[实用新型]一种风电叶片分叉式叶尖气囊结构及风电叶片

说明书

本实用新型提供了一种风电叶片分叉式叶尖气囊结构及包含该结构的风电叶片，通过替换基础风电叶片的叶尖部分而设置分叉式叶尖气囊结构，一方面有效延长了基础叶片的长度，提升了风电机组的发电功率及稳定性，同时通过将叶尖气囊设置为分叉结构，使得叶尖部分可根据来流风况自由调整张合角度，保证了叶尖涡的稳定性，降低了叶尖部分所承受的气动载荷，此外将叶尖气囊结构的前缘设置为波浪形，还有效改善了叶尖的流动分离状态，在提升叶片功率的同时降低了风电叶片的气动噪声，通过将叶尖气囊结构的尾缘设置为锯齿形，也有效降低了风电叶片的气动噪声。

技术领域

本实用新型属于风力发电机叶片设计领域，涉及一种风电叶片叶尖结构，尤其涉及一种风电叶片分叉式叶尖气囊结构及具有该结构的叶片。

背景技术

随着我国风电装机容量的快速提升，风资源丰富的区域建设了大面积的风电场，与此同时，使得该区域的风资源特性也发生了一定的变化，使得原风资源特性下匹配的风力机输出功率下降。风力机主要靠风电叶片捕获风能，风电叶片的长度直接影响风力机捕获风能的能力和风力发电机组的输出功率。在低风速下增加风电叶片长度可以有效的提高风力机的发电量。但随着风电机组装机容量的不断提升，叶片更加细长，在气动力、重力等多种载荷作用下，叶片也不可避免地发生弯曲和扭转变形。而这样的变形严重影响风电机组的性能，包括发电效率下降、疲劳破坏等，因此为了保证机组安全稳定地运行，就需要降低叶片的质量。此外，使用尺寸更大的叶片，会大幅增加建设成本和安装难度，更为困难的是运输问题。

风电叶片成本约占整机机组成本的15％-20％，如果对现役风电叶片进行整体更换势必增加过高的改造成本，增加发电成本，因此叶片的整体更换不利于提高风电机组改造的经济性。设计一种结构可靠，实施简单的风电叶片延长段和实施工艺，降低改造成本，是非常重要的。

现有的叶片叶尖延长技术多在现有的叶片结构基础上简单粘接一复合材料壳体来延长叶片的长度，容易导致胶接面过长而不利施工、胶接自由端没有补强导致疲劳强度的不足、剪切腹板沿展向不连续导致结构强度和稳定性差等不利影响。此外，随着叶片长度的增加，叶尖速度增大，这将导致气动噪声的问题更加显著，并且最为关键的是，采用普通的叶尖对叶片进行延长会增加叶片的质量，使得叶片承受更大的载荷，严重影响叶片的使用寿命。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的上述缺陷和不足，本实用新型旨在提供一种风电叶片分叉式叶尖气囊结构及包含该结构的风电叶片，通过替换基础风电叶片的叶尖部分而设置分叉式叶尖气囊结构，一方面有效延长了基础叶片的长度，提升了风电机组的发电功率及稳定性，同时通过将叶尖气囊设置为分叉结构，使得叶尖部分可根据来流风况自由调整张合角度，保证了叶尖涡的稳定性，降低了叶尖部分所承受的气动载荷，此外将叶尖气囊结构的前缘设置为波浪形，还有效改善了叶尖的流动分离状态，在提升叶片功率的同时降低了风电叶片的气动噪声，通过将叶尖气囊结构的尾缘设置为锯齿形，也有效降低了风电叶片的气动噪声。

(二)技术方案

在描述问题的解决方案之前，先定义一些特定词汇以便于叙述。

本实用新型中所提及的技术术语「补强」，一般用于风电叶片常规设计所不能涉及的局部，用于增强结构局部不连续或应力集中可能带来的强度不足。

本实用新型中所提及的技术术语「展向」，一般指风电叶片沿长度的方向，从叶根指向叶尖。

本实用新型中所提及的技术术语「自由端」，一般指相应结构或材料的终端，因其不存在向外延伸方向的约束。

本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种风电叶片分叉式叶尖气囊结构，包括一基础叶片和一分叉式叶尖气囊，所述基础叶片的叶尖部分去除，所述分叉式叶尖气囊设置在去除叶尖的基础叶片的末端，所述去除叶尖的基础叶片的末端的外表面形成为所述基础叶片的连接表面，其特征在于，