[发明专利]一种多梁结构大尺寸风电叶片及其的制作方法

说明书

一种多梁结构大尺寸风电叶片及其制作方法，采用空心布局结构，包括叶片蒙皮吸力边、叶片蒙皮压力边、主承力结构大梁和抗剪切腹板，由叶片蒙皮吸力边与叶片蒙皮压力边组合形成一个截面为流线型的空腔结构，在叶片蒙皮吸力边与叶片蒙皮压力边组合形成的空腔结构内布置有由主承力结构大梁和抗剪切腹板组合形成的支撑结构；所述叶片蒙皮吸力边与叶片蒙皮压力边都是采用多段组合结构，通过多段分别与主承力结构大梁的侧面连接在一起形成叶片蒙皮吸力边与叶片蒙皮压力边整体。本发明在保证叶片刚度、强度的前提下，提高了叶片结构的抗屈曲失稳能力，通过采用高模量的碳纤维铺层，能明显减轻叶片重量，降低叶片载荷，尤其是疲劳载荷。

技术领域

本发明涉及一种风力发电设备的部件及其制作方法的改进，尤其涉及一种大尺寸加长型风电叶片的制作方法及风电叶片的改进。属于风电设备技术领域。

背景技术

众所周知，风电叶片正朝着大型化方向发展，即使在发电功率不变的情况下，叶片尺寸也在不断加大、加长。随着叶片尺寸的变化，叶片更加细长、柔软，为满足刚度、强度、稳定性要求，须增加结构铺层，尤其增加靠近叶尖铺层，这势必会导致叶片重量增加，质心更加靠近叶尖，频率更低，同时，随着重量增加，疲劳载荷也会随之增大，特别是摆振方向疲劳载荷，增加更加明显。

目前，为了减小叶片载荷，最常用的方法是将叶片主承力结构更换叶片增强材料，如采用高强、高模纤维材料代替普通玻璃纤维，从而降低叶片重量，达到降低叶片载荷目的。但是，在结构上，如果沿用目前通用的铺层方式又会导致新的问题，如在叶片大梁宽度不变的情况下，大梁铺层用碳纤维代替常用的普通玻璃纤维，因材料更换，使得大梁厚度明显下降，叶片结构稳定性严重不足。

因此，在大尺寸叶片气动外形不变的前提下，找到一种科学、合理的方法，减轻叶片重量，从而，提高叶片频率，降低叶片疲劳载荷，对于设计大尺寸、加长型叶片结构具有重要的现实意义。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明相关的主要有以下几个：

1、专利号为CN201010106039. 3， 名称为“兆瓦级风力发电机多梁结构玻璃钢空腹叶片及其生产方法”的发明专利，该专利公开了一种兆瓦级风力发电机多梁结构玻璃钢空腹叶片，其包括两片叶壳、固定于叶壳内侧的主梁，其改进之处在于沿叶壳纵向间隔分布有若干肋，所述肋呈环形，其上下两侧面与两叶壳的内蒙皮和主梁胶接固定。采用空腹肋结构将原有整体受力的叶片改为小单位面积受力，并通过空腹肋这种结构形式增强扭力，提高叶片的强度，因此无需填充泡沫，从而叶片质量大大降低，使空腹结构在兆瓦级风机叶片上得以实施，叶片做大做长的难度显著降低，且叶片的主梁是与壳体一体灌注成型。

2、专利号为CN201120483523.8，名称为“一种2.0MW 碳纤维风力发电机叶片”的发明专利，该专利公开了一种2.0MW碳纤维风力发电机叶片，所述叶片由贴合叶片模具的玻璃纤维布铺设而成，叶片壳体中间的两侧铺放有碳纤维主梁和玻璃纤维辅梁，所述碳纤维主梁和玻璃纤维辅梁之间填充轻木，碳纤维主梁和玻璃纤维辅梁采用双剪切腹板形成双工字结构。本发明由于碳纤维提供了的足够的强度而减轻了传统叶片铺层时玻璃纤维过多过厚的因素，降低了叶片中树脂的用量，因而能减轻重量约2000Kg；同时叶片无预弯，更方便运输，提高了气动效率，Cpmax最大值能达到0.49，增加了发电量，另外，由于叶片刚度大，叶片运行时不易碰撞塔筒，安全性更高。

3、专利号为CN201010532996.2，名称为“一种风力发电机叶片”的发明专利，该专利公开了一种风力发电机叶片，所述风力发电机叶片由复合材料制成，所述复合材料包括多层纤维层和附着形成在所述多层纤维层上的基体材料；所述纤维层包括碳纤维和玻璃纤维，所述碳纤维和玻璃纤维的体积比为1∶4～4∶1。本发明提供的风力发电机叶片中的纤维层包括碳纤维和玻璃纤维至少两种纤维，碳纤维具有强度高和重量轻的优点；玻璃纤维具有韧性好的优点，而且与树脂具有良好的界面浸润性。