CN106499577A - 风机叶片水平面主梁 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风机叶片水平面主梁，主梁的弦向截面具有中间厚度大于两边厚度的部分。在理想情况下，主梁形状为翼型弧线及表面的近似水平线组成。该设计可以充分发挥几何对挥舞刚度的贡献，达到减重的目的。另外，由于迎风面和背风面主梁的位置和形状可以分别设计，可大大提高设计自由度。
Description
技术领域
本发明涉及一种风机叶片，尤其是一种风机叶片水平面主梁。
背景技术
风能一种典型的清洁能源，它使用安全并且储能巨大。风力发电需要利用风力发电机的叶片旋转来捕捉风能，因此叶片越长，在相同情况下捕捉的风能越多。另外，随着国内低风速风资源的开发和成熟，大叶轮设计不再由以往仅仅由海上风机驱动，而越来越多的转为同样由陆上风机驱动。在低风速区域，在风机平台不变的情况下，叶片结构设计得越高效，就可以在同样重量下将叶片做的更长，提升发电量。另外，即使在已有的叶片中，利用更先进的优化方法也可以使叶片减重，降低叶片自身材料成本，另外叶片的重量降低可以降低整机载荷，为整机其它部件的降本提供可能。因此叶片的优化设计是风力发电的核心技术之一。
目前大多数叶片的传统结构设计形式为两片壳体胶结在一起，分别为迎风面和背风面，在壳体中最重要的承力部件为主梁，主梁贡献了整体挥舞刚度的约90%，两片壳体内部由腹板支撑保证结构足够的稳定性。
叶片设计要考虑到结构的刚度、强度、稳定性、疲劳、振动特性等一系列性能，而目前国内的叶片设计多数还以叶片的挥舞刚度作为约束，也就是刚度驱动的设计。在这种情况下，决定挥舞刚度特性的主梁设计的好坏直接决定了一款叶片的设计是否合理高效。
中国专利公开号CN 102108946，公开了一种复合铺层式风力叶片及其制造方法，其中叶片主梁采用竹纤维和传统玻纤的结合，在叶根段主梁利用竹层积材料铺层，叶中至叶尖采用单向布，满足主梁的刚度连续性和整体强度要求。但其更多的是从工艺及材料方面考虑，并没有从设计机理上描述主梁优化设计的必要性及优越性。
目前传统主梁均为矩形截面梁（图1所示），可以看出迎风面主梁和背风面主梁的宽度相同，并且截面均为矩形，以腹板为参考，对称地处于正对的位置。设计方面没有充分利用翼型最大厚度处来放置材料，几何对刚度的贡献没有发挥到极致。即所有铺层使用相同幅宽的原材料，在弦向无相对错层，使得原材料幅宽等于主梁成型后宽度。沿叶片长度方向有错层，使主梁的最大厚度布置于最合理位置。这种常规设计，存在以下缺陷：
1）没有充分利用翼型的几何条件，在最大厚度位置来布置主梁材料，在不增加材料的情况下提高挥舞弯曲刚度；
2）主梁宽度固定，没有自由度来调整主梁沿弦向的材料分布，无法对主梁进行最优化设计。
发明内容
本发明的目的是要充分利用翼型的最大厚度位置来布置主梁材料，理想情况下主梁的成型表面应为水平面，而提供一种风机叶片水平面主梁。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种风机叶片水平面主梁，主梁的弦向截面具有中间厚度大于两边厚度的部分。
所述主梁的弦向截面的边缘厚度与中间厚度的比值为5~90%。
所述主梁的材料为环氧树脂体系复合材料。
所述主梁的材料为单向玻璃纤维或碳纤维材料或玻纤碳纤混杂材料。
所述主梁边具有用于芯材过渡的倒角，方便与壳体进行连接。
本发明的有益效果是：允许迎风面主梁和背风面主梁有各自的自由度，均可将材料放置在翼型的最大厚度处，因此两个主梁的位置沿弦向会有相互错动。形状方面，两个主梁均趋于理论最优形状，即由翼型的弧线及表面的近似水平线组成。由于材料的布置充分利用了几何对刚度的贡献，因此可以大大提高主梁刚度的效率，节省主梁材料。
附图说明
图1为传统主梁的截面图；
图2为本发明的风机叶片水平面主梁截面图；
图3为本发明的风机叶片水平面主梁的展向分布图；
图4为本发明的风机叶片水平面主梁的弦向示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2至图4所示，一种风机叶片水平面主梁，两个主梁3安置在风机叶片翼型最大厚度处，两个主梁3的位置沿弦向相互错开，主梁3的截面为弦向截面，弦向截面具有中间厚度大于两边厚度的部分。
图2所示，可以看出迎风面主梁和背风面主梁宽度不同，厚度不同，位置不同。位置方面，两个主梁都是安排在了翼型最大厚度处，因此两个主梁的位置沿弦向有相互错动。形状方面，两个主梁均为理论最优形状，即由翼型的弧线及表面的近似水平线组成。
水平主梁的展向分布如图3所示，可以看出铺层沿展向和弦向同时错层。
如图4所示，为了更好的与壳体进行装配，在主梁铺层5增加了主梁边界上的倒角4设计，使成型后的主梁边界与传统主梁边界类似，减少了壳体装配的特殊性。
Claims (5)
1.一种风机叶片水平面主梁，其特征在于：主梁(3)的弦向截面具有中间厚度大于两边厚度的部分。
2.根据权利要求1所述的风机叶片水平面主梁，其特征在于：所述主梁（3）的弦向截面的边缘厚度与中间厚度的比值为5~90%。
3.根据权利要求1所述的风机叶片水平面主梁，其特征在于：所述主梁（3）的材料为环氧树脂体系复合材料。
4.根据权利要求1所述的风机叶片水平面主梁，其特征在于：所述主梁（3）的材料为单向玻璃纤维或碳纤维材料或玻纤碳纤混杂材料。
5.根据权利要求1所述的风机叶片水平面主梁，其特征在于：所述主梁（3）边具有用于芯材过渡的倒角（4），方便与壳体进行连接。
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