專利名稱：風力發(fā)電機及其葉片的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及大型風力發(fā)電的葉片結(jié)構(gòu)設計領域，特別是涉及一種用于風力發(fā)電機的葉片。此外，本發(fā)明還涉及一種包括上述葉片的風力發(fā)電機。
背景技術(shù)：
2009年我國在多兆瓦級(彡2MW)風電機組研制方面出現(xiàn)了很多新的成果，國內(nèi)研制的2. 5麗和3. (MW風電機組投入試運行，各大整機和葉片廠家紛紛開始研制或生產(chǎn) 2. 5MW、3. (MW甚至于5. (MW的風電機組。隨著整機機組功率的增大，風力發(fā)電機的葉片長度不斷增長，整機機組承受的載荷不斷增加，對整機機組的承載能力提出新的更高的要求。且更大功率，更長葉片的產(chǎn)生也給生產(chǎn)、工藝、制造、運輸、維修等各方面帶來了很多困難。另外，由于我國地形多變，風資源非常豐富，但風況復雜，既有內(nèi)蒙古，甘肅等地的一類風區(qū)；也有江蘇、山東等沿海城市的三類、弱三類風區(qū)；我國東南沿海如浙江、福建、廣州等地常遭受臺風、陣風等極端風況襲擊。臺風蘊含的巨大能量能給風力發(fā)電機組帶來毀滅性的破壞。例如印度和日本均曾有大批風力發(fā)電機組在臺風襲擊下連根傾覆，給風電場造成嚴重損失。2003年“杜鵑”臺風造成惠來風電場風電機組葉片嚴重損壞，損失上千萬元；而2006年“桑美”臺風對某風電廠同樣造成了嚴重的破壞，且風電機組一旦遭受臺風、 陣風等極端風況的襲擊損毀后，維修難度大，成本高。為適應中國特有的風能環(huán)境，合理利用中國風能資源，風力發(fā)電廠對葉片提出了新的要求，如抗臺風，抗鹽霧，防雷擊和低風速等。葉片廠為了研究開發(fā)適合中國風資源狀況的風機葉片，避免葉片在臺風、陣風等極端風況的襲擊下嚴重破壞損毀，就應綜合考慮上述的各種問題，提高葉片的可維修性和適應惡劣風況的能力。因此，如何提高風力發(fā)電機葉片的適用性和可維護性，降低葉片的成本，提高風力發(fā)電機的性價比，是本領域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于風力發(fā)電機的葉片，該葉片的適用性和可維護性較好，可以有效降低葉片的成本。本發(fā)明的另一目的是提供一種包括上述葉片的風力發(fā)電機， 該風力發(fā)電機的性價比得到提高。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種風力發(fā)電機的葉片，包括葉根部和葉尖部， 所述葉根部與所述風力發(fā)電機的回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接，還包括強度小于所述葉根部且延伸方向與所述葉根部相同的連接部；該連接部的第一端與所述葉根部固定連接，第二端與所述葉尖部固定連接。優(yōu)選地，包括若干堆疊的復合材料層，所述葉根部的復合材料層數(shù)大于所述連接部的復合材料層數(shù)。優(yōu)選地，所述連接部中復合材料層數(shù)隨所述連接部的斷開面向所述葉根部延伸而逐漸增大。 優(yōu)選地，所述連接部中復合材料層數(shù)隨所述斷開面向葉尖部逐漸增大或逐漸減優(yōu)選地，所述復合材料層具體為玻璃布層或碳纖維層。優(yōu)選地，所述葉根部與所述葉片總長度的比例在0. 6-0. 98范圍內(nèi)。本發(fā)明還提供一種風力發(fā)電機，包括回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)，還包括如上述任一項所述的葉片，所述葉片的葉根部與所述回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接。本發(fā)明所提供的葉片，用于風力發(fā)電機中，其葉根部與風力發(fā)電機的回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，該葉片還包括強度小于葉根部的連接部，該連接部的延伸方向與葉根部相同，其第一端與葉根部固定連接，第二端與葉尖部固定連接。在正常風況下，葉根部、連接部和葉尖部可以作為一個整體運行；在臺風、陣風等極端風況下，葉片在連接部處斷開，剩余的葉根部可以作為一個整體獨立運行。在風力發(fā)電機工作時，葉尖部是增大載荷的主要原因，舍棄葉尖部后的葉片長度變短，載荷降低，可以使發(fā)電機由危險工況轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩r，避免風力發(fā)電機及其它相關(guān)設備損壞，使極端風況帶來的損失大幅度減小， 從而顯著提高了葉片及整機機組適應極端風況的能力。另外，對于用同一材料制作形成的葉片，強度較小的連接部可以在生產(chǎn)時減小原材料用量，在降低葉片成本的基礎上，同時減小了葉片的質(zhì)量，進一步降低了風力發(fā)電機在正常工況下的負載。葉尖部斷裂后，可以重新制作新的葉尖部，并在斷開處開始安裝，與原來的葉根部一起形成新的全葉片，在正常風況下正常運行。新的葉尖部的長度明顯小于全葉片的長度， 其生產(chǎn)、運輸、安裝等難度也明顯小于全葉片。這樣，極端風況的損失可以大幅度降低，葉片的維修難度和維護成本也顯著降低。在一種優(yōu)選的實施方式中，該葉片包括若干堆疊的復合材料層，所述葉根部的復合材料層數(shù)大于所述連接部的復合材料層數(shù)。利用復合材料層制造葉片，層數(shù)越多，則厚度越厚，強度越大。葉根部的復合材料層數(shù)大于連接部的復合材料層數(shù)，使葉根部的厚度大于連接部的厚度，葉根部的強度也大于連接部的強度。遭遇臺風、陣風等極端風況時，強度較弱的連接部會在風力作用下斷裂，使葉片整體長度變小，降低葉片載荷。利用復合材料層堆疊形成葉片是現(xiàn)有葉片生產(chǎn)中的常用方式，用鋪設層數(shù)多少來實現(xiàn)葉片中不同位置的不同強度，可以有效降低生產(chǎn)葉片的難度，降低葉片的生產(chǎn)成本。在另一種優(yōu)選的實施方式中，所述葉根部與所述葉片總長度的比例在0. 6-0. 98 范圍內(nèi)。葉尖部斷裂后，葉根部占葉片整體長度的0.6-0. 98，既可以降低葉片的載荷，保證葉片安全，又可以確保發(fā)電量不會減少太多，對電力輸送系統(tǒng)的影響相對較小。在提供上述葉片的基礎上，本發(fā)明還提供一種包括上述葉片的風力發(fā)電機；由于葉片具有上述技術(shù)效果，具有該葉片的風力發(fā)電機也具有相應的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明所提供風力發(fā)電機葉片一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所提供葉片一種具體實施方式
的連接部鋪層示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明的核心是提供一種用于風力發(fā)電機的葉片，該葉片的適用性和可維護性較好，可以有效降低葉片的成本。本發(fā)明的另一核心是提供一種包括上述葉片的風力發(fā)電機， 該風力發(fā)電機的性價比得到提高。為了使本技術(shù)領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。請參考圖1，圖1為本發(fā)明所提供風力發(fā)電機葉片一種具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明所提供的葉片，用于風力發(fā)電機中，包括葉根部1和葉尖部2。其中，葉根部 1與風力發(fā)電機的回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，該葉片還包括強度小于葉根部1的連接部3，該連接部3的延伸方向與葉根部1相同，其第一端與葉根部1固定連接， 第二端與葉尖部2固定連接。在正常風況下，葉根部1、連接部3和葉尖部2可以作為一個整體運行；在臺風、陣風等極端風況下，葉片在連接部3處斷開，剩余的葉根部1可以作為一個整體獨立運行。在風力發(fā)電機工作時，葉尖部2是增大載荷的主要原因，舍棄葉尖部2后的葉片長度變短，載荷降低，可以使發(fā)電機由危險工況轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩r，避免風力發(fā)電機及其它相關(guān)設備損壞，使極端風況帶來的損失大幅度減小，從而顯著提高了葉片及整機機組適應極端風況的能力。同時，對于用同一材料制作形成的葉片，強度較小的連接部3可以在生產(chǎn)時減小原材料用量，在降低葉片成本的基礎上，同時減小了葉片的質(zhì)量，進一步降低了風力發(fā)電機在正常工況下的負載。以3MW的風力發(fā)電機葉片為例，為了達到適應所有風況的要求，一個葉片的重量可以達到12噸，其生產(chǎn)、運輸、安裝及維護都是一個復雜的過程。連接部3的強度需求變小后，連接部3的質(zhì)量可以減小，使葉片整體的質(zhì)量減小，其生產(chǎn)、安裝難度也降低。同時，葉根部1上設有安裝起點5，葉尖部2斷裂后，可以重新制作新的葉尖部2， 并在安裝起點5處開始安裝，與原來的葉根部1 一起形成新的全葉片，在正常風況下正常運行。新的葉尖部2的長度明顯小于全葉片的長度，其生產(chǎn)、運輸、安裝等難度也明顯小于全葉片。這樣，極端風況的損失可以大幅度降低，葉片的維修難度和維護成本也顯著降低。需要說明的是，圖1中將方框a中的部分理解為連接部3，是為了更加直觀地說明連接部3的位置。葉片中連接部3的尺寸不應受圖1所示方框a的影響，連接部3甚至可以是圖中所示的虛線L所代表的截面，連接部3的第一端和第二端分別為截面靠近葉尖部 2的面和靠近葉根部1的面；該葉片的某個截面上強度較弱，不能承受極端工況的風力，使該截面形成葉根部1和葉尖部2之間的斷開面4。應當理解，這樣的結(jié)構(gòu)也能滿足本發(fā)明的需要，也應該在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。同時，葉片除了可以如圖1所示的分為三段，也可以分為五段，例如可以從葉根向葉尖依次為第一段、第二段、第三段、第四段和第五段，其中，第二段的強度小于第一段的強度、第四段的強度小于第二段和第三段的強度。正常工況時，葉片為一個整體，能正常運行； 當風力達到預定的級別，大于第四段所能承受的強度，第五段先斷裂；當風力更大，成為極端風況時，大于第二段所能承受的強度，第三段斷開，僅剩下第一段作為葉根部1，依然能保持風力發(fā)電機繼續(xù)運行。依次類推，本發(fā)明所提供的葉片包括但不限于三部分。
在一種具體的實施方式中，該葉片可以包括若干堆疊的復合材料層11，葉根部1 的復合材料層11的數(shù)量大于連接部3的復合材料層11的數(shù)量。利用復合材料層11制造葉片，層數(shù)越多，則厚度越厚，強度越大。葉根部1的復合材料層11的數(shù)量大于連接部3的復合材料層11的數(shù)量，使葉根部1的厚度大于連接部3的厚度，葉根部1的強度也大于連接部3的強度。遭遇臺風、陣風等極端風況時，強度較弱的連接部3會在風力作用下斷裂， 使葉片整體長度變小，降低葉片載荷。利用復合材料層11堆疊形成葉片是現(xiàn)有葉片生產(chǎn)中的常用方式，用鋪設層數(shù)多少來實現(xiàn)葉片中不同位置的不同強度，可以有效降低生產(chǎn)葉片的難度，降低葉片的生產(chǎn)成本。本發(fā)明所提供的葉片生產(chǎn)時，可以先進行氣動、結(jié)構(gòu)和模芯模具設計。根據(jù)風力發(fā)電機整機對葉片的要求，包括長度、頻率、質(zhì)量、葉尖變形和載荷等的要求，對葉片進行氣動幾何外形的設計，以滿足葉片的載荷和結(jié)構(gòu)的要求；同時對葉片進行結(jié)構(gòu)方面的鋪層設計， 以滿足葉片頻率，質(zhì)量，葉尖變形和工藝等的要求。結(jié)構(gòu)設計時，應注意連接部3的強度滿足正常風況下的載荷，但不滿足臺風、陣風等極端風況的載荷；且連接部3的強度要根據(jù)氣動外形，變形要求和載荷大小確定，由鋪層變化體現(xiàn)。連接部3的強度確定后，需進一步確定斷開面4也就是強度最小處的位置和維修時安裝起點5的位置，為重新安裝葉尖部2提供便利。請參考圖2，圖2為本發(fā)明所提供葉片一種具體實施方式
的連接部鋪層示意圖，圖中箭頭所示方向為葉片的延伸方向。在一種具體的實施方式中，連接部3中復合材料層11的數(shù)量可以隨連接部3的斷開面4向葉根部1延伸而增大，進一步地連接部3中復合材料層11的數(shù)量可以隨斷開面4 向葉尖部2逐漸增大或逐漸減小。即連接部3的厚度為一個漸變的過程，極端風況時，從強度最弱的斷開面4斷裂，保全剩余的葉根部1，減少極端風況帶來的損失。顯然，圖2僅為葉片一種具體實施方式
鋪層示意圖，包含的情況并不完整，復合材料的層數(shù)沿葉根向葉尖或葉尖向葉根任一方向逐漸變小，都能滿足本發(fā)明的要求，都應該在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。葉尖部2斷裂后，可以制造新的葉尖部2與剩下的葉根部1進行連接，形成新的全葉片。相對于長度和重量均較大的全葉片，重新制造和運輸葉尖部2可以有效降低重新安裝全葉片的運輸、制造難度，提高葉片的可維護性。顯然，新的葉尖部2的安裝面制作完成后的內(nèi)弦長應與斷開面4的外弦長一致，以保證順利安裝。進一步地，復合材料層11具體可以為玻璃布層或碳纖維層。玻璃布或碳纖維為現(xiàn)有技術(shù)中生產(chǎn)葉片的常用材料，顯然，葉片也可以用其它材料制作。在一種優(yōu)選的實施方式中，葉根部1與葉片總長度的比例在0. 6-0. 98范圍內(nèi)。葉尖部2斷裂后，葉根部1占葉片整體長度的0. 6-0. 98，這樣既可以降低葉片的載荷，保證葉片安全，又可以確保發(fā)電量不會減少太多，對電力輸送系統(tǒng)的影響相對較小。除了上述葉片，本發(fā)明還提供一種包括上述葉片的風力發(fā)電機，葉片的葉根部1 與風力發(fā)電機的回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接。工作時，風力帶動葉片移動，使回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)旋轉(zhuǎn)。該風力發(fā)電機其他各部分的結(jié)構(gòu)請參考現(xiàn)有技術(shù)，本文不再贅述。以上對本發(fā)明所提供的風力發(fā)電機及其葉片進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術(shù)領域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風力發(fā)電機的葉片，包括葉根部和葉尖部，所述葉根部與所述風力發(fā)電機的回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接，其特征在于，還包括強度小于所述葉根部且延伸方向與所述葉根部相同的連接部；該連接部的第一端與所述葉根部固定連接，第二端與所述葉尖部固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力發(fā)電機的葉片，其特征在于，包括若干堆疊的復合材料層，所述葉根部的復合材料層數(shù)大于所述連接部的復合材料層數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的風力發(fā)電機的葉片，其特征在于，所述連接部中復合材料層數(shù)隨所述連接部的斷開面向所述葉根部延伸而逐漸增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的風力發(fā)電機的葉片，其特征在于，所述連接部中復合材料層數(shù)隨所述斷開面向葉尖部逐漸增大或逐漸減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風力發(fā)電機的葉片，其特征在于，所述復合材料層具體為玻璃布層或碳纖維層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的風力發(fā)電機的葉片，其特征在于，所述葉根部與所述葉片總長度的比例在0. 6-0. 98范圍內(nèi)。
7.一種風力發(fā)電機，包括回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)，其特征在于，還包括如權(quán)利要求1至6任一項所述的葉片，所述葉片的葉根部與所述回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風力發(fā)電機及其葉片，公開的葉片包括葉根部和葉尖部，所述葉根部與所述風力發(fā)電機的回轉(zhuǎn)支撐機構(gòu)固定連接，還包括強度小于所述葉根部且延伸方向與所述葉根部相同的連接部；該連接部的第一端與所述葉根部固定連接，第二端與所述葉尖部固定連接。舍棄葉尖部后的葉片長度變短，載荷降低，可以使發(fā)電機由危險工況轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩r，避免風力發(fā)電機及其它相關(guān)設備損壞，使極端風況帶來的損失大幅度減小，從而顯著提高了葉片及整機機組適應極端風況的能力。同時，維護用的新葉尖部的生產(chǎn)、運輸、安裝等難度也明顯小于全葉片。這樣，極端風況的損失可以大幅度降低，葉片的維修難度和維護成本也顯著降低。
文檔編號F03D11/00GK102182648SQ201110117309
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者張淑麗, 徐宇, 王秋梅 申請人:保定華翼風電葉片研究開發(fā)有限公司