一种扭转式风力发电叶片的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，特别是一种扭转式风力发电叶片。


背景技术：

2.风机叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，在设计过程中，需要考量叶片的结构是否能够提高捕风能力、促使风机转动、防止扰流等等。现有的风机叶片通常都是设计成流线型结构，截面尺寸沿叶根部到叶尖部逐渐减小，类似于机翼形状，以保证叶片具有良好气动性能。且为了提高捕风能力，现有的风机叶片通常设置扭角，即风机叶片各个位置的扭角是连续的，不是断开的，即使叶片设计成最优叶片，但出力不一样，因为叶片不同位置所受的线速度方向与风力方向不同，那么所受合力方向就不同，这种扭角设计仍旧无法保证叶片各个位置的合速度方向处于一条线上，尤其是叶根与叶尖处的合速度方向不在一条线上。另外，连续的扭角设计难度大，工艺复杂，成本高。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种工艺简单，整体捕风效率高，出力显著的扭转式风力发电叶片。
4.本发明的技术方案是：一种扭转式风力发电叶片，包括由多段叶片构成的叶片本体；所述叶片本体沿叶尖部到叶根部所设置的各段叶片的扭角逐渐增大，所述叶片本体的整个截面通过不同大小的扭角形成阶梯状。
5.进一步，所述叶片本体的叶尖部的扭角为零，且各段叶片沿叶尖部到叶根部的扭角依次增大。
6.进一步，所述叶片本体除叶尖部的其它各段叶片均进行错位扭转，形成不连续的扭角。
7.进一步，所述各段叶片沿长度方向的中心轴朝同一方向扭转，产生扭角。
8.进一步，所述叶片本体的截面形状沿叶尖部到叶根部逐渐增大。
9.进一步，所述叶片本体的截面形状渐变，两侧形成锯齿状或类锯齿状。
10.进一步，所述叶片本体沿长度方向分成多段叶片，各段叶片均包括蒙皮和用于支撑蒙皮的骨架，骨架与蒙皮的形状相适配；各段叶片之间焊接、铆接或螺接。
11.进一步，所述叶片本体的内腔连接有叶茎部，且叶茎部沿叶片本体的叶根侧延伸出，与轮毂连接。
12.进一步，所述骨架包括若干根曲面形状的环形板，并通过工字钢将各环形板串接成一体，骨架内腔设有加强结构。
13.进一步，所述蒙皮为铝合金材质。
14.本发明的有益效果：本发明一方面通过将叶片本体分段设计，且每段叶片的扭角沿叶尖部到叶根部逐渐增大，能够与叶尖处的合速度方向处于一条线，使各段叶片都处于最佳性能，大大提高整
个叶片本体的捕风效率，出力显著，而且还提高了叶片本体的抗弯扭强度；另一方面，另一方面，通过将叶片本体除叶尖部的其它各段叶片进行错位扭转连接，形成不连续的扭角，设计简单，相比连续性扭角的工艺大大简化，降低成本。
15.本发明通过将叶片本体设计成截面渐变结构，能够实现最佳优化，保证叶片本体具有良好气动性能，且每段叶片通过设置环形板和工字型连接件，且环形板采用平板直接激光下料，能够保证每段叶片的不同位置的截面形状完全相同，大大提高制作精度，且保证各截面受力均匀；并且通过工字型连接件提高连接强度，且便于与蒙皮连接。
附图说明
16.图1是本发明实施例叶片本体的结构示意图；图2是本发明实施例叶片本体连接叶茎部的结构示意图；图3是本发明实施例一段叶片的结构示意图；图4是图3所示实施例叶片内部的骨架结构示意图；图5是图1所示实施例的部分结构放大示意图。
17.附图标识说明：1.叶片本体；2.叶片；3.叶茎部；11.叶尖部；12.叶根部；21.蒙皮；22.骨架；23.叶桁架；221.环形板；222.工字型连接件。
实施方式
18.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
19.如图1~图5所示：一种扭转式风力发电叶片，包括由多段叶片2构成的叶片本体1；各段叶片2为扭转结构，具有扭角，所述叶片本体1沿叶尖部11到叶根部12所设置的各段叶片的扭角逐渐增大，使叶片本体1的整个截面形成阶梯状。
20.上述方案具有以下优点：现有的叶片都会设置扭角，来保证叶片迎风区域具有最佳的攻角，然而现有叶片是通过在叶片表面进行截面形状改变，形成扭角，这种结构所形成的扭角是连续的；而本发明是将叶片本体分成若干段叶片，相邻段叶片之间错位扭转，使相邻叶片之间形成夹角，从而设置不同的扭角，形成阶梯状，因此本发明的扭角是断开的、不连续的；本发明的这种设计相比连续的扭角而言，一方面能够大大提高捕风效率，叶片每个位置的捕风效率都较高，进而提高风电出力；另一方面还能提高叶片本体的抗弯扭强度。因为即使每段叶片设计成最优叶片，但出力不一样，因为叶片不同位置所受的线速度方向与风力方向不同，那么所受合力方向就不同。例如，当多个叶片本体安装形成风轮后，风轮按目标方向进行旋转，在旋转过程中，若叶片本体不设计成本发明的扭角结构，假设风速为10m/s，叶片本体的叶根处的线速度为10m/s，那么叶片本体的叶尖处的线速度可能就达到了60m/s，这样叶根处的合速度方向和叶尖处的合速度方向就不在一条线上，因此必须要保证每段叶片的扭角是变化的，才能保证叶片本体各个位置的捕风效率，而现有的连续性扭角不会达到本发明的技术效果。
21.本实施例中，通过将各段叶片11的扭角设计的不同，且沿叶片本体1沿叶尖部11到叶根部12所设置的各段叶片的扭角逐渐增大。具体地，本发明将叶尖部11的扭角设计成0，即叶尖部11的那段叶片水平设置，不产生扭角，然后靠叶尖部11那段叶片设置的第二段叶
片则产生扭角，依次类推，第三段叶片的扭角大于第二段叶片的扭角，而位于叶根部12的那段叶片的扭角最大，从而形成断开的、不连续的扭角。之所以这样设置，是因为叶尖部的线速度较叶片本体其它位置处的线速度大，而叶根处的线速度小，将除叶尖部的其它段叶片的扭角依次增大，能够保持每段叶片的合速度方向与叶尖处的合速度方向在一条线上，或者是接近一条线，从而提高整个叶片本体的捕风效率，出力显著。
22.本实施例中，各段叶片2沿长度方向的中心轴朝同一方向扭转，产生扭角。各段叶片扭角的大小只要能够保证与叶尖处的合速度方向处于一条线或者接近一条线即可。
23.本实施例中，叶片本体1沿长度方向分成多段叶片2，通常为3~10段，可根据叶片的尺寸进行设计。每段叶片2设计成等截面结构，且沿叶根部12到叶尖部11的各段叶片依次进行截面渐变，即叶片本体1的截面形状沿叶根部到叶尖部逐渐减小，且两侧形成锯齿状。优选地，每段叶片2的截面形状为水滴状，上下曲面对称设置。每段叶片2均包括蒙皮21和骨架22，骨架22内还可设置加强结构。其中骨架22包括多个水滴状的环形板221以及多个将环形板串接成一体的工字型连接件222，而且多个环形板221是通过平板直接激光下料形成的完全相同的结构，当工字型连接件222将多个环形板221串接成一体后，与蒙皮21连接，使该段叶片的各个截面形状均保持一致，大大提高制造精度。而且工字型连接件222作为受力件，能够大大提高骨架的强度。本实施例中，环形板221的截面形状也为工字型，刚好其边沿能够与工字型连接件222的边沿进行连接，增加接触面积，提高连接强度。蒙皮21与工字型连接件222之间铆接，不仅便于拆卸、回收利用，而且安装工艺简单，拼装速度快。
24.本实施例中，叶片本体1的内腔连接有叶茎部3，叶茎部3与骨架22进行连接，且叶茎部3沿叶片本体1的叶根侧延伸出，与轮毂连接。叶茎部3为桁架结构。
25.本实施例中，蒙皮21采用铝合金材质，优选采用航空铝合金，强度及寿命与飞机相当，耐用60年，投资回报最高可达13倍，比任何化石能源更经济（传统风叶为树脂玻纤或碳纤，寿命最多20年，废弃后成为有毒垃圾，是世界难题）。另外，因采用航空铝合金，强度高重量轻，这样就可将捕风效益最高的叶尖部分做宽，比传统叶片宽5~7倍，成倍延长年发电小时；并使风轮转速比传统风电低1/3，噪音低5~8倍。且蒙皮采用铝合金材质，与骨架的结构相结合，在保证强度的同时，还能大大提高轻量化。
26.本实施例中，各段叶片2之间通过骨架22进行连接；或者通过骨架22内的加强结构进行连接。例如在骨架内设置叶桁架23，相邻段叶片的骨架之间通过叶桁架呈夹角连接，形成扭角。
27.综上所述，本发明一方面通过将叶片本体分段设计，且每段叶片的扭角沿叶尖部到叶根部逐渐增大，能够与叶尖处的合速度方向处于一条线，使各段叶片都处于最佳性能，大大提高整个叶片本体的捕风效率，出力显著，而且还提高了叶片本体的抗弯扭强度；另一方面，通过将叶片本体除叶尖部的其它各段叶片进行错位扭转连接，形成不连续的扭角，设计简单，相比连续性扭角的工艺大大简化，降低成本。
28.另外，本发明还通过将叶片本体设计成截面渐变结构，能够实现最佳优化，保证叶片本体具有良好气动性能，且每段叶片通过设置环形板和工字型连接件，且环形板采用平板直接激光下料，能够保证每段叶片的不同位置的截面形状完全相同，大大提高制作精度，且保证各截面受力均匀；并且通过工字型连接件提高连接强度，且便于与蒙皮连接。

技术特征：
1.一种扭转式风力发电叶片，包括由多段叶片构成的叶片本体；其特征在于，所述叶片本体沿叶尖部到叶根部所设置的各段叶片的扭角逐渐增大，所述叶片本体的整个截面通过不同大小的扭角形成阶梯状。2.根据权利要求1所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述叶片本体的叶尖部的扭角为零，且各段叶片沿叶尖部到叶根部的扭角依次增大。3.根据权利要求1所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述叶片本体除叶尖部的其它各段叶片均进行错位扭转，形成不连续的扭角。4.根据权利要求1所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述各段叶片沿长度方向的中心轴朝同一方向扭转，产生扭角。5.根据权利要求1所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述叶片本体的截面形状沿叶尖部到叶根部逐渐增大。6.根据权利要求5所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述叶片本体的截面形状渐变，两侧形成锯齿状或类锯齿状。7.根据权利要求1所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述叶片本体沿长度方向分成多段叶片，各段叶片均包括蒙皮和用于支撑蒙皮的骨架，骨架与蒙皮的形状相适配；各段叶片之间焊接、铆接或螺接。8.根据权利要求1所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述叶片本体的内腔连接有叶茎部，且叶茎部沿叶片本体的叶根侧延伸出，与轮毂连接。9.根据权利要求7所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述骨架包括若干根曲面形状的环形板，并通过工字钢将各环形板串接成一体，骨架内腔设有加强结构。10.根据权利要求7所述的扭转式风力发电叶片，其特征在于，所述蒙皮为铝合金材质。

技术总结
一种扭转式风力发电叶片，包括由多段叶片构成的叶片本体；所述叶片本体沿叶尖部到叶根部所设置的各段叶片的扭角逐渐增大，所述叶片本体的整个截面通过不同大小的扭角形成阶梯状。本发明一方面通过将叶片本体分段设计，且每段叶片的扭角沿叶尖部到叶根部逐渐增大，能够与叶尖处的合速度方向处于一条线，使各段叶片都处于最佳性能，大大提高整个叶片本体的捕风效率，出力显著，而且还提高了叶片本体的抗弯扭强度；另一方面，另一方面，通过将叶片本体除叶尖部的其它各段叶片进行错位扭转连接，形成不连续的扭角，设计简单，相比连续性扭角的工艺大大简化，降低成本。降低成本。降低成本。


技术研发人员：张跃
受保护的技术使用者：远大可建科技有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/24