大型水平轴式风电叶片的制作方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及风力发电领域，具体是指一种大型水平轴式风电叶片。
【【背景技术】】
[0002]风力发电是新能源中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电方式之一。风力发电技术可以灵活应用，既可以并网运行，也可以离网独立运行，还可以与其它能源技术组成互补发电系统。风电场运营模式可以为国家电网补充电力，小型风电机组可以为边远地区提供生产、生活用电。另外，在风能电能的转换过程中，不消耗任何燃料，基本不占用耕地，单台发电设备投资不大，建设周期短，不会对环境构成严重威胁。随着节能减排战略的实施，国家支持风力发电的政策陆续出台，国内风力发电市场前景也非常好。叶片是风力发电设备的关键部件，其制造成本占风电设备总成本的20%至30%。叶片结构是叶片捕获风能的保证，直接影响风电机组的运行寿命，叶片结构设计的好坏，在很大程度上决定了风电机组的可靠性和利用风能的成本。但是，国内风电叶片制造业整体水平落后于国际水平。目前，国内兆瓦级以上叶片的制造多采用引进国外许可证方式进行，缺乏大尺寸叶片设计能力。叶片的自主研发能力已成为制约我国风电产业快速发展的瓶颈。
【【实用新型内容】】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大型水平轴式风电叶片的结构设计。
[0004]为实现上述目的，本实用新型提供的大型水平轴式风电叶片，包括主梁和蒙皮，其特征在于:所述蒙皮采用双轴复合材料层增强，蒙皮包括叶根区、中间区和叶尖区；所述叶根区采用厚的翼形结构，所述中间区采用夹层结构，所述叶尖区采用薄的翼形结构，蒙皮的主要作用是提供气动外型，还承担部分弯曲载荷和大部的剪切载荷；
[0005]所述主梁上设有主梁帽和两块抗剪腹板，所述两块抗剪腹板均置于叶片空腔内用以支撑主梁帽；所述主梁帽采用单向布制作，抗剪腹板采用夹层结构制作；所述叶片最外层表面设有树脂层。
[0006]作为优选方案，所述叶片为预弯式结构，叶片的叶尖与叶根的连线偏离径向位置向前弯曲。
[0007]进一步地，所述叶尖区的外形为平头式或剑头式。
[0008]更进一步地，所述主梁的结构为D型、O型、矩形或双拼槽钢中任一种，主梁承担大部分弯曲载荷。
[0009]本实用新型的优点在于:本实用新型的大型水平轴式风电叶片增大了风轮扫掠面积，提高发电能力，降低了对叶片的刚度要求，减少原材料和工艺辅助材料，可靠性高，达到减轻叶片重量和降低成本的目的，从而对加速我国风电产业的发展有重要意义。
【【附图说明】】
[0010]图1为本实用新型的风机叶片正面示意图；
[0011]图2为本实用新型的预弯式叶片的横截面示意图。
[0012]图3是普通叶片的横截面示意图。
[0013]图中:主梁帽1，抗剪腹板2，主梁3，蒙皮4，叶根区41、中间区42、叶尖区43。
【【具体实施方式】】
[0014]为了更好地理解本实用新型，以下将结合附图和具体实例对本实用新型进行详细的说明。
[0015]如图所示的大型水平轴式风电叶片，包括主梁3和蒙皮4，蒙皮4采用双轴复合材料层增强，蒙皮4包括叶根区41、中间区42和叶尖区43 ;叶根区41采用厚的翼形结构，中间区42采用夹层结构，叶尖区43采用薄的翼形结构；主梁3上设有主梁帽I和两块抗剪腹板2，两块抗剪腹板2均置于叶片空腔内用以支撑主梁帽I ;主梁帽I采用单向布制作，抗剪腹板2采用夹层结构制作；叶片最外层表面设有树脂层。
[0016]叶片为预弯式结构，叶片的叶尖与叶根的连线偏离径向位置向前弯曲；叶尖区43的外形为平头式或剑头式；主梁3的结构为D型、O型、矩形或双拼槽钢中任一种。
[0017]叶片采用的复合材料体系包括叶片增强材料、基体材料、夹层泡沫、胶粘剂和辅助材料；叶片增强材料为E-玻纤，基体材料包括聚酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂，夹层泡沫为闭孔泡沫材料，辅助材料为胶粘剂。
[0018]本实用新型的风电叶片制造材料是叶片结构设计的基础。风电叶片所用复合材料体系主要包括增强材料、基体材料、夹层泡沫、胶粘剂和其它辅助材料等。叶片增强材料以E-玻纤为主，其成本低，适用性强；当叶片更长，强度、刚度要求更高，自重更大时，则需采用碳纤维。基体材料以聚酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂为主，其中环氧树脂的收缩性低，力学性能好，结构稳定性和耐久性高。夹层泡沫以闭孔泡沫材料为主。胶粘剂等辅助材料多米用进口材料。
[0019]蒙皮4的主要作用是提供气动外型，还承担部分弯曲载荷和大部的剪切载荷。在靠近叶根的区域，叶片所承受的弯曲和疲劳载荷很大，此时要求蒙皮4结构要有足够的强度，因此该区域常采用厚的翼形结构；在靠近叶尖的区域，对气动性能的要求比较高，常采用薄的翼形结构。蒙皮4通常用双轴复合材料层增强，以提高蒙皮4的剪切强度。蒙皮4的中间部分空腔较宽，采用夹层结构，以提高其抗屈曲失稳能力。
[0020]主梁3承担大部分弯曲载荷，其结构有D型、O型、矩形和双拼槽钢等形式。大型叶片的主梁3通常由主梁帽I和抗剪腹板2组成。主梁帽I是叶片的主承力机构，承担弯曲载荷；抗剪腹板2置于叶片空腔内，支撑主梁帽1，主要作用是提高刚度，防止局部失稳。为增强叶片承载能力，通常在叶片壳体与抗剪腹板2相接的位置采用单轴布铺设的主梁帽I以承受更大的弯矩，占据了叶片的大部分重量，而抗剪腹板2采用夹层结构制作。
[0021]叶片最外层表面通常还粘上一层树脂，这样不仅可以有利于后续工序对叶片的打磨和喷漆，而得到光滑的表面，还可以提高叶片的耐腐蚀性和耐磨能力。风电叶片预弯的目的就是将叶片外形前弯，以免叶片旋转时打到风机塔上。与普通直型叶片相比，预弯式叶片不仅能保证在设计规范所规定的载荷状态下，叶尖挠曲变形后不会碰到塔架，而且增大风轮扫掠面积，提高发电能力，还因增加了叶尖与塔架距离，可以降低对叶片的刚度要求，减少原材料和工艺辅助材料，达到减轻叶片重量和降低成本的目的。
【主权项】
1.一种大型水平轴式风电叶片，包括主梁(3)和蒙皮(4)，其特征在于:所述蒙皮(4)采用双轴复合材料层增强，蒙皮(4)包括叶根区(41)、中间区(42)和叶尖区(43);所述叶根区(41)采用厚的翼形结构，所述中间区(42)采用夹层结构，所述叶尖区(43)采用薄的翼形结构； 所述主梁(3)上设有主梁帽(I)和两块抗剪腹板(2)，所述两块抗剪腹板(2)均置于叶片空腔内用以支撑主梁帽(I);所述主梁帽(I)采用单向布制作，抗剪腹板(2)采用夹层结构制作；所述叶片最外层表面设有树脂层。
2.根据权利要求1所述的大型水平轴式风电叶片，其特征在于:所述叶片为预弯式结构，叶片的叶尖与叶根的连线偏离径向位置向前弯曲。
3.根据权利要求1或2所述的大型水平轴式风电叶片，其特征在于:所述叶尖区(43)的外形为平头式或剑头式。
4.根据权利要求1或2所述的大型水平轴式风电叶片，其特征在于:所述主梁(3)的结构为D型、O型、矩形或双拼槽钢中任一种。
5.根据权利要求3所述的大型水平轴式风电叶片，其特征在于:所述主梁(3)的结构为D型、O型、矩形或双拼槽钢中任一种。
【专利摘要】本实用新型公开了一种大型水平轴式风电叶片，包括主梁和蒙皮，所述蒙皮采用双轴复合材料层增强，蒙皮包括叶根区、中间区和叶尖区；所述叶根区采用厚的翼形结构，所述中间区采用夹层结构，所述叶尖区采用薄的翼形结构；所述主梁上设有主梁帽和两块抗剪腹板，所述两块抗剪腹板均置于叶片空腔内用以支撑主梁帽；所述主梁帽采用单向布制作，抗剪腹板采用夹层结构制作；所述叶片最外层表面设有树脂层。本实用新型的大型水平轴式风电叶片增大了风轮扫掠面积，提高发电能力，降低了对叶片的刚度要求，减少原材料和工艺辅助材料，可靠性高，达到减轻叶片重量和降低成本的目的，从而对加速我国风电产业的发展有重要意义。
【IPC分类】F03D1-06
【公开号】CN204371554
【申请号】CN201420731065
【发明人】刘颂凯, 田成, 许志浩
【申请人】刘颂凯, 田成, 许志浩
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年11月26日