風(fēng)電葉片構(gòu)造圖：大型風(fēng)電葉片的結(jié)構(gòu)分析和測試

　　北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)訊:1、引言

　　風(fēng)力發(fā)電機的葉片(下文簡稱葉片)是風(fēng)電設(shè)備將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能的關(guān)鍵部件，其制造成本約占風(fēng)機總成本的15%——30%。大型風(fēng)力發(fā)電機的葉片基本由復(fù)合材料制成，葉片設(shè)計與制造是風(fēng)電機組的技術(shù)關(guān)鍵。目前，國內(nèi)多家葉片生產(chǎn)企業(yè)都在自主開發(fā)新型號葉片，設(shè)計中所用的工具也不盡相同。FOCUS軟件是用于風(fēng)電機組及組件(如葉片)快速設(shè)計分析的軟件工具，在國際風(fēng)電設(shè)備工業(yè)有超過10年的應(yīng)用史。相對于使用三維建模軟件和有限元計算軟件結(jié)合的設(shè)計路線，使用FOCUS軟件更為便捷。

　　本文通過使用FOCUS軟件對某型號葉片直接完成建模，對其進(jìn)行了模態(tài)和結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，并與實際葉片的模態(tài)和靜力試驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析。

　　2、模型建立

　　擁有獨特的對葉片進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計的 交互式建模工具。在對葉片進(jìn)行逐步定義的同時，三維的交互式顯像會對設(shè)計變化給出直接反饋。使用FOCUS軟件對本文所研究的葉片進(jìn)行建模，第一步是通過一系列坐標(biāo)點定義翼型輪廓線，第二步是在三維空間中設(shè)置翼型位置、放大比例、旋轉(zhuǎn)角度、預(yù)彎等來建立氣動外形，第三步是定義材料，第四步是定義鋪層邊界，第五步是根據(jù)鋪層邊界和設(shè)計厚度定義鋪層，從而完成了風(fēng)機葉片的建模。 該葉片是由壓力面殼體、吸力面殼體和前后緣兩側(cè)抗剪腹板結(jié)構(gòu)組成，其中殼體由蒙皮、大梁、大梁兩側(cè)的芯材、后緣增強層和葉根增強層組成，所涉及的主要增強材料包括單軸向布、雙軸向布、三軸向布、Balsa木、PVC泡沫。

　　3、 重量分析

　　對該模型提取截面屬性，并通過后處理選擇 葉片重量，得到葉片計算重量分布，見圖1。

　　從圖1可知，該葉片重量在0——1m處的斜率最大，表明在葉根處的單位重量最大，這是由于葉根段需要達(dá)到一定的鋪層厚度滿足打孔需要。其計算重量為7683kg，實際樣片的稱量重量為7675kg，偏差0.1%，二者非常接近，表明模型與 實際一致性好。

　　4 、模態(tài)分析

　　對該模型進(jìn)行模態(tài)計算，并分別提取了一階 揮舞、二階揮舞、一階擺振和一階扭轉(zhuǎn)的振型，如圖2——5所示。模型計算頻率與樣片試驗頻率的對比見表1。 從圖2——5和表1可知，樣片試驗的頻率均小于計算頻率，造成偏差的主要原因是樣片整體剛度比設(shè)計剛度偏小，但偏差小于5%，符合 GL2010的相關(guān)測試要求。

　　5、 靜力分析

　　5.1位移分析

　　在葉片靜力試驗過程中，載荷是通過位于設(shè) 定截面的加載夾具，從0%，40%，60%，80%到 100%逐步加載的。對施加100%載荷時，計算位移和試驗位移的對比結(jié)果見圖6。圖6中為便于比 較，不考慮位移的方向性，位移數(shù)據(jù)均取正值。

　　從圖6可知，沿葉片長度方向共設(shè)立了7處位移測試點，主要集中在了葉片的中后部。沿葉片長度方向，葉片位移逐漸增大，且越靠近葉尖，位移增大速度越快，這種趨勢在最大揮舞方向和最 小揮舞方向更為顯著。4個測試方向中，最大揮舞方向比最小揮舞方向的位移大，最大揮舞方向的葉尖位移最大，試驗值為10441mm，計算值為 10456mm，偏差很小僅為-0.015%，說明該模型 能真實地反映葉片受載時的葉尖撓度，該樣片能夠滿足整機設(shè)計的凈空需要。4個測試方向中，試驗位移和計算位移高度擬合，最小擺振方向的偏差相對大一些，最大偏差僅為5.08%，小于7%，滿足GL2010的相關(guān)測試要求。

　　5.2應(yīng)變分析

　　目視檢查不能監(jiān)測到的葉片狀態(tài)變化，通常可用應(yīng)變計來監(jiān)測。對置于葉片壓力面大梁和吸力面大梁位置處的監(jiān)測點，分別在最大揮舞方向和最小揮舞方向施加100%載荷的應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計，見表2。對置于葉片前緣、后緣位置處的監(jiān)測點，分別在最大擺振方向和最小擺振方向施加 100%載荷的應(yīng)變進(jìn)行統(tǒng)計，見表3。

　　從表2可知，在承受最大揮舞方向載荷時，葉片壓力面大梁應(yīng)變?yōu)檎担γ娲罅簯?yīng)變?yōu)樨?fù)值，在L20.0m處的應(yīng)變最大。在承受最小揮舞方向載荷時，葉片壓力面大梁應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，吸力面大梁應(yīng)變?yōu)檎担贚20.0m處的應(yīng)變最大。在吸力面大梁L23.5m處的計算應(yīng)變和試驗應(yīng)變偏差較大，結(jié)合該試驗應(yīng)變在不同載荷步下的變化情況，認(rèn)為該應(yīng)變片失效，應(yīng)變數(shù)據(jù)無效。除此之外，計算應(yīng)變與試驗應(yīng)變最大偏差為-7.04%，小于10%，符合GL2010規(guī)范要求。

　　從表3可知，在承受最大擺振方向載荷時，葉片前緣應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，葉片后緣應(yīng)變?yōu)檎?，同?cè)不同截面的應(yīng)變變化不大，在L16.0m處的應(yīng)變最大。在承受最小揮舞方向載荷時，葉片前緣應(yīng)變?yōu)檎担~片后緣應(yīng)變?yōu)樨?fù)值，同側(cè)不同截面的應(yīng)變變化不大，前緣在L16.0m處的應(yīng)變最大，后緣在L23.5m處的應(yīng)變最大。在后緣L9.0m處的計算應(yīng)變和試驗應(yīng)變偏差較大，結(jié)合該試驗應(yīng)變在不同載荷步下的變化情況，認(rèn)為該應(yīng)變片失效，應(yīng)變數(shù)據(jù)無效。除此之外，計算應(yīng)變與試驗應(yīng)變最大偏差為-7.61%，小于10%，符合GL2010規(guī)范要求。

　　6、結(jié)論

　　使用FOCUS軟件進(jìn)行風(fēng)電葉片模型搭建， 計算葉片質(zhì)量，與樣片實測重量相比，偏差僅 0.1%，表明模型搭建合理。 計算頻率和試驗頻率的偏差均小于5%，符合GL2010規(guī)范要求。 計算位移和試驗位移的偏差均小于7%，計算應(yīng)變和試驗應(yīng)變的偏差除異常點外均小于 10%，符合GL2010規(guī)范要求。

風(fēng)電葉片構(gòu)造圖：風(fēng)力發(fā)電機+葉片的結(jié)構(gòu)示意圖

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風(fēng)電葉片構(gòu)造圖：風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)及其制造方法、風(fēng)電葉片與流程

　　本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)及其制造方法、風(fēng)電葉片。

　　背景技術(shù)：

　　隨著環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，清潔能源的利用越來越受到重視。而風(fēng)能作為重要的清潔能源，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。風(fēng)電葉片是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的重要部件，通常情況下，需要將風(fēng)電葉片的根部與輪轂連接。為了捕獲更多風(fēng)能提高風(fēng)機發(fā)電功率，一般會增加風(fēng)電葉片尺寸，但風(fēng)電葉片的長度越大，其根部的彎矩就越大，這就對風(fēng)電葉片的根部與輪轂的連接強度有了更高的要求。

　　現(xiàn)有技術(shù)中，風(fēng)機葉片的根部結(jié)構(gòu)也越來越多的采用螺栓套預(yù)埋工藝，在風(fēng)機葉片的本體進(jìn)行樹脂導(dǎo)入成型之前，在葉片模具的根部位置放入螺栓套并固定，并在螺栓套之間放置楔形條進(jìn)行填充，在注入樹脂后，使螺栓套與其他結(jié)構(gòu)材料粘結(jié)為一體。從而將螺栓套與風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)連接在一起，使得風(fēng)電葉片能夠直接通過螺栓與輪轂連接。

　　以上這種現(xiàn)有風(fēng)機葉片的根部結(jié)構(gòu)中，楔形條與螺栓套難以緊密貼合，且接觸面較小。使得在注入樹脂后，螺栓套周圍容易形成富樹脂堆積或灌注空腔，而富樹脂堆積或灌注空腔的區(qū)域強度和粘合力較低，由于葉片在使用過程中會承受較大載荷，此時，可能會造成螺栓套從葉片根部拔出的情況，導(dǎo)致葉片根部和輪轂的連接處現(xiàn)松動甚至脫落，從而造成設(shè)備損壞或引起安全事故。因此，如何避免富樹脂堆積或灌注空腔，以提高產(chǎn)品可靠性是亟待解決的技術(shù)問題。

　　在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強對本發(fā)明的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

　　技術(shù)實現(xiàn)要素：

　　本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可避免富樹脂堆積或灌注空腔，以提高產(chǎn)品可靠性的風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)及其制造方法、風(fēng)電葉片。

　　為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

　　根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)，包括纖維增強復(fù)合材料的本體，所述本體內(nèi)為內(nèi)嵌體，所述內(nèi)嵌體包括拼接的多個螺栓套組件和輕質(zhì)材料的拼合件；多個所述螺栓套組件沿葉根周向間隔布置；所述拼合件包括多個第一拼接體和多個第二拼接體，多個所述第一拼接體和多個所述螺栓套組件一一間隔排列，多個所述第二拼接體一一對應(yīng)的抵靠在多個所述螺栓套組件朝向風(fēng)電葉片頂部的一端；各個所述第一拼接體的兩側(cè)均形成有凹部，任一所述螺栓套組件和與其抵靠的所述第二拼接體均與所述第一拼接體兩側(cè)的所述凹部匹配貼合。

　　根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，多個所述第一拼接體均包括本部和楔形部，所述楔形部形成于所述本部上靠近所述風(fēng)電葉片頂部的一端，所述本部兩側(cè)均形成有第一凹槽，所述楔形部兩側(cè)均形成有第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽貫通形成所述凹部，所述第一凹槽與所述螺栓套組件匹配貼合，所述第二凹槽與所述第二拼接體匹配貼合。

　　根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述螺栓套組件包括螺栓套和玻璃纖維層，所述螺栓套包括套體、第一凸臺和多個第二凸臺，所述第一凸臺形成于所述套體的側(cè)面上遠(yuǎn)離所述第二拼接體的一端，多個所述第二凸臺沿遠(yuǎn)離所述第一凸臺的方向依次形成于所述套體的側(cè)面上，且所述第二凸臺小于所述第一凸臺，所述玻璃纖維層包覆并貼合所述螺栓套側(cè)面上除所述第一凸臺外緣以外的區(qū)域，且所述玻璃纖維層外表面與所述第一凸臺外緣平齊。

　　根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述螺栓套的至少一個所述第二凸臺為錐形結(jié)構(gòu)，且所述錐形結(jié)構(gòu)的小端朝向所述第二拼接體設(shè)置。

　　根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述螺栓套靠近所述第二拼接體一端為封閉結(jié)構(gòu)。

　　根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述第二拼接體沿所述本體的徑向設(shè)有多個徑向孔，所述本體與多個所述徑向孔對應(yīng)的位置形成有延伸至多個所述徑向孔內(nèi)的多個延伸部。

　　根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，多個所述徑向孔陣列分布于所述第二拼接體上。

　　根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，所述螺栓套為圓形螺栓套，且所述螺栓套組件為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述第一凹槽的表面為圓弧形面。

　　根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)的制造方法，用于制造本發(fā)明的風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)，包括如下步驟：

　　提供一可用于成型風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)的模具；

　　鋪設(shè)外玻璃纖維層，在所述模具內(nèi)與所述根部結(jié)構(gòu)外壁對應(yīng)的位置鋪設(shè)外玻璃纖維層；

　　安裝螺栓套組件，將所述螺栓套組件置于所述外玻璃纖維層上并保持固定；

　　安裝第二拼接體，將第二拼接體抵靠于所述螺栓套組件靠近風(fēng)電葉片頂部的一端；

　　安裝第一拼接體，在所述螺栓套組件的兩側(cè)分別放置第一拼接體，使所述第一拼接體的凹部表面與螺栓套組件匹配貼合；

　　重復(fù)所述安裝螺栓套組件步驟和所述安裝第一拼接體步驟，直至安裝完所有的所述螺栓套組件、所述第二拼接體和所述第一拼接體；

　　鋪設(shè)內(nèi)玻璃纖維層，所述內(nèi)玻璃纖維層覆蓋所述螺栓套組件、所述第一拼接體和所述第二拼接體；

　　灌注成型，向所述模具內(nèi)灌注樹脂，加熱固化。

　　根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一種風(fēng)電葉片，本發(fā)明的風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)風(fēng)電葉片風(fēng)。

　　由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明具備以下優(yōu)點和積極效果中的至少之一：通過所述第一拼接體可將所述螺栓套組件和所述第二拼接體夾緊定位。由于任一所述螺栓套組件和與其抵靠的所述第二拼接體均與所述第一拼接體兩側(cè)的所述凹部匹配貼合，即任一所述螺栓套組件和與其抵靠的所述第二拼接體均與所述第一拼接體的兩側(cè)隨形貼合，從而有利于增大所述螺栓套組件和所述第一拼接體的接觸面；也有利于增大所述第二拼接體和所述第一拼接體的接觸面。避免在注入樹脂后，在所述螺栓套組件周圍形成富樹脂堆積或灌注空腔，從而有利于增大所述螺栓套組件和周圍材料的粘合力，降低了所述螺栓套組件從所述根部結(jié)構(gòu)拔出的風(fēng)險。同時，由于所述螺栓套組件和所述第一拼接體的接觸面增大，使得所述螺栓套組件和所述第一拼接體間的摩擦力增大，從而進(jìn)一步降低所述螺栓套組件從所述根部結(jié)構(gòu)拔出的風(fēng)險。從而可提高產(chǎn)品的可靠性，也就是使所述根部結(jié)構(gòu)和具有所述根部結(jié)構(gòu)的風(fēng)電葉片更加可靠，此外，由于所述拼合件包括多個第一拼接體和多個第二拼接體，便于成型制造，并可分別獨立安裝，方便操作。所述內(nèi)嵌體包括拼接的多個螺栓套組件和所述拼合件，所述拼合件與所述螺栓套組件互相夾緊，不易松脫，使得內(nèi)嵌體的結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)固，有利于進(jìn)一步提高產(chǎn)品可靠性，且便于制造。

　　附圖說明

　　通過參照附圖詳細(xì)描述其示例實施方式，本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點將變得更加明顯。

　　圖1是本發(fā)錦工電葉片的根部結(jié)構(gòu)一實施方式的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖2是圖1中的根部結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；

　　圖3是圖1中的根部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖4是圖1中第一拼接體的第一示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖5是圖1中第一拼接體的第二示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖6是圖1中第一拼接體的第三示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖7是圖1中第一拼接體的第四示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖8是圖1中第二拼接體的第一示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖9是圖1中第二拼接體的第二示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖10是圖1中螺栓套的第一個示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖11是圖10中的螺栓套的剖視圖；

　　圖12是圖1中螺栓套的第二個示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖13是圖12中螺栓套的剖視圖；

　　圖14是圖1中螺栓套的第三個示例的結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖15是圖14中螺栓套的剖視圖；

　　圖16是本發(fā)錦工電葉片的根部結(jié)構(gòu)的制造方法一實施方式的流程圖；

　　圖17是圖16的制造方法中安裝完所有的螺栓套組件、第二拼接體和第一拼接體的后局部結(jié)構(gòu)示意圖；

　　圖18是圖16的制造方法中灌注成型后的結(jié)構(gòu)示意圖。

　　圖中：1-本體；11-外玻璃纖維層；12-內(nèi)玻璃纖維層；2-螺栓套組件；21-螺栓套；201-內(nèi)螺紋；211-套體；212-第一凸臺；213-第二凸臺：22-玻璃纖維層；3-第一拼接體；301-凹部；311-第一凹槽；321-第二凹槽；31-本部；32-楔形部；4-第二拼接體；5-葉片模具。

　　具體實施方式

　　現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發(fā)明將全面和完整，并將示例實施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的結(jié)構(gòu)，因而將省略它們的詳細(xì)描述。

　　雖然本說明書中使用相對性的用語，例如“上”“下”來描述圖標(biāo)的一個組件對于另一組件的相對關(guān)系，但是這些術(shù)語用于本說明書中僅出于方便，例如根據(jù)附圖中所述的示例的方向。能理解的是，如果將圖標(biāo)的裝置翻轉(zhuǎn)使其上下顛倒，則所敘述在“上”的組件將會成為在“下”的組件。其他相對性的用語，例如“高”“低”“頂”“底”“前”“后”“左”“右”等也作具有類似含義。當(dāng)某結(jié)構(gòu)在其它結(jié)構(gòu)“上”時，有可能是指某結(jié)構(gòu)一體形成于其它結(jié)構(gòu)上，或指某結(jié)構(gòu)“直接”設(shè)置在其它結(jié)構(gòu)上，或指某結(jié)構(gòu)通過另一結(jié)構(gòu)“間接”設(shè)置在其它結(jié)構(gòu)上。

　　本權(quán)利要求書中，用語“一個”、“一”、“該”、“所述”和“至少一個”用以表示存在一個或多個要素/組成部分/等；用語“包含”、“包括”和“具有”用以表示開放式的包括在內(nèi)的意思并且是指除了列出的要素/組成部分/等之外還可存在另外的要素/組成部分/等；用語“第一”、“第二”和“第三”等僅作為標(biāo)記使用，不是對其對象的數(shù)量限制。

　　圖1是本發(fā)錦工電葉片的根部結(jié)構(gòu)一實施方式的局部結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1中的根部結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖3是圖1中的根部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的局部結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1至圖3所示，本實施方式所述的根部結(jié)構(gòu)，包括纖維增強復(fù)合材料的本體1，本體1內(nèi)為內(nèi)嵌體，內(nèi)嵌體包括拼接的多個螺栓套組件2和輕質(zhì)材料的拼合件；拼合件包括多個第一拼接體3和多個第二拼接體4。本發(fā)明實施例中內(nèi)嵌體是由多個預(yù)制部件拼合而成，內(nèi)嵌體中各部件可規(guī)則地緊密貼合，且各部件間也可選擇設(shè)有一定的卡合定位結(jié)構(gòu)，不僅可避免富樹脂堆積或灌注空腔，還能以內(nèi)嵌體來整體提升葉根結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強度，提升各螺栓套組件2與本體1纖維增強復(fù)合材料結(jié)合強度的穩(wěn)定性。且，在本體1纖維增強復(fù)合材料成型時，能與纖維增強復(fù)合材料強力地結(jié)合為一體。

　　在本實施方式中，多個螺栓套組件2沿葉根周向間隔布置于本體1內(nèi)，相鄰兩個螺栓套組件2不接觸；同時，多個第一拼接體3和多個螺栓套組件2一一間隔排列，即相鄰兩個螺栓套組件2之間具有一第一拼接體3，相鄰兩個第一拼接體3間具有一螺栓套組件，多個螺栓套組件2和多個第一拼接體3互相夾緊；多個第二拼接體4一一對應(yīng)的抵靠在多個螺栓套組件2朝向風(fēng)電葉片頂部的一端，即任一螺栓套組件2朝向風(fēng)電葉片頂部的一端均抵靠有一個第二拼接體4；螺栓套組件2內(nèi)可形成有內(nèi)螺紋201，且內(nèi)螺紋201位于螺栓套組件2朝向風(fēng)電葉片頂部的一端內(nèi)。

　　在本實施方式中，各個第一拼接體3的兩側(cè)均形成有凹部301，使第一拼接體3為工字型結(jié)構(gòu)，且相鄰兩個第一拼接體3的凹部301相對。任一螺栓套組件2均與其兩側(cè)的第一拼接體3的凹部301匹配貼合，所述匹配貼合的意思是螺栓套組件2的表面與凹部301的表面貼合；同時，其螺栓套組件2抵靠的第二拼接體4也與第一拼接體3兩側(cè)的凹部301匹配貼合，也就是說，相鄰兩個第一拼接體3的凹部301同時夾持有一個螺栓套組件2和與其抵靠的第二拼接體3，從而將螺栓套組件2和第二拼接體3固定，并使接觸面最大化。

　　在本實施方式中，為了適應(yīng)風(fēng)電葉片根部的漸縮的形狀，即本體1為漸縮的形狀，多個第一拼接體3均可包括本部31和楔形部32，楔形部32形成于本部31上靠近風(fēng)電葉片頂部的一端。為了同時適應(yīng)螺栓套組件2和第二拼接體4的外形，本部31兩側(cè)均形成有第一凹槽311，且第一凹槽311可與螺栓套組件2形狀和尺寸相匹配，楔形部32兩側(cè)均形成有第二凹槽321，且第二凹槽321與第二拼接體4的形狀和尺寸相匹配，第一凹槽311和第二凹槽321貫通形成凹部301，使得同一凹部301可同時匹配貼合螺栓套組件2和與其抵靠的第二拼接體4，即第一凹槽311與螺栓套組件2匹配貼合，第二凹槽321與第二拼接體4匹配貼合，結(jié)構(gòu)簡單，便于安裝。

　　在本實施方式中，第一拼接體3可以有多種實施方式，以下舉例說明：

　　如圖4所示，圖4為圖1中第一拼接體3的第一個示例的結(jié)構(gòu)示意圖，第一拼接體3整體可為直角梯形結(jié)構(gòu)，楔形部32位于該直角梯形結(jié)構(gòu)具有斜面的一端，本部31為另一端，第一凹槽311和第二凹槽321為直徑相同的弧形槽，從而形成表面光滑的凹部31。

　　如圖5所示，圖5為圖1中第一拼接體3的第二個示例的結(jié)構(gòu)示意圖，第一拼接體3的本部31為長方體結(jié)構(gòu)，所述長方體結(jié)構(gòu)的兩側(cè)形成有第一凹槽311，楔形部32為直角梯形結(jié)構(gòu)，所述直角梯形結(jié)構(gòu)的側(cè)面與本部31與所述楔形部32對接的端面間的區(qū)域即為第二凹槽321。

　　如圖6所示，圖6為圖1中第一拼接體3的第三個示例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，圖7為圖1中第一拼接體3的第四個示例的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，第一拼接體3的第三個示例和第四個示例的結(jié)構(gòu)與第一個示例相似。區(qū)別在于，如圖5所示，所述第一個示例中的楔形部32的斜面可被一內(nèi)凹的曲面替代以形成所述第三個示例；或者，如圖6所示，所述第一個示例中的楔形部32的斜面還可被一曲面和平面相拼接的表面替代以形成所述第四個示例，其他結(jié)構(gòu)在此不再贅述。

　　在本實施方式中，第二拼接體4可以有多種實施方式，以下舉例說明：

　　圖8為圖1中第二拼接體4的第一個示例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，第二拼接體4為圓柱狀結(jié)構(gòu)，該圓柱狀結(jié)構(gòu)的一端面為斜面，具體可為一圓柱經(jīng)斜切后形成的結(jié)構(gòu)；

　　圖9為圖1中第二拼接體4的第二個示例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖9所示，第二拼接體4為直角梯形結(jié)構(gòu)。

　　在本實施方式中，由于第二拼接體4需要與第一拼接體3的凹部31匹配。因此，第一拼接體3的各個示例不能和第二拼接體4的各個示例自由組合，需要選擇可相互匹配的第一拼接體3和第二拼接體4，例如，第一拼接體3的第一個示例、第三個示例和第四個示例均可與第二拼接體4的第一個示例匹配，第一拼接體3的第二種示例可與第二拼接體4的第二個示例匹配。

　　需要說明的是，當(dāng)采用圖7所示的第二拼接體4時，可在第二拼接體4表面包裹玻璃纖維布，可防止第二拼接體4松動。

　　在本實施方式中，第一拼接體3和第二拼接體4均可采用PET、PVC、木材或者竹子等輕質(zhì)材料，在進(jìn)行填充和固定的同時，有利于減輕重量，降低成本。

　　在本實施方式中，螺栓套組件2可包括螺栓套21和玻璃纖維層22，螺栓套21包括套體211、第一凸臺212和多個第二凸臺213，內(nèi)螺紋201形成于螺栓套21內(nèi)。

　　第一凸臺212形成于套體211的側(cè)面上遠(yuǎn)離第二拼接體4的一端，多個第二凸臺213沿遠(yuǎn)離第一凸臺211的方向依次間隔形成于套體211的側(cè)面上，即在套體211上形成多圈凸臺，且第二凸臺213小于第一凸臺211。

　　玻璃纖維層22包覆并貼合螺栓套21側(cè)面上除第一凸臺212外緣以外的區(qū)域，且玻璃纖維層22外表面與第一凸臺212外緣平齊，螺栓套21可做噴砂處理，提高表面粗糙度，使螺栓套21與玻璃纖維層22結(jié)合的更加牢靠，有利于防止拔出。從而可通過玻璃纖維層22使螺栓套21更加穩(wěn)固，且由于第一凸臺211位于距離第二拼接體4的一端，即遠(yuǎn)離風(fēng)電葉片頂部的一端，第一凸臺211的端面位于所述風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)最外側(cè)。因此，使玻璃纖維層22包覆并貼合螺栓套21側(cè)面上除第一凸臺212外緣以外的區(qū)域，可防止玻璃纖維層22完全位于本體1內(nèi)，避免露出，防止玻璃纖維層22露出的部分翹起或損壞而導(dǎo)致玻璃纖維層22被拖出或損壞。

　　在本實施方式中，玻璃纖維層22的結(jié)構(gòu)也有多種，但不以此為限，例如：可采用玻璃纖維布覆蓋包裹螺栓套21側(cè)面上除第一凸臺212外緣以外的區(qū)域，填滿第二凸臺213間的空隙，并使玻璃纖維布2外表面與第一凸臺212外緣平齊；還可采用成型工藝?yán)貌ＡЮw維材料直接在螺栓套21上形成玻璃纖維層21；或者還可以采用玻璃纖維材質(zhì)的粗紗，通過在螺栓套21上纏繞所述粗紗形成玻璃纖維層21。由于粗紗的成本較低，且操作簡單，并有利于與螺栓套緊密貼合，不易存在間隙，因此，玻璃纖維層22可由纏繞的玻璃纖維的粗紗形成。

　　在本實施方式中，螺栓套21上的第二凸臺23有多種形式，例如：如圖10和圖11所示，圖10是圖1中螺栓套的第一個示例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖11是圖10中的螺栓套的剖視圖，第二凸臺23可為環(huán)形結(jié)構(gòu)，且第二凸臺23的徑向截面為梯形。

　　螺栓套21的至少一個第二凸臺23為錐形結(jié)構(gòu)，且錐形結(jié)構(gòu)的小端朝向第二拼接體4設(shè)置，即朝向風(fēng)電葉片的頂部的方向，形成倒鉤形結(jié)構(gòu)，從而可進(jìn)一步防止螺栓套21拔出，進(jìn)一步提高可靠性。具體如圖12和圖13所示，圖12是圖1中螺栓套的第二個示例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是圖12中螺栓套的剖視圖，螺栓套21各個第二凸臺23均為上述的錐形結(jié)構(gòu)；如圖14和圖15所示，圖14是圖1中螺栓套的第三個示例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是圖14中螺栓套的剖視圖；螺栓套21部分第二凸臺23為上述的錐形結(jié)構(gòu)，另一部分第二凸臺23與螺栓套21的第一個示例中的第二凸臺23相同。

　　在本實施方式中，螺栓套21靠近第二拼接體4一端為封閉結(jié)構(gòu)，具體可通過焊接堵頭、預(yù)埋螺釘，使用密封件過盈配合等密封方式進(jìn)行密封，但不限于此，從而防止灌注的樹脂進(jìn)入螺栓套21內(nèi)覆蓋內(nèi)螺紋201，避免造成螺栓與螺栓套21無法配合，有利于保證風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)與輪轂的正常安裝。

　　在本實施方式中，第二拼接體4沿本體1的徑向設(shè)有多個徑向孔(圖中未示出)，且各個所述徑向孔形狀均可以為圓形或其它形狀，徑向孔的目的是利于在生產(chǎn)中采用真空灌注成型工藝進(jìn)行制造葉片根部。

　　在本實施方式中，多個所述徑向孔可陣列分布于第二拼接體4上，例如，多個所述徑向孔可成矩形陣列(徑向孔的目的是方便生產(chǎn)與受力無關(guān))。

　　在本實施方式中，多個所述徑向孔的直徑可約為2mm，但不以此為限，同時，多個所述徑向孔可成矩形陣列分布，即多個所述徑向孔可排成多行和多列，且每一行和每一列的所述徑向孔中，相鄰兩個所述徑向孔的間距為20mm。

　　在本實施方式中，螺栓套21和螺栓套組件2的形狀可以有多種，但不以此為限，例如：螺栓套21可方形螺栓套，螺栓套組件2也為方形結(jié)構(gòu)，或者螺栓套21也可為圓形螺栓套，且螺栓套組件2為圓柱形結(jié)構(gòu)。

　　但由于方形螺栓套制造工藝較為復(fù)雜，且在內(nèi)徑相同的情況下，方形螺栓套相較于圓形螺栓套的用料更多，使得因而重量更大，且方形螺栓套具有棱角，各處受力情況復(fù)雜，難以保證均勻受力，容易局部受損。因此，優(yōu)選螺栓套21也為圓形螺栓套，且螺栓套組件2為圓柱形結(jié)構(gòu)。

　　當(dāng)螺栓套21也為圓形螺栓套，且螺栓套組件2為圓柱形結(jié)構(gòu)時，第一拼接體3的第一凹槽311的表面相應(yīng)的優(yōu)選圓弧形面，具體可參照第一拼接體3的第一個示例和第二個示例，以便匹配。

　　如圖16所示，圖16是本發(fā)錦工電葉片的根部結(jié)構(gòu)的制造方法一實施方式的流程圖，所述制造方法用于制造所述風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)，所述制造方法包括如下步驟：

　　S1、提供一可用于成型風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)的模具5；

　　S2、鋪設(shè)外玻璃纖維層11，在模具5內(nèi)與根部結(jié)構(gòu)外壁對應(yīng)的位置鋪設(shè)外玻璃纖維層11；

　　S3、安裝螺栓套組件2，將螺栓套組件2置于外玻璃纖維層11上并保持固定；

　　S4、安裝第二拼接體4，將第二拼接體4抵靠于螺栓套組件2靠近風(fēng)電葉片頂部的一端；

　　S5、安裝第一拼接體3，在螺栓套組件2的兩側(cè)分別放置第一拼接體3，使第一拼接體3的凹部301表面與螺栓套組件2匹配貼合；

　　S6、重復(fù)步驟S3-步驟S5，直至安裝完所有的螺栓套組件2、第二拼接體4和第一拼接體3，如圖17所示；

　　S7、鋪設(shè)內(nèi)玻璃纖維層12，內(nèi)玻璃纖維層12覆蓋螺栓套組件2、第一拼接體3和第二拼接體4；

　　S8、灌注成型，向模具5內(nèi)灌注樹脂，加熱固化，外玻璃纖維層11可用于形成本體1的外壁，內(nèi)玻璃纖維層12可用于形成本體1的內(nèi)壁，如圖18所示。

　　在本實施方式中，第一拼接體3可采用拉擠工藝制備，并保持表面粗糙，以增大摩擦力，表面處理的方式可采用脫模布拉擠成型，或者也可以直接進(jìn)行打磨。

　　在本實施方式中，可將螺栓套組件2固定在專用的法蘭或其他工裝上，然后再將螺栓套組件2置于外玻璃纖維層11上，通過保持法蘭或其他工裝固定即可使螺栓套組件2在外玻璃纖維層11上保持固定。

　　本發(fā)明實施例還提供了一種風(fēng)電葉片，所述風(fēng)電葉片包括上述任一實施例所述的風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)。

　　本發(fā)明實施例的風(fēng)電葉片的根部結(jié)構(gòu)及其制造方法、風(fēng)電葉片，通過所述第一拼接體可將所述螺栓套組件和所述第二拼接體夾緊定位。由于任一所述螺栓套組件和與其抵靠的所述第二拼接體均與所述第一拼接體兩側(cè)的所述凹部匹配貼合，即任一所述螺栓套組件和與其抵靠的所述第二拼接體均與所述第一拼接體的兩側(cè)隨形貼合，從而有利于增大所述螺栓套組件和所述第一拼接體的接觸面；也有利于增大所述第二拼接體和所述第一拼接體的接觸面。避免在注入樹脂后，在所述螺栓套組件周圍形成富樹脂堆積或灌注空腔，從而有利于增大所述螺栓套組件和周圍材料的粘合力，降低了所述螺栓套組件從所述根部結(jié)構(gòu)拔出的風(fēng)險。同時，由于所述螺栓套組件和所述第一拼接體的接觸面增大，使得所述螺栓套組件和所述第一拼接體間的摩擦力增大，從而進(jìn)一步降低所述螺栓套組件從所述根部結(jié)構(gòu)拔出的風(fēng)險。從而可提高產(chǎn)品的可靠性，也就是使所述根部結(jié)構(gòu)和具有所述根部結(jié)構(gòu)的風(fēng)電葉片更加可靠，此外，由于所述拼合件包括多個第一拼接體和多個第二拼接體，便于成型制造，并可分別獨立安裝，方便操作。所述內(nèi)嵌體包括拼接的多個螺栓套組件和所述拼合件，所述拼合件與所述螺栓套組件互相夾緊，不易松脫，使得內(nèi)嵌體的結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)固，有利于進(jìn)一步提高產(chǎn)品可靠性，且便于制造。

　　應(yīng)可理解的是，本發(fā)明不將其應(yīng)用限制到本說明書提出的部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和布置方式。本發(fā)明能夠具有其他實施方式，并且能夠以多種方式實現(xiàn)并且執(zhí)行。前述變形形式和修改形式落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。應(yīng)可理解的是，本說明書公開和限定的本發(fā)明延伸到文中和/或附圖中提到或明顯的兩個或兩個以上單獨特征的所有可替代組合。所有這些不同的組合構(gòu)成本發(fā)明的多個可替代方面。本說明書所述的實施方式說明了已知用于實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式，并且將使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠利用本發(fā)明。

風(fēng)電葉片構(gòu)造圖：風(fēng)電葉片設(shè)計和制作中的技術(shù)問題

　　目前葉片外形的設(shè)計理論有好幾種，都是在機翼氣動理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。第一種外形設(shè)計理論是按照貝茨理論得到的簡化設(shè)計方法，該方法是假設(shè)風(fēng)力機是按照貝茨公式的最佳條件運行的，完全沒有考慮渦流損失等，設(shè)計出來的風(fēng)輪效率不超過40%。后來一些著名的氣動學(xué)家相繼建立了各自的葉片氣動理論。Schmitz理論考慮了葉片周向渦流損失，設(shè)計結(jié)果相對準(zhǔn)確一些。Glauert理論考慮了風(fēng)輪后渦流流動，但忽略了葉片翼型阻力和葉稍損失的影響，對葉片外形影響較小，對風(fēng)輪效率影響卻較大。Wilson在Glauert理論基礎(chǔ)上作了改進(jìn)，研究了葉稍損失和升阻比對葉片最佳性能的影響，并且研究了風(fēng)輪在非設(shè)計工況下的性能，是目前最常用的設(shè)計理論。

　　(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　目前大型風(fēng)電葉片的結(jié)構(gòu)都為蒙皮主梁形式，如圖1所示為典型的葉片構(gòu)造形式。蒙皮主要由雙軸復(fù)合材料層增強，提供氣動外形并承擔(dān)大部分剪切載荷。后緣空腔較寬，采用夾芯結(jié)構(gòu)，提高其抗失穩(wěn)能力，這與夾芯結(jié)構(gòu)大量在汽車上應(yīng)用類似。主梁主要為單向復(fù)合材料層增強，是葉片的主要承載結(jié)構(gòu)。腹板為夾芯結(jié)構(gòu)，對主梁起到支撐作用。

　　典型葉片剖面構(gòu)造形式

　　結(jié)構(gòu)鋪層校核對葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計來說也必不可少。前在校核方面，大多用通用商業(yè)有限元軟件，比如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。對葉片進(jìn)行校核時，考慮單層的極限強度、自振頻率和葉尖撓度，分析模型有殼模型和梁模型等，并且能夠做到這兩種模型的相互轉(zhuǎn)換，如圖2,3所示。與其他葉片結(jié)構(gòu)相比，目前大型葉片的中空夾芯結(jié)構(gòu)具有很高的抗屈曲失穩(wěn)能力，較高的自振頻率，這樣設(shè)計出來的葉片相對較輕。有限元法可用于設(shè)計，但更多用于模擬分析而不是設(shè)計，設(shè)計與模擬必須交叉進(jìn)行，在每一步設(shè)計完成后，必須更新分析模型，重新得到鋪層中的應(yīng)力和應(yīng)變數(shù)據(jù)，再返回設(shè)計，更改鋪層方案，再分析應(yīng)力和變形等，直到滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為止，如圖4所示。因為復(fù)合材料正交各向異性的特殊性，葉片各鋪層內(nèi)的應(yīng)力并不連續(xù)，而應(yīng)變則相對連續(xù)，所以葉片結(jié)構(gòu)校核的失效準(zhǔn)則有時候完全采用應(yīng)變失效準(zhǔn)則。

　　(3)材料選擇

　　風(fēng)電葉片發(fā)展初期，由于葉片較小，有木葉片、布蒙皮葉片、鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金葉片等等，隨著葉片向大型化方向發(fā)展，復(fù)合材料逐漸取代其他材料幾乎成為大型葉片的唯一可選材料。復(fù)合材料具有其它單一材料無法比擬的優(yōu)勢之一就是其可設(shè)計性，通過調(diào)整單層的方向，可以獲得該方向上所需要的強度和剛度。更重要的是可利用材料的各向異性，使結(jié)構(gòu)不同變形形式之間發(fā)生耦合。比如由于彎扭耦合，使得結(jié)構(gòu)在只受到彎矩作用時發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在過去，葉片橫截面耦合效應(yīng)是一個讓設(shè)計人員頭疼的難題，設(shè)計工程想方設(shè)法消除耦合現(xiàn)象。但在航空領(lǐng)域人們開始利用復(fù)合材料的彎扭耦合，拉剪耦合效應(yīng)，提高機翼的性能。在葉片上，引人彎扭耦合設(shè)計概念，控制葉片的氣彈變形，這就是氣彈剪裁。通過氣彈剪裁，降低葉片的疲勞載荷，并優(yōu)化功率輸出。

　　玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)是現(xiàn)代風(fēng)機葉片最普遍采用的復(fù)合材料，玻璃鋼以其低廉的價格，優(yōu)良的性能占據(jù)著大型風(fēng)機葉片材料的統(tǒng)治地位。但隨著葉片逐漸變大，風(fēng)輪直徑已突破120m，最長的葉片已做到61.5m，葉片自重達(dá)18t。這對材料的強度和剛度提出了更加苛刻的要求。全玻璃鋼葉片已無法滿足葉片大型化，輕量化的要求。碳纖維或其它高強纖維隨之被應(yīng)用到葉片局部區(qū)域，如NEG Micon NM 82.40m長葉片，LM61.5m長葉片都在高應(yīng)力區(qū)使用了碳纖維。由于葉片增大，剛度逐漸變得重要，已成為新一代MW級葉片設(shè)計的關(guān)鍵。

　　碳纖維的使用使風(fēng)電葉片剛度得到很大提高，自重卻沒有增加。Vestas為V903.OMW機型配套的44m系列葉片主梁上使用了碳纖維，葉片自重只有6t，與V802MW,39m葉片自重一樣。美國和歐洲的研究報告指出，含有碳纖維的承載玻璃纖維層壓板對于MW級葉片是一個非常有效的選擇替代品。在E.C.公司資助的研究計劃[10]中指出，直徑為120m風(fēng)輪葉片部分使用碳纖維可有效減少總體自重達(dá)38%，設(shè)計成本減少14%。但碳纖維價格昂貴，極錦工限制其在風(fēng)機葉片上的使用。

　　現(xiàn)今碳纖維產(chǎn)業(yè)仍以發(fā)展輕質(zhì)、良好結(jié)構(gòu)和熱性質(zhì)佳等附加值大的航空應(yīng)用材料為主。但許多研究員卻大膽預(yù)言碳纖維的應(yīng)用將會逐步增加。風(fēng)能的成本效益將取決于碳纖維的使用方式，未來若要大量取代玻璃纖維，必需低價才具有競爭力。

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