一种风力发电机延长叶片及制作方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，具体是一种风力发电机延长叶片及制作方法。

背景技术

风力发电机组的发电效率是各个风电场考量的重要因素，如何能尽可能的提高各风力发电机组的效率，是本领域技术人员在建立风电场时需要考虑的。而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。因此现在新研发的风力发电机叶片越来越长，但是早期已经服役的风力发电机叶片通常较短，影响发电效率。在此背景下，提出一种风力发电机叶片叶尖延长结构及方法是非常必要的。

现有的风力发电机叶片叶尖延长技术，多是在现有的叶片结构基础上简单粘接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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是叶片叶尖延长结构的强度和稳定性差，为了解决该问题，本发明提供一种风力发电机延长叶片及制作方法，其能够提高延长结构的强度和稳定性。

本发明的内容为一种风力发电机延长叶片，包括叶片本体和延长段，叶片本体和延长段之间设置连接段，叶片本体有第一后缘梁、第一后缘芯材、第一主梁和第一前缘芯材，延长段有第二后缘梁、第二后缘芯材、第二主梁和第二前缘芯材，连接段有第一衬板、第二衬板和增强布，第一衬板的两端分别连接第一后缘芯材和第二后缘芯材，第二衬板的两端分别连接第一前缘芯材和第二前缘芯材，增强布的两端分别连接第一后缘梁和第二后缘梁以及第一主梁和第二主梁。

进一步地，所述的第一后缘梁和第一主梁的端部凸出于第一后缘芯材和第一前缘芯材的端部，第二后缘梁和第二主梁的端部凸出于第二后缘芯材和第二前缘芯材的端部。

进一步地，所述的第一后缘梁和第二后缘梁以及第一主梁和第二主梁的连接端端面均为倾斜方向相对的斜面，斜面朝向叶片外侧。

进一步地，所述的第一主梁内设置两个第一腹板，第二主梁内设置两个第二腹板，两个第二腹板之间设置连接块的一端，连接块的另一端配合安装在两个第一腹板之间。

进一步地，所述的连接块的另一端分别与两个第一腹板和第二主梁粘接。

进一步地，所述的第一腹板与对应的第二腹板之间通过增强布进行搭接。

进一步地，所述的连接块内沿长度方向开设通透的连接孔，连接孔内设置连接管，连接管内设置弧形的压板，第一腹板和/或第二腹板上设置螺杆，螺杆的一端依次经过第一腹板和/或第二腹板和连接块与压板的外侧相触，螺杆上配合安装螺母，螺母与第一腹板和/或第二腹板相触。

进一步地，所述的连接管的内孔为一侧大直径另一侧小直径的鸡蛋形，压板位于连接管的内孔的大直径一侧。

一种风力发电机延长叶片的制作方法，包括以下步骤：

将原叶片在85％-90％叶片长度的位置将叶尖切除，并在端部切除长度为200-300mm的第一后缘芯材、第一前缘芯材、第二后缘芯材和第二前缘芯材；

将第一后缘梁和第二后缘梁以及第一主梁和第二主梁打磨错层以形成朝向叶片外侧的斜面，第一后缘梁和第二后缘梁以及第一主梁和第二主梁每层错层70-100mm；

将叶片本体和延长段内的雷电引下线的端部100-150mm长度区域内的绝缘皮去除，在连接块四周涂抹粘接胶；

将四周涂完粘接胶的连接块插入两个第一腹板之间，然后将叶片本体和延长段内的雷电引下线的端部在连接管内连接，转动螺杆使其推动压板，使压板将两个雷电引下线的端部挤压固定；

第一腹板与对应的第二腹板之间通过增强布搭接；

将第一衬板的两端分别与第一后缘芯材和第二后缘芯材通过粘接胶粘接，将第二衬板的两端分别与第一前缘芯材和第二前缘芯材通过粘接胶粘接，第一衬板和第二衬板的粘接长度为30-50mm；

第一后缘梁和第二后缘梁之间以及第一主梁和第二主梁之间通过增强布进行搭接；

辅助加热增强布的搭接区域，使该搭接区域的TG值满足要求。

进一步地，所述的第一后缘梁和第二后缘梁之间以及第一主梁和第二主梁之间通过增强布进行搭接包括，采用真空导入工艺或手糊工艺进行搭接。

本发明的有益效果是，本发明通过第一衬板对叶片本体和延长段的第一后缘芯材和第二后缘芯材进行连接，通过第二衬板对叶片本体和延长段的第一前缘芯材和第二前缘芯材进行连接，通过增强布对第一后缘梁和第二后缘梁以及第一主梁和第二主梁进行连接，由于第一后缘梁和第二后缘梁以及第一主梁和第二主梁在叶片中为主要承受力的部件，由数层玻璃纤维增强材料构成，该部分采用增强布进行连接，能够尽量减少对叶片强度的影响，提高延长叶片的强度和稳定性，前缘芯材和后缘芯材是由玻璃纤维和夹芯材料构成的三明治结构，衬板对前缘芯材和后缘芯材的连接，能够进一步提高延长叶片的强度和稳定性。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为本发明连接段的结构示意图；

附图3为本发明叶片本体的端部的结构示意图；

附图4为本发明延长段的端部的结构示意图；

附图5为本发明增强布的连接状态的结构示意图，图中粗线为增强布，细线为第一后缘梁和第二后缘梁或第一主梁和第二主梁；

附图6为本发明延长段的剖视图；

附图7为图6的Ⅰ部放大图。

在图中，1、叶片本体 2、连接段 3、延长段 4、第一后缘梁 5、第一后缘芯材 6、第一主梁 7、第一前缘芯材 8、第二后缘梁 9、第二后缘芯材 10、第二主梁 11、第二前缘芯材12、连接块 13、第二腹板 14、雷电引下线 15、连接管 16、压板 17、螺母 18、螺杆 19、第一衬板 20、第二衬板 21、第一腹板 22、连接孔。

具体实施方式

如附图1-7所示，一种风力发电机延长叶片，包括叶片本体1和延长段3，叶片本体1和延长段3之间设置连接段2，叶片本体1有第一后缘梁4、第一后缘芯材5、第一主梁6和第一前缘芯材7，延长段3有第二后缘梁8、第二后缘芯材9、第二主梁10和第二前缘芯材11，连接段2有第一衬板19、第二衬板20和增强布21，第一衬板19的两端分别连接第一后缘芯材5和第二后缘芯材9，第二衬板20的两端分别连接第一前缘芯材7和第二前缘芯材11，增强布21的两端分别连接第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10。这种结构通过第一衬板19对叶片本体1和延长段3的第一后缘芯材5和第二后缘芯材9进行连接，通过第二衬板20对叶片本体1和延长段3的第一前缘芯材7和第二前缘芯材11进行连接，通过增强布21对第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10进行连接，由于第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10在叶片中为主要承受力的部件，由数层玻璃纤维增强材料构成，该部分采用增强布21进行连接，能够尽量减少对叶片强度的影响，提高延长叶片的强度和稳定性，前缘芯材和后缘芯材是由玻璃纤维和夹芯材料构成的三明治结构，衬板对前缘芯材和后缘芯材的连接，能够进一步提高延长叶片的强度和稳定性。

所述的第一后缘梁4和第一主梁6的端部凸出于第一后缘芯材5和第一前缘芯材7的端部，第二后缘梁8和第二主梁10的端部凸出于第二后缘芯材9和第二前缘芯材11的端部。第一后缘梁4和第一主梁6以及第二后缘梁8和第二主梁10的端部凸出后，可以使叶片本体1和延长段3的主承力件最长的一层相互对接，这样搭接增强布21时可以保证叶片型面，且连接区域会较短，减少工作量，增大连接强度。

所述的第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10的连接端端面均为倾斜方向相对的斜面，斜面朝向叶片外侧。这种结构是根据叶片内外层的受力强度变化设置斜面，并通过长度渐小的增强布21进行连接，从而增大连接强度。

所述的第一主梁6内设置两个第一腹板21，第二主梁10内设置两个第二腹板13，两个第二腹板13之间设置连接块12的一端，连接块12的另一端配合安装在两个第一腹板21之间。连接块12为复合材料，具体的外蒙皮是玻璃钢材料，中间为PVC或PET泡沫，连接块12凸出第二主梁10的端部500-600mm。连接块12的外形与两个第一腹板21中间空腔的形状相同，连接块12的外部尺寸比两个第一腹板21中间空腔的尺寸小2-10mm，通过连接块12可以起到定位延长段3的作用。

所述的连接块12的另一端分别与两个第一腹板21和第二主梁10粘接。连接块12可以起到辅助粘接延长段3的作用，进一步增大连接强度。

所述的第一腹板21与对应的第二腹板13之间通过增强布21搭接。增强布21通过对第一腹板21与对应的第二腹板13的搭接，能够进一步增大连接强度。

现有的叶片叶尖延长结构并没有提出原叶片与延长的叶尖防雷系统如何连接，而叶尖属于风力发电机叶片遭受雷击的主要区域。为了避免叶片遭受雷击，所述的连接块12内沿长度方向开设通透的连接孔22，连接孔22内设置连接管15，连接管15内设置弧形的压板16，第一腹板21和/或第二腹板13上设置螺杆18，螺杆18的一端依次经过第一腹板21和/或第二腹板13和连接块12与压板16的外侧相触，螺杆18上配合安装螺母17，螺母17与第一腹板21和/或第二腹板13相触。延长段3内的雷电引下线14与置于叶尖的金属铝叶尖连接。将叶片本体1和延长段3内的雷电引下线14的端部100-150mm长度区域内的绝缘皮去除，然后将叶片本体1和延长段3内的雷电引下线14的端部在连接管15内连接，转动螺杆18使其推动压板16，使压板16将两个雷电引下线14的端部挤压固定，连接管15和压板16的材料为黄铜，外部包裹一层绝缘材料，在其上再包裹一层玻璃钢。螺杆18、螺母17和压板16可以为数个。这种结构能够通过螺杆18和压板16将叶片本体1和延长段3内的雷电引下线14连接，避免叶片遭受雷击。

所述的连接管15的内孔为一侧大直径另一侧小直径的鸡蛋形，压板16位于连接管15的内孔的大直径一侧。这种结构能够使压板16将雷电引下线14挤压在小直径的一侧，从而使雷电引下线14固定牢固。

一种风力发电机延长叶片的制作方法，包括以下步骤：

将原叶片在85％-90％叶片长度的位置将叶尖切除，并在端部切除长度为200-300mm的第一后缘芯材5、第一前缘芯材7、第二后缘芯材9和第二前缘芯材11；

将第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10打磨错层以形成朝向叶片外侧的斜面，第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10每层错层70-100mm；

将叶片本体1和延长段3内的雷电引下线14的端部100-150mm长度区域内的绝缘皮去除，在连接块12四周涂抹粘接胶；

将四周涂完粘接胶的连接块12插入两个第一腹板21之间，然后将叶片本体1和延长段3内的雷电引下线14的端部在连接管15内连接，转动螺杆18使其推动压板16，使压板16将两个雷电引下线14的端部挤压固定；这种方式能够通过螺杆18和压板16将叶片本体1和延长段3内的雷电引下线14连接，避免叶片遭受雷击。

第一腹板21与对应的第二腹板13之间通过增强布21进行搭接；

将第一衬板19的两端分别与第一后缘芯材5和第二后缘芯材9通过粘接胶粘接，将第二衬板20的两端分别与第一前缘芯材7和第二前缘芯材11通过粘接胶粘接，第一衬板19和第二衬板20的粘接长度为30-50mm；

第一后缘梁4和第二后缘梁8之间以及第一主梁6和第二主梁10之间通过增强布21进行搭接；根据叶片内外层的受力强度变化设置斜面，并通过长度渐小的增强布21进行连接，从而增大连接强度。

辅助加热增强布21的搭接区域，使该搭接区域的TG值满足要求。

所述的第一后缘梁4和第二后缘梁8之间以及第一主梁6和第二主梁10之间通过增强布21进行搭接包括，采用真空导入工艺或手糊工艺进行搭接。

上述方法通过第一衬板19对叶片本体1和延长段3的第一后缘芯材5和第二后缘芯材9进行连接，通过第二衬板20对叶片本体1和延长段3的第一前缘芯材7和第二前缘芯材11进行连接，通过增强布21对第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10进行连接，由于第一后缘梁4和第二后缘梁8以及第一主梁6和第二主梁10在叶片中为主要承受力的部件，由数层玻璃纤维增强材料构成，该部分采用增强布21进行连接，能够尽量减少对叶片强度的影响，提高延长叶片的强度和稳定性，前缘芯材和后缘芯材是由玻璃纤维和夹芯材料构成的三明治结构，衬板对前缘芯材和后缘芯材的连接，能够进一步提高延长叶片的强度和稳定性。第一后缘梁4和第一主梁6以及第二后缘梁8和第二主梁10的端部凸出后，可以使叶片本体1和延长段3的主承力件最长的一层相互对接，这样搭接增强布21时可以保证叶片型面，且连接区域会较短，减少工作量，增大连接强度。