一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片

1.本发明属于风力发电机组设备制造技术领域，特别涉及一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片。


背景技术：

2.折纸技术源远流长，通过巧妙的构思就可以折叠出各种各样的结构，折纸技术发展到如今已变得更加成熟，可以应用在生活的方方面面，当然也可以应用在实际工程当中，钻石型折纸结构和三浦折纸结构是众多折纸结构的其中两种，有科学家把它应用在航空航天、生产设备等领域。而关于折纸结构应用在海上风机叶片的领域，目前有较大的发展空缺。我国与太平洋接壤，有一条很长的海岸线，海上风能资源丰富，近些年来，海上风机逐步由近海向远海进军，相比于近海，远海存在着更多的不确定性，对于海上风机的搭建是一个很大的技术难题。综合多方面的因素，远海的风能利用将会成为未来风力发电的主要方向。
3.海上风机叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一，海上风机叶轮直径与发电量成正比。海上风机叶片走向大型化。海上风机叶片可以根据风速实时改变自身气动布局，使其在转动过程中保持最佳的转动性能。当风速过大时，要求叶片随之变形，这对叶片的气密性、变形能力和承载能力均是一个重大的考验。变形技术要求叶片外壳具备足够面外承载能力以承受转动过程中的风荷载，同时又需要有一定的面内变形能力以保证海上风机叶片形状发生改变。针对当前海上风机叶片的结构过于单一化，很难满足变形和承载一体化的性能要求。
4.为了进一步提高海上风机叶片的使用寿命，为了进一步制造更长以提供更多电量的海上风机叶片，提出一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片。


技术实现要素：

5.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片，包括叶片本体，所述叶片本体一端为叶尖部，另一端连接叶根部，所述叶片本体包括呈闭合状连接的第一壳体和第二壳体，所述叶片本体内所述叶尖部至所述叶根部设有腹板，所述腹板一侧连接所述第二壳体，另一侧设有主梁，所述主梁连接至所述第一壳体，
6.所述第一壳体和所述第二壳体均包括第一连续多胞、芯板和蒙皮；
7.所述第一连续多胞由具有顶端和底端的多个第一单胞连续连接形成；
8.所述多个第一单胞的顶端连线形成弧顶曲线，底端连线形成所述弧顶曲线的等距曲线；
9.所述第一单胞包括第二连续多胞；
10.所述第二连续多胞由具有顶端和底端的多个第二单胞连续连接形成；
11.所述多个第二单胞的顶端连线形成所述第一单胞的顶端向底端的胞连接，底端连线形成所述胞连接的等距胞连接；
12.所述芯板沿所述弧顶曲线和所述等距曲线连接设置，所述蒙皮设置于所述芯板外。
13.进一步地，所述顶端和底端于截面投影呈点或线状。
14.进一步地，所述第一连续多胞于截面上投影为多个至少有一边不封闭且连续的n边形，且所述n边形以线性周期排列，且n不小于4。
15.进一步地，所述第二连续多胞于截面投影为多个至少有一边不封闭且连续的n边形，且所述n边形以线性周期排列，且n不小于3。
16.进一步地，所述n边形和所述n边形均为对称结构。
17.进一步地，所述腹板包括相互间隔的两个平板体，且所述平板体与主梁均采用纤维增强复合材料固化形成。
18.进一步地，所述第一壳体和所述第二壳体均由碳纤维复合材料制成。
19.进一步地，所述蒙皮表面覆有胶质层。
20.进一步地，所述胶质层为胶质漆。
21.进一步地，风机，包括任一所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片。
22.本发明提供了一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片，具备以下有益效果：
23.1.海上风机叶片的折纸夹层结构比传统结构的抗弯能力更强，在强大的风荷载作用下，有着强大的稳定性，比传统结构更加安全可靠。
24.2.海上风机叶片的折纸夹层结构比传统结构的抗扭能力更强，可以接受更大的扭转幅度而不轻易破坏。
25.3.海上风机叶片的折纸夹层结构比传统结构的承载力更高且重量更轻，对于未来进一步提高海上风机叶片的长度有着深厚的潜力。
26.4.海上风机叶片的折纸夹层结构可以与多种复合材料结合，有利于提高海上风机叶片的使用寿命，也有利于海上风机叶片在退役后用于其他用途。
附图说明
27.图1是本发明侧截面结构示意图；
28.图2是本发明俯视结构示意图；
29.图3是本发明第一连续多胞和芯板结构示意图；
30.图4是本发明第一连续多胞展开结构示意图；
31.图5是本发明第二连续多胞结构示意图。
32.图中：1、第一壳体；2、第二壳体；3、叶根；4、叶尖；5、腹板；6、主梁；7、蒙皮；8、第一连续多胞；9、第一单胞；10、芯板；11、第二连续多胞；12、第二单胞。
具体实施方式
33.下面对本发明的实施例作详细说明，下述的实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
34.本实施例首先提供一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片，包括叶片本体，所述叶片本体一端为叶尖部，另一端连接叶根部，
35.作为一种优选的实施方式，如图1-3所示，所述叶片本体包括呈闭合状连接的第一壳体1和第二壳体2，所述第一壳体1和所述第二壳体2均包括第一连续多胞8、芯板10和蒙皮7，事实上，所述第一壳体1和所述第二壳体2均由碳纤维复合材料制成，为风机叶片提供良好的结构支撑，使风机叶片自身保持良好的强度，所述第一壳体1和第二壳体2连接是用环氧结构胶将两个壳体拼接，环氧结构胶具有韧性好、密度低、固化收缩率低、自脱泡等优良性能。
36.具体地，所述第一连续多胞8由具有顶端和底端的多个第一单胞9连续连接形成，所述多个第一单胞9的顶端连线形成弧顶曲线，底端连线形成所述弧顶曲线的等距曲线，所述第一单胞9包括第二连续多胞11和芯板10，所述芯板10沿所述弧顶曲线和所述等距曲线连接设置，所述蒙皮7设置于所述芯板10外，具体地说，所述蒙皮分为上蒙皮和下蒙皮，之后还要在蒙皮表面覆一层胶质漆，胶质漆有利于蒙皮外侧形成保护膜以防日晒雨淋，可以提高风机叶片的整体光滑度以利于吸收风能。
37.在本实施例中，第一连续多胞和第二连续多胞均为单层的胞体结构，因此其形成了类似折线形的形状，第一连续多胞和第二连续多胞也可以是多层的胞体结构，以形成多层折线状或者蜂窝状。
38.具体地说，所述叶片本体内所述叶尖部至所述叶根部设有腹板5，所述腹板5一侧连接所述第二壳体2，另一侧设有主梁6，所述主梁6连接至所述第一壳体1，所述腹板5包括相互间隔的两个平板体，且两个平行板与主梁之间通过结构胶连接在一起，所述两个平板体与所述主梁6通过拉挤工艺或者一体灌注工艺一体成型，所述平板体与主梁均由纤维增强复合材料固化形成。
39.具体地，所述顶端和底端于截面投影呈点或线状，所述第一连续多胞8于截面上投影为多个至少有一边不封闭且连续的n边形，且所述n边形以线性周期排列，具体地说，所述n边形为等腰梯形，且等腰梯形的长底不封闭，且所述等腰梯形中的钝角为120
°
，锐角为60
°
，在两个梯形结构单胞之间也是呈现60
°
放置，如图4所示，事实上，所述第一连续多胞8可展开形成梯形折纸展开图，且所述梯形折纸展开图上设有多个承力端折线，所述承力端折线按照梯形正放和梯形倒放的顺序交替折叠组成，所述梯形折纸展开图可以轻易折叠成梯形，梯形折纸展开图中的虚线是承力端折线，承力端折线按照梯形正放和梯形倒放的顺序交替折叠组成；所述承力端包括上承力端和下承力端，主要与上芯板和下芯板分别进行接触。
40.具体地，所述第二连续多胞11由具有顶端和底端的多个第二单胞12连续连接形成，所述多个第二单胞12的顶端连线形成所述第一单胞9的顶端向底端的胞连接，底端连线形成所述胞连接的等距胞连接，所述第二连续多胞11于截面投影为多个至少有一边不封闭且连续的n边形，且所述n边形以线性周期排列，具体地说，所述n边形为等边三角形，且等边三角形的底边不封闭，单胞与单胞之间夹角为60
°
，如图5所示。
41.该折纸夹层结构的海上风机叶片有着优异的吸能效果，可以减轻重量和解决震动的问题，具有高承载力，本设计具有使风机叶片的壳体更加坚固，便于生产投入使用；该折纸夹层结构的芯体所形成的三角形孔道和梯形孔道有利于液体的流动，避免水分的积累，具备很好的强度、刚度和稳定性，能够降低芯材结构中的树脂含量。
42.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创
造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片，包括叶片本体，所述叶片本体一端为叶尖部，另一端连接叶根部，所述叶片本体包括呈闭合状连接的第一壳体和第二壳体，所述叶片本体内所述叶尖部至所述叶根部设有腹板，所述腹板一侧连接所述第二壳体，另一侧设有主梁，所述主梁连接至所述第一壳体，其特征在于，所述第一壳体和所述第二壳体均包括第一连续多胞、芯板和蒙皮；所述第一连续多胞由具有顶端和底端的多个第一单胞连续连接形成；所述多个第一单胞的顶端连线形成弧顶曲线，底端连线形成所述弧顶曲线的等距曲线；所述第一单胞包括第二连续多胞；所述第二连续多胞由具有顶端和底端的多个第二单胞连续连接形成；所述多个第二单胞的顶端连线形成所述第一单胞的顶端向底端的胞连接，底端连线形成所述胞连接的等距胞连接；所述芯板沿所述弧顶曲线和所述等距曲线连接设置，所述蒙皮设置于所述芯板外。2.根据权利要求1所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于，所述顶端和底端于截面投影呈点或线状。3.根据权利要求1所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于，所述第一连续多胞于截面上投影为多个至少有一边不封闭且连续的n边形，且所述n边形以线性周期排列，且n不小于4。4.根据权利要求1所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于，所述第二连续多胞于截面投影为多个至少有一边不封闭且连续的n边形，且所述n边形以线性周期排列，且n不小于3。5.根据权利要求1所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于，所述n边形和所述n边形均为对称结构。6.根据权利要求1所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于：所述腹板包括相互间隔的两个平板体，且所述平板体与主梁均采用纤维增强复合材料固化形成。7.根据权利要求1所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于，所述第一壳体和所述第二壳体均由碳纤维复合材料制成。8.根据权利要求1所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于，所述蒙皮表面覆有胶质层。9.根据权利要求8所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片，其特征在于，所述胶质层为胶质漆。10.风机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的基于折纸夹层结构的海上风机叶片。

技术总结
本发明提供了一种基于折纸夹层结构的海上风机叶片，包括叶片本体，所述叶片本体包括第一壳体和第二壳体；所述第一壳体和第二壳体均包括第一连续多胞、芯板和蒙皮；所述第一连续多胞由多个第一单胞连续连接形成；多个第一单胞的顶端连线形成弧顶曲线，底端连线形成所述弧顶曲线的等距曲线；所述芯板沿所述弧顶曲线和所述等距曲线连接设置，所述蒙皮设置于所述芯板外；所述第一单胞包括第二连续多胞；第二连续多胞由多个第二单胞连续连接形成；多个第二单胞的顶端连线形成所述第一单胞的顶端向底端的胞连接，底端连线形成所述胞连接的等距胞连接，本发明相比传统结构具有抗扭能力更强、抗弯能力强、承载力更高且重量更轻的特点。承载力更高且重量更轻的特点。承载力更高且重量更轻的特点。


技术研发人员：陈柳洁 吴森明
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/6/27