[發明專利]一種水平軸風力發電機葉片及其成型方法和設備

無效

• 申請號: 201210207846.3
• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102705157A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張向增
• 申請（專利權）人: 張向增
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;B29C70/52
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域：

本發明涉及一種水平軸風力發電機組復合材料葉片，葉片的氣動功能部分和承載結構部分相互分離設計，尤其是在葉片的氣動翼型型面的前后兩側面布置有外置縱向梁，并保持氣動翼型和外置梁之間足夠氣動凈空距離，同時在葉片的葉柄部分引入一段桁架結構，這樣，在保障氣動功率的前提下，極大地提升了葉片的抗彎剛度，相對現有葉片技術可大幅度降低葉片的總成本。同時，本發明提出一種二次拉擠成型這種纖維增強樹脂復合材料葉片的方法和拉擠設備。

本發明屬于水平軸風力發電機組復合材料葉片技術領域。

背景技術：

水平軸風力發電機組復合材料葉片，無論是采用預彎結構還是碳纖維增強結構，都極限地優化了葉片而無法再度突破。其根本原因就是受制于葉片氣動翼型輪廓的幾何限制，使得材料的結構性能發揮不出來。在前提出的中國專利申請CN201110394192.5“一種水平軸風力發電機組新型復合材料葉片”，揭示的是一種適用于葉片單方向彎曲受力的狀態，本發明提出一種適用于葉片前后雙向彎曲受力的葉片結構，及其簡單易行的成型技術方案。

水平軸風力發電機組葉片的受力彎曲是隨機的，有向前的彎曲也有向后的彎曲工況。由此，根據運行工況，葉片需要有大致對稱的抗彎結構。這就是在葉片的氣動型面的前后布置縱向承載梁。

因為葉片有充分大的氣動輪廓截面，所以，氣動翼型實體部分有良好的縱向抗壓穩定性，而氣動翼型輪廓外部的承載結構不宜尺寸太大，否則，對翼型的氣動性能的影響會較大而犧牲氣動效率。然而，細小梁的拉伸穩定性很好，壓縮穩定性很差。由此，誕生了本專利的發明點：在葉片彎曲承載時，氣動翼型實體部分只承受壓縮應力，翼型外部的承載梁只承受拉伸應力，避免外部承載梁承擔壓縮應力。針對葉片向后的彎曲受力，由前面的承載梁和翼型實體組成的結構承載；對于葉片向前的彎曲，由后面的承載梁和翼型實體組成的結構承載。

至于氣動翼型的實體部分，當然可以是由拉擠成型的恒定截面的型材片段，也可以是其它工藝方法制造的符合氣動性能要求的非恒定截面的葉片片段。

發明內容：

本發明的目的是實現一種輕質的、廉價的、可靠的水平軸風力發電機組大型葉片的設計制造技術。這種葉片的主體結構就是拉擠成型的、滿足氣動翼型特性的、等截面的復合材料葉片片段。

本發明的思路就是突破葉片氣動翼型厚度的限制，讓承載結構外置，對稱地分布在葉片的弦線構成的平面的兩側，當然，這種設置是針對葉片揮舞方向的承載不足來構思的，擺振方向則沒有必要；同時，為適應這種拉擠型材構成的葉片，以及降低成本，葉片葉柄段采用桁架結構過渡、連接到葉輪的輪轂。

為敘述方便，先結合附圖闡述本發明涉及的葉片結構的具體實施例。

附圖說明：

圖1是一個葉片的總體結構示意圖；

圖1中，1-氣動翼型、2-外置縱向梁、3-段間連接法蘭、4-桁架段、5-對接輪轂法蘭、11-氣動翼型A段、12-氣動翼型B段、13-氣動翼型C段、21-外置縱向梁前段、22-外置縱向梁后段、31-段間連接法蘭A、32-段間連接法蘭B、33-段間連接法蘭C、L-桁架段長度、Lc-氣動凈空距離、T-翼型厚度。

圖1中，還示意給出A?B?C三段三個局部氣動翼型截面的視圖，旨在表達3段葉片片段的不同弦長截面和葉片弦線的方位。圖中ABC三段的氣動截面分別扭轉了不同的角度。

圖1中，氣動翼型1為葉片的最核心部分，是葉片成本主體。本實施例的氣動翼型1分為三個片段組成，即氣動翼型A、B、C。它們都是由纖維增強樹脂復合材料拉擠型材制成的片段，表現為定截面特性，型材具備要求的氣動翼型輪廓。當然，ABC三段具有水平軸風機葉片要求的氣動型面扭角。按照A?B?C字母順序，翼型弦長增加、翼型厚度增加、翼型殼體的壁厚也增加。而且，翼型殼體是由內外蒙皮和中間芯材構成的三明治結構。這些特性此處不再贅述。

本葉片結構專利主要涉及的發明點是在氣動翼型1前后兩側配置外置縱向梁2，氣動翼型1和外置縱向梁2共同作用抵御彎曲載荷。

圖1中中心線所在位置為氣動翼型弦線構成的平面(實際為曲面)位置，為便于闡述問題，弦線平面前側(視圖中心線左側)假設為氣動壓力面P?S面，后側(視圖中心線右側)為氣動吸附面S?S面。

氣動翼型A、B、C段之間，以及和桁架段4之間有段間連接法蘭3。段間連接法蘭3應該有足夠的剛性和承載彎矩、扭矩、拉伸、壓縮、剪切等復雜應力的能力。所以，段間連接法蘭3采用各向同性的金屬材料比較合適。