专利名称：一种加长风电叶片长度的方法
技术领域：
本发明属于风力发电领域，尤其涉及一种加长风电叶片长度的方法。
背景技术：
风力发电机组的基本工作原理是通过风轮从风中吸收能量并利用空气动力学原理将风能转化成为转动能，然后通过发电机将转动能转化成为电能。其中风轮包含轮毂和叶片，叶片长度越长，则吸收的风能越多，机组发电量越高，但在吸收更多能量的同时产生的载荷也更大。在大型风力发电机组技术进入中国的早期，由于技术新、风险大，风电场开发商普遍采用保守策略，选择长度相对较短的叶片。短叶片虽然发电量小，但给机组带来的载荷也小，因此机组安全得到了最大保障。随着产业的发展，我国企业对风力发电机组的运行载荷有了越来越深刻的认识，逐渐能够更加精确地计算载荷，因而在同级别风速的风电场逐渐开始选择更长的叶片，以吸收更多风能从而提高投资发电收益。然而，已经采取保守策略而选择短叶片的风电场如果希望使用更长的叶片则需要重新采购叶片。这使得技术升级的成本过高，通常由于不具备技术升级的经济效益而无法进行。本发明考虑在现有短叶片的基础上通过安全的结构设计、简易的叶片升级工艺、 以及合理的表面处理，而以极低的成本实现了短叶片向长叶片的技术升级。这有利于以低成本方式提高现有风力发电场的年发电量，创造更大的新能源投资经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种切实可行的加长风电叶片长度的方法，该方法主要是增加现有风力发电机风轮叶片叶尖的长度提高风轮的扫风面积，进而实现提高风力发电机组的发电量；同时探索出一种结构安全、工艺简单、成本较低的叶片加长方案。为了实现上述目的，本发明提供一种加长风力发电机风轮叶片的方法，所述加长风力发电机风轮叶片的方法主要是在已经制造出来的现有叶片尖部连接一段新叶尖进行加长(包括已经装机和未装机的叶片)，且加长长度不小于0. 5米；加长后的叶片包括现有叶片的主体和新增加的叶尖段，所述新增加的叶尖段通过粘接剂等粘接来实现与原有叶片主体的连接，连接位置主要包括梁帽的连接、壳体的连接、腹板的连接和/或新腹板与现有叶片的连接。加长现有叶片的主要方法是首先，使用计算机辅助设计软件，通过对现有叶片和加长后叶片的结构进行分析， 在最大程度的保证结构安全的前提下，得出最佳的连接结构和制造工艺；然后，将所述现有叶片通过定位工装等安装、固定在叶片支架和/或工作台上，并根据叶片加长工艺将所述现有叶片叶尖进行表面进行打磨和/或将叶尖壳体进行切割和/或截断，同时使用新叶尖模具和新叶尖腹板模具制造新叶尖壳体和腹板；再次，使用定位工装等将新叶尖壳体、新叶尖腹板定位、组装在现有叶片叶尖相应位置上，并进行后固化、表面处理、配重等工序完成
3叶片加长改造。所述新增加的叶尖壳体结构与现有叶片叶尖壳体结构基本相似，都包含有上壳体、下壳体、梁帽和腹板。在进行新叶尖壳体(含梁帽)和腹板的设计、生产时要确保其形状尺寸与现有叶片连接区域保持一致，以便能够顺利的使用粘接剂等与现有叶片进行粘接连接。在对所述已经制作出来的现有叶片加长前，可以对所述现有叶片进行如下几种方式的处理方式一对现有叶片叶尖进行切割。该种连接结构主要是通过新旧腹板的连接、新旧梁帽的连接和新旧壳体的连接来实现对所述现有叶片叶尖的加长。通过对所述现有叶片叶尖进行壳体切割和/或截断，使得所述叶片内部腹板露出，以便使用粘接剂和/或玻璃纤维进行新旧腹板的连接操作，保证加长后叶片结构的整体连续性和安全性。其中，现有叶片叶尖位置腹板露出的形式有以下三种其一，在现有叶片腹板结束位置附近，将除腹板外的部分切除；其二，在现有叶片腹板结束位置附近，将除腹板外的部分切除后，将伸出叶片壳体的腹板截短，保留部分伸出的腹板；其三，直接将包括腹板在内的叶尖部分切割掉。方式二 仅对现有叶片叶尖位置外表面进行打磨处理，不进行切割和/或截断。该种连接结构主要是通过新旧梁帽的连接、新旧壳体的连接和新腹板与现有叶片叶尖的连接来实现对所述现有叶片叶尖的加长。该种操作方法使得对所述现有叶片叶尖加长的工艺方案变得极为简单，操作简便易行，成本低廉。通过对所述现有叶片和所述加长后的叶片进行有限元分析，能够最大程度上的保证加长后叶片结构的安全性；采用叶尖位置加长的方案，能够最大程度上的保证叶片的气动性能、保证现有叶片在重量增加相对较少的情况下最大程度的加长叶片，并且改造加长工艺简便易行、成本较低。通过增加风力发电机组风轮扫风面积，使得改造后同一机组年发电量增加5%左右。所述加长风电叶片长度方法的基本步骤如下1、使用定位工装将现有叶片安装、固定在叶片支架和/或工作台上；2、将所述现有叶片叶尖进行表面进行打磨和/或将叶尖壳体进行切割和/或截断；3、使用新叶尖壳体模具和新叶尖腹板模具制造新叶尖壳体和新叶尖腹板；4、使用定位工装将新叶尖下壳体和腹板定位至原叶片相应位置处，且保证新旧叶片壳体搭接宽度不小于0. 3米、若有腹板搭接则新旧腹板搭接宽度和/或手糊玻璃纤维的搭接宽度不小于0. 05米，并做定位标记；5、移除定位好的新叶尖下壳体和腹板，在新叶尖下壳体与旧叶片搭接位置和新旧腹板搭接位置处涂刮粘接剂，并将新叶尖下壳体和新叶尖腹板根据定位位置进行粘接；6、使用手糊工艺手糊前缘和新旧叶片连接位置的粘接角，并使用金属导体将新旧导电系统进行连接；7、在需要粘接的位置涂刮粘接剂，经过合模、后固化、表面处理(使叶片表面平顺)等工序后，得到加长后的叶片。
通过下文中的参照附图所进行的描述部分，能够更好理解所有上述特征，其中所述附图示出了本发明的非限制性实施例，所述附图为图1为本发明中所述叶片加长后的风力发电机机组整体示意图；图2为图1的局部视图；图3为叶片安装定位示意图；图4为现有叶片叶尖位置示意图；图5为图4截面A-A位置示意图；图6为图5的局部放大视图；图7为现有叶片叶尖切割后示意图；图8为新叶尖壳体示意图；图9为切割现有叶尖的新旧叶尖装配示意图；图10图8截面C-C位置示意图；图11为图10的局部放大视图；图12图8截面E-E位置示意图；图13为图12的局部放大视图；图14为不切割现有叶尖的新旧叶尖装配示意图。
具体实施例方式本发明涉及一种提高风力发电机组发电量的方法，所述方法主要是通过加长叶片来增加风轮扫风面积来提高风力发电机组的发电量。以下阐述一种非限制性实例，所述改造后的风力发电机组整体示意图如图1、图2所示，其中1为基础，2为风力发电机塔架，3 为风轮叶片接闪器，4为加长段叶尖，5为现有叶片，6为机舱；所述现有叶片定位方法如图 3所示，其中7为叶片安放定位工装，8为叶片支架；现有叶片叶尖位置结构如图4、图5、图 6所示，其中9为现有叶片的腹板，10为现有叶片或新叶尖的梁帽，11为粘接剂，17为粘接角；切割后的现有叶片叶尖和新叶尖壳体如图7、图8所示，其中12为伸出的现有叶片腹板或新旧腹板搭接区域，13为新叶尖壳体部分，14为新叶尖梁帽部分；切割现有叶尖的加长后叶片叶尖位置示意图如图9、图10、图11、图12、图13所示，其中15为新叶尖腹板，16为新旧叶片搭接区域；不切割现有叶尖的加长后叶片叶尖位置示意图如图14所示。为保证现有叶片加长后不会对风力发电机组的基础1、塔筒2和机舱6等造成损害，必须经过合理的结构设计和分析，确定加长段叶尖4的长度和采取的连接方式。所述加长风电叶片长度方法的基本步骤如下1、使用定位工装7将现有叶片5安装、固定在叶片支架8和/或工作台上；2、将所述现有叶片5的叶尖进行表面进行打磨和/或将叶尖壳体进行切割和/或截断，切割后保留原叶片腹板9，且腹板12伸出截面位置；3、使用新叶尖壳体模具和新叶尖腹板模具制造新叶尖壳体13和新叶尖腹板15 ；4、使用定位工装将新叶尖4下壳体13和腹板15定位至原叶片5相应位置处，且保证新旧叶片梁帽10和14对正、新旧叶片壳体搭接宽度16不小于0. 3米、若有腹板搭接则新旧腹板搭接宽度12和/或手糊玻璃纤维的搭接宽度不小于0. 05米，并做定位标记；5、移除定位好的新叶尖下壳体13和腹板15，在新叶尖下壳体13与旧叶片5的搭接区域16和新旧腹板搭接区域12处涂刮粘接剂11，并将新叶尖下壳体13和新叶尖腹板 15根据定位位置进行粘接；6、使用手糊工艺手糊前缘和新旧叶片连接位置的粘接角17，并使用金属导体将新旧导电系统3进行连接；7、在需要粘接的位置涂刮粘接剂，经过合模、后固化、表面处理(使叶片表面平顺)等工序后，得到加长后的叶片。通过对现有叶片和加长后的叶片进行有限元分析，能够最大程度上的保证加长后叶片结构的安全性；采用叶尖位置加长的方案，能够最大程度上的保证叶片的气动性能、保证现有叶片在重量增加相对较少的情况下最大程度的加长叶片，并且改造加长工艺简便易行、成本较低。通过增加风力发电机组风轮扫风面积，使得改造后同一机组年发电量增加 5%左右。实施例1第一步初步处理所述现有叶片。la、将所述现有叶片5放置在叶片支撑架8上；lb、使用卷尺等测量工具从叶尖位置测量腹板9结束位置；lc、使用角磨机等切割工具在腹板9的结束位置将无腹板的叶片最尖端切掉；Id、从上述截断位置量取0. 01-2米的长度，并将壳体(含梁帽10)切割和/或打磨掉，保留腹板9;le、清理叶片5叶尖位置灰尘，存放待用。第二步制造所述加长段叶尖壳体和腹板等配件。2a、准备两个相互配合的叶尖壳体阴模和一套新叶尖腹板模具，去除模具表面杂物后用洁模剂、脱模剂擦拭模具表面；2b、在模具法兰边粘贴密封胶带；2c、在壳体模具和腹板模具内根据各部件铺层顺序铺放材料；2d、在铺放好的产品材料表面一次铺放脱模布、导流网和进胶管路；2e、使用预先粘贴的密封胶带将真空袋与模具密封，使依次铺放的产品材料、脱模布、导流网和进胶管路形成的铺层置于一个密闭的空间，并对密闭空间抽取真空，保持真空在-0. 08-0. IMPa 之间；2f、通过进胶管路向抽取真空后的密闭空间灌注基体材料，该基体材料可以是环氧树脂、环氧乙烯基树脂等，灌注完毕后加温使之固化，控制固化温度不超过70°C ；2g、固化完成后，去除产品表面的真空袋、导流网等灌注材料，得到两半加长段叶尖壳体和两个加长段叶尖腹板。第三步所述加长段叶尖装配。3a、使用叶片定位工装7将切割后的所述现有叶片5固定在叶片支架8上，并使叶片保持设计预弯状态；3b、使用粘接剂11将新叶尖腹板15粘接在现有叶片伸出的腹板12上；
3c、在新旧叶片搭接区域16和腹板粘接区域12涂刮粘接剂11，使用定位工装和可调节支撑架将带有新叶尖壳体13的新叶尖模具定位、粘接至现有叶片5的叶尖处，并确定新叶片梁帽14和旧叶片梁帽10对正并粘接；3d、使用金属导体连接和/或装配新旧叶尖导电系统3，同时使用手糊工艺手糊粘接角17、固化、修整；3e、在新旧叶片搭接区域16、新叶尖尾缘、粘接角17和腹板15粘接角上涂刮粘接剂11后进行合模、后固化；后固化时要求温度在60-90°C之间保持7-9小时；3f、开模，并取下新叶尖模具，将加长后叶片前尾缘进行切边修整，使得前尾缘及新旧叶片壳体连接位置保持平顺，进行表面打磨、钻排水孔、喷漆等工序完成叶片的修整。通过上述实施方法可以得到在所述现有叶片5的叶尖位置增加一段新叶尖4后的加长型风力发电机叶片，所述加长后的风电叶片完全实现了新旧梁帽的连接、新旧壳体的连接和新旧腹板的连接，最大程度上保证了新旧叶片各主要部件的连接，符合本发明所述的安全连接结构。实施例2第一步初步处理所述现有叶片。la、将所述现有叶片5放置在叶片支撑架8上；lb、使用卷尺等测量工具从叶尖位置测量腹板9结束位置；lc、使用角磨机等切割工具在腹板9的结束位置将无腹板的叶片最尖端切掉；Id、从上述截断位置将壳体(含梁帽10)切割和/或打磨掉一段，且保留部分伸出的腹板12 ；le、清理叶片5叶尖位置灰尘，存放待用。第二步制造所述加长段叶尖壳体和腹板等配件。2a、准备两个相互配合的叶尖壳体阴模和一套新叶尖腹板模具，去除模具表面杂物后用洁模剂、脱模剂擦拭模具表面；2b、在模具法兰边粘贴密封胶带；2c、在壳体模具和腹板模具内根据各部件铺层顺序铺放材料；2d、在铺放好的产品材料表面一次铺放脱模布、导流网和进胶管路；2e、使用预先粘贴的密封胶带将真空袋与模具密封，使依次铺放的产品材料、脱模布、导流网和进胶管路形成的铺层置于一个密闭的空间，并对密闭空间抽取真空，保持真空在-0. 06-0. IMPa 之间；2f、通过进胶管路向抽取真空后的密闭空间灌注基体材料，该基体材料可以是环氧树脂、环氧乙烯基树脂等，灌注完毕后加温使之固化，控制固化温度不超过70°C ；2g、固化完成后，去除产品表面的真空袋、导流网等灌注材料，得到两半加长段叶尖壳体和两个加长段叶尖腹板。第三步所述加长段叶尖装配。3a、使用叶片定位工装7将切割后的所述现有叶片5固定在叶片支架8上，并使叶片保持设计预弯状态；3b、使用粘接剂11将新叶尖腹板15粘接在现有叶片伸出的腹板12上；3c、在新旧叶片搭接区域16和腹板粘接区域12涂刮粘接剂11，使用定位工装和可调节支撑架将带有新叶尖壳体13的新叶尖模具定位、粘接至现有叶片5的叶尖处，并确定新叶片梁帽14和旧叶片梁帽10对正并粘接；3d、使用金属导体连接和/或装配新旧叶尖导电系统3，同时使用手糊工艺手糊粘接角17、固化、修整；3e、在新旧叶片搭接区域16、新叶尖尾缘、粘接角17和腹板15粘接角上涂刮粘接剂11后进行合模、后固化；后固化时要求温度在70-90°C之间保持7-9小时；3f、开模，并取下新叶尖模具，将加长后叶片前尾缘进行切边修整，使得前尾缘及新旧叶片壳体连接位置保持平顺，进行表面打磨、钻排水孔、喷漆等工序完成叶片的修整。通过上述实施方法可以得到在所述现有叶片5的叶尖位置增加一段新叶尖4后的加长型风力发电机叶片，所述加长后的风电叶片完全实现了新旧梁帽的连接、新旧壳体的连接和新旧腹板的连接，最大程度上保证了新旧叶片各主要部件的连接，符合本发明所述的安全连接结构。实施例3第一步初步处理所述现有叶片。la、将所述现有叶片5放置在叶片支撑架8上；lb、使用气动打磨机等工具将需要粘接位置的所述现有叶片叶尖位置表面打磨粗糙；lc、清理叶片5叶尖位置灰尘，存放待用。第二步制造所述加长段叶尖壳体和腹板等配件。2a、准备两个相互配合的叶尖壳体阴模和一套新叶尖腹板模具，去除模具表面杂物后用洁模剂、脱模剂擦拭模具表面；2b、在模具法兰边粘贴密封胶带；2c、在壳体模具和腹板模具内根据各部件铺层顺序铺放材料；2d、在铺放好的产品材料表面一次铺放脱模布、导流网和进胶管路；2e、使用预先粘贴的密封胶带将真空袋与模具密封，使依次铺放的产品材料、脱模布、导流网和进胶管路形成的铺层置于一个密闭的空间，并对密闭空间抽取真空，保持真空在-0. 08-0. IMPa 之间；2f、通过进胶管路向抽取真空后的密闭空间灌注基体材料，该基体材料可以是环氧树脂、环氧乙烯基树脂等，灌注完毕后加温使之固化，并控制固化温度不超过70°C ；2g、固化完成后，去除产品表面的真空袋、导流网等灌注材料，得到两半加长段叶尖壳体和两个加长段叶尖腹板。第三步所述加长段叶尖装配。3a、使用叶片定位工装7将打磨后的所述现有叶片5固定在叶片支架8上，并使叶片保持设计预弯状态；3b、在新旧叶片搭接区域16(如图14所示)刮粘接剂11，使用定位工装和可调节支撑架将带有新叶尖壳体13的新叶尖模具定位、粘接至现有叶片5的叶尖处，并确定新叶片梁帽14和旧叶片梁帽10对正并粘接；3c、使用粘接剂11将新叶尖腹板15粘接在所述新叶尖壳体13和/或所述新叶尖梁帽14上，并确定新叶尖腹板15与所述现有叶片5叶尖位置相连接(如图14所示)；
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3d、使用金属导体连接和/或装配新旧叶尖导电系统3，同时使用手糊工艺手糊粘接角17、固化、修整；3e、在新旧叶片搭接区域16、新叶尖尾缘、粘接角17和腹板15粘接角上涂刮粘接剂11后进行合模、后固化；后固化时要求温度在60-90°C之间保持7-9小时；3f、开模，并取下新叶尖模具，将加长后叶片前尾缘进行切边修整，使得前尾缘及新旧叶片壳体连接位置保持平顺，进行表面打磨、钻排水孔、喷漆等工序完成叶片的修整。通过上述实施方法可以得到在所述现有叶片5的叶尖位置增加一段新叶尖4后的加长型风力发电机叶片，所述加长后的风电叶片实现了新旧梁帽的连接、新旧壳体的连接和新腹板与所述现有叶片叶尖位置的连接，最大程度上保证了新旧叶片各主要部件的连接，符合本发明所述的安全连接结构。本发明通过对所述现有叶片5的叶尖位置增加一段新叶尖4来实现对所述现有风电叶片的加长，其主要优势在于首先，采用在所述现有叶片5叶尖位置加长一段新叶尖4，可以最大程度提高加长后风电叶片的气动性能；其次，可以保证在所述现有叶片重量增加相对较少的情况下，最大程度的加长叶片；再次，通过对所述现有叶片的叶尖位置增加一段新叶尖，可以提高风力发电机组的风轮扫风面积，使得改造后同一机组年发电量增加5 %左右。
权利要求
1.一种加长风电叶片长度的方法，其特征在于，在现有叶片( 的叶尖处连接一段新叶尖(4)。
2.如权利要求1所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，将现有叶片(5)的叶尖截断后连接一段新叶尖(4)。
3.如权利要求1或2所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，在截断现有叶片(5) 时，保留原叶片腹板(9)。
4.如权利要求1或2所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，在截断现有叶片(5) 时保留部分伸出的原叶片腹板(12)。
5.如权利要求1或2所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，在截断现有叶片(5) 时，同时截断原叶片腹板(9)。
6.如权利要求1至5之一所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，现有叶片的腹板 (9)和新腹板(1 通过粘接剂和/或玻璃纤维进行连接。
7.如权利要求1所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，不截断叶尖，直接在现有叶片(5)的叶尖上连接新叶尖G)。
8.如权利要求1或2所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，现有叶片梁帽(10) 和新叶尖梁帽(14)通过粘接剂(11)进行连接。
9.如权利要求1至7之一所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，现有叶片(5)与新叶尖壳体(1 通过粘接剂进行连接。
10.如权利要求1或2所述加长风电叶片长度的方法，其特征在于，使用金属导体将新叶尖的导电系统(3)与现有叶片导电系统进行连接。
全文摘要
本发明涉及一种加长风电叶片长度的方法，尤其涉及一种在现有风力发电机风轮叶片的叶尖处连接一段新叶尖，包含了因此而设计的叶片叶尖加长连接结构和工艺方案。本发明提供了一种结构安全、工艺简单、成本较低、实施可行性较高的风力发电机风轮叶片叶尖加长方案。
文档编号B29C65/54GK102529092SQ20121003618
公开日2012年7月4日 申请日期2012年2月17日 优先权日2012年2月17日
发明者张旺, 杜瑛卓, 陈宏凯, 魏来 申请人:北京可汗之风科技有限公司