CN111255627A - 一种增加风机叶片根部功率的部件及其安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种增加风机叶片根部功率方法，主要是通过在风机叶片根部安装增功部件，增功部件由压力面壳体和吸力面壳体组成，通过结构胶与风机叶片的根部粘接。增功部件的外形为气动翼型，主要安装于风机叶片的根部端面至最大弦长位置之间，通过改变风机叶片根部的外形，提高风机叶片的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及风电领域，尤其涉及一种用于增加风机叶片根部功率的增功部件以及增功部件的制作、安装方法。
背景技术
风能是一种储量巨大且无污染的清洁能源，世界各国均在大力发展风电。我国的风资源非常丰富，经过多年的快速发展，我国风电产业发展迅速，年装机量已居世界第一，风力发电机相关部件的设计技术也越来约成熟，逐渐能够进行自主研发生产。
风力发电机能将风能转化为机械能，然后将机械能转化为电能并进行远距离传输，其中叶片是进行风能转化的最主要部件，其气动性能直接影响发电效率，叶片的外形一般为翼型，风流经翼型时产生升力，进而推动风轮旋转，产生机械能。
翼型相对厚度是指翼型的厚度与长度的比值，通常以百分比来形容翼型的相对厚度。相对厚度越小，翼型气动效率越高，但结构强度越低，而翼型相对厚度越大，结构安全性越高，但会损失相应的气动性能。因此，在叶片设计过程中，将叶片设计为根部翼型相对厚度大，尖部相对厚度小的结构形式，兼顾气动效率和结构安全性。通常将叶片根部设计为圆形，便于叶片安装和增加结构安全性，而没有气动效率。然后逐渐过渡为气动翼型，过渡长度通常占整个叶片长度的10%~20%，因此损失了非常多的气动性能。
随着全球变暖，造成我国风速下降非常严重，各风电场都在积极的寻找增加叶片发电效率的方法。
发明内容
目前设计的叶片通常由于结构设计的要求，降低了叶片根部的气动性能，如果设计一种部件，通过安装于已运行风机叶片或新生产叶片的根部，改变风机叶片的根部外形，使叶片根部成为气动翼型形状，一方面可以增加叶片转动时的发电效率，另一方面可以降低风机的启动风速，使风机在很小的风速下便可以发电。
对于新生产的叶片，增功部件可以在工厂内安装，安装费用较低。而对于已经安装运行的叶片，如果将叶片吊装至地面，然后进行安装的方法，吊装成本非常高昂，经济效益大打折扣，因此可以使用高空安装的方法，降低改造成本。因此有必要设计一种增功部件安装方法，同时适用于地面安装和高空安装。
本发明的目的是提供一种增加风机叶片根部功率的方法，主要是通过在风机叶片的根部安装增功部件，所述增功部件的外形为气动翼型，由压力面壳体和吸力面壳体组成。压力面壳体和吸力面壳体与风机叶片根部的外表面通过结构胶进行粘接，形成新的叶片根部气动外形。增功部件的主要作用是提高气动效率，同时将风机叶片根部作为增功部件的承载结构，将增功部件的气动载荷传递给叶片。
本发明所提供的叶片根部增功部件，安装于叶片的根部端面至叶片最大弦长位置之间，该区域是叶片根部圆形与气动翼型之间的过渡区域，主要考虑叶片的结构性能，因此气动效率非常低。通过增功部件，改变叶片根部的外形，使叶片根部成为气动效率高的翼型形状，一方面可以提高风机叶片运行时的气动效率，另一方面降低了风机的启动风速，使得风机可以在更低的风速下启动，增加发电量。所述增功部件气动翼型厚度最大处与风机叶片根部连接，即保证了增功部件相对厚度薄，达到较高的气动性能，又实现了增功部件与风机叶片根部的连接。
所述增功部件的压力面壳体和吸力面壳体为夹心结构，内外表面为玻璃钢蒙皮，夹心层由两个玻璃钢楔形条和泡沫组成。所述两个玻璃钢楔形条位于增功部件厚度最大位置的两侧，与风机叶片根部通过结构胶粘接，是增功部件与风机叶片连接的主要受力结构。所述玻璃钢楔形条中的玻璃纤维与叶片长度方向一致，所述泡沫为低密度PVC泡沫，增加增加部件整体刚度。
本发明同时提供所述增功部件的制作和安装方法，包括以下步骤：
（1）根据增功部件的外形，分别制作压力面壳体模具和吸力面壳体模具。
（2）在增功部件的压力面和吸力面壳体模具中依次铺放外蒙皮玻璃纤维、玻璃钢楔形条和泡沫、内蒙皮玻璃纤维，玻璃钢楔形条位于增功部件厚度最大的位置。通过树脂真空灌注的方法，使压力面壳体和吸力面壳体分别成为整体。制作压力面壳体和吸力面壳体时，保留前缘与后缘的翻边结构。
（3）压力面壳体、吸力面壳体分别与压力面工装和吸力面工装固定，通过前缘、后缘的翻边结构与工装使用螺栓连接固定。
（4）在风机叶片根部安装将叶片根部定位工装。
（5）增功部件吸力面壳体的玻璃钢楔形条区域涂结构胶，然后将增功部件吸力面工装与叶片根部定位工装通过螺栓连接。高温加热使结构胶固化。
（6）拆卸叶片根部定位工装，在增功部件压力面壳体的粘接区域涂结构胶，然后将增功部件压力面工装与吸力面工装通过螺栓连接固定。高温加热使结构胶固化。
（7）拆卸部件吸力面和压力面工装，切割部件前缘和后缘的翻边结构，并打磨光滑。
附图说明
通过下文中的参照附图所进行的描述部分，能够更好的理解所有上述特征，所述附图为：
图1为本发明中风机叶片根部增功部件的位置示意图，其中1为风机叶片，2为增功部件；
图2为本发明中风机叶片1示意图，11为叶片根部端面，12为叶片根部最大弦长位置；
图3为本发明中增功部件2的位置示意图，增功部件2安装于叶片根部端面11与叶片根部最大弦长位置12之间。
图4为本发明中增功部件2的结构示意图，增功部件2由压力面壳体22和吸力面壳体21组成，其外形为气动翼型，压力面壳体22和吸力面壳体21与风机叶片1通过结构胶3粘接为整体。
图5为本发明中吸力面壳体21的结构示意图，其中A为前缘翻边结构，B为后缘翻边结构，41为玻璃钢楔形条，42为泡沫，43为玻璃钢外蒙皮，44为玻璃钢内蒙皮。
图6为本发明中增功部件2的安装过程示意图，吸力面壳体21与吸力面工装51通过螺栓6连接，压力面壳体22与压力面工装52通过螺栓6连接。螺栓位置分别位于前缘翻边A和后缘翻边B。
图7为本发明中吸力面壳体21的安装过程示意图，叶片根部定位工装53固定于风机叶片1的根部，然后使用螺栓6将叶片根部定位工装53与吸力面工装51连接，进行定位。
图8为本发明中压力面壳体22的安装过程示意图，吸力面工装51与压力面工装52通过螺栓6进行固定。
具体实施方式
叶片是风力发电机中将风能转换为动能的最主要部件，叶片的大部分外形为翼型，其中为了增加叶片根部的结构性能和便于叶片与其它部件的连接，而将叶片根部设计为圆形，因此气动性能损失较大，随着全球变暖造成的各风电场风速的降低，有必要在叶片根部通过安装增功部件的方式，弥补叶片根部的气动损失，使叶片能够在低风速的情况下，达到最大的效率。
本发明所涉及的风机叶片1的根部增功部件2，其外形是气动翼型，通过将增功部件2安装于风机叶片1的根部，增加风机叶片1的根部气动性能，实现风机发电量的提升。
风机叶片1的根部端面11为圆形，最大弦长12为翼型，根部端面11至最大弦长12之间为过渡区域，该区域实现叶片1气动和结构的过渡。为了提升叶片1的根部气动性能，增功部件2安装于叶片根部端面11和最大弦长12之间。
该增功部件2由压力面壳体22和吸力面壳体21组成，压力面壳体22和吸力面壳体21均为夹心结构，夹心层由两个玻璃钢楔形条41和泡沫42组成，内外表面分别为玻璃钢内蒙皮44和玻璃钢外蒙皮43。玻璃钢楔形条41位于增功部件2气动翼型厚度最大位置的两侧，与风机叶片1的根部通过结构胶3粘接，是增功部件2与风机叶片1连接的主要受力结构。玻璃钢楔形条41中的玻璃纤维方向与叶片1长度方向一致，泡沫42是低密度PVC泡沫。
以某款1.5MW风机叶片为例，其叶片长度40米，叶根端,11至最大弦长12位置的长度是7.5米，通过在其根部安装7.5米长的增功部件2，可以增加风机2%的年发电量。
为了实现增功部件2增加风机叶片1的根部功率，本发明同时公开增功部件的2生产和安装工艺过程：
（1）根据增功部件2的外形，分别制作压力面壳体模具和吸力面壳体模具，用于生产压力面壳体22和吸力面壳体21。
（2）在增功部件2的压力面和吸力面壳体模具中依次铺放外蒙皮玻璃纤维43、玻璃钢楔形条41和泡沫42、内蒙皮玻璃纤维44，玻璃钢楔形条41位于增功部件2厚度最大的位置。通过树脂真空灌注的方法，使压力面壳体22和吸力面壳体21分别成为整体。制作压力面壳体22和吸力面壳21体时，保留前缘A与后缘B的翻边结构，翻边结构是内蒙皮玻璃钢43和外蒙皮玻璃刚44的延伸，并预留出空间用于安装螺栓6。
（3）压力面壳体22、吸力面壳体21分别与压力面工装52和吸力面工装51固定，通过前缘A、后缘B的翻边结构与工装使用螺栓6连接固定。
（4）在风机叶片1根部安装叶片根部定位工装53。
（5）增功部件2吸力面壳体21的玻璃钢楔形条41所在区域涂结构胶3，然后将增功部件2的吸力面工装51与叶片根部定位工装53通过螺栓6连接。高温加热使结构胶3固化。
（6）拆卸叶片根部定位工装53，在增功部件压力面壳体21的粘接区域涂结构胶3，然后将增功部件2压力面工装52与吸力面工装51通过螺栓3连接固定。高温加热使结构胶3固化。
（7）拆卸吸力面工装51和压力面工装52，切割部件前缘A和后缘B的翻边结构，并打磨光滑。
Claims (4)
1.一种用于增加风机叶片根部功率的方法，其特征在于，在风机叶片的根部安装增功部件，所述增功部件的外形为气动翼型，由压力面壳体和吸力面壳体组成，所述压力面壳体和吸力面壳体通过结构胶与风机叶片根部粘接成为整体,
其中，所述增功部件的压力面壳体和吸力面壳体为夹心结构，所述夹心结构的内外表面为玻璃钢蒙皮，夹心层包括两个玻璃钢楔形条和泡沫。
2.如权利要求1所述的增功部件，其特征在于，所述增功部件安装于风机叶片的根部端面至叶片最大弦长位置之间，所述增功部件气动翼型厚度最大处与风机叶片根部连接。
3.如权利要求1所述的增功部件，其特征在于，所述两个玻璃钢楔形条位于增功部件气动翼型厚度最大位置的两侧，与风机叶片根部通过结构胶粘接，是增功部件与风机叶片连接的主要受力结构；所述玻璃钢楔形条中的玻璃纤维与叶片长度方向一致，所述泡沫为低密度PVC泡沫，增加部件整体刚度。
4.一种增加风机叶片根部功率的方法，其特征在于，所述增功部件的制作和安装方法包括如下步骤：
（1）根据增功部件的外形，分别制作压力面壳体模具和吸力面壳体模具；
（2）在增功部件的压力面和吸力面壳体模具中依次铺放外蒙皮玻璃纤维、玻璃钢楔形条和泡沫、内蒙皮玻璃纤维，玻璃钢楔形条位于增功部件厚度最大的位置；通过树脂真空灌注的方法，使压力面壳体和吸力面壳体分别成为整体，制作压力面壳体和吸力面壳体时，保留前缘与后缘的翻边结构；
（3）压力面壳体、吸力面壳体分别与压力面工装和吸力面工装固定，通过前缘、后缘的翻边结构与工装使用螺栓连接固定；
（4）在风机叶片根部安装将叶片根部定位工装；
（5）增功部件吸力面壳体的玻璃钢楔形条区域涂结构胶，然后将增功部件吸力面工装与叶片根部定位工装通过螺栓连接，高温加热使结构胶固化；
（6）拆卸叶片根部定位工装，在增功部件压力面壳体的粘接区域涂结构胶，然后将增功部件压力面工装与吸力面工装通过螺栓连接固定，高温加热使结构胶固化；
（7）拆卸部件吸力面和压力面工装，切割增功部件前缘和后缘的翻边结构，并打磨光滑。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113858658A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-31 | 中材科技（酒泉）风电叶片有限公司 | 一种风电叶片后缘飞边的免切边方法 |
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2020
- 2020-03-12 CN CN202010168798.6A patent/CN111255627A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN113858658A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-31 | 中材科技（酒泉）风电叶片有限公司 | 一种风电叶片后缘飞边的免切边方法 |
| CN113858658B (zh) * | 2021-09-30 | 2023-05-16 | 中材科技（酒泉）风电叶片有限公司 | 一种风电叶片后缘飞边的免切边方法 |
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