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风电小知识系列 第5期 ▶ 带你了解风电机组核心部件之一:叶片

2018-01-31  蕴德悦茗斋



叶片是风力发电机中最基础和最关键的零部件,在风电机组设备成本中占比20%左右,其良好的设计,可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。


2004年以来,随着风电技术的快速发展,单机功率已由1.5MW机组发展到今天的6MW以上机型。机组功率的增加也意味着叶片的不断加长,那2004年以来风电机组叶片长度,重量有哪些变化?叶片设计、制造有哪些大概流程?

知识点

1、风电机组叶片工作的基本原理


叶片在流场中,叶片上表面(吸力面)气流流管细,流速快,压强低;叶片下表面(压力面)气流流管粗,流速慢,压强高,两个表面的压力差产生向上的升力,进而带动风轮旋转,机械能转化成电能。


2、叶片基本几何结构示意图

☝ 叶片翼型(压力面、吸力面)示意图

☝ 叶片翼型不同攻角下二维流场示意图


☝ 叶片平面几何模型示意图

叶片三维几何模型示意图


☝ 叶片实体模型示意图


3、叶片结构主要功能


叶根:叶片受力最大区域,连接叶片与轮毂,将叶片受载传递至机组;

主梁帽:叶片主要受力构件,承受叶片总载荷80%以上;

腹板:支撑蒙皮的主梁,主要承受剪切力;

蒙皮:保持叶片气动外形,承受部分载荷;

叶尖:设有接闪器用于防雷,降噪;


4、叶片主要性能参数


风能利用系数(Cp:体现叶片捕风能力,自然空气流场下,贝茨极限是:0.593;


叶尖速比(λ):叶尖线速度与来流风速之比,能反映叶尖噪音大小;


净空:机组静止、运行过程中叶片与塔架之间的最小距离,判断机组运行过程中叶片和塔架是否干涉;


5、2004年以来风电机组叶片长度,重量变化情况

2004年以来叶片长度、重量变化图


6、叶片设计、制造流程


叶片设计主要包括:气动设计,结构设计,防雷设计等;


根据市场需求,评估相应客户资源、时间进度及技术可行性;进行建议书、可研、实施方案立项工作;进行设计参数输入(如技术参数:风况等级、机组模型参数、叶片几何参数、叶片可承受极限、疲劳载荷等);然后进行气动外形、结构设计假定、载荷计算、结构强度校核、转化叶片制造工艺文件等。


叶片制造流程主要包括:根据叶片设计,进行阳模设计制作,主模型模具制作;准备模具,外壳体玻璃纤维布铺层、主梁帽铺设、轻木、PVC铺放、内壳体玻璃纤维布铺层,真空灌注系统铺设,数值灌注、预固化,腹板安装、合模、后固化,前、后缘内外补强,叶片根部钻孔、称重配重等主要工序流程。


主模具(左:阳模、右:阴模)

壳体、腹板铺设、试合模

脱模完成

后处理



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