大型水平軸式風電葉片的制作方法
【專利說明】
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風力發(fā)電領域,具體是指一種大型水平軸式風電葉片。
【【背景技術】】
[0002]風力發(fā)電是新能源中技術最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。風力發(fā)電技術可以靈活應用,既可以并網(wǎng)運行,也可以離網(wǎng)獨立運行,還可以與其它能源技術組成互補發(fā)電系統(tǒng)。風電場運營模式可以為國家電網(wǎng)補充電力,小型風電機組可以為邊遠地區(qū)提供生產、生活用電。另外,在風能電能的轉換過程中,不消耗任何燃料,基本不占用耕地,單臺發(fā)電設備投資不大,建設周期短,不會對環(huán)境構成嚴重威脅。隨著節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施,國家支持風力發(fā)電的政策陸續(xù)出臺,國內風力發(fā)電市場前景也非常好。葉片是風力發(fā)電設備的關鍵部件,其制造成本占風電設備總成本的20%至30%。葉片結構是葉片捕獲風能的保證,直接影響風電機組的運行壽命,葉片結構設計的好壞,在很大程度上決定了風電機組的可靠性和利用風能的成本。但是,國內風電葉片制造業(yè)整體水平落后于國際水平。目前,國內兆瓦級以上葉片的制造多采用引進國外許可證方式進行,缺乏大尺寸葉片設計能力。葉片的自主研發(fā)能力已成為制約我國風電產業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。
【【實用新型內容】】
[0003]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足,提供一種大型水平軸式風電葉片的結構設計。
[0004]為實現(xiàn)上述目的,本實用新型提供的大型水平軸式風電葉片,包括主梁和蒙皮,其特征在于:所述蒙皮采用雙軸復合材料層增強,蒙皮包括葉根區(qū)、中間區(qū)和葉尖區(qū);所述葉根區(qū)采用厚的翼形結構,所述中間區(qū)采用夾層結構,所述葉尖區(qū)采用薄的翼形結構,蒙皮的主要作用是提供氣動外型,還承擔部分彎曲載荷和大部的剪切載荷;
[0005]所述主梁上設有主梁帽和兩塊抗剪腹板,所述兩塊抗剪腹板均置于葉片空腔內用以支撐主梁帽;所述主梁帽采用單向布制作,抗剪腹板采用夾層結構制作;所述葉片最外層表面設有樹脂層。
[0006]作為優(yōu)選方案,所述葉片為預彎式結構,葉片的葉尖與葉根的連線偏離徑向位置向前彎曲。
[0007]進一步地,所述葉尖區(qū)的外形為平頭式或劍頭式。
[0008]更進一步地,所述主梁的結構為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種,主梁承擔大部分彎曲載荷。
[0009]本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型的大型水平軸式風電葉片增大了風輪掃掠面積,提高發(fā)電能力,降低了對葉片的剛度要求,減少原材料和工藝輔助材料,可靠性高,達到減輕葉片重量和降低成本的目的,從而對加速我國風電產業(yè)的發(fā)展有重要意義。
【【附圖說明】】
[0010]圖1為本實用新型的風機葉片正面示意圖;
[0011]圖2為本實用新型的預彎式葉片的橫截面示意圖。
[0012]圖3是普通葉片的橫截面示意圖。
[0013]圖中:主梁帽1,抗剪腹板2,主梁3,蒙皮4,葉根區(qū)41、中間區(qū)42、葉尖區(qū)43。
【【具體實施方式】】
[0014]為了更好地理解本實用新型,以下將結合附圖和具體實例對本實用新型進行詳細的說明。
[0015]如圖所示的大型水平軸式風電葉片,包括主梁3和蒙皮4,蒙皮4采用雙軸復合材料層增強,蒙皮4包括葉根區(qū)41、中間區(qū)42和葉尖區(qū)43 ;葉根區(qū)41采用厚的翼形結構,中間區(qū)42采用夾層結構,葉尖區(qū)43采用薄的翼形結構;主梁3上設有主梁帽I和兩塊抗剪腹板2,兩塊抗剪腹板2均置于葉片空腔內用以支撐主梁帽I ;主梁帽I采用單向布制作,抗剪腹板2采用夾層結構制作;葉片最外層表面設有樹脂層。
[0016]葉片為預彎式結構,葉片的葉尖與葉根的連線偏離徑向位置向前彎曲;葉尖區(qū)43的外形為平頭式或劍頭式;主梁3的結構為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種。
[0017]葉片采用的復合材料體系包括葉片增強材料、基體材料、夾層泡沫、膠粘劑和輔助材料;葉片增強材料為E-玻纖,基體材料包括聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂和環(huán)氧樹脂,夾層泡沫為閉孔泡沫材料,輔助材料為膠粘劑。
[0018]本實用新型的風電葉片制造材料是葉片結構設計的基礎。風電葉片所用復合材料體系主要包括增強材料、基體材料、夾層泡沫、膠粘劑和其它輔助材料等。葉片增強材料以E-玻纖為主,其成本低,適用性強;當葉片更長,強度、剛度要求更高,自重更大時,則需采用碳纖維?;w材料以聚酯樹脂、乙烯基酯樹脂和環(huán)氧樹脂為主,其中環(huán)氧樹脂的收縮性低,力學性能好,結構穩(wěn)定性和耐久性高。夾層泡沫以閉孔泡沫材料為主。膠粘劑等輔助材料多米用進口材料。
[0019]蒙皮4的主要作用是提供氣動外型,還承擔部分彎曲載荷和大部的剪切載荷。在靠近葉根的區(qū)域,葉片所承受的彎曲和疲勞載荷很大,此時要求蒙皮4結構要有足夠的強度,因此該區(qū)域常采用厚的翼形結構;在靠近葉尖的區(qū)域,對氣動性能的要求比較高,常采用薄的翼形結構。蒙皮4通常用雙軸復合材料層增強,以提高蒙皮4的剪切強度。蒙皮4的中間部分空腔較寬,采用夾層結構,以提高其抗屈曲失穩(wěn)能力。
[0020]主梁3承擔大部分彎曲載荷,其結構有D型、O型、矩形和雙拼槽鋼等形式。大型葉片的主梁3通常由主梁帽I和抗剪腹板2組成。主梁帽I是葉片的主承力機構,承擔彎曲載荷;抗剪腹板2置于葉片空腔內,支撐主梁帽1,主要作用是提高剛度,防止局部失穩(wěn)。為增強葉片承載能力,通常在葉片殼體與抗剪腹板2相接的位置采用單軸布鋪設的主梁帽I以承受更大的彎矩,占據(jù)了葉片的大部分重量,而抗剪腹板2采用夾層結構制作。
[0021]葉片最外層表面通常還粘上一層樹脂,這樣不僅可以有利于后續(xù)工序對葉片的打磨和噴漆,而得到光滑的表面,還可以提高葉片的耐腐蝕性和耐磨能力。風電葉片預彎的目的就是將葉片外形前彎,以免葉片旋轉時打到風機塔上。與普通直型葉片相比,預彎式葉片不僅能保證在設計規(guī)范所規(guī)定的載荷狀態(tài)下,葉尖撓曲變形后不會碰到塔架,而且增大風輪掃掠面積,提高發(fā)電能力,還因增加了葉尖與塔架距離,可以降低對葉片的剛度要求,減少原材料和工藝輔助材料,達到減輕葉片重量和降低成本的目的。
【主權項】
1.一種大型水平軸式風電葉片,包括主梁(3)和蒙皮(4),其特征在于:所述蒙皮(4)采用雙軸復合材料層增強,蒙皮(4)包括葉根區(qū)(41)、中間區(qū)(42)和葉尖區(qū)(43);所述葉根區(qū)(41)采用厚的翼形結構,所述中間區(qū)(42)采用夾層結構,所述葉尖區(qū)(43)采用薄的翼形結構; 所述主梁(3)上設有主梁帽(I)和兩塊抗剪腹板(2),所述兩塊抗剪腹板(2)均置于葉片空腔內用以支撐主梁帽(I);所述主梁帽(I)采用單向布制作,抗剪腹板(2)采用夾層結構制作;所述葉片最外層表面設有樹脂層。
2.根據(jù)權利要求1所述的大型水平軸式風電葉片,其特征在于:所述葉片為預彎式結構,葉片的葉尖與葉根的連線偏離徑向位置向前彎曲。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的大型水平軸式風電葉片,其特征在于:所述葉尖區(qū)(43)的外形為平頭式或劍頭式。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的大型水平軸式風電葉片,其特征在于:所述主梁(3)的結構為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種。
5.根據(jù)權利要求3所述的大型水平軸式風電葉片,其特征在于:所述主梁(3)的結構為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種。
【專利摘要】本實用新型公開了一種大型水平軸式風電葉片,包括主梁和蒙皮,所述蒙皮采用雙軸復合材料層增強,蒙皮包括葉根區(qū)、中間區(qū)和葉尖區(qū);所述葉根區(qū)采用厚的翼形結構,所述中間區(qū)采用夾層結構,所述葉尖區(qū)采用薄的翼形結構;所述主梁上設有主梁帽和兩塊抗剪腹板,所述兩塊抗剪腹板均置于葉片空腔內用以支撐主梁帽;所述主梁帽采用單向布制作,抗剪腹板采用夾層結構制作;所述葉片最外層表面設有樹脂層。本實用新型的大型水平軸式風電葉片增大了風輪掃掠面積,提高發(fā)電能力,降低了對葉片的剛度要求,減少原材料和工藝輔助材料,可靠性高,達到減輕葉片重量和降低成本的目的,從而對加速我國風電產業(yè)的發(fā)展有重要意義。
【IPC分類】F03D1-06
【公開號】CN204371554
【申請?zhí)枴緾N201420731065
【發(fā)明人】劉頌凱, 田成, 許志浩
【申請人】劉頌凱, 田成, 許志浩
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年11月26日