CN114718802A - 一种针对现役水平轴风力机叶片抗屈曲现象的改进方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对现役水平轴风力机叶片抗屈曲现象的改进方法，该方法包括以下步骤：对存在屈曲问题的现役风力机叶片进行屈曲特性评估，判断该叶片屈曲现象发生的区域，并针对该区域叶片结构特点，设计单个或若干个抗屈曲增强结构部件，对叶片屈曲部位进行现场技术改造工作，安装抗屈曲的增强结构部件，以实现该现役叶片符合抗屈曲的性能要求。采用该技术，可以对存现役运行存在屈曲问题的风力机叶片，通过技术改造，改善其抗屈曲性能。对风力机叶片的抗屈曲性能改进，对叶片的气动外形与原有铺层没有进行改变，对叶片的性能不会造成不良的影响。
Description
技术领域
本发明涉及机械行业风力发电技术领域，涉及一种风力机叶片的改进方法，尤其涉及一种现役水平轴风力机叶片屈曲失稳问题的解决方案，依据该方法所提供的解决方案，可在保障叶片气动外形与主体结构不发生较大改变的同时，改善叶片抗屈曲性能，以保障叶片的安全运行。
背景技术
为了实现风能的规模利用，风电机组正朝着大尺寸、大功率的方向发展。由于尺寸的增大，叶片结构与载荷也日趋复杂，导致叶片损伤问题日益严重。
在现有风力机叶片的各种损伤机制中，由于结构发生屈曲失稳问题，进而导致叶片整体发生破坏，是一种严重的损伤情形。尽管叶片在设计阶段考虑了屈曲问题，但由于载荷与结构的复杂化，难免依然在现役运行的叶片中会有一些叶片不同程度地存在屈曲问题。目前对存在屈曲问题的叶片，尚未存在好的现场解决方案。随着叶片大型化趋势，会有更多叶片可能存在屈曲问题。如何在现场环境下，尽可能用较小的成本，对有屈曲问题的叶片进行技术改造，实现其具有良好的抗屈曲性能，是风电行业一个重要的技术需求。
因此，针对现役大型风力机叶片，在解决屈曲问题的上述缺点和不足，提出一种抗屈曲问题的改进方法，提高叶片抗屈曲性能，具有重要的意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术解决现役大型风力机叶片结构屈曲问题的不足，本发明提出了一种针对现役风力机叶片抗屈曲问题的改进方法，依据该方法所提供的解决方案，可在保障风力机叶片气动外形与主体结构不发生较大改变的同时，改善叶片抗屈曲性能，以保障叶片的安全运行。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种针对风场运行的现役水平轴风力机叶片抗屈曲性能的改进方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
SS1.对风场中现役水平轴风力机叶片进行损伤排查，根据运行中故障发生情况以及停机时的损伤检查，判断是否存在屈曲问题；
SS2.对疑似屈曲问题的风力机叶片，观察其在运行中是否有局部发生屈曲失稳现象，如存在屈曲失稳现象，则确认屈曲在风力机叶片上发生的位置；
SS3.根据屈曲在风力机叶片上发生的位置以及该位置处叶片的结构，设计一个或若干个局部抗屈曲增强结构部件，所述局部抗屈曲增强结构部件的尺寸参数应适应屈曲发生的范围以及屈曲发生位置处叶片压力面与吸力面的结构，所述局部抗屈曲增强结构部件与叶片压力面和吸里面之间采用结构胶粘接方式进行固定连接；
SS4.由高空作业人员对叶片屈曲位置安装局部抗屈曲增强结构部件，具体安装过程如下：
a)对发生屈曲问题位置处的叶片表面，采取开孔方式，选取叶片吸力面或压力面，通过打磨切削，去除叶片局部表面，露出叶片内部；
b)将所设计的局部抗屈曲增强结构部件，采用结构胶粘接的方式，粘接在与开孔面相对应的另一侧叶片的内部；
c)采用与原叶片相同的表面铺层材料，对叶片开孔处重新进行铺层与手动粘接，并采用结构胶将新的铺层材料与抗屈曲增强结构部件相连结；
SS5待叶片铺层材料固化后，对该局部叶片表面进行修理与喷漆操作。
通过以上步骤实施，完成该叶片抗屈曲增强结构的改进过程，在改进过程中，对叶片的气动外形与原有铺层设计不做调整。
优选地，通过现场观察，判断风力机叶片是否存在屈曲现象。
优选地，根据屈曲现象在风力机叶片上发生的位置，及该位置处叶片的结构特征，确定局部抗屈曲增强结构部件的尺寸与数量。
优选地，局部抗屈曲增强结构部件的材料，选取叶片铺层中相同的夹心材料及外部包裹玻璃纤维增强材料。
优选地，局部抗屈曲增强结构部件的尺寸数量根据屈曲分析与评估的结果可进行调节改善。
本发明的针对风场运行的现役水平轴风力机叶片抗屈曲性能的改进方法，其工作原理为：叶片屈曲发生主要是叶片结构在外载荷作用下由于结构刚度不足，或由于其它扰动因素导致叶片结构变形后刚度不足导致。因此，本发明改进方案在于，在叶片内部植入一个增强结构部件，提高叶片的局部刚度。考虑到叶片的屈曲问题大都发生在叶片靠近尾缘部分的压力面或吸力面上，因此只有在有屈曲问题发生的压力面与吸力面之间安装植入一个支撑结构，在压力面与吸力面之间起到联结与支撑作用，当有载荷作用时，由于该支撑结构的作用，可提高压力面与吸力面的刚度，从而避免屈曲的发生。基于这一准则，可根据屈曲发生的位置与屈曲发生的范围，觉得支撑结构的尺寸，如果屈曲发生范围较大，支撑结构的截面也要相应增大，以提供更大的刚度。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比，具有如下明显的实质特点和显著优点：
1)采用该技术，可以对存现役运行存在屈曲问题的风力机叶片，通过技术改造，改善其抗屈曲性能。
2)对风力机叶片的抗屈曲性能改进，对叶片的气动外形与原有铺层没有进行改变，对叶片的性能不会造成不良的影响。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的一个示例性实施例中，选取一个实际运行风场中，存在局部屈曲问题的水平轴风力机叶片，其主要结构包括大梁和蒙于大梁外侧的蒙皮。
本实施例中，通过现场观察，判断出该叶片发生屈曲的位置，根据该位置的叶片结构，设计一个或若干个局部抗屈曲增强结构部件，局部抗屈曲增强结构部件可以采用多种形式。本案例采用了圆柱体的增强结构形式。增强结构的数量，根据屈曲发生的位置决定，本案例采用单个增强结构。增强结构的尺寸，根据屈曲发生的位置以及该位置处叶片的结构尺寸决定，本案例增强结构为半径80毫米的圆柱体，高度方向根据叶片实际结构进行确定。局部抗屈曲增强结构部件的材料，可选取叶片铺层中相同的夹心材料及外部包裹玻璃纤维增强材料。局部抗屈曲增强结构部件的尺寸数量根据屈曲分析与评估的结果可进行调节改善。
具体实施过程通过以下步骤进行：
SS1.对风场中新现役水平轴风力机叶片进行损伤排查，根据运行中故障发生情况以及停机时的损伤检查，判断是否存在屈曲问题；
SS2.对该疑似屈曲问题的叶片，在其运行中，观察是否有局部发生屈曲失稳，如存在屈曲失稳，确认屈曲发生的位置；
SS3.根据屈曲发生的位置，设计一个或若干个局部抗屈曲增强结构部件，该结构部件将安放在叶片发生屈曲的位置，并设计采用结构胶连接模式，将该结构与叶片相连接；
SS4.采用吊篮起吊装置，由高空作业人员，对叶片屈曲位置安装抗屈曲增强结构部件。具体安装过程如下：
a)对叶片屈曲发生位置的叶片表面，采取开孔方式，选取叶片吸力面或压力面，通过打磨切削，去除叶片局部表面，露出叶片内部；
b)将所设计的抗屈曲增强结构，采用结构胶粘接的方式，粘接在与开孔面向对应的另一侧叶片的内部；
c)采用与原叶片相同的表面铺层材料，对叶片开孔处重新进行铺层与手动粘接，并采用结构胶将新的铺层材料与抗屈曲增强结构部件相连结；
SS5.待叶片铺层材料固化后，对该局部叶片表面进行修理与喷漆操作；
通过以上步骤实施，完成该叶片抗屈曲增强结构的改进过程，在改进过程中，对叶片的气动外形与原有铺层设计不做调整。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种针对风场运行的现役水平轴风力机叶片抗屈曲性能的改进方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
SS1.对风场中现役水平轴风力机叶片进行损伤排查，根据运行中故障发生情况以及停机时的损伤检查，判断是否存在屈曲问题；
SS2.对疑似屈曲问题的风力机叶片，观察其在运行中是否有局部发生屈曲失稳现象，如存在屈曲失稳现象，确认屈曲在风力机叶片上发生的位置；
SS3.根据屈曲在风力机叶片上发生的位置以及该位置叶片的结构，设计一个或若干个局部抗屈曲增强结构部件，所述局部抗屈曲增强结构部件的尺寸参数应适应屈曲发生的范围以及屈曲发生位置处叶片压力面与吸力面的结构，所述局部抗屈曲增强结构部件与叶片压力面和吸里面的连接设计采用结构胶粘接方式；
SS4.由高空作业人员对叶片屈曲位置安装抗屈曲增强结构部件：
a)对叶片屈曲发生位置的叶片表面，采取开孔方式，选取叶片吸力面或压力面，通过打磨切削，去除叶片局部表面，露出叶片内部；
b)将所设计的局部抗屈曲增强结构部件，采用结构胶粘接的方式，粘接在与开孔面相对应的另一侧叶片的内部；
c)采用与原叶片相同的表面铺层材料，对叶片开孔处重新进行铺层与手动粘接，并采用结构胶将新的铺层材料与抗屈曲增强结构部件相连结；
SS5.待叶片铺层材料固化后，对该局部叶片表面进行修理与喷漆操作，完成风力机叶片抗屈曲增强的改进过程，在改进过程中，对叶片的气动外形与原有铺层设计不做调整。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过现场观察，判断风力机叶片是否存在屈曲现象。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据屈曲现象在风力机叶片上发生的位置及该位置处叶片的结构特征，确定局部抗屈曲增强结构部件的尺寸与数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，局部抗屈曲增强结构部件的材料，选取叶片铺层中相同的夹心材料及外部包裹玻璃纤维增强材料。
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