一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及大中型風力發電機葉片結構，屬于風力發電設備領域。
【背景技術】
[0002]風能資源在世界范圍內非常豐富，幾乎所有的地區和國家都有可觀的風能儲量。近年石油危機頻發，世界各國的石油儲量、煤儲量都將在數百年內耗竭，因此，中國、美國、英國、西班牙等國家都逐漸將注意力轉移到新能源的開發與利用當中。風能作為可再生能源的重要組成部分之一，在引起研究者廣泛關注的同時，也得到了各國政府的大力支持。
[0003]從上世紀70年代到現代，世界風電取得了驚人的發展。1996年的世界風電總發電量僅為12.2TWh;十年后，2008年全世界風電發電量即達到約219TWh，占當年世界總發電量20261TWh的1.1%，在三年之間，全世界風電的發電量達到了的460TWh(2011年)，占當年世界發電總量22018TWh的2.1 %。
[0004]上世紀90年代初，德國設計制造的200kW的風機大規模投產，這種風機的風輪直徑為25m，塔架高度30111。2011年3月，維斯塔斯(Vestas)發布了風輪直徑達到164m的7MW海上風機。三菱電力系統歐洲(MPSE)則發布了風輪直徑165m的7麗海上風力發電機組，西門子、阿爾斯通、Nordex也在2011年推出6MW的大型風力發電機組，葉片的大型化能夠顯著提升風力發電機的單機裝機容量，顯著提升風場中風能的利用效率。
[0005]目風機葉片正不斷地朝著大型化方向發展，單個葉片的重量和額定功率分別正比于葉片長度的三次方和二次方關系，目前陸地和海上主流風力發電裝備組分別為I?3MW和3?5MW，其葉片長度為26?50m和50?65m。隨著葉片長度增加，重量增長過快，隨之而來的運輸及安裝等問題，都使輕量化成為人們研究的重點。在過去，風機葉片材料主要采用木材、帆布及金屬。現在則主要采用質量較輕的玻璃鋼、碳纖維增強復合材料等新型復合材料。丹麥的LM公司一直是全球最大的風力發電集團，其市場份額占世界的45% AM公司目前生產的最長葉片為61.5m，材質為環氧基玻纖維增強復合材料，單支葉片重量達到了 17.7噸。可以看出單純依靠玻璃鋼等復合材料已不能滿足葉片大型化、輕量化的發展要求。必須從葉片、葉片系統等方面進行全新的研究，對于大型葉片更是如此。“一種水平軸風力發電機組新型復合材料葉片”(申請公布號CN102434384A)提出氣動功能與承載結構互相分離的設計方案，其承載結構為外置的縱向梁，具體為具有對稱氣動型面結構的、從葉根到葉尖橫截面積逐步減少的薄板。該方案需要進行一種全新的葉片成型，外置的縱向梁的結構比較復雜，對氣動的影響會比較大，還需要與葉片進行一體制造，這在工程上難以實施。
[0006]目前的大型葉片其根形狀為圓筒形，其作用有兩個:其一用于與變槳軸承的連接，其二是需要有較大的抗彎剛度，以支撐整個葉片的重量及載荷；葉片從根部的圓筒形逐步過渡到翼型葉片形狀，由于翼型葉片的厚度較薄，其面外剛度較低，加上葉片為懸臂梁，使得葉片在中前部的面外剛度有很大的下降，所帶來的后果就是風機在運行過程中葉片的面外揮舞加劇、葉片的氣動特性改變、葉片的受力變大、使用壽命變短。隨著葉片的不斷大型化，所產生的上述問題更加嚴重。為克服上述問題，需要大幅度提高現有葉片中前部的面外剛度。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是提出一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，旨在對葉片氣動效果影響較小的情況下，大幅度提高大型葉片的中前部的面外剛度，同時起到減振和降低葉片應力的作用。
[0008]本發明的技術方案如下:
[0009]—種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，其特征在于:該面外增強裝置設置在葉片的迎風面上，它包括前端拉桿組件、中部增強組件及后端拉桿組件；中部增強組件至少包含三級翼刀組件及兩級增強拉桿;每級翼刀組件包括翼刀支架及L型固接件，翼刀支架的底部沿葉片的弦線通過L型固接件垂直固定在葉片的迎風面上;每個翼刀支架的上方有兩個孔，每根增強拉桿穿過兩端翼刀支架的對應孔由拉桿固定螺母進行固定；中部增強組件中的各級增強拉桿與翼刀支架連接后的位置成交錯串聯狀態;所述前端拉桿組件和后端拉桿組件結構相似，均包括端側斜拉桿和非直角L型固接件;所述的端側斜拉桿的一端通過非直角L型上固接件與翼刀支架固定連接，另一端通過非直角L型下固接件與葉片的表面固定連接。
[0010]優選地，所述面外增強裝置設置在從葉片中部厚度變化最大處至葉片尖端的區域內。
[0011]本發明的技術特征還在于:各級增強拉桿通過兩端的拉桿固定螺母施加預緊力。
[0012]本發明與現有的技術相比，具有以下特點及突出效果:①完全在現有的葉片上進行面外增強，僅在葉片的面外安裝翼刀組件及增強拉桿，對葉片的氣動效果影響較小，剛度的增強效果明顯，減振和降低葉片應力的效果好，②所安裝的翼刀支架對葉片表面上的展向流動有抑制作用，可以減少誘導阻力，③各級增強拉桿與翼刀支架連接后的位置成交錯串聯狀態，各級增強拉桿可以施加預緊力，使得增強裝置具有更好的效果，④采用多跨結構形式，具有較大的靈活性，也便于安裝及維護。因此，本發明所述的一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置具有結構簡單、重量輕巧、氣動影響小、安裝方便等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明提供的一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置示意圖。
[0014]圖2為翼刀拉桿結構的中間結構示意圖。
[0015]圖3為翼刀拉桿結構的中間結構俯視圖。
[0016]圖4為翼刀拉桿結構的端側結構示意圖。
[0017]圖5為翼刀拉桿結構的四跨結構示意圖。
[0018]圖中:1_葉片；Ia-葉片的迎風面;2-中部增強組件;3-前端拉桿組件;4-后端拉桿組件;4a-非直角L型上固接件;4b-端側斜拉桿;4c-非直角L型下固接件;5-翼刀組件;5a-第一級翼刀組件；5b-第二級翼刀組件；5c-第三級翼刀組件；5d-第四級翼刀組件；5e-第五級翼刀組件;6-增強拉桿;6a-第一級增強拉桿;6b-第二級增強拉桿;6c-第三級增強拉桿;6d-第四級增強拉桿;7-翼刀支架;8-拉桿固定螺母;9-L型固接件。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明的結構及【具體實施方式】作進一步的說明:
[0020]圖1為本發明提供的一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置的結構示意圖，該面外增強裝置設置在葉片的迎風面Ia上，它包括前端拉桿組件3、中部增強組件2及后端拉桿組件4;中部增強組件2至少包含三級翼刀組件5及兩級增強拉桿6，每級翼刀組件5包括翼刀支架7及L型固接件9，翼刀支架7的底部沿葉片的弦線通過L型固接件9垂直固定在葉片的迎風面Ia上;每個翼刀支架7的上方有兩個孔，每根增強拉桿6穿過兩端翼刀支架7的對應孔(拉桿兩端設有螺紋)，由拉桿固定螺母8進行固定；中部增強組件2中的各級增強拉桿6與翼刀支架7連接后的位置成交錯串聯狀態;所述前端拉桿組件3和后端拉桿組件4結構相似，均包括端側斜拉桿和非直角L型固接件;所述的端側斜拉桿的一端通過非直角L型上固接件與翼刀支架7固定連接，另一端通過非直角L型下固接件與葉片I的表面固定連接。
[0021]圖2為翼刀拉桿結構的中間結構示意圖，圖3為四級翼刀組件和三級增強拉桿結構的俯視圖，即包括第一級翼刀組件5a、第二級翼刀組件5b、第三級翼刀組件5c、第四級翼刀組件5d、第一級增強拉桿6a、第二級增強拉桿6b和第三級增強拉桿6c。每級翼刀組件5包括:翼刀支架7和L型固接件9;翼刀支架7的底部沿葉片的弦線通過L型固接件9垂直固定在葉片的迎風面上，而整個面外增強裝置設置在從葉片中部厚度變化最大處至葉片尖端的區域內；通過翼刀支架7上方的兩個孔固定增強拉桿6，該增強拉桿穿過相鄰翼刀支架的對應孔由拉桿固定螺母8進行固定；中部增強組件2中的各級增強拉桿分別與翼刀支架連接后的位置成交錯串聯狀態，并通過兩端的拉桿固定螺母8對各級拉桿施加預緊力。
[0022]圖4為翼刀拉桿結構的端側結構示意圖，前端拉桿組件3與后端拉桿組件4結構相似，均包括端側斜拉桿和非直角L型固接件；以后端拉桿組件4為例進行說明。后端拉桿組件4中的端側斜拉桿4b的上端通過非直角L型上固接件4a與翼刀支架5固定連接，下端通過非直角L型下固接件4c與葉片的表面固定連接。
[0023]圖5為一個完整的五翼刀和四拉桿結構的四跨結構示意圖，包括五級翼刀組件及四級增強拉桿，與圖3的三跨拉桿增強裝置相比，當需要增加增強結構長度時，只需拆下后端拉桿組件4加裝第四級增強拉桿6d及第五級翼刀組件5e即可，靈活性較好，便于安裝和維護。
【主權項】
1.一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，其特征在于:該面外增強裝置設置在葉片的迎風面(Ia)上，它包括前端拉桿組件(3)、中部增強組件(2)及后端拉桿組件(4);中部增強組件(2)至少包含三級翼刀組件(5)及兩級增強拉桿(6);每級翼刀組件(5)包括翼刀支架(7)及L型固接件(9)，翼刀支架(7)的底部沿葉片的弦線通過L型固接件(9)垂直固定在葉片的迎風面上;每個翼刀支架(7)的上方有兩個孔，每根增強拉桿(6)穿過兩端翼刀支架(7)的對應孔由拉桿固定螺母(8)進行固定；中部增強組件(2)中的各級增強拉桿(6)與翼刀支架(7)連接后的位置成交錯串聯狀態;所述前端拉桿組件(3)和后端拉桿組件(4)結構相似，均包括端側斜拉桿和非直角L型固接件;所述的端側斜拉桿的一端通過非直角L型上固接件與翼刀支架(7)固定連接，另一端通過非直角L型下固接件與葉片(I)的表面固定連接。2.按照權利要求1所述的一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，其特征在于:所述面外增強裝置設置在從葉片中部厚度變化最大處至葉片尖端的區域內。3.按照權利要求1或2所述的一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，其特征在于:各級增強拉桿(6)通過兩端的拉桿固定螺母(8)施加預緊力。
【專利摘要】一種基于翼刀拉桿結構的大型風電葉片面外增強裝置，屬于風力發電設備領域。該裝置設置在葉片的迎風面上，它包括前端拉桿組件、中部增強組件及后端拉桿組件。每個組件都由翼刀組件及拉桿組成；翼刀組件中的翼刀支架上有兩個孔，使得各級拉桿與翼刀支架連接后的位置成交錯串聯狀態。本發明所提供的裝置僅在葉片的面外安裝翼刀組件及拉桿，對葉片的氣動效果影響較小，翼刀支架對葉片表面上的展向流動有抑制作用，可以減少誘導阻力，整個增強裝置可以大幅度提高葉片的面外剛度，起到減振和降低葉片應力的效果；本發明所提供的裝置具有結構簡單、重量輕巧、氣動影響小、安裝方便等特點，適合大型風機葉片的增強。
【IPC分類】F03D1/06
【公開號】CN105649868
【申請號】
【發明人】曾攀, 楊陽, 雷麗萍
【申請人】清華大學
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年1月22日