一种金属结构风电叶片及其应用的制作方法

1.本发明涉及风力发电领域，具体涉及一种金属结构风电叶片及其应用。


背景技术：

2.风电叶片是风力发电机组的关键部件，风电叶片受风力作用驱动轮毂旋转，轮毂将扭矩传递给主轴，最终通过发电机将风能转换成电能。风力发电以其清洁、环保的特性，成为新能源中重要的一份子，越来越受到人们的广泛关注。
3.现有的风电叶片使用的常规材料是玻璃纤维增强树脂，为无机高分子材料，该种材质的叶片也决定了其本身的结构强度较弱，还不耐雷击、雨雪冰冻等自然灾害，材质也不能实现循环利用，而且加工时需要通过阴模制造，不同规格的叶片需要制作不同规格的阴模，导致制作成本、制作难度、时间均要求较高，叶片制作出来以后还要进行配重调平、粘结等操作，对相关技术的要求也很高，生产效率较低。另外，现有风电叶片的尺寸和重量均比较大，以现有机型gw8/1500kw为例，叶片外形尺寸长为40.25m，重量为6400kg，这么大尺寸和重量的风机叶片不仅整个生产周期较长，还不利于吊装。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种金属结构风电叶片及其应用，它不仅具有强度高、生产周期短、成本较低等优点，还具有重量较轻、方便吊装的优点，而且还能耐雷击、雨雪冰冻等自然灾害，结构可靠性也较高。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种金属结构风电叶片，包括叶片本体，叶片本体包括金属结构的龙骨和金属结构的蒙皮，所述叶片本体为夹芯结构。
6.本发明提出的进一步技术方案为：所述夹芯结构包括面层、底层和中间的夹芯层，所述夹芯层为芯管结构、瓦楞结构、蜂窝结构、荕条结构中的一种或几种组合。
7.进一步，所述龙骨和蒙皮采用穿透焊的方式连接，所述穿透焊包括激光焊、电阻焊、融化焊中的一种或几种组合。
8.进一步，所述龙骨和蒙皮均为不锈钢结构。
9.进一步，所述蒙皮包括翼板和吸力面板，所述吸力面板设置在龙骨的外部，所述翼板设置在龙骨的下部，所述龙骨包覆在翼板与吸力面板组成的空间内，龙骨与翼板、吸力面板之间均采用穿透焊的方式连接。
10.进一步，所述翼板与吸力面板连接处尾部设有泄水装置。
11.进一步，所述泄水装置包括开设在翼板内腔外壁上的孔、与孔连接的管体和管体外部的防逆流罩体。
12.进一步，所述龙骨包括纵向龙骨和横向龙骨。
13.进一步，所述纵向龙骨为槽钢、圆管、方管、工字钢中的一种或几种组合。
14.进一步，所述纵向龙骨尾部设有吊装孔。
15.进一步，所述横向龙骨上设有若干个孔。
16.进一步，所述龙骨上设有加强结构。
17.进一步，所述加强结构为压筋结构。
18.进一步，所述龙骨边缘设有用于与蒙皮连接的翻边结构。
19.进一步，两个金属结构风电叶片的龙骨相对叠装后形成上、下面均为水平面的整体结构，并可装入集装箱进行运输。
20.一种风电系统，包括塔筒、安装在塔筒上的电机、与电机连接的轮毂和安装在轮毂上的上述所述的金属结构风电叶片。
21.与现有技术相比，本发明的优点在于：
22.1、本发明的风电叶片采用金属结构和金属结构的蒙皮构成，金属结构的强度较高，而且金属结构可以形成导体，实现对电流的传导，可使叶片本体免受雷电袭击；
23.2、本发明的风电叶片的叶片本体均采用金属结构，成型相对比较简单，制作成本相对较低，连接起来也十分简单、省时，连接处的强度也均较高，叶片制作完成后不需要复杂的后续处理，比较省时；
24.3、本发明的风电叶片的叶片本体采用金属结构的夹芯结构，在满足强度要求的同时，整体的重量也相对较轻，方便进行吊装；
25.4、本发明的风电叶片设有泄水装置，可将雨水及时的从叶片本体内部排出，不易出现结冰等现象，而且本身金属结构的叶片本体抗日光暴晒、雨雪、冰雹的能力相对较强，使用寿命较长；
26.5、本发明的风电叶片采用金属结构的叶片本体，维修起来也十分方便，只需要把损坏部分更换掉，重新焊接上新的结构即可，维护成本也较低；
27.6、本发明的风电叶片采用金属结构的叶片本体，并采用穿透焊技术，使金属结构的龙骨和金属结构的蒙皮得以较可靠的连接组成叶片本体，结构可靠性较高；
28.7、本发明的风电叶片采用金属结构，由于金属的可回收利用特性，在叶片本体达到使用年限后，其本身的材料还可以再次进行回收利用，回收利用过程也不易产生有害物质，比较环保，还利于节约资源。
附图说明
29.图1是本发明实施例1中叶片本体的结构示意图；
30.图2是图1中的a-a剖视放大图；
31.图3是图1中的b-b剖视放大图；
32.图4是图2中的c-c剖视放大图的部分结构图；
33.图5是本发明实施例1中纵向龙骨的结构示意图；
34.图6是本发明实施例1中泄水装置的结构示意图；
35.图7是本发明实施例1中两个叶片本体叠放后形成的整体结构立体示意图；
36.图8是本发明实施例1中多组叶片本体叠放后形成的整体结构前视图；
37.图9是本发明实施例1中多组叶片本体叠放后形成的整体结构立体示意图；
38.图10是本发明实施例1中叶片本体和与之配套的风力发电设备形成成套的风力发电机组进行集装箱运输的结构示意图；
39.图11是本发明实施例1中风电系统的结构示意图；
40.图12是本发明实施例2中纵向龙骨的结构示意图；
41.图13是本发明实施例3中纵向龙骨的结构示意图；
42.图14是本发明实施例4中纵向龙骨的结构示意图。
43.图例说明：
44.1、叶片本体；11、龙骨；111、纵向龙骨；112、横向龙骨；113、吊装孔；114、加强结构；115、翻边结构；12、蒙皮；121、翼板；122、吸力面板；2、泄水装置；21、孔；22、管体；23、防逆流罩体；231、排水孔；3、集装箱；4、塔筒；5、电机；6、轮毂；7、金属结构风电叶片。
具体实施方式
45.为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
46.实施例1：
47.参见图1-5所示，一种金属结构风电叶片，包括叶片本体1，叶片本体1包括不锈钢结构的龙骨11和不锈钢结构的蒙皮12，叶片本体1为夹芯结构，夹芯结构包括面层、底层和中间的夹芯层，夹芯层为芯管结构，采用金属结构的夹芯结构，在满足强度要求的同时，整体的重量也相对较轻，方便进行吊装。
48.本实施例中的金属结构风电叶片1由于采用金属结构龙骨11和金属结构的蒙皮12构成，金属结构的强度较高，而且金属结构可以形成导体，实现对电流的传导，可使叶片本体1免受雷电袭击，并且采用金属结构，成型相对比较简单，制作成本相对较低，连接起来也十分简单、省时，连接处的强度也均较高，叶片制作完成后不需要复杂的后续处理，比较省时；采用金属结构的叶片本体1，维修起来也十分方便，只需要把损坏部分更换掉，重新焊接上新的结构即可，维护成本也较低；由于金属的可回收利用特性，在叶片本体1达到使用年限后，其本身的材料还可以再次进行回收利用，回收利用过程也不易产生有害物质，比较环保，还利于节约资源。
49.本实施例中，蒙皮12包括翼板121和吸力面板122，吸力面板122设置在龙骨11的外部，翼板121设置在龙骨11的下部，龙骨11包覆在翼板121与吸力面板122组成的空间内，如附图4中的焊点位置所示，龙骨11与翼板12、吸力面板122之间均采用穿透焊的方式连接，穿透焊采用激光焊，激光穿透焊的原理为：激光将金属高速加热产生金属蒸汽，产生的金属蒸汽将熔融的金属积压出去，产生了一个蒸汽空洞，同时激光在这个孔洞中发生多次反射，并且在孔洞底部能量急剧增加，产生钻孔效应，当熔融的金属将能量传递走后，金属蒸汽最终停止了“钻孔”，当然在进行全焊接的时候金属蒸汽将穿过整个工件厚度，而激光也会随之从工件底部漏出。激光穿透焊具有以下优点：
①
可以进行高速焊接；
②
焊接横截面积小；
③
焊缝强度高；
④
造成的热变量很小。采用穿透焊技术，使金属结构的龙骨和金属结构的蒙皮得以较可靠的连接组成叶片本体，结构可靠性较高。参见图6所示，翼板121与吸力面板122连接处尾部设有泄水装置2，泄水装置2可将雨水及时的从叶片本体1内部排出，不易出现结冰等现象，而且本身金属结构的叶片本体1抗日光暴晒、雨雪、冰雹的能力相对较强，使用寿命较长。泄水装置2包括开设在翼板121内腔外壁上的孔21、与孔21连接的管体22和管体22外部的23，防逆流罩体23上设有排水孔231，排水孔231与管体22出口均不在同一条直线上，排水孔231的数量可以是多个，多个排水孔231分设在不同的方位上，可实现多个方向的排
水。泄水装置2最优位置是设置在吸力面板122的拐角处，最好是安装在吸力面板122的高度最低处。
50.本实施例中，龙骨11包括纵向龙骨111和横向龙骨112。纵向龙骨111为槽钢。纵向龙骨111尾部设有吊装孔113，通过吊装孔113，可以方便整个叶片本体1的吊装(包括运输时的吊装和安装时的吊装)。横向龙骨112上设有若干个孔1121，改1121孔既可以当成泄水孔，又可以再不影响强度的前提下，达到减轻横向龙骨重量的效果。龙骨11上设有加强结构114，加强结构114为压筋结构，加强结构114可以有效提高龙骨11的强度。龙骨11边缘设有用于与蒙皮12连接的翻边结构115，通过该翻边结构115，利于龙骨11与蒙皮12之间的连接。
51.本实施例中，参见图7-10所示，两个金属结构风电叶片的龙骨相对叠装后形成上、下面均为水平面的整体结构，两个叶片本体1相对叠放后形成的整体结构可装入40英尺的标准集装箱3进行运输，整体结构的长度和宽度均不大于集装箱3的内部尺寸，叶片本体1的前、后可配合叠放，叶片本体1的前缘一表面上的一侧设有凸起结构，其余部分为凹下结构或/和平板结构，后缘为平板结构，凸起结构与另一个叶片本体1的凹下结构或/和平板结构刚好耦合；叶片本体1的左、右可配合叠放，叶片本体1的一侧表面上的一侧设有凸起结构，其余部分为凹下结构或/和平板结构，另一侧为平板结构，凸起结构与另一个叶片本体1的凹下结构或/和平板结构刚好耦合。两个叶片本体1形成一组，多组叶片本体1进行上、下叠放后形成沿长度方向上、下平齐的整体结构；多组叶片本体1叠放后形成的整体尺寸不大于集装箱3的内部尺寸；一个集装箱3内叶片本体的组数不少于两组；多组叶片本体1叠放后放入集装箱后，集装箱3内还有空间放置与之配套的风力发电设备，形成成套的风力发电机组进行集装箱3运输。
52.参见图11所示，一种风电系统，包括塔筒4、安装在塔筒4上的电机5、与电机5连接的轮毂6和安装在轮毂6上的上述的金属结构风电叶片7。
53.实施例2：
54.参见图1-4、6-11、12所示，本实施例与实施例1的区别在于：夹芯层为瓦楞结构，纵向龙骨111为圆管，穿透焊采用电阻焊，电阻焊就是将工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。电阻焊利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊，其余与实施例1相同。
55.实施例3：
56.参见图1-4、6-11、13所示，本实施例与实施例1的区别在于：夹芯层为蜂窝结构，纵向龙骨111为方管，穿透焊采用融化焊，其余与实施例1相同。
57.实施例4：
58.参见图1-4、6-11、14所示，本实施例与实施例1的区别在于：夹芯层为荕条结构，纵向龙骨111为工字钢，其余与实施例1相同。
59.实施例5：
60.参见图1-11、14所示，本实施例与实施例1的区别在于：纵向龙骨111为槽钢与工字钢的组合，槽钢与工字钢交叉排列，穿透焊采用电阻焊与熔化焊的组合方式进行，有些部为采用电阻焊，有些部位采用熔化焊，具体哪些部分采用电阻焊、哪些部位采用熔化焊，视具体结构而定，其余与实施例1相同。