CN103541870A - 玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法 - Google Patents

Abstract

玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法。风力发电机是一种将风能转化为电能的装置，主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机这两大类。一种玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，本方法为两点吊秤法包括五个步骤，第一步测量出叶片的称重点位置，第二步初称，第三步 excel 配重数据计算，第四步配重，第五步复称检验。本发明用于玻璃钢风力发电机叶片。

Description

玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法

技术领域：

本发明涉及一种玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法。

背景技术：

风力发电机是一种将风能转化为电能的装置，主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机这两大类。水平轴风力机是当今普遍应用非常广泛的机型，是风能利用的主要形式。一些中小型风力机及其兆瓦级的风力机为了运行平稳多选用三叶片结构，即一个叶轮安装3只叶片，这三只叶片围绕轮毂中心呈对称分布。

叶片是风力机主要构成部分，当今94%以上的叶片都采用玻璃钢复合材料，质量轻、耐腐蚀、抗疲劳。叶片的技术含量高，属风力机的关键部件，大型风力机的叶片往往由专业厂家制造。轮毂的作用是连接叶片和低速轴，要求能承受大的、复杂的载荷。叶片和轮毂一起组成叶轮，叶轮的作用就是将风能转化为机械能，由发电机将机械能转化为电能。对于三叶形的叶轮，在做旋转运动时，三只叶片的质量及其相对轮毂中心的力矩均必须保证平衡，否则危害是很大的。

叶片的不平衡是由叶轮的“重心”和旋转中心不同造成的。不平衡会增加风力机组的振动幅值。根据国内有些风机厂商的信息表明，约有20％的风力发电机有不平衡导致的运转振动大的现象。这些不平衡导致风力发电机难以启动或经常自动关掉。为了延长风力机的使用寿命，使其振动应尽可能低，就必须对叶片进行配平衡。

国内的叶片生产商基本都会对出厂的叶片进行配平衡工序。几乎每个厂商的配平衡工艺都是不同的，或多或少存在一些差异。有的厂家使用吊秤法称重，虽然操作方便，但是某些细节方面不注意控制精度，例如吊点位置，导致配平衡错误。有些厂家使用地磅法，虽然能杜绝很多操作上带来的误差，但是所要求的工作区域大，不够灵活，也增加了叶片周转的成本。还有些厂家所用配重材料和配重工艺不合格，导致叶片的配重块在风机运转后受离心力的作用出现脱落，砸损叶片，这些都会造成巨大损失。对于叶片生产商来说，一种好的配平衡工艺，必须保证操作方便，配重精准，成本低廉。

发明内容：

本发明的目的是提供一种操作方便，配重精准，成本低廉的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，本方法为两点吊秤法包括五个步骤，第一步测量出叶片的称重点位置，第二步初称，第三步excel配重数据计算，第四步配重，第五步复称检验。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第一步测量出叶片的称重点位置，使用吊带和工装将叶片两点吊起来，读出两点处吊秤的示数；第一点为距离叶根1.17m处，第二点为距离叶根30.5m处，第一点与第二点的位置公差为±0.005m；在称重之前，以叶根为零点，使用红外测距仪测量第一点和第二点的位置，并在叶片身上做好相应的标记。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第二步初称是在第一点处装好吊带，在第二点处装好叶尖称重工装和吊带；开动行车，吊起叶片；调整吊点高度，使用吊坠验证叶根环的端面使其处于竖直状态，合格后，读出两个吊秤的示数；然后保持叶根吊点不动，叶尖吊点向后分别移动0.03m，在称取叶片质量，共称取3次，取3次的平均值，称重前，吊秤去皮归零。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第三步excel配重数据计算是挑取三只重量接近的叶片，将其重量数据输入到设置完成的excel配重计算表中，对3只叶片进行配重计算，得出配重数据。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第四步配重，准备好铅块、铅粒、环氧手糊树脂及手糊固化剂、玻璃纤维布、胶粘剂及其固化剂、配重材料；按照配重数据，配置好相同重量的材料，将环氧树脂用手糊到配重点；手糊前，将粘接表面打磨粗糙；配重点为两点，一点为叶片设计重心位置，另一点为距叶根42.73m处配重腔位置。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第五步复称检验，按照第二步的顺序重新称取配好的三只叶片，将其结果输入到excel配重计算表中，确认这三只叶片的配重公差是否合格，三只叶片重量偏差为±0.5 %，三只叶片力距偏差为±0.1 %；若不合格则继续从第四步开始继续配重，直到合格。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，在读取吊秤数据之前，使用吊坠校验叶根端面是否竖直，使叶片横向位置一致，三只叶片的水平状态和横向状态一致；吊秤的精度为0.5kg，最大量程为7500kg。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，配重材料为密度0.0000113g/m ³ 的铅，粘接剂为环氧结构胶Hexion BPR135G3，外面手糊玻璃纤维布加固，固化剂为Hexion BPH134G，重量配比为100:45±5，在室温20℃时固化时间为0.5h。

所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，粘接剂为环氧树脂为Hexion LR235，固化剂为Hexion LH234，重量配比为100:35±2，在室温25℃时固化时间为23min；玻璃纤维布为CTC 1200TX或SE1500浸润型无碱玻纤布。

有益效果：

1.本发明计算配重所用的excel配重计算表，是根据配重原理编制完成的，只需输入参数，即可得出配重数据，简单准确、速度快。

本发明使用的配重材料为铅块和铅粒，密度大，在配重相同重量的情况下，其体积最小。

本发明使用两点吊秤法进行称重，由于使用红外测距仪和其他辅助工装来辅助定位，则称量准确可靠，而且操作方便，所需求的工作空间小，避免了玻璃钢叶片在厂内的多次周转。

本发明所使用的粘接材料为环氧树脂胶粘剂，此材料为叶片本体材料，粘接性能非常优越，强度高，而且为了进一步保证配重块不脱落，用手糊数层玻璃纤维布，可以将配重块和叶片合为一体，保证了配重的质量。

附图说明：

附图1是本发明中叶轮的结构示意图。

附图2是本发明中玻璃钢叶片叶尖配重腔示意图。

附图3是附图2的局部放大图。

附图4是本发明中玻璃钢叶片叶身配重示意图

附图5是附图4的局部放大图。

附图6是本发明中叶片称重示意图

附图7是本发明中叶片excel配重计算表

附图1中的叶轮5同时连接具有三个叶片，分别为一号叶片1，二号叶片2，三号叶片3，重心为4，一号叶片、二号叶片、三号叶片的质量和重量均相等，一号叶片、二号叶片、三号叶片的重心与叶轮距离均相等。

附图2中玻璃钢叶片的配重腔6。附图3中玻璃钢叶片腹板7。

附图4中玻璃钢叶片前腹板8，玻璃钢叶片前腹9。

附图5中的铅块11、粘结剂10，手糊纤维布12。

附图6中的吊秤13、叶根吊点14、叶尖吊点15、

具体实施方式：

实施例1：

一种玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，本方法为两点吊秤法包括五个步骤，第一步测量出叶片的称重点位置，第二步初称，第三步excel配重数据计算，第四步配重，第五步复称检验。

针对兆瓦级大叶片，以某公司设计的2MW-48.3m玻璃钢叶片为例进行配平衡。

如附图1所示，叶轮由三只叶片组成，三只叶片的重量和质量矩必须在设计公差之内，否则会出现严重的不平衡，而损坏风机。

实施例2：

实施例1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第一步测量出叶片的称重点位置，使用吊带和工装将叶片两点吊起来，读出两点处吊秤的示数；第一点为距离叶根1.17m处，第二点为距离叶根30.5m处，第一点与第二点的位置公差为±0.005m；在称重之前，以叶根为零点，使用红外测距仪测量第一点和第二点的位置，并在叶片身上做好相应的标记。

称重点的位置必须使用红外测距仪测量出来，误差±0.005m。

实施例3：

实施例1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第二步初称是在第一点处装好吊带，在第二点处装好叶尖称重工装和吊带；开动行车，吊起叶片；调整吊点高度，使用吊坠验证叶根环的端面使其处于竖直状态，合格后，读出两个吊秤的示数；然后保持叶根吊点不动，叶尖吊点向后分别移动0.03m，在称取叶片质量，共称取3次，取3次的平均值，称重前，吊秤去皮归零。

称取三只叶片的吊秤必须是一样的，两个吊点处的吊秤也不能相互置换，以减少设备带来的机器误差。

在称取叶片重量时，吊带必须处于竖直状态，以减少称量误差。

实施例4：

实施例1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第三步excel配重数据计算是挑取三只重量接近的叶片，将其重量数据输入到设置完成的excel配重计算表中，对3只叶片进行配重计算，得出配重数据。

实施例5：

实施例1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第四步配重，准备好铅块、铅粒、环氧手糊树脂及手糊固化剂、玻璃纤维布、胶粘剂及其固化剂、配重材料；按照配重数据，配置好相同重量的材料，将环氧树脂用手糊到配重点；手糊前，将粘接表面打磨粗糙；配重点为两点，一点为叶片设计重心位置，另一点为距叶根42.73m处配重腔位置。

实施例6：

实施例1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，所述的第五步复称检验，按照第二步的顺序重新称取配好的三只叶片，将其结果输入到excel配重计算表中，确认这三只叶片的配重公差是否合格，三只叶片重量偏差为±0.5 %，三只叶片力距偏差为±0.1 %；若不合格则继续从第四步开始继续配重，直到合格。

进行复称，校验配重是否合格。三只叶片重量偏差：±0.5 %，三只叶片力距偏差:±0.1 %。

实施例7：

实施例1或3所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，在读取吊秤数据之前，使用吊坠校验叶根端面是否竖直，使叶片横向位置一致，三只叶片的水平状态和横向状态一致；吊秤的精度为0.5kg，最大量程为7500kg。

实施例8：

实施例5所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，配重材料为密度0.0000113g/m ³ 的铅，粘接剂为环氧结构胶Hexion BPR135G3，外面手糊玻璃纤维布加固，固化剂为Hexion BPH134G，重量配比为100:45±5，在室温20℃时固化时间为0.5h。

实施例9：

实施例5所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，粘接剂为环氧树脂为Hexion LR235，固化剂为Hexion LH234，重量配比为100:35±2，在室温25℃时固化时间为23min；玻璃纤维布为CTC 1200TX或SE1500浸润型无碱玻纤布。

实施例10：

上述实施例所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，

（一）叶片称重配重说明：

L：是指以叶根端面为零点的位置标识，例如L1.17m指距离叶根1.17m。

叶片轮毂半径：1.12m

成套叶片重量偏差：±0.5 %

成套叶片质量距偏差：±0.1 %

叶片配重位置：叶尖（L42.73m处，下模距前缘0.15m的地方），叶身(重心附近)

(二)     叶片称重配重操作：

①  测量出叶片的称重点位置

本发明提供的称重方法为两点吊秤法，即使用吊带和工装将叶片两点吊起来，读出两点处吊秤的示数。一点为距离叶根1.17m处，另一处为距离叶根30.5m处，位置公差为±0.005m。在附图4中，以叶根为零点，使用红外测距仪测量距离叶根1.17m和30.5m的位置，并在叶身上做好相应的标记。

②初称

在叶根1.17m处装好吊带，在叶根30.5m处装好叶尖称重工装和吊带。操作行车，吊起叶片。调整吊点高度，使用吊坠验证叶根环的端面处于竖直状态，并查看叶尖工装是否处于竖直状态，而且必须保证叶片轴线在称量时是处于水平状态。

叶片状态合格后，读出两个吊秤的示数，记录下来。然后保持叶根吊点不动，叶尖吊点向后分别移动0.03m，在称取叶片质量，一共称取3次，取平均值。注意称重前，吊秤必须去皮归零。

③excel配重数据计算

附图5为excel配重计算表。挑取三只重量接近的叶片，将其重量数据输入到设置完成的excel配重计算表中，对3只叶片进行配重计算，得出配重数据，即在什么部位该配重多少的数据表。

④配重

准备好铅块、铅粒、环氧手糊树脂及其固化剂、玻璃纤维布、环氧胶粘剂及其固化剂等配重材料。配重材料使用密度很大的铅质材料，粘接剂为环氧结构胶，外面手糊玻璃纤维布以加固。铅的密度是0.0000113g/m ³ 。环氧结构胶为Hexion BPR135G3，其固化剂为Hexion BPH134G，重量配比为100:45±5，固化时间为0.5h(室温20℃)。环氧手糊树脂为Hexion LR235，其固化剂为Hexion LH234，重量配比为100:35±2，固化时间为23min（室温25℃）。玻璃纤维布为CTC 1200TX，SE1500浸润型无碱玻纤布。

按照配重数据，配置好相同重量的材料（包括胶粘剂、铅块、铅粒、玻纤布和手糊树脂），使用环氧树脂将其手糊到配重点。手糊前，必须将粘接表面打磨粗糙。配重点共有两点，一点为叶片设计重心位置（L14.65m），另一点为叶根42.7m处配重腔位置。

  叶尖配重腔配重

附图2中，先在待配重叶片的指定位置（L42.7m处，下模距前缘0.15m的地方）打直径0.05m的孔。通过孔，灌入计算好的铅粒树脂糊（树脂为环氧手糊树脂为Hexion LR235，其固化剂为Hexion LH234，重量配比为100:35±2），单张叶片叶尖配重腔最大配平重量为25kg。

  叶身部位配重

附图3中，若配重腔配重不足以配平，则按照配重重量，预先准备好铅块、粘接剂、玻纤布和手糊树脂。然后沿着L14.65m处的尾缘边腹板向叶根方向放置准备好的铅块（铅块中心处于L14.65m处），铅块四周台阶处用粘接剂填充成斜坡状，接着手糊870型三轴布（至少4层玻纤布），错层0.02m，手糊布必须全部盖住配重块，其边缘超过约0.15m与叶片内壳体粘接。手糊作业不得存在气泡等质量缺陷。注意所有粘接位置，必须预先使用80目砂纸打磨粗糙，并清理干净。

半米位置内配重不得超过10kg，若仍需要配重则继续往叶根方向手糊玻纤布，配重用的手糊玻纤布对称分布于上下模。

单张叶片叶身最大配平重量为90kg。

⑤复称检验

配平后复称3张叶片，配平后重力矩最大偏差在±0.1 %内，单个叶片重量与套内叶片平均重量之间相差±0.5 %内。

⑥  修补配重孔。

将配重孔的周围打磨掉一层布（打磨区域为0.1m*0.1m），先用泡沫把孔补上，再手糊两层BX806玻纤布（尺寸为：0.1m*0.1m），待完全固化后对表面进行磨平、喷涂。

⑦将配重数据，归档保存。

在附图5中，叶片重量和质量矩的计算原理如下：

叶片质量矩计算实例：

假设有1只叶片的叶根重量称量为m1，叶尖重量为m2，叶根称重点为1.17m，叶尖称重点为30.5m，轮毂半径为1.12m。L0为叶片重心，m为叶片总重，M为叶片相对轮毂中心的质量矩，g为重量加速度。叶身配重位置为14.65m，配重量为m3，叶尖配重位置为42.73m，配重量为m4。m11为配完重后的叶片总重， M11配完重后的叶片质量矩。

叶片重量（单位：kg）：m=m1+m2

叶片相对轮毂中心的质量矩为(单位：N*m)： M=(1.17+1.12)*m1*g+(30.5+1.12)*m2*g

叶片重心位置(单位：m)：L0=M/（m*g）-1.12

配完重后叶片重量（单位：kg）：m11=m+m3+m4

配完重后叶片质量矩(单位：N*m)：M11=M+(14.65+1.12)*m3*g+(42.73+1.12)*m4*g

使用excel配重计算表，将三只叶片的重量和质量矩全部计算出，则改动配重质量，让三只叶片质量误差在±0.5%范围内，质量矩误差在±0.1%范围内。

Claims (9)

1.一种玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是: 本方法为两点吊秤法包括五个步骤，第一步测量出叶片的称重点位置，第二步初称，第三步excel配重数据计算，第四步配重，第五步复称检验。

2.根据权利要求1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是: 所述的第一步测量出叶片的称重点位置，使用吊带和工装将叶片两点吊起来，读出两点处吊秤的示数；第一点为距离叶根1.17m处，第二点为距离叶根30.5m处，第一点与第二点的位置公差为±0.005m；在称重之前，以叶根为零点，使用红外测距仪测量第一点和第二点的位置，并在叶片身上做好相应的标记。

3.根据权利要求1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是: 所述的第二步初称是在第一点处装好吊带，在第二点处装好叶尖称重工装和吊带；开动行车，吊起叶片；调整吊点高度，使用吊坠验证叶根环的端面使其处于竖直状态，合格后，读出两个吊秤的示数；然后保持叶根吊点不动，叶尖吊点向后分别移动0.03m，在称取叶片质量，共称取3次，取3次的平均值，称重前，吊秤去皮归零。

4.根据权利要求1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是: 所述的第三步excel配重数据计算是挑取三只重量接近的叶片，将其重量数据输入到设置完成的excel配重计算表中，对3只叶片进行配重计算，得出配重数据。

5.根据权利要求1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是: 所述的第四步配重，准备好铅块、铅粒、环氧手糊树脂及手糊固化剂、玻璃纤维布、胶粘剂及其固化剂、配重材料；按照配重数据，配置好相同重量的材料，将环氧树脂用手糊到配重点；手糊前，将粘接表面打磨粗糙；配重点为两点，一点为叶片设计重心位置，另一点为距叶根42.73m处配重腔位置。

6.根据权利要求1所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是: 所述的第五步复称检验，按照第二步的顺序重新称取配好的三只叶片，将其结果输入到excel配重计算表中，确认这三只叶片的配重公差是否合格，三只叶片重量偏差为±0.5 %，三只叶片力距偏差为±0.1 %；若不合格则继续从第四步开始继续配重，直到合格。

7.根据权利要求1或3所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是:在读取吊秤数据之前，使用吊坠校验叶根端面是否竖直，使叶片横向位置一致，三只叶片的水平状态和横向状态一致；吊秤的精度为0.5kg，最大量程为7500kg。

8.根据权利要求5所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是:配重材料为密度0.0000113g/m³的铅，粘接剂为环氧结构胶Hexion BPR135G3，外面手糊玻璃纤维布加固，固化剂为Hexion BPH134G，重量配比为100:45±5，在室温20℃时固化时间为0.5h。

9.根据权利要求5所述的玻璃钢风力发电机叶片的配平衡方法，其特征是:粘接剂为环氧树脂为Hexion LR235，固化剂为Hexion LH234，重量配比为100:35±2，在室温25℃时固化时间为23min；玻璃纤维布为CTC 1200TX或SE1500浸润型无碱玻纤布。

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