風電葉片構造圖：大型風電葉片的結構分析和測試

　　北極星風力發電網訊:1、引言

　　風力發電機的葉片(下文簡稱葉片)是風電設備將風能轉化為機械能的關鍵部件，其制造成本約占風機總成本的15%——30%。大型風力發電機的葉片基本由復合材料制成，葉片設計與制造是風電機組的技術關鍵。目前，國內多家葉片生產企業都在自主開發新型號葉片，設計中所用的工具也不盡相同。FOCUS軟件是用于風電機組及組件(如葉片)快速設計分析的軟件工具，在國際風電設備工業有超過10年的應用史。相對于使用三維建模軟件和有限元計算軟件結合的設計路線，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，對其進行了模態和結構靜力學分析，并與實際葉片的模態和靜力試驗結果進行了對比分析。

　　2、模型建立

　　擁有獨特的對葉片進行詳細設計的 交互式建模工具。在對葉片進行逐步定義的同時，三維的交互式顯像會對設計變化給出直接反饋。使用FOCUS軟件對本文所研究的葉片進行建模，第一步是通過一系列坐標點定義翼型輪廓線，第二步是在三維空間中設置翼型位置、放大比例、旋轉角度、預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，第五步是根據鋪層邊界和設計厚度定義鋪層，從而完成了風機葉片的建模。 該葉片是由壓力面殼體、吸力面殼體和前后緣兩側抗剪腹板結構組成，其中殼體由蒙皮、大梁、大梁兩側的芯材、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 、模態分析

　　對該模型進行模態計算，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計剛度偏小，但偏差小于5%，符合 GL2010的相關測試要求。

　　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 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果見圖6。圖6中為便于比 較，不考慮位移的方向性，位移數據均取正值。

　　從圖6可知，沿葉片長度方向共設立了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的相關測試要求。

　　5.2應變分析

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

　　從表2可知，在承受最大揮舞方向載荷時，葉片壓力面大梁應變為正值，吸力面大梁應變為負值，在L20.0m處的應變最大。在承受最小揮舞方向載荷時，葉片壓力面大梁應變為負值，吸力面大梁應變為正值，在L20.0m處的應變最大。在吸力面大梁L23.5m處的計算應變和試驗應變偏差較大，結合該試驗應變在不同載荷步下的變化情況，認為該應變片失效，應變數據無效。除此之外，計算應變與試驗應變最大偏差為-7.04%，小于10%，符合GL2010規范要求。

　　從表3可知，在承受最大擺振方向載荷時，葉片前緣應變為負值，葉片后緣應變為正值，同側不同截面的應變變化不大，在L16.0m處的應變最大。在承受最小揮舞方向載荷時，葉片前緣應變為正值，葉片后緣應變為負值，同側不同截面的應變變化不大，前緣在L16.0m處的應變最大，后緣在L23.5m處的應變最大。在后緣L9.0m處的計算應變和試驗應變偏差較大，結合該試驗應變在不同載荷步下的變化情況，認為該應變片失效，應變數據無效。除此之外，計算應變與試驗應變最大偏差為-7.61%，小于10%，符合GL2010規范要求。

　　6、結論

　　使用FOCUS軟件進行風電葉片模型搭建， 計算葉片質量，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規范要求。 計算位移和試驗位移的偏差均小于7%，計算應變和試驗應變的偏差除異常點外均小于 10%，符合GL2010規范要求。

風電葉片構造圖：風力發電機+葉片的結構示意圖

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風電葉片構造圖：風電葉片的根部結構及其制造方法、風電葉片與流程

　　本發明涉及一種風力發電技術領域，尤其涉及一種風電葉片的根部結構及其制造方法、風電葉片。

　　背景技術：

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

　　現有技術中，風機葉片的根部結構也越來越多的采用螺栓套預埋工藝，在風機葉片的本體進行樹脂導入成型之前，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行填充，在注入樹脂后，使螺栓套與其他結構材料粘結為一體。從而將螺栓套與風電葉片的根部結構連接在一起，使得風電葉片能夠直接通過螺栓與輪轂連接。

　　以上這種現有風機葉片的根部結構中，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，導致葉片根部和輪轂的連接處現松動甚至脫落，從而造成設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，以提高產品可靠性是亟待解決的技術問題。

　　在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本發明的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

　　技術實現要素：

　　本發明的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種可避免富樹脂堆積或灌注空腔，以提高產品可靠性的風電葉片的根部結構及其制造方法、風電葉片。

　　為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

　　根據本發明的一方面，提供一種風電葉片的根部結構，包括纖維增強復合材料的本體，所述本體內為內嵌體，所述內嵌體包括拼接的多個螺栓套組件和輕質材料的拼合件；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的抵靠在多個所述螺栓套組件朝向風電葉片頂部的一端；各個所述第一拼接體的兩側均形成有凹部，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的所述凹部匹配貼合。

　　根據本發明的一實施方式，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電葉片頂部的一端，所述本部兩側均形成有第一凹槽，所述楔形部兩側均形成有第二凹槽，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。

　　根據本發明的一實施方式，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面上遠離所述第二拼接體的一端，多個所述第二凸臺沿遠離所述第一凸臺的方向依次形成于所述套體的側面上，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面上除所述第一凸臺外緣以外的區域，且所述玻璃纖維層外表面與所述第一凸臺外緣平齊。

　　根據本發明的一實施方式，所述螺栓套的至少一個所述第二凸臺為錐形結構，且所述錐形結構的小端朝向所述第二拼接體設置。

　　根據本發明的一實施方式，所述螺栓套靠近所述第二拼接體一端為封閉結構。

　　根據本發明的一實施方式，所述第二拼接體沿所述本體的徑向設有多個徑向孔，所述本體與多個所述徑向孔對應的位置形成有延伸至多個所述徑向孔內的多個延伸部。

　　根據本發明的一實施方式，多個所述徑向孔陣列分布于所述第二拼接體上。

　　根據本發明的一實施方式，所述螺栓套為圓形螺栓套，且所述螺栓套組件為圓柱形結構，所述第一凹槽的表面為圓弧形面。

　　根據本發明的另一方面，提供一種風電葉片的根部結構的制造方法，用于制造本發明的風電葉片的根部結構，包括如下步驟：

　　提供一可用于成型風電葉片的根部結構的模具；

　　鋪設外玻璃纖維層，在所述模具內與所述根部結構外壁對應的位置鋪設外玻璃纖維層；

　　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；

　　鋪設內玻璃纖維層，所述內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，向所述模具內灌注樹脂，加熱固化。

　　根據本發明的再一方面，提供一種風電葉片，本發明的風電葉片的根部結構風電葉片風。

　　由上述技術方案可知，本發明具備以下優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構拔出的風險。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，從而進一步降低所述螺栓套組件從所述根部結構拔出的風險。從而可提高產品的可靠性，也就是使所述根部結構和具有所述根部結構的風電葉片更加可靠，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，使得內嵌體的結構緊湊、穩固，有利于進一步提高產品可靠性，且便于制造。

　　附圖說明

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

　　圖1是本發錦工電葉片的根部結構一實施方式的局部結構示意圖；

　　圖2是圖1中的根部結構的局部剖視圖；

　　圖3是圖1中的根部結構的內部的局部結構示意圖；

　　圖4是圖1中第一拼接體的第一示例的結構示意圖；

　　圖5是圖1中第一拼接體的第二示例的結構示意圖；

　　圖6是圖1中第一拼接體的第三示例的結構示意圖；

　　圖7是圖1中第一拼接體的第四示例的結構示意圖；

　　圖8是圖1中第二拼接體的第一示例的結構示意圖；

　　圖9是圖1中第二拼接體的第二示例的結構示意圖；

　　圖10是圖1中螺栓套的第一個示例的結構示意圖；

　　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構示意圖；

　　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構示意圖；

　　圖15是圖14中螺栓套的剖視圖；

　　圖16是本發錦工電葉片的根部結構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構示意圖；

　　圖18是圖16的制造方法中灌注成型后的結構示意圖。

　　圖中：1-本體；11-外玻璃纖維層；12-內玻璃纖維層；2-螺栓套組件；21-螺栓套；201-內螺紋；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明將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

　　雖然本說明書中使用相對性的用語，例如“上”“下”來描述圖標的一個組件對于另一組件的相對關系，但是這些術語用于本說明書中僅出于方便，例如根據附圖中所述的示例的方向。能理解的是，如果將圖標的裝置翻轉使其上下顛倒，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。當某結構在其它結構“上”時，有可能是指某結構一體形成于其它結構上，或指某結構“直接”設置在其它結構上，或指某結構通過另一結構“間接”設置在其它結構上。

　　本權利要求書中，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”等僅作為標記使用，不是對其對象的數量限制。

　　圖1是本發錦工電葉片的根部結構一實施方式的局部結構示意圖，圖2是圖1中的根部結構的剖視圖，圖3是圖1中的根部結構的內部的局部結構示意圖，如圖1至圖3所示，本實施方式所述的根部結構，包括纖維增強復合材料的本體1，本體1內為內嵌體，內嵌體包括拼接的多個螺栓套組件2和輕質材料的拼合件；拼合件包括多個第一拼接體3和多個第二拼接體4。本發明實施例中內嵌體是由多個預制部件拼合而成，內嵌體中各部件可規則地緊密貼合，且各部件間也可選擇設有一定的卡合定位結構，不僅可避免富樹脂堆積或灌注空腔，還能以內嵌體來整體提升葉根結構的結構強度，提升各螺栓套組件2與本體1纖維增強復合材料結合強度的穩定性。且，在本體1纖維增強復合材料成型時，能與纖維增強復合材料強力地結合為一體。

　　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，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4一一對應的抵靠在多個螺栓套組件2朝向風電葉片頂部的一端，即任一螺栓套組件2朝向風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內可形成有內螺紋201，且內螺紋201位于螺栓套組件2朝向風電葉片頂部的一端內。

　　在本實施方式中，各個第一拼接體3的兩側均形成有凹部301，使第一拼接體3為工字型結構，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，為了適應風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上靠近風電葉片頂部的一端。為了同時適應螺栓套組件2和第二拼接體4的外形，本部31兩側均形成有第一凹槽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，結構簡單，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的第一個示例的結構示意圖，第一拼接體3整體可為直角梯形結構，楔形部32位于該直角梯形結構具有斜面的一端，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的第二個示例的結構示意圖，第一拼接體3的本部31為長方體結構，所述長方體結構的兩側形成有第一凹槽311，楔形部32為直角梯形結構，所述直角梯形結構的側面與本部31與所述楔形部32對接的端面間的區域即為第二凹槽321。

　　如圖6所示，圖6為圖1中第一拼接體3的第三個示例的結構示意圖，如圖7所示，圖7為圖1中第一拼接體3的第四個示例的結構示意圖。其中，第一拼接體3的第三個示例和第四個示例的結構與第一個示例相似。區別在于，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，其他結構在此不再贅述。

　　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的第一個示例的結構示意圖。如圖8所示，第二拼接體4為圓柱狀結構，該圓柱狀結構的一端面為斜面，具體可為一圓柱經斜切后形成的結構；

　　圖9為圖1中第二拼接體4的第二個示例的結構示意圖。如圖9所示，第二拼接體4為直角梯形結構。

　　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材料，在進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，內螺紋201形成于螺栓套21內。

　　第一凸臺212形成于套體211的側面上遠離第二拼接體4的一端，多個第二凸臺213沿遠離第一凸臺211的方向依次間隔形成于套體211的側面上，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側面上除第一凸臺212外緣以外的區域，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更加穩固，且由于第一凸臺211位于距離第二拼接體4的一端，即遠離風電葉片頂部的一端，第一凸臺211的端面位于所述風電葉片的根部結構最外側。因此，使玻璃纖維層22包覆并貼合螺栓套21側面上除第一凸臺212外緣以外的區域，可防止玻璃纖維層22完全位于本體1內，避免露出，防止玻璃纖維層22露出的部分翹起或損壞而導致玻璃纖維層22被拖出或損壞。

　　在本實施方式中，玻璃纖維層22的結構也有多種，但不以此為限，例如：可采用玻璃纖維布覆蓋包裹螺栓套21側面上除第一凸臺212外緣以外的區域，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；還可采用成型工藝利用玻璃纖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構示意圖，圖11是圖10中的螺栓套的剖視圖，第二凸臺23可為環形結構，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為錐形結構，且錐形結構的小端朝向第二拼接體4設置，即朝向風電葉片的頂部的方向，形成倒鉤形結構，從而可進一步防止螺栓套21拔出，進一步提高可靠性。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構示意圖；圖13是圖12中螺栓套的剖視圖，螺栓套21各個第二凸臺23均為上述的錐形結構；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構示意圖；圖15是圖14中螺栓套的剖視圖；螺栓套21部分第二凸臺23為上述的錐形結構，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4一端為封閉結構，具體可通過焊接堵頭、預埋螺釘，使用密封件過盈配合等密封方式進行密封，但不限于此，從而防止灌注的樹脂進入螺栓套21內覆蓋內螺紋201，避免造成螺栓與螺栓套21無法配合，有利于保證風電葉片的根部結構與輪轂的正常安裝。

　　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中采用真空灌注成型工藝進行制造葉片根部。

　　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與受力無關)。

　　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也為方形結構，或者螺栓套21也可為圓形螺栓套，且螺栓套組件2為圓柱形結構。

　　但由于方形螺栓套制造工藝較為復雜，且在內徑相同的情況下，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，各處受力情況復雜，難以保證均勻受力，容易局部受損。因此，優選螺栓套21也為圓形螺栓套，且螺栓套組件2為圓柱形結構。

　　當螺栓套21也為圓形螺栓套，且螺栓套組件2為圓柱形結構時，第一拼接體3的第一凹槽311的表面相應的優選圓弧形面，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是本發錦工電葉片的根部結構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電葉片的根部結構，所述制造方法包括如下步驟：

　　S1、提供一可用于成型風電葉片的根部結構的模具5；

　　S2、鋪設外玻璃纖維層11，在模具5內與根部結構外壁對應的位置鋪設外玻璃纖維層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、鋪設內玻璃纖維層12，內玻璃纖維層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，內玻璃纖維層12可用于形成本體1的內壁，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。

　　本發明實施例還提供了一種風電葉片，所述風電葉片包括上述任一實施例所述的風電葉片的根部結構。

　　本發明實施例的風電葉片的根部結構及其制造方法、風電葉片，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構拔出的風險。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，從而進一步降低所述螺栓套組件從所述根部結構拔出的風險。從而可提高產品的可靠性，也就是使所述根部結構和具有所述根部結構的風電葉片更加可靠，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，使得內嵌體的結構緊湊、穩固，有利于進一步提高產品可靠性，且便于制造。

　　應可理解的是，本發明不將其應用限制到本說明書提出的部件的詳細結構和布置方式。本發明能夠具有其他實施方式，并且能夠以多種方式實現并且執行。前述變形形式和修改形式落在本發明的范圍內。應可理解的是，本說明書公開和限定的本發明延伸到文中和/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成本發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本發明的最佳方式，并且將使本領域技術人員能夠利用本發明。

風電葉片構造圖：風電葉片設計和制作中的技術問題

　　目前葉片外形的設計理論有好幾種，都是在機翼氣動理論基礎上發展起來的。第一種外形設計理論是按照貝茨理論得到的簡化設計方法，該方法是假設風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，設計出來的風輪效率不超過40%。后來一些著名的氣動學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，設計結果相對準確一些。Glauert理論考慮了風輪后渦流流動，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，對風輪效率影響卻較大。Wilson在Glauert理論基礎上作了改進，研究了葉稍損失和升阻比對葉片最佳性能的影響，并且研究了風輪在非設計工況下的性能，是目前最常用的設計理論。

　　(2)結構設計

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

　　典型葉片剖面構造形式

　　結構鋪層校核對葉片結構設計來說也必不可少。前在校核方面，大多用通用商業有限元軟件，比如ANSYS、NASTRAN、ABAQUS等。對葉片進行校核時，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換，如圖2,3所示。與其他葉片結構相比，目前大型葉片的中空夾芯結構具有很高的抗屈曲失穩能力，較高的自振頻率，這樣設計出來的葉片相對較輕。有限元法可用于設計，但更多用于模擬分析而不是設計，設計與模擬必須交叉進行，在每一步設計完成后，必須更新分析模型，重新得到鋪層中的應力和應變數據，再返回設計，更改鋪層方案，再分析應力和變形等，直到滿足設計標準為止，如圖4所示。因為復合材料正交各向異性的特殊性，葉片各鋪層內的應力并不連續，而應變則相對連續，所以葉片結構校核的失效準則有時候完全采用應變失效準則。

　　(3)材料選擇

　　風電葉片發展初期，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展，復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。復合材料具有其它單一材料無法比擬的優勢之一就是其可設計性，通過調整單層的方向，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，使結構不同變形形式之間發生耦合。比如由于彎扭耦合，使得結構在只受到彎矩作用時發生扭轉。在過去，葉片橫截面耦合效應是一個讓設計人員頭疼的難題，設計工程想方設法消除耦合現象。但在航空領域人們開始利用復合材料的彎扭耦合，拉剪耦合效應，提高機翼的性能。在葉片上，引人彎扭耦合設計概念，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，并優化功率輸出。

　　玻璃纖維增強塑料(玻璃鋼)是現代風機葉片最普遍采用的復合材料，玻璃鋼以其低廉的價格，優良的性能占據著大型風機葉片材料的統治地位。但隨著葉片逐漸變大，風輪直徑已突破120m，最長的葉片已做到61.5m，葉片自重達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用到葉片局部區域，如NEG Micon NM 82.40m長葉片，LM61.5m長葉片都在高應力區使用了碳纖維。由于葉片增大，剛度逐漸變得重要，已成為新一代MW級葉片設計的關鍵。

　　碳纖維的使用使風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風輪葉片部分使用碳纖維可有效減少總體自重達38%，設計成本減少14%。但碳纖維價格昂貴，極錦工限制其在風機葉片上的使用。

　　現今碳纖維產業仍以發展輕質、良好結構和熱性質佳等附加值大的航空應用材料為主。但許多研究員卻大膽預言碳纖維的應用將會逐步增加。風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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