大型水平軸式風(fēng)電葉片的制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體是指一種大型水平軸式風(fēng)電葉片。
【【背景技術(shù)】】
[0002]風(fēng)力發(fā)電是新能源中技術(shù)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(fēng)力發(fā)電技術(shù)可以靈活應(yīng)用，既可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，還可以與其它能源技術(shù)組成互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式可以為國家電網(wǎng)補(bǔ)充電力，小型風(fēng)電機(jī)組可以為邊遠(yuǎn)地區(qū)提供生產(chǎn)、生活用電。另外，在風(fēng)能電能的轉(zhuǎn)換過程中，不消耗任何燃料，基本不占用耕地，單臺(tái)發(fā)電設(shè)備投資不大，建設(shè)周期短，不會(huì)對(duì)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。隨著節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施，國家支持風(fēng)力發(fā)電的政策陸續(xù)出臺(tái)，國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)前景也非常好。葉片是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵部件，其制造成本占風(fēng)電設(shè)備總成本的20%至30%。葉片結(jié)構(gòu)是葉片捕獲風(fēng)能的保證，直接影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行壽命，葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞，在很大程度上決定了風(fēng)電機(jī)組的可靠性和利用風(fēng)能的成本。但是，國內(nèi)風(fēng)電葉片制造業(yè)整體水平落后于國際水平。目前，國內(nèi)兆瓦級(jí)以上葉片的制造多采用引進(jìn)國外許可證方式進(jìn)行，缺乏大尺寸葉片設(shè)計(jì)能力。葉片的自主研發(fā)能力已成為制約我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸。
【【實(shí)用新型內(nèi)容】】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大型水平軸式風(fēng)電葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的大型水平軸式風(fēng)電葉片，包括主梁和蒙皮，其特征在于:所述蒙皮采用雙軸復(fù)合材料層增強(qiáng)，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(jié)構(gòu)，所述中間區(qū)采用夾層結(jié)構(gòu)，所述葉尖區(qū)采用薄的翼形結(jié)構(gòu)，蒙皮的主要作用是提供氣動(dòng)外型，還承擔(dān)部分彎曲載荷和大部的剪切載荷；
[0005]所述主梁上設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)制作；所述葉片最外層表面設(shè)有樹脂層。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述葉片為預(yù)彎式結(jié)構(gòu)，葉片的葉尖與葉根的連線偏離徑向位置向前彎曲。
[0007]進(jìn)一步地，所述葉尖區(qū)的外形為平頭式或劍頭式。
[0008]更進(jìn)一步地，所述主梁的結(jié)構(gòu)為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種，主梁承擔(dān)大部分彎曲載荷。
[0009]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型的大型水平軸式風(fēng)電葉片增大了風(fēng)輪掃掠面積，提高發(fā)電能力，降低了對(duì)葉片的剛度要求，減少原材料和工藝輔助材料，可靠性高，達(dá)到減輕葉片重量和降低成本的目的，從而對(duì)加速我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義。
【【附圖說明】】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的風(fēng)機(jī)葉片正面示意圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型的預(yù)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(shí)施方式】】
[0014]為了更好地理解本實(shí)用新型，以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0015]如圖所示的大型水平軸式風(fēng)電葉片，包括主梁3和蒙皮4，蒙皮4采用雙軸復(fù)合材料層增強(qiáng)，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(jié)構(gòu)，中間區(qū)42采用夾層結(jié)構(gòu)，葉尖區(qū)43采用薄的翼形結(jié)構(gòu)；主梁3上設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)制作；葉片最外層表面設(shè)有樹脂層。
[0016]葉片為預(yù)彎式結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種。
[0017]葉片采用的復(fù)合材料體系包括葉片增強(qiáng)材料、基體材料、夾層泡沫、膠粘劑和輔助材料；葉片增強(qiáng)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(shí)用新型的風(fēng)電葉片制造材料是葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。風(fēng)電葉片所用復(fù)合材料體系主要包括增強(qiáng)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(qiáng)材料以E-玻纖為主，其成本低，適用性強(qiáng)；當(dāng)葉片更長(zhǎng)，強(qiáng)度、剛度要求更高，自重更大時(shí)，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(xué)性能好，結(jié)構(gòu)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(jìn)口材料。
[0019]蒙皮4的主要作用是提供氣動(dòng)外型，還承擔(dān)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(shí)要求蒙皮4結(jié)構(gòu)要有足夠的強(qiáng)度，因此該區(qū)域常采用厚的翼形結(jié)構(gòu)；在靠近葉尖的區(qū)域，對(duì)氣動(dòng)性能的要求比較高，常采用薄的翼形結(jié)構(gòu)。蒙皮4通常用雙軸復(fù)合材料層增強(qiáng)，以提高蒙皮4的剪切強(qiáng)度。蒙皮4的中間部分空腔較寬，采用夾層結(jié)構(gòu)，以提高其抗屈曲失穩(wěn)能力。
[0020]主梁3承擔(dān)大部分彎曲載荷，其結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)，承擔(dān)彎曲載荷；抗剪腹板2置于葉片空腔內(nèi)，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(qiáng)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(shè)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(jié)構(gòu)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?qū)θ~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(fēng)電葉片預(yù)彎的目的就是將葉片外形前彎，以免葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)打到風(fēng)機(jī)塔上。與普通直型葉片相比，預(yù)彎式葉片不僅能保證在設(shè)計(jì)規(guī)范所規(guī)定的載荷狀態(tài)下，葉尖撓曲變形后不會(huì)碰到塔架，而且增大風(fēng)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(duì)葉片的剛度要求，減少原材料和工藝輔助材料，達(dá)到減輕葉片重量和降低成本的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大型水平軸式風(fēng)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(fù)合材料層增強(qiáng)，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(jié)構(gòu)，所述中間區(qū)(42)采用夾層結(jié)構(gòu)，所述葉尖區(qū)(43)采用薄的翼形結(jié)構(gòu)； 所述主梁(3)上設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)制作；所述葉片最外層表面設(shè)有樹脂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型水平軸式風(fēng)電葉片，其特征在于:所述葉片為預(yù)彎式結(jié)構(gòu)，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(quán)利要求1或2所述的大型水平軸式風(fēng)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(quán)利要求1或2所述的大型水平軸式風(fēng)電葉片，其特征在于:所述主梁(3)的結(jié)構(gòu)為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大型水平軸式風(fēng)電葉片，其特征在于:所述主梁(3)的結(jié)構(gòu)為D型、O型、矩形或雙拼槽鋼中任一種。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種大型水平軸式風(fēng)電葉片，包括主梁和蒙皮，所述蒙皮采用雙軸復(fù)合材料層增強(qiáng)，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(jié)構(gòu)，所述中間區(qū)采用夾層結(jié)構(gòu)，所述葉尖區(qū)采用薄的翼形結(jié)構(gòu)；所述主梁上設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)制作；所述葉片最外層表面設(shè)有樹脂層。本實(shí)用新型的大型水平軸式風(fēng)電葉片增大了風(fēng)輪掃掠面積，提高發(fā)電能力，降低了對(duì)葉片的剛度要求，減少原材料和工藝輔助材料，可靠性高，達(dá)到減輕葉片重量和降低成本的目的，從而對(duì)加速我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義。
【IPC分類】F03D1-06
【公開號(hào)】CN204371554
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420731065
【發(fā)明人】劉頌凱, 田成, 許志浩
【申請(qǐng)人】劉頌凱, 田成, 許志浩
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年11月26日