一种风电叶片的空心骨架结构的制作方法

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1.本发明涉及一种风电叶片骨架，特别是一种风电叶片的空心骨架结构。

背景技术：

2.现有的风力发电系统，通常是由塔架连接轮毂，再由轮毂连接风电叶片。现有的塔架大多是桁架结构，采用空心管制成，而风电叶片通常采用玻璃钢等材质制成，且叶片整体采用模具加工形成，一方面使得制造工艺和模具加工成本较高，且需要将叶片壳体设计成曲面，设计难度大；另一方面，采用玻璃钢等材质重量大，不能把尺寸设计的更大，即叶片的体积越大，采用玻璃钢制出的叶片重量就越大。而现有的叶片骨架通常是在叶片内腔设置锥形管来作为叶茎，或者采用多个间隔排列的腹板来来作为叶茎，以增加叶片强度。然而这两种叶茎结构在叶片遇到强风时仍旧强度较低，容易使叶片折断。
3.另外，本发明对叶片进行了全新的改进，将叶片本体设计成窗扇结构，能够在风力作用下开合，cn201120352480x公开了一种垂直轴风力发电机用窗扇形叶片组合式风轮，其也设计了一种可开合的窗扇叶片，但其骨架部分并未设置叶茎，而是直接将框架安装于风轮主轴上，而风轮主轴在强风作用下并不能保证强度，且框架为水平主横梁，并未指明是实心杆还是空心杆，因此，对本发明没有技术启示，其结构强度也较差，一旦遇到强风，很容易折断，抗弯扭和抗疲劳性能差。

技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种抗弯扭强度大，抗疲劳性好，可适用于任何风力的风电叶片的空心骨架结构。
5.本发明的技术方案是：一种风电叶片的空心骨架结构，包括叶茎部和与叶茎部连接的叶框架；所述叶框架和/或叶茎部均由多根空心管相互连接形成。
6.进一步，所述叶框架包括沿叶茎部两侧水平延伸出的多个间隔排列的水平桁架，所述水平桁架包括横杆、斜杆和设于横杆和斜杆之间的支撑杆。
7.进一步，所述叶框架还包括与水平桁架连接的纵杆；所述纵杆、水平桁架和叶茎部之间连接形成一整体。
8.进一步，相邻所述水平桁架的横杆与横杆之间、斜杆与斜杆之间以及所有水平桁架的外侧均设有所述纵杆。
9.进一步，所述叶茎部的一端连接轮毂；叶茎部的两端均沿叶框架延伸出。
10.进一步，所述叶茎部的截面形状为n边形，n≥4。
11.进一步，所述水平桁架的横杆、斜杆与叶茎部连接，所述叶茎部的空心管管身上设有折弯的压型螺座，压型螺座包括贴合面和连接面，贴合面与管身相适配连接，横杆和斜杆上均设有法兰板，通过螺栓穿过法兰板与压型螺座的连接面连接固定。
12.进一步，所述叶茎部包括叶茎主体和叶茎尖部，叶茎尖部为逐渐形成尖端的多边形锥形体结构，叶茎尖部与叶茎主体之间法兰连接；且叶茎尖部的空心管外径小于叶茎主
体的空心管外径。
13.进一步，与叶茎尖部连接的叶框架的尺寸小于与叶茎主体连接的叶框架的尺寸。
14.进一步，所述叶茎部与叶框架之间以及叶框架的纵向方向上均连接有绳索，形成六边形绳索结构，且绳索处于拉紧状态，与叶茎部、叶框架形成一整体。
15.本发明的有益效果：（1通过对叶片骨架进行设计，在用料最少、重量最轻的情况下获得最大的强度，且无论是横向还是纵向都具备较强的抗弯扭强度，能够抵抗强风，不易折断；（2）通过对叶茎部和叶框架的连接结构进行设计，一方面不仅能够大大提高与管体之间的接触面积，进而提高连接强度；而且第一压型螺座经板体压制成型后，本身为折弯结构，通过折弯能够提高自身强度，使得第一压型螺座的板体厚度可以做的更薄，且结构的力学性能更好；另一方面，纵杆、水平桁架及叶茎部之间可快速安装和拆卸，且拆卸后能够重复使用；（3）通过对整个骨架设置拉紧的绳索，这样，骨架所受的应力就由绳索承担，而绳索为单向受力，从而就消除了骨架正反向受力的疲劳影响，大大提高骨架的使用寿命。
附图说明
16.图1是本发明实施例1的骨架结构示意图；图2是本发明实施例1的骨架反面结构示意图；图3是本发明实施例1叶茎主体与叶茎尖部的连接结构示意图；图4是本发明实施例1横杆与纵杆的连接结构示意图；图5是本发明实施例1横杆与叶茎部的连接结构示意图；图6是本发明实施例1水平桁架与纵杆的连接结构示意图；图7是本发明实施例1第一压型螺座的结构示意图；图8是图5所示实施例1横杆与叶茎部通过第一压型螺座连接的结构放大示意图；图9是图6所示实施例1横杆与纵杆通过第二压型螺座连接的结构放大示意图。
17.附图标识说明：1.叶茎部；2.叶框架；3.空心管；4. 第一压型螺座；5.第二压型螺座；6.法兰板；7.绳索；11. 叶茎主体；12. 叶茎尖部；21.水平桁架；22.纵杆；41.贴合面；42.连接面；43.连接孔；44.折弯边沿；45.预制螺母；111.柱体；112.杆体；211.横杆；212.斜杆；213.支撑杆。
具体实施方式
18.以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
19.实施例1如图1和图2所示：一种风电叶片的空心骨架结构，包括叶茎部1和与叶茎部1连接的叶框架2；所述叶框架2和叶茎部1均由多根空心管3相互连接形成。
20.上述方案具有以下优点：叶茎部和叶框架采用空心管连接形成，一方面重量轻，节约材料；另一方面，由于叶茎部和叶框架都是用于承受载荷的，尤其是用于风力发电时，一旦遇到强风的冲击，就更需要将叶茎部和叶框架设计成具有高抗弯、抗扭强度的骨架结构。本实施例采用空心管，更优选地采用截面为圆形的空心管，是为了能够在用料最少、重量最
轻的情况下获得最大的强度。发明人的设计理念是：结合大自然中的芦苇，由于芦苇杆是空心的，而且芦苇在自然界中要经历风霜雨雪，特别是风，最考验芦苇杆的强度，如果被风吹倒，芦苇就不能继续生存，而在芦苇的进化过程中，空心的芦苇由于生存能力强，逐渐成为芦苇中的优势物种，因此，发明人想到采用同样的原理，将叶骨架和叶框架设计成空心管结构，即使在强风中，也能够保持一定的抗弯和抗扭强度。
21.具体地，本实施例中，叶茎部1采用桁架结构，且桁架是由空心管3构成，其截面具有良好的抗压和抗弯扭承载能力及较大刚度，在风电叶片运行过程中不易被强风吹到折断。本实施例的叶茎部截面形状为n边形，n≥4。发明人在试验过程中发现，如果设计成三角桁架，叶茎部在于轮毂连接的那一端的抗弯扭性能较差，很容易折断，因此，设计成n≥4的多边形结构。本实施例优选设计成四边形，既能满足抗弯扭强度要求，又能节约用材，将结构设计的更为简单。
22.如图3所示：本实施例中，叶茎部1的桁架结构包括四根柱体111以及设于柱体之间的横向和斜向杆体112。柱体可以是多节组成，也可以是一节。柱体与其它杆体直接焊接成一体，形成桁架。叶茎部1包括叶茎主体11和叶茎尖部12，叶茎主体11和叶茎尖部12均为桁架结构。
23.叶茎主体11可以是尺寸逐渐减小的椎体结构，也可以是每个截面尺寸都相同的结构。叶茎主体可以是分段式，也可以是整体式结构。如果采用分段式结构，则多个叶茎主体之间通过法兰相互连接，形成整体结构。设计成分段结构，便于组合成不同长度的叶茎部。
24.叶茎尖部12为逐渐形成尖端的四边形锥形体结构，即主椎体11和叶茎尖部12均为棱台结构，只不过叶茎尖部的顶端较尖。叶茎尖部与叶茎主体的柱体上均设有法兰，二者通过法兰螺纹连接。其中，叶茎尖部12的空心管外径小于叶茎主体11的空心管外径。由于现有都是将叶片设计成尖端结构，而本发明是叶茎部1的两端沿叶框架2延伸出，叶片是安装在叶框架上的，且叶片为一个个窗扇结构，能够绕叶框架转动连接，当达到一定风力就能将窗扇吹开。因此，本发明的叶茎部是裸露在外部的，在叶茎部的设计中，如果叶茎部为尺寸逐渐减小的锥形体，则与轮毂连接的那一端具有最大的强度和最大的尺寸，向叶茎尖部过渡的过程中尺寸逐渐减小。
25.本实施例的叶茎部具有以下优点：（1）在重量最轻的情况下获得最大的强度；（2）通过将叶茎尖部和叶茎主体分开设置，并通过法兰连接，相比整体设置而言，能够提高叶茎部的强度，不易断裂，且更容易设计。
26.本实施例中，叶框架2包括沿叶茎部1两侧水平延伸出的多个间隔排列的水平桁架21以及与水平桁架连接的纵杆22。水平桁架21包括横杆211、斜杆212和设于横杆与斜杆之间的支撑杆213。具体地，每个水平桁架均21包括两根横杆211，分别沿叶茎部向两侧延伸出，横杆与叶茎部之间连接斜杆，横杆与斜杆之间连接多根支撑杆，且横杆、斜杆和支撑杆均采用空心管3。
27.本实施例中，叶茎部的叶茎主体11上连接多个间隔排列的水平桁架21，且主椎形体11的两端均预留一定的长度，尺寸最大的那端连接轮毂，尺寸最小的那端连接叶茎尖部12。叶茎尖部的两端也延伸出水平桁架21，且该水平桁架的长度小于与主椎形体连接的水平桁架的长度，使得叶茎部与叶框架之间受力均匀。
28.本实施例中，纵杆22也为空心管。具体地，相邻水平桁架21的横杆与横杆之间、斜
杆与斜杆之间以及叶茎主体11上的所有水平桁架21的外侧均连接有纵杆22。其中，叶茎主体11上的所有水平桁架21的外侧共同连接一根纵杆22，形成主框架结构；位于叶茎尖部12的水平桁架21可只将横杆211连接纵杆22，斜杆可以不连接。通过设置纵杆22，能够提高叶框架的抗弯扭强度。纵杆22、水平桁架21和叶茎部1之间连接形成一整体，又能够大大提高骨架整体的强度。
29.本实施例中，叶茎部1的各空心管3可直接采用焊接形成一整体桁架结构，水平桁架21的横杆211、斜杆212和支撑杆213之间也可直接采用焊接形成整体桁架结构。而水平桁架21与叶茎部1之间的连接以及纵杆22与水平桁架21之间的连接优选采用螺纹连接，能够实现快装快拆，提高利用率，且螺栓连接强度大。
30.如图5、图7和图8所示：本实施例中，水平桁架21的横杆211、斜杆212分别与叶茎部1的相邻柱体111连接。在柱体111的管身上设有折弯的第一压型螺座4，第一压型螺座4包括与管身相适配的贴合面41以及沿贴合面延伸出的连接面42。
31.其中，贴合面41为弧形面，与管身相适配，第一压型螺座4的贴合面41两端经折弯后形成连接面42，连接面42上设有连接孔43，第一压型螺座4的板体压型出贴合面41和连接面42后，还沿连接面的侧面继续向下折弯，形成折弯边沿44，折弯边沿44的下部与管身贴合连接，即第一压型螺座4的贴合面41以及折弯边沿44均与管身焊接固定。这样能够大大提高接触面积，受力稳定，且第一压型螺座4多次折弯，大大提高自身强度，可以将第一压型螺座4的板体厚度设计的更薄。第一压型螺座4的连接孔下方设有预制螺母45，螺栓经垫片穿过法兰板6和第一压型螺栓4的连接孔与预制螺母45进行螺纹固定。
32.如图4所示：本实施例中，叶茎主体上所有水平桁架的各横杆211的管身上以及最外侧的纵杆22的管身上也均设有第一压型螺座4，使得水平桁架的横杆端部与外侧纵杆的管身进行螺纹连接，以及纵杆的端部与横杆的管身也进行螺纹连接，从而使所有水平桁架21的外侧共同连接一根纵杆22，形成主框架结构。
33.如图6和图9所示：纵杆22与相邻横杆211以及相邻斜杆212之间的连接则采用第二压型螺座5连接，即：在横杆和斜杆的管身上均设置第二压型螺座，由于连接于相邻横杆或斜杆之间的纵杆不是主受力结构，因此此处的第二压型螺座与第一压型螺座的区别在于，未设置折弯边沿，即第二压型螺座包括与横杆或斜杆的管身相适配的贴合面以及沿贴合面延伸出的连接面，连接面为水平面，不需要进行折弯。纵杆22上设有法兰板，螺栓连接方式同前述的第一压型螺座，此处不再具体赘述。
34.综上所述，本实施例通过对叶片骨架进行设计，在用料最少、重量最轻的情况下获得最大的强度，且无论是横向还是纵向都具备较强的抗弯扭强度，能够抵抗强风，不易折断。
35.本实施例通过对叶茎部和叶框架的连接结构进行设计，一方面不仅能够大大提高与管体之间的接触面积，进而提高连接强度；而且第一压型螺座经板体压制成型后，本身为折弯结构，通过折弯能够提高自身强度，使得第一压型螺座的板体厚度可以做的更薄，且结构的力学性能更好；另一方面，纵杆、水平桁架及叶茎部之间可快速安装和拆卸，且拆卸后能够重复使用。
36.实施例2如图1和图2所示：在实施例1的基础之上，叶茎部1与叶框架2之间以及叶框架2的
纵向方向上均连接有绳索7，形成六边形绳索结构，且绳索7处于拉紧状态，与叶茎部1、叶框架2形成一整体。
37.具体地，绳索7为钢丝绳；绳索7的数量为六根，即叶茎主体11的端部与靠近该端部的那个水平桁架的横杆211之间各设两根绳索，叶茎尖部12的尖端与靠近该尖端的那个水平桁架的横杆之间各设两根绳索，还有与叶茎主体连接的所有水平桁架的外侧所共同连接的纵杆方向上也各设两根绳索，六根绳索分别与叶茎部和叶框架上的连接件连接，形成带拉紧状态的六边形结构。
38.本实施例通过使整个骨架连接绳索，且绳索处于拉紧状态，进而使绳索通过连接件拉紧骨架，这样，骨架所受的应力就由绳索承担，而绳索为单向受力，从而就消除了骨架正反向受力的疲劳影响，大大提高骨架的使用寿命。

技术特征：

1.一种风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，包括叶茎部和与叶茎部连接的叶框架；其特征在于：所述叶框架和/或叶茎部均由多根空心管相互连接形成。2.根据权利要求1所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，所述叶框架包括沿叶茎部两侧水平延伸出的多个间隔排列的水平桁架，所述水平桁架包括横杆、斜杆和设于横杆和斜杆之间的支撑杆。3.根据权利要求2所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，所述叶框架还包括与水平桁架连接的纵杆；所述纵杆、水平桁架和叶茎部之间连接形成一整体。4.根据权利要求3所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，相邻所述水平桁架的横杆与横杆之间、斜杆与斜杆之间以及所有水平桁架的外侧均设有所述纵杆。5.根据权利要求1所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，所述叶茎部的一端连接轮毂；叶茎部的两端均沿叶框架延伸出。6.根据权利要求1所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，所述叶茎部的截面形状为n边形，n≥4。7.根据权利要求2所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，所述水平桁架的横杆、斜杆与叶茎部连接，所述叶茎部的空心管管身上设有折弯的压型螺座，压型螺座包括贴合面和连接面，贴合面与管身相适配连接，横杆和斜杆上均设有法兰板，通过螺栓穿过法兰板与压型螺座的连接面连接固定。8.根据权利要求1所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，所述叶茎部包括叶茎主体和叶茎尖部，叶茎尖部为逐渐形成尖端的多边形锥形体结构，叶茎尖部与叶茎主体之间法兰连接；且叶茎尖部的空心管外径小于叶茎主体的空心管外径。9.根据权利要求8所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，与叶茎尖部连接的叶框架的尺寸小于与叶茎主体连接的叶框架的尺寸。10.根据权利要求1所述的风电叶片的空心骨架结构，其特征在于，所述叶茎部与叶框架之间以及叶框架的纵向方向上均连接有绳索，形成六边形绳索结构，且绳索处于拉紧状态，与叶茎部、叶框架形成一整体。

技术总结

一种风电叶片的空心骨架结构，包括叶茎部和与叶茎部连接的叶框架；所述叶框架和/或叶茎部均由多根空心管相互连接形成。本发明一方面不仅能够大大提高与管体之间的接触面积，进而提高连接强度；而且第一压型螺座经板体压制成型后，本身为折弯结构，通过折弯能够提高自身强度，使得第一压型螺座的板体厚度可以做的更薄，且结构的力学性能更好；另一方面，纵杆、水平桁架及叶茎部之间可快速安装和拆卸，且拆卸后能够重复使用。卸后能够重复使用。卸后能够重复使用。