风电叶片和风力发电设备

本技术属于风力发电，尤其涉及一种风电叶片和风力发电设备。

背景技术：

1、风力发电设备主要靠风力发电机叶片(简称风电叶片)捕获风能，风电叶片的长度直接影响风力发电机捕获风能的能力和风力发电机组的输出功率。为了提高风力发电机的输出功率，风电叶片越来越长，风电机组的叶轮直径也越来越大，这样会使得风电叶片表面来流风速不均，风电叶片承受非均匀气动载荷和疲劳载荷增大，导致风电叶片整体刚度不足，风电叶片承受的剪切力增大。

2、现有技术中风电叶片包括吸力面蒙皮、压力面蒙皮、主梁和腹板，吸力面蒙皮与压力面蒙皮粘连，主梁有两个，且均位于风电叶片的最大弦长处，即吸力面蒙皮与压力面蒙皮的最大距离位置处，两个主梁分别与吸力面蒙皮、压力面蒙皮粘连，腹板连接两个主梁。风电叶片具有前缘和后缘，在风电叶片随叶轮旋转过程中，前缘位于风电叶片旋转方向的前端，后缘位于风电叶片翼型旋转方向的后端，风电叶片前缘与后缘的布置方向为风电叶片的前后方向，风电叶片的前后方向与吸力面蒙皮、压力面蒙皮的布置方向垂直，还与风电叶片的长度方向垂直。为了提高超长风电叶片的整体刚度，提高超长风电叶片所能承受的剪切力，现有主要措施是增加风电叶片的主梁、腹板和蒙皮的厚度，从而提高超长风电叶片的抗弯刚度和剪切刚度。

3、但是超长风电叶片的主梁、腹板和蒙皮的厚度增加会导致整个风电叶片的材料用量大大增加，导致风电叶片的自重载荷和成本大幅度增大。可见，现有技术中存在超长风电叶片的刚度增加而风电叶片的自重和成本大幅度增大的技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有超长风电叶片的刚度增加而风电叶片的自重和成本大幅度增大的技术问题，提供一种风电叶片和风力发电设备。

2、为解决上述技术问题，一方面，本实用新型实施例提供一种风电叶片，包括吸力面蒙皮、压力面蒙皮、第一框架和第二框架，所述吸力面蒙皮的两端与所述压力面蒙皮的两端连接以围成叶片内腔，所述风电叶片具有与所述吸力面蒙皮、所述压力面蒙皮的布置方向垂直的宽度方向，所述风电叶片的宽度方向与所述风电叶片的长度方向垂直；

3、所述第一框架与所述第二框架均位于所述叶片内腔中，所述第一框架和所述第二框架均连接在所述吸力面蒙皮与所述压力面蒙皮之间，所述第一框架位于所述风电叶片的最大弦长处，所述第一框架、所述第二框架在所述风电叶片的宽度方向上间隔布置；

4、在所述吸力面蒙皮与所述压力面蒙皮的布置方向上，所述第二框架的尺寸小于所述第一框架的尺寸。

5、可选地，所述风电叶片包括横向腹板，所述横向腹板至少与所述吸力面蒙皮和所述压力面蒙皮中的一个贴合并连接，所述横向腹板连接在所述第一框架与所述第二框架之间。

6、可选地，所述横向腹板有两个，分别为吸力面横向腹板和压力面横向腹板，所述吸力面横向腹板与所述吸力面蒙皮贴合并连接，所述压力面横向腹板与所述压力面蒙皮贴合并连接。

7、可选地，所述吸力面横向腹板在所述风电叶片宽度方向上的两端分别与所述第一框架在所述风电叶片宽度方向上的一端和所述第二框架在所述风电叶片宽度方向上的一端连接；

8、所述压力面横向腹板在所述风电叶片宽度方向上的两端分别与所述第一框架在所述风电叶片宽度方向上的一端和所述第二框架在所述风电叶片宽度方向上的一端连接。

9、可选地，所述压力面蒙皮上设置有压力面腹板槽，所述压力面横向腹板位于所述压力面腹板槽内，所述压力面横向腹板与所述压力面腹板槽的槽底壁贴合并连接；

10、所述吸力面蒙皮上设置有吸力面腹板槽，所述吸力面横向腹板位于所述吸力面腹板槽内，所述吸力面横向腹板与所述吸力面腹板槽的槽底壁贴合并连接。

11、可选地，所述横向腹板在所述风电叶片的宽度方向上延伸，所述横向腹板在所述风电叶片的长度方向上间隔布置。

12、可选地，所述风电叶片的宽度方向上的两端分别为前缘端和后缘端，在所述风电叶片工作过程中，所述前缘端位于所述风电叶片旋转方向的前端，所述后缘端位于所述风电叶片旋转方向的后端，所述第二框架位于所述风电叶片的最大弦长处与所述后缘端之间。

13、可选地，所述第一框架包括第一压力面梁、第一吸力面梁和第一腹板，所述第一压力面梁与所述压力面蒙皮贴合并连接，所述第一吸力面梁与所述吸力面蒙皮贴合并连接，所述第一腹板连接在所述第一压力面梁与所述第一吸力面梁之间。

14、可选地，所述第一腹板有两个，两个所述第一腹板分别在所述风电叶片的宽度方向上间隔布置。

15、可选地，所述压力面蒙皮上设置有第一压力面梁槽，所述第一压力面梁位于所述第一压力面梁槽内，所述第一压力面梁与所述第一压力面梁槽的槽底壁贴合并连接；

16、所述吸力面蒙皮上设置有第一吸力面梁槽，所述第一吸力面梁位于所述第一吸力面梁槽内，所述第一吸力面梁与所述第一吸力面梁槽的槽底壁贴合并连接。

17、可选地，所述第二框架包括第二压力面梁、第二吸力面梁和第二腹板，所述第二压力面梁与所述压力面蒙皮贴合并连接，所述第二吸力面梁与所述吸力面蒙皮贴合并连接，所述第二腹板连接在所述第二压力面梁与所述第二吸力面梁之间。

18、可选地，所述第二腹板有两个，两个所述第二腹板分别在所述风电叶片的宽度方向上间隔布置。

19、可选地，所述压力面蒙皮上设置有第二压力面梁槽，所述第二压力面梁位于所述第二压力面梁槽内，所述第二压力面梁与所述第二压力面梁槽的槽底壁贴合并连接；

20、所述吸力面蒙皮上设置有第二吸力面梁槽，所述第二吸力面梁位于所述第二吸力面梁槽内，所述第二吸力面梁与所述第二吸力面梁槽的槽底壁贴合并连接。

21、根据本实用新型实施例的风电叶片中，在由吸力面蒙皮与压力面蒙皮围城的叶片内腔内设置第一框架和第二框架，使第一框架和第二框架均连接在压力面蒙皮与吸力面蒙皮之间，使第一框架位于风电叶片的最大弦长处，并使第二框架与第一框架在风电叶片宽度方向上间隔布置，由于叶片的最大弦长位于吸力面蒙皮与压力面蒙皮最大距离位置处，所以第一框架在吸力面蒙皮与压力面蒙皮的布置方向上的尺寸大于第二框架在吸力面蒙皮与压力面蒙皮的布置方向上的尺寸。

22、这样，通过第一框架确保叶片在最大弦长处的刚度，通过在叶片内腔中设置在两个蒙皮布置方向上具有较小尺寸的第二框架，以在增加较少材料的同时，确保风电叶片在最大弦长处以外其他位置处的刚度，从而提高整个风电叶片的刚度，与现有技术中增加主梁、腹板和蒙皮的厚度以提高风电叶片刚度的方式相比，本实用新型能够在增加较少材料同时提高整个风电叶片的刚度，以在满足风电叶片刚度增加的同时，减少风电叶片材料和成本的增加量。

23、另一方面，本实用新型实施例提供一种风力发电设备，包括叶轮，所述叶轮包括轮毂和多个上述风电叶片，所述风电叶片长度方向的一端与所述轮毂连接。

技术特征：

1.一种风电叶片，其特征在于，包括吸力面蒙皮、压力面蒙皮、第一框架和第二框架，所述吸力面蒙皮的两端与所述压力面蒙皮的两端连接以围成叶片内腔，所述风电叶片具有与所述吸力面蒙皮、所述压力面蒙皮的布置方向垂直的宽度方向，所述风电叶片的宽度方向与所述风电叶片的长度方向垂直；

2.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述风电叶片包括横向腹板，所述横向腹板至少与所述吸力面蒙皮和所述压力面蒙皮中的一个贴合并连接，所述横向腹板连接在所述第一框架与所述第二框架之间。

3.根据权利要求2所述的风电叶片，其特征在于，所述横向腹板有两个，分别为吸力面横向腹板和压力面横向腹板，所述吸力面横向腹板与所述吸力面蒙皮贴合并连接，所述压力面横向腹板与所述压力面蒙皮贴合并连接。

4.根据权利要求3所述的风电叶片，其特征在于，所述吸力面横向腹板在所述风电叶片宽度方向上的两端分别与所述第一框架在所述风电叶片宽度方向上的一端和所述第二框架在所述风电叶片宽度方向上的一端连接；

5.根据权利要求3所述的风电叶片，其特征在于，所述压力面蒙皮上设置有压力面腹板槽，所述压力面横向腹板位于所述压力面腹板槽内，所述压力面横向腹板与所述压力面腹板槽的槽底壁贴合并连接；

6.根据权利要求2至5中任一项所述的风电叶片，其特征在于，所述横向腹板在所述风电叶片的宽度方向上延伸，所述横向腹板在所述风电叶片的长度方向上间隔布置。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的风电叶片，其特征在于，所述风电叶片宽度方向上的两端分别为前缘端和后缘端，在所述风电叶片工作过程中，所述前缘端位于所述风电叶片旋转方向的前端，所述后缘端位于所述风电叶片旋转方向的后端，所述第二框架位于所述风电叶片的最大弦长处与所述后缘端之间。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的风电叶片，其特征在于，所述第一框架包括第一压力面梁、第一吸力面梁和第一腹板，所述第一压力面梁与所述压力面蒙皮贴合并连接，所述第一吸力面梁与所述吸力面蒙皮贴合并连接，所述第一腹板连接在所述第一压力面梁与所述第一吸力面梁之间。

9.根据权利要求8所述的风电叶片，其特征在于，所述第一腹板有两个，两个所述第一腹板分别在所述风电叶片的宽度方向上间隔布置。

10.根据权利要求8所述的风电叶片，其特征在于，所述压力面蒙皮上设置有第一压力面梁槽，所述第一压力面梁位于所述第一压力面梁槽内，所述第一压力面梁与所述第一压力面梁槽的槽底壁贴合并连接；

11.根据权利要求1至5中任一项所述的风电叶片，其特征在于，所述第二框架包括第二压力面梁、第二吸力面梁和第二腹板，所述第二压力面梁与所述压力面蒙皮贴合并连接，所述第二吸力面梁与所述吸力面蒙皮贴合并连接，所述第二腹板连接在所述第二压力面梁与所述第二吸力面梁之间。

12.根据权利要求11所述的风电叶片，其特征在于，所述第二腹板有两个，两个所述第二腹板分别在所述风电叶片的宽度方向上间隔布置。

13.根据权利要求11所述的风电叶片，其特征在于，所述压力面蒙皮上设置有第二压力面梁槽，所述第二压力面梁位于所述第二压力面梁槽内，所述第二压力面梁与所述第二压力面梁槽的槽底壁贴合并连接；

14.一种风力发电设备，其特征在于，包括叶轮，所述叶轮包括轮毂和多个权利要求1至13中任一项所述的风电叶片，所述风电叶片长度方向的一端与所述轮毂连接。

技术总结
本技术属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风电叶片和风力发电设备，风电叶片包括吸力面蒙皮、压力面蒙皮、第一框架和第二框架，吸力面蒙皮的两端与压力面蒙皮的两端粘连以围成叶片内腔，第一框架和第二框架均位于叶片内腔中，第一框架和第二框架在风电叶片的宽度方向上间隔布置，第一框架位于最大弦长处，第一框架和第二框架均连接在吸力面蒙皮与压力面蒙皮之间。在两个蒙皮布置方向，第二框架的尺寸小于第一框架，以在增加较少材料的同时，确保风电叶片在最大弦长处以外其他位置处的刚度，从而提高整个风电叶片的刚度，以在满足风电叶片刚度增加的同时，减少风电叶片的材料和成本的增加量。

技术研发人员：曹人靖,杨显森
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：20221229
技术公布日：2024/1/12