[發明專利]一種多梁結構大尺寸風電葉片及其的制作方法

有效

• 申請號: 201410542873.5
• 申請日: 2014-10-15
• 公開（公告）號: CN105508142B
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 馮學斌;彭超義;曾竟成;鄧航;楊孚標;張子謙
• 申請（專利權）人: 株洲時代新材料科技股份有限公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;B29C70/36
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙) 31251
• 代理人: 王法男

一種多梁結構大尺寸風電葉片及其制作方法，采用空心布局結構，包括葉片蒙皮吸力邊、葉片蒙皮壓力邊、主承力結構大梁和抗剪切腹板，由葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成一個截面為流線型的空腔結構，在葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成的空腔結構內布置有由主承力結構大梁和抗剪切腹板組合形成的支撐結構；所述葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊都是采用多段組合結構，通過多段分別與主承力結構大梁的側面連接在一起形成葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊整體。本發明在保證葉片剛度、強度的前提下，提高了葉片結構的抗屈曲失穩能力，通過采用高模量的碳纖維鋪層，能明顯減輕葉片重量，降低葉片載荷，尤其是疲勞載荷。

技術領域

本發明涉及一種風力發電設備的部件及其制作方法的改進，尤其涉及一種大尺寸加長型風電葉片的制作方法及風電葉片的改進。屬于風電設備技術領域。

背景技術

眾所周知，風電葉片正朝著大型化方向發展，即使在發電功率不變的情況下，葉片尺寸也在不斷加大、加長。隨著葉片尺寸的變化，葉片更加細長、柔軟，為滿足剛度、強度、穩定性要求，須增加結構鋪層，尤其增加靠近葉尖鋪層，這勢必會導致葉片重量增加，質心更加靠近葉尖，頻率更低，同時，隨著重量增加，疲勞載荷也會隨之增大，特別是擺振方向疲勞載荷，增加更加明顯。

目前，為了減小葉片載荷，最常用的方法是將葉片主承力結構更換葉片增強材料，如采用高強、高模纖維材料代替普通玻璃纖維，從而降低葉片重量，達到降低葉片載荷目的。但是，在結構上，如果沿用目前通用的鋪層方式又會導致新的問題，如在葉片大梁寬度不變的情況下，大梁鋪層用碳纖維代替常用的普通玻璃纖維，因材料更換，使得大梁厚度明顯下降，葉片結構穩定性嚴重不足。

因此，在大尺寸葉片氣動外形不變的前提下，找到一種科學、合理的方法，減輕葉片重量，從而，提高葉片頻率，降低葉片疲勞載荷，對于設計大尺寸、加長型葉片結構具有重要的現實意義。

通過專利檢索沒發現有與本發明相同技術的專利文獻報道，與本發明相關的主要有以下幾個：

1、專利號為CN201010106039. 3， 名稱為“兆瓦級風力發電機多梁結構玻璃鋼空腹葉片及其生產方法”的發明專利，該專利公開了一種兆瓦級風力發電機多梁結構玻璃鋼空腹葉片，其包括兩片葉殼、固定于葉殼內側的主梁，其改進之處在于沿葉殼縱向間隔分布有若干肋，所述肋呈環形，其上下兩側面與兩葉殼的內蒙皮和主梁膠接固定。采用空腹肋結構將原有整體受力的葉片改為小單位面積受力，并通過空腹肋這種結構形式增強扭力，提高葉片的強度，因此無需填充泡沫，從而葉片質量大大降低，使空腹結構在兆瓦級風機葉片上得以實施，葉片做大做長的難度顯著降低，且葉片的主梁是與殼體一體灌注成型。

2、專利號為CN201120483523.8，名稱為“一種2.0MW 碳纖維風力發電機葉片”的發明專利，該專利公開了一種2.0MW碳纖維風力發電機葉片，所述葉片由貼合葉片模具的玻璃纖維布鋪設而成，葉片殼體中間的兩側鋪放有碳纖維主梁和玻璃纖維輔梁，所述碳纖維主梁和玻璃纖維輔梁之間填充輕木，碳纖維主梁和玻璃纖維輔梁采用雙剪切腹板形成雙工字結構。本發明由于碳纖維提供了的足夠的強度而減輕了傳統葉片鋪層時玻璃纖維過多過厚的因素，降低了葉片中樹脂的用量，因而能減輕重量約2000Kg；同時葉片無預彎，更方便運輸，提高了氣動效率，Cpmax最大值能達到0.49，增加了發電量，另外，由于葉片剛度大，葉片運行時不易碰撞塔筒，安全性更高。

3、專利號為CN201010532996.2，名稱為“一種風力發電機葉片”的發明專利，該專利公開了一種風力發電機葉片，所述風力發電機葉片由復合材料制成，所述復合材料包括多層纖維層和附著形成在所述多層纖維層上的基體材料；所述纖維層包括碳纖維和玻璃纖維，所述碳纖維和玻璃纖維的體積比為1∶4～4∶1。本發明提供的風力發電機葉片中的纖維層包括碳纖維和玻璃纖維至少兩種纖維，碳纖維具有強度高和重量輕的優點；玻璃纖維具有韌性好的優點，而且與樹脂具有良好的界面浸潤性。