CN102588224A

CN102588224A - 风力发电机空心扇叶

Info

Publication number: CN102588224A
Application number: CN2012100701214A
Authority: CN
Inventors: 权高峰
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种风力发电机空心扇叶，扇叶安装法兰座、内部框架和扇叶蒙皮组成，在内部框架的长度方向设置有主梁和支撑杆，在内部框架的宽度方向设置有与所述主梁和支撑杆相交联的组合式支撑板；扇面蒙皮覆盖在框架上，构成完整光滑的外表面。本发明具有结构强度高、刚度大，质量小，适合于大功率风力发电机机组使用。上述法兰座、内部框架和扇叶蒙皮采用高强度镁合金制成具有耐候性好，安装简单，材料可回收利用的优点。

Description

风力发电机空心扇叶

技术领域：

本发明涉及风电设备，尤其是风力发电机扇叶制造领域。

背景技术：

风力发电机扇叶是将风能转化为扭矩并传递给发电机转子的大型机械构件，是风力发电机的基本部件。其工作部分的横截面如图1所示。现有风力发电机扇叶是由支撑架2和3及扇面4和5组成。其中支撑架包括前、后两个槽型结构，在扇叶长度方向和横截面上均为平行排布。该槽型结构采用钢或者所谓“玻璃钢”(即玻璃纤维增强树脂，如环氧树脂)复合材料制作。扇面由玻璃钢制成。这种复合材料具有技术简便、制作方便、密度较小、强度较高，耐腐蚀等优势。目前已经在大、中型风力发电机机组上广泛使用。

上述结构可以基本满足1000～60000mm长度的风力发电机扇叶在中等风速中运转的需求，但是在低风速(如风速＜3m/s)和高风速(如风速＞30m/s)条件下，以及在60000～90000mm的大功率(5～10MW)条件下，这种扇叶已经难以满足长期稳定、安全运转的要求。

上述结构和材质的扇叶具有构件刚度小、强度低、变形大、耐候性差、易于断裂等不足。而且作为这种复合材料基体的环氧树脂、聚酯树脂等高分子材料易于光氧老化，产生性能衰退(各种力学和物理性能随时间衰减，最后变脆、断裂)，并缓慢释放低分子产物而污染空气。在扇叶表面受力较大的部位易较早出现裂纹，引起扇叶破坏、断裂，导致玻璃钢扇叶使用寿命较短。断裂后玻璃纤维会断裂成短纤维，散失漂浮在空气中，污染环境，危害人和动物健康。此外这类材料不可再生、不可加工、不可回收、原材料为正在迅速枯竭的化石燃料(煤炭和石油)、废弃物(断裂玻璃纤维、粉碎的老化树脂等)对环境有害，在国外均要求深埋处理。目前市场上的大部分玻璃钢风力发电机扇叶主要采用手糊法生产，少量用模压法，生产过程简单，质量不稳定，如含胶量(即树脂含量)不均匀，玻璃纤维分布不均匀等，使得产品品质难以提高。极少量小尺寸(数千瓦的小功率发电机)扇叶采用铝合金制作，但是除了尺寸小以外，重量大是其主要缺点。少量新开发的扇叶采用竹质材料，但是同样存在强度低、刚度小、寿命短等问题。因此，上述三种材质的风力发电机扇叶均需要进一步减轻质量，提高强度和刚度，特别对玻璃钢扇叶和竹制扇叶有待在提高寿命、增加环境相容性上进行根本性改进。

发明内容

鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是设计制造一种新型的风力发电机空心扇叶，使之克服现有技术的以上缺点。

本发明是通过如下的手段实现的：

一种风力发电机空心扇叶，由扇叶安装法兰座、内部框架和扇叶蒙皮组成，在内部框架的长度方向设置有主梁和支撑杆，在内部框架的宽度方向设置有与所述主梁和支撑杆相交联的组合式支撑板对；扇面蒙皮覆盖在框架上，构成完整光滑的外表面。

采用本发明的结构，风力发电机扇叶具有以下优势：

1、结构强度高、刚度大；

2、可用于大功率(1～10MW)风力发电机机组

3、重量轻、所需启动风速小，发电效率高；

4、扇面蒙皮强度高、截面刚性大，不易变形；

5、耐候性好、不发生光氧老化，寿命长；

6、结构简单；

7、原材料镁合金属绿色材料、长期使用和退役废弃后对环境无污染；

8、可以回收再利用等优点。

附图说明：

图1为现有技术玻璃钢扇叶截面示意图。

图2为本发明镁合金扇叶的局部剖视图。

图3为本发明主梁端部示意图。

图4为本发明凹、凸支撑板构成的支撑板对的外形图。

图5为本发明内部框架装配立体示意图。

图6为本发明支撑杆示意图。

具体实施方式

结合图2至图6可看到，扇叶由安装法兰座100、扇叶体200组成。扇叶体200由内部框架210和扇叶蒙皮220构成，在内部框架的长度方向设置有主梁211和若干支撑杆(如图中212，213)，在内部框架的宽度方向设置有与所述主梁211和支撑杆相交联的组合式支撑板对(如图中216与217，218与219)，法兰座、主梁，支撑板和支撑杆由高强度变形镁合金制得。支撑板对由凹(图5中b)、凸(图5中a)两块支撑板构成，凹、凸两块支撑板上下对接在主梁211上。扇面蒙皮220覆盖在框架上，构成完整光滑的外表面。扇面蒙皮由高强度镁合金薄板制成。

应该指出，上述结构涉及的法兰座、内部框架和扇叶蒙皮等既可以采用上述镁合金制造，也可以采用能够实现各自功能的铝合金等轻型材料制作，即采用铝合金制作的上述结构，也在本专利的保护范围之内。

Claims

1.风力发电机空心扇叶，其特征在于，扇叶由安装法兰座、内部框架和扇叶蒙皮组成，在内部框架的长度方向设置有主梁和支撑杆，在内部框架的宽度方向设置有与所述主梁和支撑杆相交联的组合式支撑板对；扇面蒙皮覆盖在框架上，构成完整光滑的外表面。

2.根据权利要求1所述之风力发电机空心扇叶，其特征在于，所述支撑板由凹、凸两块支撑板构成，凹、凸两块支撑板上下对接安装在所述主梁上。

3.根据权利要求1所述之风力发电机空心扇叶，其特征在于，所述法兰座、主梁，支撑板和支撑杆以及扇面由高强度变形镁合金制得。