[发明专利]一种带舱肋的兆瓦级风力叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种带舱肋的兆瓦级风力叶片新型结构，主要用于兆瓦级风力叶片中，属于 结构与材料工程领域。

背景技术

近几年，世界风能发电平均以30％以上的速度增长，全球风电产业的迅猛发展带动了风 电机组的快速发展，其中叶片是风电机组的关键部件之一，其性能好坏直接影响风电机组的 风能利用效率和机组所受载荷，在很大程度上决定了机组的整体性能和风电开发利用的经济 性。同时，叶片也是风机的核心部件，其成本约为风电机组总成本的20％。因此，世界各大 主要风机制造商都非常重视叶片的设计和生产，并尽可能保持独立的设计和生产能力。叶片 设计主要分为气动设计和结构设计。

气动设计是通过优化叶片外形以满足年输出功率最大化和最大功率限制输出，目前叶片 叶型的设计技术通常是借鉴航空上飞机机翼翼型的设计方法，在20世纪80年代以前，水平 轴风机叶片翼型通常选择NACA系列的航空翼型，80年代中期后，风电发达国家开始对叶片 专用翼型进行研究，并成功开发出风电叶片专用翼型系列，比如美国Seri和NREL系列、丹 麦RISO-A系列、瑞典FFA-W系列和荷兰DU系列，这些翼型各有优势。虽然现有的风机叶 片专用翼型已成系列，但还存在很大改进空间。

结构设计则是对符合气动要求的叶片进行强度、刚度、稳定性以及疲劳方面的计算和复 核以满足力学性能要求。目前大型叶片的结构都为“蒙皮+主梁+腹板”的形式，蒙皮主要由 双轴复合材料层增强，提供气动外形并承担大部分剪切载荷；主梁主要为单向复合材料层增 强，是叶片的主要承载结构；腹板包括单腹板和双腹板，为夹芯结构，主要对主梁起到支撑 作用。

我国当前风电场中采用的兆瓦级风力叶片一般都采用上述“蒙皮+主梁+腹板”的结构形 式，使用一定时间后会出现一些问题，经试验测试与模拟计算，可将问题归纳如下：

1、叶片负载时，最容易在叶片最大弦长位置附近范围内出现应力、应变过大，并导致该 处叶片的开裂和破坏；

2、除在叶片最大弦长位置附近因应力过大破坏外，还存在一种破坏形式是在叶片后缘因 局部屈曲造成叶片整体结构的破坏；

3、单根叶片自重过大，导致整个风力机组的负载较大，使得风机效率降低、生产成本增 加，最终降低了风机的性价比。

综上所述，在当前生活低碳化、能源绿色化的时代背景下，设计新型的风力叶片结构形 式，改进风力叶片的气动性能和结构性能，提高风力机的性价比显得极为迫切，也具有巨大 的经济效益。

发明内容

发明目的：

本发明所要解决的问题是针对上述现有叶片结构的不足，而提供一种轻质高强的带舱肋 的新型兆瓦级叶片结构。

技术方案：

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

种带舱肋的兆瓦级风力叶片，包括前缘、后缘、上下主梁、腹板，其中前缘和后缘形 成叶片外壳，上下主梁、腹板构成叶片内部框架，在叶片内部还包括n个舱肋，所述n个舱 肋横切于腹板，与叶片外壳的内侧相连接，n为自然数，且n≥6。

进一步的，本发明的带舱肋的兆瓦级风力叶片，舱肋在叶片最大弦长截面附近密布，分 别为叶片最大弦长截面处朝叶根方向0.1L范围内、以及叶片最大弦长截面处朝叶尖方向0.2L 范围内，舱肋的布置间距为1.0-2.0m之间，L为叶片总长度；叶片其余区段的舱肋进行疏布， 布置间距为3.0-5.0m之间。

进一步的，本发明的带舱肋的兆瓦级风力叶片，舱肋采用的材料为玻璃纤维增强复合材料 或工程塑料。

进一步的，本发明的带舱肋的兆瓦级风力叶片，舱肋的截面为不对称“工”字形。

本发明设计的叶片结构包括前缘、后缘、主梁、腹板和舱肋五部分，其中前缘和后缘形 成叶片外壳，主要满足风力叶片的气动性能要求，主梁、腹板和舱肋构成叶片内部框架，主 要满足风力叶片的结构性能要求。叶片通过“舱肋+腹板+主梁”的新型承载结构，改变载 荷在叶片内部框架中的传递方式，优化结构的受力状态，进而调节主梁和腹板的铺层厚度， 减小自重，最终使叶片达到轻质高强的综合效果。

本发明的具体结构为：用于承载的内部框架由主梁、腹板和舱肋构成，其中的舱肋可大 大改善叶片的受力状态(尤其是叶片摆动方向的受力)，舱肋的具体数量由前述布置间距和叶 片的长度综合确定。