與所述第一大梁1111和第二大梁1112連接。在本實施例中，兩根第一主弦管1133分別焊接於所述第一大梁1111和第二大梁1112相對的一側，兩根第二主弦管1137分別焊接於所述第一大梁1111和第二大梁1112相對的另一側。若干第一腹管1135焊接於兩根第一主弦管1133之間，若干第二腹管1139焊接於兩根第二主弦管1137之間。由於筒體11採用大梁111與桁架113組合的方式，其橫截面大小可以根據葉片的受力情況在製造時進行調整，能夠充分利用材料，具有良好的力學性能。
在本實施例中，葉尖20除了其葉素輪廓與葉根10的葉素輪廓不一致以外，葉尖20的結構可以與上述葉根10的結構完全相同，也就是說，上述的筒體11、翼型板13、蒙皮15以及桁條17也同樣適用於葉尖20。在此不再贅述。另外，由於葉尖20處的內部空間比較小，不適宜製造複雜的結構，因此，葉尖20的結構也可以與上述葉根10的結構不同，例如，葉尖20採用玻璃鋼複合材料製作，經模具成型生產出PS面和SS面，再將PS面和SS面兩面膠粘而成。
需要說明的是，本實用新型的分段式葉片1並不限於上述的葉根10和葉尖20兩段葉片結構，在本實用新型的其他實施例中，分段式葉片1還可依據實際需要，分為三段或三段以上的葉片結構，每段葉片結構之間可以通過法蘭依次連接以形成分段式葉片。
第二實施例
本實用新型的第二實施例提供一種風力發電機，風力發電機包括風機輪轂(圖未示)，在風機輪轂上安裝有上述的分段式葉片1，即將葉根10通過法蘭19與風機輪轂連接。由於安裝了上述的分段式葉片1，該風力發電機也具有相同的有益效果。
本實用新型第二實施例提供的一種風力發電機，蒙皮15與翼型板13以及桁條17連接後形成葉片氣動外形，風作用於葉片上的力通過蒙皮15傳遞給翼型板13，再由翼型板13傳遞到筒體11，並通過筒體11最終作用於與筒體11連接的風機輪轂上以進行發電。
本實用新型提供的一種筒體、分段式葉片及風力發電機，筒體採用大梁與桁架組合的方式，其橫截面的大小可以根據葉片的受力情況進行調整，能夠充分利用材料，具有良好的力學性能；桁架結構具有重量輕、方便檢修的特點，翼型板套設於筒體的外周，蒙皮與翼型板、桁條進行連接之後能夠形成葉片氣動外形。分段式葉片採用葉根及葉尖至少兩段結構進行可拆卸連接，這樣，可以將葉片分段製造，並分段運輸到目的地後再進行組裝，方便運輸，並且降低了風機葉片的製造成本及運輸成本。
在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
在本實用新型的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該實用新型產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」等僅用於區分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。