風(fēng)力發(fā)電機的加強型葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種優(yōu)選用于風(fēng)力設(shè)備、特別是用于水平軸風(fēng)力發(fā)電機的加強型葉片 W及葉片的制造方法。本發(fā)明還設(shè)及具有該葉片的轉(zhuǎn)子，W及具有該轉(zhuǎn)子的風(fēng)力設(shè)備、風(fēng)力 發(fā)電設(shè)備、海洋流發(fā)電設(shè)備或潮流發(fā)電設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能是清潔的可再生能源，近年來快速發(fā)展。清潔的可再生能源要與常規(guī)能源 (煤、石油、天然氣W及大中型水電）展開競爭，降低成本，提高其運行效率非常重要。目前 世界風(fēng)力發(fā)電進一步向大功率、長葉片方向發(fā)展。大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機在制造、安裝和運 行時更具有成本優(yōu)勢。風(fēng)力發(fā)電單位成本隨風(fēng)力發(fā)電的單機功率的增大而降低。
[0003] 葉片轉(zhuǎn)遞扭矩產(chǎn)生能量。盡管不受理論之限制，據(jù)信，水平軸風(fēng)力發(fā)電機產(chǎn)生的電 能和葉片長度的平方成正比，而葉片材料重量的增加和葉片長度的立方成正比，隨著葉片 長度的增加，加大了葉片的空氣動力荷載，葉片材料的重量也有很大的增加。而且，由于葉 片荷載的增加，大型風(fēng)力發(fā)電機葉片必須有更高的抗彎強度。運增加了葉片材料的厚度，也 就相應(yīng)增加了葉片材料的重量。
[0004] 對于大型葉片，剛度也成為主要問題。為了保證在極端風(fēng)載下葉尖不彎曲至觸碰 塔架的程度，葉片必須具有足夠的彎曲剛度，運又相應(yīng)增加了葉片的重量。
[0005] 葉片材料重量的大小對整個風(fēng)力發(fā)電機運行、疲勞壽命、能量輸出都有重要的影 響。
[0006] 此外，大型葉片按全尺寸生產(chǎn)，難W運輸，也越來越成為制約風(fēng)電發(fā)展的一個瓶 頸。對于未來可能的更大尺寸的風(fēng)機葉片，全尺寸葉片的長距離運輸將更加困難。
[0007] 此外，在現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機葉片設(shè)計中，葉片形狀還需取得空氣動力學(xué)效率和結(jié)構(gòu) 合理性的平衡，W最可能低的成本獲取最高效能。
[0008] 不視作對現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)，圖1示出了一種示例性葉片的橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。如 圖1所示，風(fēng)力發(fā)電機的葉片?？砂ㄈ~片外殼2和位于葉片外殼2內(nèi)的梁結(jié)構(gòu)3。在圖 1所示的示例中，梁結(jié)構(gòu)3例如采用矩形梁結(jié)構(gòu)，包括在葉殼內(nèi)側(cè)分別固定的主梁4和在兩 個主梁4兩端提供連接的抗剪切腹板5。形成空氣動力的葉殼包覆在主梁的外面。主要的 彎曲載荷由主梁承擔(dān)，葉殼只承擔(dān)少量彎曲載荷。葉片的梁結(jié)構(gòu)，尤其是主梁的重量也占葉 片的主要部分。
[0009] 常見的一種葉片材料是玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP)。例如，葉片主梁及葉殼都可由 玻璃纖維復(fù)合材料制成。對于基本使用玻璃纖維復(fù)合材料制造的大型葉片，要滿足葉片的 強度和剛性要求，葉片主梁要設(shè)計的很厚，葉片就會非常重。由于風(fēng)力發(fā)電機運行時，葉片 重力產(chǎn)生交變載荷，使葉片本身及機組產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，葉片重量的增加會引起葉片過早達 到疲勞強度。運需要提高葉片的強度，葉片重量又有所增加，并相應(yīng)使得風(fēng)力發(fā)電機的輪 穀、機艙、塔架等結(jié)構(gòu)重量增加，最終導(dǎo)致整個風(fēng)力發(fā)電機成本大幅增加，相應(yīng)地造成風(fēng)力 發(fā)電單位成本上升。
[0010] 為了減輕葉片的重量，又要滿足強度與剛度要求，目前一般采用的技術(shù)辦法是用 碳纖維復(fù)合材料（CFR巧替代玻璃纖維復(fù)合材料制造葉片主梁，但碳纖維復(fù)合材料價格非 常昂貴。
[0011] 因此，提高大型葉片的強度和剛度，同時減輕葉片的重量，降低葉片的成本，是當(dāng) 前風(fēng)電發(fā)展需要迫切解決的問題。
[0012] 現(xiàn)有技術(shù)提出了對風(fēng)力發(fā)電機的轉(zhuǎn)子進行加強。
[0013] 中國專利申請公開號CN101230834A設(shè)及一種張拉式風(fēng)力機風(fēng)輪，葉片分兩級，中 間設(shè)置中軸座，Ξ個中軸座之間用呈流線型截面的復(fù)合材料帶張拉成正Ξ角形，使各葉片 在重力加速度中處于不同勢位時，抵消部分不均衡外力；Ξ個中軸座與輪穀前后端也用類 似的張拉力強化風(fēng)輪。
[0014] 美國專利申請公開號US2010/0086407A1設(shè)及一種風(fēng)力滿輪機轉(zhuǎn)子，包括一個或 多個轉(zhuǎn)子葉片和用W加強所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子加強元件，其中所述轉(zhuǎn)子葉片被布置成使得它們 能夠繞其縱向軸線相對于相應(yīng)的轉(zhuǎn)子加強元件轉(zhuǎn)動。每個轉(zhuǎn)子葉片均可包括至少兩個轉(zhuǎn)子 葉片部分，其中外轉(zhuǎn)子葉片部分被布置為可相對于內(nèi)轉(zhuǎn)子葉片部分轉(zhuǎn)動。該風(fēng)力滿輪機轉(zhuǎn) 子還包括連接裝置，用于將轉(zhuǎn)子加強元件彼此連接。該風(fēng)力滿輪機轉(zhuǎn)子還包括葉片加強元 件和間隔元件，用于加強轉(zhuǎn)子葉片，W防止彎曲偏轉(zhuǎn)。
[0015] 上述現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)輪或轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要在相鄰的葉片之間安裝張拉線W平衡 葉片重力。風(fēng)力機在運行時，葉片在揮舞方向（垂直于轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)平面）和擺振方向（在 轉(zhuǎn)子葉片旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)）都有振動。由于張拉線的存在，葉片的動力學(xué)響應(yīng)更為復(fù)雜。各個 葉片的振動不會完全同步，因此葉片之間相互影響，導(dǎo)致葉片在擺振方向的振幅也有可能 增大，擺振方向的最大彎矩也有可能增加。
[0016]另外，由于位于兩個葉片段之間的中軸座（'834公開文獻）和連接裝置W及間隔 元件（'407公開文獻），葉片段之間的連接并不牢固可靠，影響葉片的空氣動力學(xué)效率和 結(jié)構(gòu)合理性，并且運些連接結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且可能導(dǎo)致葉片在連接部位的強度喪失。尤其是， 在'407公開文獻中，由于用于葉片加強元件的間隔元件僅安裝在相鄰兩個葉片段之間縱向 點位置上，葉片加強元件的設(shè)置可能導(dǎo)致在葉片段連接部位處產(chǎn)生過大的彎矩，造成彎曲 剛度的喪失。
[0017]因此，希望提供一種能具有更高強度和剛度、且優(yōu)選有效減輕葉片重量的結(jié)構(gòu)簡 單的改進的加強型葉片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種加強型葉片，其具有較輕的重量，同時滿足葉片的 強度與剛度要求。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供一種加強型葉片組件，包括：葉片、固定至葉片且 沿葉片縱向延伸跨過一段跨距的連接支架和至少一個細長的葉片加強件，其中，所述葉片 加強件構(gòu)造成至少一端連接至所述連接支架W與所述葉片間隔開。
[0020] 通過葉片加強件和連接支架的結(jié)合，能夠W相對輕的重量，提供符合要求的、甚至 更佳彎曲強度和剛度、尤其是更高彎曲剛度的葉片。尤其是，在縱向上延伸跨過一段距離的 連接支架能夠有效地保證在葉片加強件連接位置的剛度。
[0021] 優(yōu)選地，所述葉片加強件為抗拉加強件且構(gòu)造成可被施加張拉預(yù)應(yīng)力。
[0022] 更優(yōu)選地，所述葉片加強件為高強度、高模量纖維繩索，例如碳纖維繩索等。運提 供了令人驚奇的減重效果和葉片的高強度。
[0023] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，所述葉片加強件中的至少一個構(gòu)造成在所述葉片加強件 的一端連接至所述連接支架，在所述葉片加強件的另一端直接連接至所述葉片。
[0024] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，所述葉片加強件中的至少一個構(gòu)造成在所述葉片加強件 的兩端連接至分別的連接支架且大致平行于所述葉片延伸。
[00巧]根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，加強型葉片組件包括多個所述葉片加強件。根據(jù)進一步 優(yōu)選的實施例，所述多個葉片加強件中的至少兩個構(gòu)造成大致縱向?qū)R地沿葉片縱向延伸 且連接至同一連接支架的兩側(cè)。作為補充或替代，所述多個葉片加強件中的至少兩個構(gòu)造 成并行地沿葉片縱向延伸且連接至同一連接支架的同一側(cè)。
[0026] 根據(jù)一個優(yōu)選的實施例，所述連接支架包括第一支腳、與所述第一支腳在葉片的 縱向上間隔開的第二支腳、W及將所述第一支腳和第二支腳彼此固定連接或一體成形的連 接元件。運有利地加強了葉片的剛度，尤其是在連接支架處的剛度。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，所述葉片包括多個葉片段，所述連接支架包括位 于其中一個葉片段上的第一支腳、位于相鄰的葉片段上的第二支腳、W及將所述第一支腳 和第二支腳彼此固定連接的連接元件。由此，連接支架不僅提供了加強的剛度，還能加強相 鄰葉片段之間的固定連接。
[0028] 根據(jù)一個具體的實施例，所述葉片包括梁結(jié)構(gòu)和包覆所述梁結(jié)構(gòu)的葉片外殼。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明另一方案，提供一種用于風(fēng)力設(shè)備的轉(zhuǎn)子，包括