一种预制叶尖、延长叶片结构以及延长叶片的方法与流程

本发明涉及风力发电机组风轮叶片延长技术，具体涉及一种预制叶尖、延长叶片结构以及延长叶片的方法。

背景技术：

在实际应用中，由于风资源的改变、载荷计算技术的改进等原因，造成了现运行的部分风电机组有较大的提高发电效率的空间。风电叶片是风力发电机组用来捕捉风能的最重要部件，在相同的风资源、叶片气动性能相近的情况下，适当增加叶片长度可提高年发电量，降低发电成本。而延长叶片相比更换叶片，其成本较低、回收周期短，因此越来越多的厂家选择了延长在役叶片。

延长叶片会对原叶片造成很多方面的影响，比如：载荷增大、频率改变等，为尽量减少对原叶片的影响，最大程度的控制延长后叶片增重是非常必要的，控制重量的同时，也要保证满足叶片强度和刚度的要求。现有叶片延长技术中，着重对叶片延长方式、叶片与延长段之间连接的设计，而缺少对叶片延长段本身的结构优化设计。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种预制叶尖、延长叶片结构以及延长叶片的方法。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种预制叶尖，包括ps面壳体、ss面壳体以及ps面壳体、ss面壳体腔体内的独立宽大的支撑结构；所述独立宽大的支撑结构通过粘接的方式与ps面和ss面壳体连接在一起，或者与ss面壳体或者ps面壳体一体成型。

优选地，所述预制叶尖的ps面壳体和ss面壳体，分为粘接段部分和主体部分，所述独立宽大的支撑结构布置在预制叶尖的主体部分。

优选地，所述独立宽大的支撑结构为块状，所述独立宽大的支撑结构为块状，其结构包括但不限于，为复合材料内部包裹有芯材形成的夹芯结构，或者为宽厚的芯材直接独立构成，芯材是pvc泡沫或者是balsa木等。

优选地，所述独立宽大的支撑结构的夹芯材料厚度和布置位置，根据预制叶尖的稳定性和刚度性能确定。

相应地，本发明还提供了一种延长叶片结构，包括上述的任一项所述的预制叶尖和待延长叶片，所述预制叶尖与待延长叶片使用胶黏剂粘接为一个整体。

优选地，所述预制叶尖粘接在所述待延长叶片的粘接段。

优选地，在待延长叶片的粘接段的叶根侧成型过渡层，用以过渡待延长叶片和预制叶尖之间的厚度差，在过渡层和粘接段外侧成型连接层，以保证待延长叶片与预制叶尖的粘接牢固可靠。

与上述一种延长叶片结构相应地，本发明还提供了一种延长叶片的方法，包括以下步骤：

(1)分别在模具中成型预制叶尖的ps面壳体、ss面壳体和独立宽大的支撑结构，并粘接为一个整体，或者保护好粘接面，安装时再进行部分或全部的粘接；

(2)切除待延长叶片的一部分叶尖，根据粘接强度要求在待延长叶片上确定粘接段，在粘接段外表面涂覆胶黏剂；

(3)预制叶尖安装前已经粘接为一个整体时，利用粘接工装，将预制叶尖套接在待延长叶片粘接段的正确位置；叶尖安装前未粘接为一个整体时，利用粘接工装，将ps和ss面分别置于待延长叶片粘接段两侧正确位置，在将预制叶尖合模的同时，将预制叶尖粘接在待延长叶片上；

(4)待延长叶片与预制叶尖粘接后，在待延长叶片与粘接段相邻位置成型过渡层，之后在过渡层和粘接段外侧成型连接层，加热、加压固化。

优选地，所述独立宽大的支撑结构为块状，所述独立宽大的支撑结构为块状，其结构包括但不限于，为复合材料内部包裹有芯材形成的夹芯结构，或者为宽厚的芯材直接独立构成，芯材是pvc泡沫或者是balsa木。

优选地，所述独立宽大的支撑结构的夹芯材料厚度和布置位置，根据预制叶尖的稳定性和刚度性能确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，利用独立宽大的支撑结构作为单支撑结构主要是为减轻预制叶尖重量设计的，较传统的双腹板叶片，单支撑结构的预制叶尖在满足强度和稳定性要求的条件下明显降低叶片的重量，对叶片载荷及频率影响较小；另外，过渡层的设置是为了保证叶片外形的光顺过渡，外形的光顺可减小阻力系数、保证刚度的光顺、避免载荷突变。连接层的设置是为了对粘接段进行加强，保证连接的可靠性。

附图说明

图1所示为叶片延长流程示意图：

1-为延长前的原叶片；2-为延长前原叶片切除叶尖后的主体部分，命名为待延长叶片，待延长叶片分为两个部分主体部分和用于粘接的粘接段；3-为延长前原叶片切除的叶尖部分；4-为待延长叶片的主体部分；5-为预制叶尖主体部分；

图2所示为叶片粘接细节图；

6-为待延长叶片的粘接段；7-为预制叶尖的粘接段；8-为粘接段用于过渡厚度的过渡层；9-为粘接段用于加强的连接层；

图3所示为预制叶尖结构细节图；

10为预制叶尖ss壳体；11为预制叶尖独立宽大的支撑结构；12为预制叶尖ps壳体；

图4所示为预制叶尖铺层细节图，虚线左侧为预制叶尖粘接段，右侧围预制叶尖主体部分。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1、图2、图3、图4所示，将需要延长的原叶片(1)转动到指定的位置，锁定，使其停止运转。切除原叶片的叶尖(3)，得到待延长叶片(2)。待延长叶片分为两部分：主体部分(4)和粘接段(6)。

根据外形和强度需求设计并制作用于延长的预制叶尖，预制叶尖由ss壳体(10)、ps壳体(12)、独立宽大的支撑结构(11)组成，在ss壳体(11)和ps壳体(12)在长度方向将预制叶尖分为两部分：主体部分(5)和粘接段(7)，粘接段兼具厚度过渡功能，如图4所示。ps和ss面壳体分为粘接段部分和叶尖主体部分，粘接段部分兼具厚度过渡功能，在粘接段过渡完成后，ps和ss壳体的主体部分可以达到一定厚度；

独立宽大的支撑结构(11)是独立的，且有别于通常叶片设计的双腹板与蒙皮共同形成的箱式结构。所述独立宽大的支撑结构为块状，其结构包括但不限于，为复合材料内部包裹有芯材形成的夹芯结构，或者为宽厚的芯材直接独立构成，芯材是pvc泡沫或者是balsa木等。

其包括六个面，四个侧面均为直面，上下端面分别与ps壳体(12)和ss壳体(10)的内部的轮廓形状一致。

独立宽大的支撑结构(11)的厚度和布置位置，根据预制叶尖的稳定性和刚度性能确定。用独立宽大的支撑结构替代传统的双腹板结构叶片，实现进一步减轻重量的目的，同时还减少了操作工序、便于导线、排水孔的布置，提高了生产效率和质量稳定性。

独立宽大的支撑结构(11)的设计和布置主要考虑预制叶尖的屈曲稳定性，通过对此支撑结构的设计，可以在保证叶片屈曲稳定性基础上，最大限度的减轻叶片重量。在叶片屈曲稳定性计算中，根据gl规范，材料的弹性模量应除以局部安全系数γmc；即：

局部安全系数定义为：

式中：γm0－1.35；

c1c－1.1弹性模量分散性；

c2c－1.1温度影响；

c3c－1.25线性分析。

应用上述系数校核叶片的屈曲稳定性，最终确定独立宽大的支撑结构。

使用粘接工装，将预制叶尖的粘接段粘接在待延长叶片的粘接段上，如图2左图所示，在待延长叶片的粘接段的叶根侧成型过渡层(8)，用以过渡预制叶尖和待预制叶尖直接的厚度差，以保证叶片外形的光顺过渡，之后再过渡层和粘接段外侧成型连接层(9)，以保证待延长叶片与预制叶尖的粘接牢固可靠。在粘接工装的辅助下，对粘接位置进行加压、加热、固化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。