一种金属风电叶片的支撑系统的制作方法

1.本发明涉及风力发电技术领域，特别是一种金属风电叶片的支撑系统。


背景技术：

2.风力发电机主要包括塔架、发电机、轮毂和叶轮，其中叶轮包括多个叶片。现有的风叶在360
°
旋转过程中会产生疲劳，因为其在转动过程中会受到拉和压两种作用力，一旦疲劳，就会大大降低结构强度。而且现有的风轮在受到正反向风力、风切变或受局部风的湍流时，会导致叶片出现过渡弯曲，甚至折断，大大降低使用寿命。
3.本发明的申请人在本技术之前也陆续申请了一系列的风电叶片结构，包括在轮毂的前端设置前撑，前撑与叶片的叶茎部之间设置斜撑和拉绳，但发明人在后续试验中发现这种结构的抗弯曲性和抗疲劳性效果不显著，风轮无法始终保持均匀受力的平衡状态，尤其是在受到正反向风力时，易出现弯曲和疲劳，超过了荷载应力。因此，本发明亟需设计一种支撑系统来解决上述缺陷。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种抗弯曲和疲劳性效果显著，受力均匀，耗材少，成本低的金属风电叶片的支撑系统。
5.本发明的技术方案是：一种金属风电叶片的支撑系统，包括叶片本体以及与叶片本体连接的轮毂，轮毂上设有前撑；所述前撑与叶片本体的叶骨架之间设有斜撑，所述斜撑与叶骨架之间连接有直撑。
6.进一步，所述斜撑与叶骨架之间设有斜拉绳。
7.进一步，所述斜撑与轮毂之间设有斜拉绳。
8.进一步，所述斜拉绳的一端连接叶骨架或者轮毂，另一端连接于斜撑与直撑之间。
9.进一步，所述斜拉绳固定于叶骨架的连接座上，连接座上设有用于穿过螺套的斜孔，螺套的一端通过螺母倾斜固定于连接座上，另一端连接斜拉绳。
10.进一步，所述斜撑由多根杆体通过法兰座连接而成，当轮毂连接多个叶片本体时，各叶片本体的斜撑之间设有斜撑拉绳；所述法兰座上设有用于穿过螺套的斜孔，螺套的一端通过螺母倾斜固定于法兰座上，另一端连接斜撑拉绳。
11.进一步，所述斜撑为杆体，所述直撑为桁架结构。
12.进一步，所述叶片本体由多段风叶拼接形成，所述叶骨架为叶茎部，设于风叶的内腔，且叶茎部的叶根端延伸出，与轮毂连接；所述斜撑经叶茎连接座与叶茎部连接，所述叶茎连接座设于相邻风叶的拼接处；所述斜拉绳以及至少一根直撑连接于叶茎部延伸出的结构上。
13.进一步，所述斜撑与叶骨架之间设有至少两根直撑，直撑与叶骨架垂直设置。
14.进一步，所述前撑还连接有前拉绳，前拉绳的另一端连接叶骨架，且前拉绳与叶骨架之间的夹角小于斜撑与叶骨架之间的夹角；所述斜撑与叶骨架之间的夹角不大于30
°
。
15.本发明的有益效果：通过设置斜撑与直撑，能够防止叶片本体出现弯曲，使其始终形成一个整体最佳均匀受力的情况；且斜撑为杆体结构，直撑为桁架结构，能够在节约钢材的基础之上，还能够大大提高抗弯强度，保证风轮在强风下稳定运行；通过设置斜撑、直撑与斜拉绳相互作用，能够使叶片本体在撑和拉的作用下不会出现过渡弯曲和疲劳，风轮始终形成均匀受力的平衡状态，不会出现超过荷载的应力问题；通过设置前拉绳，且与前撑和直撑相结合，能够在节约耗材的基础之上，还能大大提高叶茎部整体的抗疲劳性能，再加上斜撑拉绳，能够大大提高风轮的整体运行稳定性，无论是受到强风还是正反向风力，都能够维持叶茎部不会发生弯曲和疲劳，力学性能显著。
附图说明
16.图1是本发明实施例风轮的结构示意图；图2是本发明实施例斜撑与直撑连接的结构示意图；图3是本发明实施例直撑的结构放大示意图；图4是本发明实施例斜拉绳与斜撑拉绳的具体连接示意图；图5是本发明实施例前撑前端的连接结构示意图；图6是本发明实施例斜撑法兰的连接结构示意图。
17.附图标识说明：1.叶片本体；2.轮毂；3.前撑；4.斜撑；5.直撑；6.斜拉绳；7.螺套；8.前拉绳；9. 斜撑拉绳；11.壳体；12. 叶茎部；31.延伸杆；32. 拉绳连接座；41.斜撑法兰；51.倾斜杆；52. 连接杆；71.螺母；121. 叶茎法兰。
具体实施方式
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3所示：一种金属风电叶片的支撑系统，包括叶片本体1以及与叶片本体连接的轮毂2，轮毂2上设有前撑3；所述前撑3与叶片本体的叶骨架之间设有斜撑4，所述斜撑4与叶骨架之间连接有直撑5。
20.上述方案具有以下优点：通过将斜撑与直撑相结合，能够防止叶片本体出现弯曲，使其始终形成一个整体最佳均匀受力的情况；因为风轮在转动过程中会遇到反向风力，由于风轮的直径很大，当某个时间段叶片本体既受正向风力，又受反向风力时，又或者风轮的一部分受正向风力，另一部分受反向风力时，如风切变或受局部风的湍流，通过斜撑和直撑的组合，能够防止各叶片本体出现过渡弯曲。若只设置斜撑，仍旧存在弯曲风险，通过加入直撑，就会避免该现象发生。
21.本实施例中，一个风力发电机的叶片本体1有多个，通常为2~6个，通过与轮毂2连接，形成风轮。其中，叶片本体1包括叶骨架和壳体11，其中叶骨架为叶茎部12，且叶茎部12为桁架结构，壳体11由多段风叶拼接形成大尺寸结构，叶茎部12连接于壳体11的内腔，且叶茎部11的叶根端延伸出，与轮毂2连接。斜撑4的一端连接轮毂2，另一端连接叶茎部12，且斜撑4与叶茎部12之间的夹角不大于30
°
，进一步优选为10~20
°
，这样，可以将斜撑设置的较长，即斜撑连接至风叶本体的1/3~2/3位置处，能够保证斜撑有足够的支撑力使叶茎部均匀受力，不会产生弯曲，若夹角较大，斜撑太短，由于叶茎部具有一定的长度，会导致稳定性
差，在强风下易产生晃动，增加弯曲风险。
22.另外，由于斜撑4与叶茎部12的连接处被叶片本体的壳体覆盖，无法直接与叶茎部连接，因此本发明通过在相邻拼接的风叶之间设置叶茎连接座，实现与斜撑4的连接，即叶茎连接座与叶茎部12连接，并在相邻风叶拼接处的各风叶壳体上设置缺口，使叶茎连接座沿缺口露出，与斜撑4螺纹连接。
23.本实施例中，斜撑4为杆体结构，直撑5为桁架结构。这种设置结构，一方面能够节约钢材，如果将斜撑4设置成桁架结构，由于斜撑长度较长，不仅会耗费钢材，而且结构复杂，拼装复杂；另一方面，将直撑5设计成桁架结构，能够提高抗弯强度，而且直撑本身短小，因此耗材少，大大降低成本。可以说，本发明的这种组合结构，能够在节约钢材的基础之上，还能够大大提高抗弯强度，保证风轮在强风下稳定运行。
24.如图5所示：本实施例中，轮毂的前撑3前端设有向外延伸出的延伸杆31，延伸杆的数量与叶片本体的数量相同，用于与每个叶片本体的斜撑4进行法兰连接。
25.本实施例中，每个叶片本体1所对应的直撑数量优选为2~4个，可根据斜撑的长度而定。例如本实施例的直撑5设置两个，直撑5与叶茎部12垂直设置。优选地，直撑5为三角桁架结构，叶茎部12也为三角桁架结构，直撑5主要由两根倾斜杆51和设于倾斜杆之间的多个连接杆52组成，叶茎部12通过多段桁架拼接形成，多段桁架之间通过叶茎法兰121连接。其中直撑的两根倾斜杆51通过连接板与叶茎部某一相邻段的叶茎法兰121之间螺纹连接。斜撑由多段杆体经斜撑法兰41拼接形成，直撑5的两根倾斜杆的另一端通过连接板与斜撑上的斜撑法兰41螺纹连接。本实施例的两个直撑5均连接于叶茎部延伸出的那一部分桁架上。
26.如图4所示：本实施例中，斜撑4与叶茎部12之间设有斜拉绳6，斜撑4与轮毂2之间也设有斜拉绳6，且斜拉绳6的一端连接叶茎部或者轮毂，另一端连接于斜撑与直撑之间。通过设置斜拉绳，由于斜拉绳为单向受力，能够使风轮在运行过程中始终处于被斜拉绳拉紧的状态，不会产生正反向疲劳。另外，通过斜拉绳、斜撑与直撑之间的相互作用，即叶片本体在撑和拉的作用下不会出现过渡弯曲和疲劳，风轮始终形成均匀受力的平衡状态，不会出现超过荷载的应力问题。
27.本实施例中，靠近轮毂那一侧的直撑5与斜撑4之间连接有多根斜拉绳6，且各斜拉绳6的一端连接于斜撑法兰41上，另一端连接至轮毂2的壳体上。
28.本实施例中，靠近叶片本体壳体11那一侧的直撑5与斜撑4之间也连接有多根斜拉绳6，且各斜拉绳6的一端连接于斜撑法兰41上，另一端连接至叶茎部的叶茎法兰121上。
29.如图6所示：本实施例的斜撑法兰41除了用于连接斜撑4的相邻杆体之外，还用于连接直撑5和斜拉绳6，斜撑法兰41上设有用于穿过螺套7的斜孔，螺套7的一端通过螺母71倾斜固定于斜撑法兰41上，另一端则连接斜拉绳6。同理，叶茎法兰121除了用于连接叶茎部的相邻段桁架之外，还用于连接直撑和斜拉绳，叶茎法兰上也设有斜孔，此处不再具体赘述。
30.本实施例中，前撑3还连接有前拉绳8，前拉绳8的另一端连接叶茎部12，且前拉绳8与叶茎部12之间的夹角小于斜撑4与叶茎部12之间的夹角。具体地，在前撑3的端头处设置用于与前拉绳8连接的拉绳连接座32；而前拉绳8的另一端则连接于相邻风叶之间设置的所述叶茎连接座上，即叶茎连接座上也设有穿过螺套的斜孔，螺套的一端通过螺母倾斜固定于叶茎连接座上，另一端则连接前拉绳。本实施例中的前拉绳所设置的长度比斜撑长，因此
其与叶茎部之间的夹角小于斜撑与叶茎部之间的夹角，这样能够大大提高叶片本体的抗疲劳和抗弯曲性能，若设置的比斜撑短，则叶茎部远离斜撑的那一端的疲劳性能就会增强，使风轮无法均匀受力。
31.本实施例中，当轮毂2连接多个叶片本体1时，各叶片本体1的斜撑4之间设有斜撑拉绳9；且斜撑拉绳9的两端连接于相邻叶片本体斜撑的斜撑法兰41上，具体连接方式同斜拉绳，此处不再具体赘述。通过设置斜撑拉绳，能够提高风轮整体转动时的稳定性，防止产生正反向受力疲劳。
32.综上所述，本发明通过设置斜撑与直撑，能够防止叶片本体出现弯曲，使其始终形成一个整体最佳均匀受力的情况；且斜撑为杆体结构，直撑为桁架结构，能够在节约钢材的基础之上，还能够大大提高抗弯强度，保证风轮在强风下稳定运行；通过设置斜撑、直撑与斜拉绳相互作用，能够使叶片本体在撑和拉的作用下不会出现过渡弯曲和疲劳，风轮始终形成均匀受力的平衡状态，不会出现超过荷载的应力问题；通过设置前拉绳，且与前撑和直撑相结合，能够在节约耗材的基础之上，还能大大提高叶茎部整体的抗疲劳性能，再加上斜撑拉绳，能够大大提高风轮的整体运行稳定性，无论是受到强风还是正反向风力，都能够维持叶茎部不会发生弯曲和疲劳，力学性能显著。
33.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种金属风电叶片的支撑系统，包括叶片本体以及与叶片本体连接的轮毂，轮毂上设有前撑；其特征在于，所述前撑与叶片本体的叶骨架之间设有斜撑，所述斜撑与叶骨架之间连接有直撑。2.根据权利要求1所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述斜撑与叶骨架之间设有斜拉绳。3.根据权利要求1所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述斜撑与轮毂之间设有斜拉绳。4.根据权利要求2或3所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述斜拉绳的一端连接叶骨架或者轮毂，另一端连接于斜撑与直撑之间。5.根据权利要求2或3所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述斜拉绳固定于叶骨架的连接座上，连接座上设有用于穿过螺套的斜孔，螺套的一端通过螺母倾斜固定于连接座上，另一端连接斜拉绳。6.根据权利要求5所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述斜撑由多根杆体通过法兰座连接而成，当轮毂连接多个叶片本体时，各叶片本体的斜撑之间设有斜撑拉绳；所述法兰座上设有用于穿过螺套的斜孔，螺套的一端通过螺母倾斜固定于法兰座上，另一端连接斜撑拉绳。7.根据权利要求1所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述斜撑为杆体，所述直撑为桁架结构。8.根据权利要求2或3所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述叶片本体由多段风叶拼接形成，所述叶骨架为叶茎部，设于风叶的内腔，且叶茎部的叶根端延伸出，与轮毂连接；所述斜撑经叶茎连接座与叶茎部连接，所述叶茎连接座设于相邻风叶的拼接处；所述斜拉绳以及至少一根直撑连接于叶茎部延伸出的结构上。9.根据权利要求1所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述斜撑与叶骨架之间设有至少两根直撑，直撑与叶骨架垂直设置。10.根据权利要求1所述的金属风电叶片的支撑系统，其特征在于，所述前撑还连接有前拉绳，前拉绳的另一端连接叶骨架，且前拉绳与叶骨架之间的夹角小于斜撑与叶骨架之间的夹角；所述斜撑与叶骨架之间的夹角不大于30
°
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技术总结
一种金属风电叶片的支撑系统，包括叶片本体以及与叶片本体连接的轮毂，轮毂上设有前撑；所述前撑与叶片本体的叶骨架之间设有斜撑，所述斜撑与叶骨架之间连接有直撑。本发明能够使风轮始终保持均匀受力的平衡状态，无论是受到强风还是正反向风力，都能够维持叶茎部不会发生弯曲和疲劳，力学性能显著。力学性能显著。力学性能显著。


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：2023.03.15
技术公布日：2023/7/18