一种带有加强筋板的风电叶片结构的制作方法

1.本实用新型属于风力发电技术领域，涉及一种风电叶片，尤其是涉及一种带有加强筋板的风电叶片结构，可有效提升风电叶片的结构稳定性。


背景技术：

2.风机叶片是风力发电机的关键部件，其性能好坏直接影响整机运行及稳定，随着风力机单机容量的增大，风电叶片越来越长，对叶片整体的屈曲稳定性提出了更高的要求。随着大叶片的弦长增大，最大弦长后缘区域空腔较大，容易出现较大的面外变形，试验片也出现了很多屈曲失稳破坏的现象。因此叶片后缘腹板的设计变得至关重要，目前为克服最大弦长附近区域叶片的稳定性较差这一技术问题，通常的做法是增加叶片腹板的个数，但是增加腹板个数后叶片重量也相应地增加较多。此外，近似平行的叶片腹板型式，与叶片壳体形成了类似平行四边形的箱体结构，这种结构的稳定性较差。


技术实现要素：

3.(一)技术问题
4.针对现有技术的上述缺陷和不足，本实用新型提出了一种带有加强筋板的风电叶片结构，在叶片展向最大弦长前后，后缘区域屈曲载荷因子较低的重点区域上增加一段或者多段横向的加强筋板连接两个腹板，把后缘腹板与吸力面和压力面空腔分成至少两个部分，使类似平行四边形的空腔变成至少两个近似直角梯形的空腔，减小了后缘空腔大小，这样可以通过改变空腔几何形式提高叶片后缘稳定性，以缓解现有的风电叶片结构稳定性低的技术问题。
5.(二)技术方案
6.本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案如下：
7.一种带有加强筋板的风电叶片结构，包括叶片吸力面壳体、叶片压力面壳体和多个沿展向方向延伸并基本相互平行的腹板，多个腹板中至少包括一尾缘腹板和一在弦长方向上位于所述尾缘腹板前侧的中部腹板，所述尾缘腹板、中部腹板与叶片吸力面壳体、叶片压力面壳体之间围成一在弦长方向上临近叶片尾缘的四边形箱形腔体，其特征在于，
8.所述尾缘腹板与其前侧的中部腹板之间设有至少一横向布置的加强筋板，各所述加强筋板的一端与所述尾缘腹板垂直且固定连接、另一端与所述中部腹板垂直且固定连接，且各所述加强筋板的板面法向基本与所在展向位置处的弦长方向垂直，所述加强筋板将所述四边形箱形腔体在空间上分割为至少两个上下分布的子腔体。
9.优选地，所述加强筋板在展向上布置在叶片最大弦长所在展向位置及其附近区域。
10.进一步地，所述加强筋板的展向长度根据叶片最大弦长所在展向位置及其附近区域的屈曲载荷因子确定。
11.优选地，所述加强筋板的两端分别通过结构胶粘接在所述尾缘腹板及中部腹板
上，且在各粘接位置的两侧设有圆角结构。
12.优选地，所述加强筋板的数量为一个，且所述加强筋板在空间上穿过所述四边形箱形腔体的形心。通过设置加强筋板可减小尾缘四边形箱形腔体，改变空腔几何形状提高叶片稳定性，减小最大弦长前后叶片的呼吸效应。
13.优选地，所述加强筋板为复合材料夹芯结构，包括芯材以及包裹在所述芯材表面的双轴玻纤布。
14.进一步地，所述芯材为pvc60或pet泡沫材料，所述双轴玻纤布为小克重双轴玻纤布。使用小克重双轴玻纤布的目的是为了降低加强筋板的重量。
15.(三)技术效果
16.同现有技术相比，本实用新型带有加强筋板的风电叶片结构具有显著的技术效果：本实用新型通过在叶片展向最大弦长前后，后缘区域屈曲载荷因子较低的重点区域上增加一段或者多段横向的加强筋板连接两个腹板，具体通过在尾缘腹板及其前侧中部腹板之间设置加强筋板，可将尾缘空腔分割为多个子腔体，减小了后缘空腔大小，改变了后缘空腔的几何形状，提高了叶片稳定性，减小最大弦长前后叶片的呼吸效应。
附图说明
17.图1为本实用新型实施例1提供的风电叶片的截面图；
18.图2为本实用新型实施例2提供的风电叶片的截面图；
19.附图标记说明：
20.1-前缘腹板，2-1中部腹板，2-1第一中部腹板，2-2第二中部腹板，3-尾缘腹板，4-加强筋板，a、c为腹板与叶片吸力面壳体之间的交点，b、d为腹板与叶片压力面壳体之间的交点，e、f为加强筋板与腹板之间的交点。
具体实施方式
21.为了更好的理解本实用新型，下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。基于目前大兆瓦级叶片常见的三腹板型式和三个主腹板加一个较短的小腹板型式对本专利具体实施方式进行了说明。
22.实施例1
23.如图1所示，对于大尺寸大长度风电叶片，由于其最大弦长后缘区域空腔较大，容易出现较大的面外变形以及屈曲失稳破坏的现象，为提高风电叶片，尤其是最大弦长附近区域风电叶片的结构稳定性，本实施例中的风电叶片采用三腹板风电叶片，即在风电叶片壳体内设置有三个沿展向方向延伸并基本相互平行的腹板，分别为在弦长方向上临近叶片前缘设置的前缘腹板1、临近叶片尾缘设置的尾缘腹板3以及设置在前缘腹板1与尾缘腹板3之间的中部腹板2，各个腹板1、2、3的板面基本与叶片的弦向垂直，相邻两腹板与叶片的压力面壳体、吸力面壳体之间形成了类似平行四边形的箱体结构，这种结构的稳定性较差。为进一步提高风电叶片最大弦长位置处的后缘结构稳定性，本实用新型通过增加加强筋板4改进了原有的腹板结构。
24.具体而言，在叶片最大弦长所处的展向位置及其前后附近位置，由于后缘区域屈曲载荷因子较低，本实用新型在叶片的尾缘腹板3以及位于尾缘腹板3前侧的中部腹板2之间设置了一段或者多段横向布置的加强筋板4(图1中示出了布置一段加强筋板4的情形)，通过横向布置的加强筋板4连接尾缘腹板3和中部腹板2这两个腹板，并通过横向布置的加强筋板4将尾缘腹板3、中部腹板2、吸力面壳体、压力面壳体围成的这一类似平行四边形的尾缘空腔分割为上下两个近似直角梯形的空腔，从而减小了原尾缘空腔的大小，这样可以通过改变空腔几何形式提高叶片后缘的结构稳定性，以缓解现有的风电叶片结构稳定性低的技术问题。
25.参照图1，横向布置的加强筋板4的放置位置ef与吸力面壳体、压力面壳体、中部腹板2和尾缘腹板3组成的两个空腔acfe和dbef面积近似相等。加强筋板4放置在空腔abcd的面积一半位置ef处。由于放置加强筋板4处的弦长较大，操作人员可以进入叶片壳体内部进行划线定位及加强筋板安装工作。首先找出四边形abdc的形心，然后通过形心垂直于中部腹板2标记出需要放置加强筋板4的一端放置位置e，然后通过形心垂直于尾缘腹板3标记出加强筋板4的另一端放置位置f。加强筋板4与中部腹板2和尾缘腹板3在e和f处通过结构胶粘接，并在e、f处结构胶粘接位置对结构胶两侧做刮圆角处理。
26.横向布置的加强筋板4由芯材包裹双轴玻纤布组成，加强筋板4沿叶片展向分布情况根据风电叶片实际设计的最大弦长附近区域的屈曲载荷因子决定。比如某型号最大弦长在展向15m处，在叶片展向14m和17m前后均有屈曲模态，并且屈曲载荷因子较小，不满足设计要求，可以在展向对应区域布置两块横向布置的加强筋板4。
27.加强筋板4单独制备，在平台上吸注完成后，通过定位块安装到靠近叶片尾缘的两个腹板上。首先找出尾缘腹板3及其前侧的中部腹板2与叶片壳面形成的四边形空腔的形心，加强筋板4放置在通过形心且垂直于两腹板2、3的位置，确定了加强筋板4的放置位置后，加强筋板4与腹板2、3之间涂抹结构胶进行粘接固定。通过这样的方式，减小叶片尾缘空腔，改变尾缘空腔的几何形状以提高叶片稳定性，减小最大弦长前后叶片的呼吸效应。加强筋板4的芯材可以是pvc60或相近密度的pet泡沫材料，包裹筋板的双轴布采用200克重的双轴玻纤布(45/-45度克重)。使用小克重双轴布是为了降低筋板重量。
28.实施例2
29.如图2所示，风电叶片为四腹板叶片，四个腹板分别为前缘腹板1、第一中部腹板2-1、第二中部腹板2-2和尾缘腹板3，本实施例通过增加加强筋板4改进了原有的腹板结构。加强筋板4放置位置ef与吸力面壳体、压力面壳体及第二中部腹板2-2和尾缘腹板3组成的两个空腔acfe和dbef面积近似相等。加强筋板4放置在空腔abdc的面积一半位置ef处。由于放置加强筋板4处的弦长较大，操作人员可以进入风电叶片壳体内部进行划线定位及加强筋板安装工作。首先找出四边形abdc的形心，然后通过形心垂直于中部腹板2-2标记出需要放置加强筋板4一端的位置e，然后通过形心垂直于尾缘腹板3标记出加强筋板4另一端的位置f。加强筋板4与中部腹板2-2和尾缘腹板3在e和f处通过结构胶粘接，并在e、f处结构胶粘接位置对结构胶两侧做刮圆角处理。
30.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种带有加强筋板的风电叶片结构，包括叶片吸力面壳体、叶片压力面壳体和多个沿展向方向延伸并基本相互平行的腹板，多个腹板中至少包括一尾缘腹板和一在弦长方向上位于所述尾缘腹板前侧的中部腹板，所述尾缘腹板、中部腹板与叶片吸力面壳体、叶片压力面壳体之间围成一在弦长方向上临近叶片尾缘的四边形箱形腔体，其特征在于，所述尾缘腹板与其前侧的中部腹板之间设有至少一横向布置的加强筋板，各所述加强筋板的一端与所述尾缘腹板垂直且固定连接、另一端与所述中部腹板垂直且固定连接，且各所述加强筋板的板面法向基本与所在展向位置处的弦长方向垂直，所述加强筋板将所述四边形箱形腔体在空间上分割为至少两个上下分布的子腔体。2.根据权利要求1所述的带有加强筋板的风电叶片结构，其特征在于，所述加强筋板在展向上布置在叶片最大弦长所在展向位置及其附近区域。3.根据权利要求2所述的带有加强筋板的风电叶片结构，其特征在于，所述加强筋板的展向长度根据叶片最大弦长所在展向位置及其附近区域的屈曲载荷因子确定。4.根据权利要求1所述的带有加强筋板的风电叶片结构，其特征在于，所述加强筋板的两端分别通过结构胶粘接在所述尾缘腹板及中部腹板上，且在各粘接位置的两侧设有圆角结构。5.根据权利要求1所述的带有加强筋板的风电叶片结构，其特征在于，所述加强筋板的数量为一个，且所述加强筋板在空间上穿过所述四边形箱形腔体的形心。6.根据权利要求1所述的带有加强筋板的风电叶片结构，其特征在于，所述加强筋板为复合材料夹芯结构，包括芯材以及包裹在所述芯材表面的双轴玻纤布。7.根据权利要求6所述的带有加强筋板的风电叶片结构，其特征在于，所述芯材为pvc60或pet泡沫材料，所述双轴玻纤布为小克重双轴玻纤布。

技术总结
本实用新型公开了一种带有加强筋板的风电叶片结构，在叶片展向最大弦长前后且后缘区域屈曲载荷因子较低的重点区域上，在尾缘腹板与其前侧腹板之间设置横向布置的加强筋板，加强筋板的两端与腹板垂直且固定连接，将尾缘附近的四边形箱形腔体在空间上分割为至少两个上下分布的子腔体。加强筋板在展向上布置在叶片最大弦长所在展向位置及其附近区域。本实用新型通过在最大弦长展向位置前后区域上增加加强筋板连接腹板，把后缘空腔分成至少两个部分，使类似平行四边形的空腔变成至少两个近似直角梯形的空腔，减小了后缘空腔大小，提高了叶片后缘稳定性，缓解了现有风电叶片结构稳定性低的技术问题。性低的技术问题。性低的技术问题。


技术研发人员：徐宇 王学鑫 曹艳彬 张淑丽
受保护的技术使用者：中科宇能科技发展有限公司
技术研发日：2023.04.19
技术公布日：2023/6/28