[發明專利]一種風電葉片的氣囊葉尖維修方法

在審

• 申請號: 202211464942.6
• 申請日: 2022-11-22
• 公開（公告）號: CN115653852A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 朱衛軍;彭益松;郭光星;倪思琦;沈文忠;孫振業
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: F03D80/50
• 分類號: F03D80/50;F03D13/10;F03D17/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 董旭東

本發明公開了風力發電機葉片設計制造領域的一種風電葉片的氣囊葉尖維修方法，首先通過相機拍攝取證，結合風機葉片的設計圖紙以及葉片航標漆的位置確定葉片破損位置，繼而確定葉片的切割位置，之后通過3D打印技術制造出分段的氣囊葉尖，再將各分段氣囊葉尖牢固粘接，最后將氣囊葉尖在合適的氣象條件下安裝在葉片本體上。本發明的氣囊葉尖維修方法中保留了更長的葉片本體，同時清除掉葉片斷裂產生的破碎物，避免對氣囊葉尖造成破壞，在保證氣囊葉尖自身強度的同時，將其表面打磨光滑，也能滿足風場阻力要求；本發明的氣囊葉尖的制作簡單快速，與葉片本體的安裝時間短且連接可靠，提高維修葉尖使用的可靠性，適用于風電葉片葉尖的快速維修。

技術領域

本發明涉及風力發電機葉片設計制造領域，特別涉及一種風電葉片的氣囊葉尖維修方法。

背景技術

風力發電機在運行過程中，一旦遭遇極端風況或葉片本身的質量存在缺陷，葉片在旋轉過程中會產生較大的變形量與后方塔架發生碰撞，導致葉片的葉尖被破壞折斷，使發電量大幅降低，而塔架也會受到沖擊而出現結構損傷，甚至威脅整個風電機組的安全。

目前掃塔葉尖的維修方案需要耗費大量的人力、財力以及時間。作業流程包括維修人員乘坐高空吊籃到達葉片破壞位置，先切割掉破損的葉尖，之后通過定位工裝對葉尖的復合材料鋪層進行手糊，涉及定位、鋪布、灌注、袋壓、保溫，粘接等操作。由于風力發電機位于多風地區，適合人工高空作業的低風速窗口期較短，整個維修過程往往需要持續數天。此外，這種修補葉尖的方案后續還存在安全性風險。在長期疲勞載荷的作用下，葉尖與葉片本體之間的結構膠容易發生疲勞失效，存在葉尖脫落分離的風險。而人工手糊工藝難以評估葉尖實際的重量，維修后的葉片與正常葉片存在較大的質量矩偏差，質量不平衡的三個葉片會造成整個風力發電機產生劇烈的振動。

隨著3D打印技術的進步成熟，風電市場已經開始對3D打印葉片進行探索研究。葉片的功能是通過特定的氣動外形來捕獲風能，其使用玻璃纖維或碳纖維復合材料是為了滿足結構設計要求。根據力矩平衡原理，葉尖受到的載荷較小，理論上無需使用結構性能較好的復合材料。使用氣囊葉尖可以顯著減輕重量并保持對應的氣動外形。此外，由于3D打印氣囊葉尖具有工藝制造簡單、安裝時間短，結構可靠性高等優點，可以完全替代現有的葉尖維修方案。但在現有的3D打印修補技術中，3D打印制造的柔性材料件表面質量差，不能滿足風場阻力的要求，另外氣囊葉尖處有較大的變形量，不利于風電葉片的安全穩定運轉。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的缺陷，提供一種風電葉片的氣囊葉尖維修方法，根據原有葉片的幾何外形和斷口位置，通過3D打印技術制造出對應的氣囊葉尖，再將氣囊葉尖與破損葉片粘接完成修復，氣囊葉尖的制作簡單快速，與破損葉片的安裝時間短且連接可靠，提高維修葉尖使用的可靠性。

本發明的目的是這樣實現的：一種風電葉片的氣囊葉尖維修方法，包括如下步驟：

（1）明確葉片破損位置：根據葉片設計圖紙、葉片航標漆的位置以及相機拍攝的破損葉片取證照片，確定葉片的破損位置，并確定葉片的切割位置；

（2）生成葉尖3D外形：根據葉片的3D外形和步驟1確定的葉片切割斷面位置，避開葉片的接閃器以及引下導線，在3D打印機的工作空間范圍內，制造出分段氣囊葉尖，包括第一段氣囊葉尖，第二段氣囊葉尖，第三段氣囊葉尖，并根據葉片的有限元模型，確定各段葉尖的配重大小，并在氣囊之間的空隙處放置配重體；

（3）檢查各分段氣囊葉尖的氣密性：在第一段氣囊葉尖、第二段氣囊葉尖和第三段氣囊葉尖的后緣位置設置充氣孔，由充氣孔向各分段氣囊葉尖內部充入高壓空氣進行氣密性檢查，之后封堵充氣孔；

（4）粘接各分段氣囊葉尖：根據第一段氣囊葉尖、第二段氣囊葉尖和第三段氣囊葉尖的前后空間順序進行粘接，在各分段氣囊葉尖的粘接區域涂抹固化劑；

（5）安裝：按照步驟1確定的切割位置切除破損葉片，并對切割斷面進行打磨，之后牽引下導線通過氣囊葉尖的縫隙放置在引下導線孔，接閃器放置在接閃器孔內，金屬葉尖放置在尖端；