專利名稱：兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)用新型是關(guān)于對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的改進(jìn)，尤其涉及一種葉片 長(zhǎng)度短，全長(zhǎng)度均為有效翼面，升力系數(shù)高的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
背景技術(shù)：
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)功率的最重要一個(gè)部件，不僅要平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，還 應(yīng)具有最大動(dòng)力性能，以及在較低風(fēng)速時(shí)啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，并在可能 的最小風(fēng)力強(qiáng)度下達(dá)到額定功率下的轉(zhuǎn)速，以及盡可能小的長(zhǎng)度/功率比。
現(xiàn)有兆瓦級(jí)(例如1.5兆瓦)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，為減輕重量，基本都采用樹(shù) 脂基玻璃纖維中空薄殼結(jié)構(gòu)，其翼型大都為荷蘭DU冀型、美國(guó)的NACA6和 NACA4412等翼型，葉片結(jié)構(gòu)大多為具有氣動(dòng)升力翼面和逐漸過(guò)渡成葉根部 圓筒的過(guò)渡段兩部分組成，葉片中空腔內(nèi)有玻璃鋼工字大梁作為葉片的主 要受力構(gòu)件。為使葉根部能承受葉片彎矩和轉(zhuǎn)動(dòng)離心力，葉根部大多做成 大直徑玻璃鋼圓筒(直徑約1.5 — 1.8米)，這樣由相對(duì)厚度(翼型截面高 與其弦長(zhǎng)比)較小(例如<40%)具有良好氣動(dòng)效應(yīng)的翼面，過(guò)渡到根部 一1.8米大直徑圓筒通常至少需8米左右，長(zhǎng)度約占葉片總長(zhǎng)的20%左右， 而且功率越大，此過(guò)渡段占比例也越大。按空氣動(dòng)力學(xué)理念， 一般翼面相 對(duì)厚度>38%升力效應(yīng)極小，因此此段氣動(dòng)效果極差，幾乎不產(chǎn)生升力，而 阻力則逐漸增加為圓筒阻力，可以說(shuō)基本為無(wú)效長(zhǎng)度。此過(guò)渡段不僅給葉 片增加了長(zhǎng)度，例如1. 5兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片總長(zhǎng)約為37. 5米(其中包含 幾乎無(wú)效的8米長(zhǎng)過(guò)渡段)；而且增加了葉片無(wú)效的重量、制造成本。其 次，葉片加長(zhǎng)后，不僅制造、運(yùn)輸困難，安裝難度也大，而且回轉(zhuǎn)直徑變 大，靜平衡和動(dòng)平稀精度均低，必然造成振動(dòng)加大，以及必須增大漿轂體 積，增加漿轂制造成本和重量，還會(huì)造成變漿機(jī)構(gòu)復(fù)雜、膨大。再就是， 如此之大的漿葉，過(guò)渡段部分由于處在高應(yīng)力狀態(tài)，材料必須選用高強(qiáng)度 玻璃鋼或碳纖維復(fù)合材料，不僅增加了葉片成本；而且據(jù)航空部門研究， 目前能夠承受高應(yīng)力的玻璃鋼壽命最多為十年左右，而風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)壽命為 20-25年，這樣葉片的壽命遠(yuǎn)達(dá)不到風(fēng)機(jī)壽命，增加了維修、更換的成本。 此外，糞型采用荷蘭加翼型、美國(guó)的MCA6和NACA4412等翼型，升
力系數(shù)相對(duì)較低，僅為l.l左右，這也是造成葉片長(zhǎng)度較大的又一原因。
3中國(guó)專利CN101059119公開(kāi)的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備風(fēng)輪葉片，有葉根 部部分、中間荷蘭DU系列翼型和葉尖NACA6系列層流翼型三部分組成，葉 根部分長(zhǎng)度約為36.75%，中間部分長(zhǎng)度在36.75%—77.33%，葉尖部分長(zhǎng) 度在77.33%至葉尖最尖部；其中相對(duì)厚度90.6%—44.3%長(zhǎng)度為5.33% — 16%，長(zhǎng)度17.65%—24.88%采用荷蘭DU系列翼型，相對(duì)厚度40%—30 %之間，長(zhǎng)度36.75%—55.33X采用荷蘭DU系列翼型，相對(duì)厚度25%—21 %，葉尖部分采用NACA6層流翼型，相對(duì)厚度為18%。此葉片幾乎無(wú)升 力作用、相對(duì)厚度大于40%部分至少也為總長(zhǎng)的16%-18%左右，不僅上述缺 陷仍然存在，而且三種翼型連接部位自然過(guò)渡困難，增加了制造難度。
上述葉片不足的客觀存在，仍有值得改進(jìn)的地方。 發(fā)明內(nèi)容
實(shí)用新型目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種葉片全長(zhǎng)度均 為具有升力的有效翼面，相同功率大大縮短了葉片長(zhǎng)度，制造并不復(fù)雜的 兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
實(shí)用新型的另一目的在于提供一種升力系數(shù)更高，可以迸一步縮短葉 片長(zhǎng)度的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
實(shí)用新型第一目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn) 一是葉片內(nèi)加強(qiáng)大梁由葉前、中 部的樹(shù)脂基纖維(例如玻璃鋼)過(guò)渡為葉片后部的樹(shù)脂基纖維與金屬?gòu)?fù)合 結(jié)構(gòu)，最后過(guò)渡為葉柄連接構(gòu)件，由此來(lái)承受葉片彎矩和離心力，并減小 葉根部的直徑，可以省略無(wú)升力的過(guò)渡段；二是葉片展向各翼面(從頭至 尾)都采用同一種翼型，使葉片相對(duì)厚度和弦長(zhǎng)在展向都按線性變化，整 個(gè)葉片翼面*大相對(duì)厚度不超過(guò)38%，不僅制造簡(jiǎn)單，而且整個(gè)葉片全長(zhǎng)度 都為相對(duì)厚度較小的、具有較高升力的有效氣動(dòng)形翼面(無(wú)過(guò)渡段)，既 縮短了整個(gè)葉片長(zhǎng)度，降低了葉片重量，制造、運(yùn)輸、安裝方便，又提高 了葉片動(dòng)、靜平衡的精度，減少了由于不平衡引起的振動(dòng)，并且還可以減 小槳轂及變槳機(jī)構(gòu)體積，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)實(shí)用新型目的。具體 說(shuō)，實(shí)用新型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，包括具有氣動(dòng)效應(yīng)的葉片段，其特 征在于葉片展向各截面均為同一翼型，整個(gè)葉片翼面最大相對(duì)厚度不超過(guò) 38%,葉片相對(duì)厚度和弦長(zhǎng)在展向都按線性變化；葉片內(nèi)加強(qiáng)大梁由葉片前、 中部的樹(shù)脂基纖維過(guò)渡為葉后部的樹(shù)脂基纖維與金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)。
為簡(jiǎn)化制造，實(shí)用新型一種較好為葉片自尖部起至長(zhǎng)度的70-80%處的 翼面相對(duì)厚度及弦長(zhǎng)按線性變化，后部20-30%長(zhǎng)度為等相對(duì)厚度和等弦長(zhǎng)，這樣更有利于樹(shù)脂基纖維和鋼結(jié)構(gòu)組合梁的協(xié)調(diào)和制造。
實(shí)用新型葉片內(nèi)加強(qiáng)大梁，與現(xiàn)有技術(shù)相同起對(duì)葉片加強(qiáng)作用，其截 面形狀可以有多種，其中一種優(yōu)先選擇為采用截面呈工字形或六邊形或雙 口形，具有制造簡(jiǎn)單、受力好，并更有利于大梁與葉肋的配合。葉片后部 大梁樹(shù)脂基纖維與金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)，主要是起到受力的過(guò)渡，這樣較好協(xié)調(diào) 了大梁的重量和強(qiáng)度， 一種較好為按截面外側(cè)為樹(shù)脂基纖維層，內(nèi)側(cè)為金 屬，更有利于復(fù)合大梁與樹(shù)脂基纖維葉片的貼合。此復(fù)合結(jié)構(gòu)可以在制造 樹(shù)脂基纖維大梁時(shí)，金屬件作為插件復(fù)合。此段復(fù)合結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度(伸入葉片
長(zhǎng)度)， 一種較好為伸入此段平均弦長(zhǎng)的2-3倍，此考慮同樣是從協(xié)調(diào)大梁 的重量和強(qiáng)度角度出發(fā)。
為使葉片具有較高功率效力和升力系數(shù)，實(shí)用新型葉片翼面最大相對(duì) 厚度為不超過(guò)35%。
實(shí)用新型第二目的實(shí)現(xiàn)，其改進(jìn)為葉片翼型采用fx63-137型，可以進(jìn) 一步提高葉片的升力系數(shù)，為進(jìn)一步縮短葉片長(zhǎng)度奠定基礎(chǔ)。
此外，實(shí)用新型葉片與現(xiàn)有技術(shù)葉片設(shè)計(jì)相同，由葉尖至葉根部全長(zhǎng) 度扭曲，其扭曲方式可以與現(xiàn)有技術(shù)葉片基本相同，不作特別限定。
實(shí)用新型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，由于葉片后部大梁采用樹(shù)脂基纖維 與金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)，并以此承擔(dān)葉片受力(彎矩和離心力)，因而可以不設(shè)過(guò) 渡段，使葉片全長(zhǎng)范圍內(nèi)都具有氣動(dòng)效應(yīng)，可以大大減小葉片總長(zhǎng)度，同 時(shí)也給葉片制造、運(yùn)輸、安裝都帶來(lái)極大方便，也可以簡(jiǎn)化槳轂和調(diào)槳機(jī) 構(gòu)；其次，葉片展向各截面均采用同一種翼型，并且葉片各截面相對(duì)厚度 和弦長(zhǎng)在展向都按線性變化，不僅葉片表面母線幾乎呈直線，表面修型簡(jiǎn) 單，而且內(nèi)部大梁高度也按線性變化，使大梁制造及葉片模具制造簡(jiǎn)單， 更有利于工業(yè)化批量制造，可以提高生產(chǎn)效率；再就是，葉片翼面最大相 對(duì)厚度不超過(guò)38%，特別是相對(duì)厚度不超過(guò)35%，使整個(gè)葉片全長(zhǎng)度都為升 阻比高的有效翼型，因而葉片具有較高動(dòng)力效應(yīng)；特別是采用升力系數(shù)大 的fx63-137翼型，升力系數(shù)高達(dá)1.5左右，更是提高了葉片的升力系數(shù)， 使得在同發(fā)電功率或在同樣風(fēng)速、發(fā)同樣功率電前提下還可以進(jìn)一步縮短 葉片長(zhǎng)度，例如翼型升力系數(shù)由l.l提高到1.5，提高0.36倍，則弦長(zhǎng)和 總長(zhǎng)的乘積可減少36%，使得實(shí)用新型葉片更短，例如設(shè)計(jì)計(jì)算2兆瓦葉片 長(zhǎng)度只需30米左右(l. 5兆瓦長(zhǎng)度僅為27米左右)，較現(xiàn)有技術(shù)葉片縮短了 許多。此外，未端鋼結(jié)構(gòu)大梁，還使得葉片根部尺寸大大減小，經(jīng)計(jì)算兆瓦級(jí)葉片根部直徑只需800-1000mm,根部直徑的減小，可以大大縮小變槳 機(jī)構(gòu)及槳轂，降低重量和制造難度，降低成本。特別是葉片長(zhǎng)度的大大縮 短，對(duì)于空中設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，還可以帶來(lái)一系列顯爾易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)。實(shí) 用新型兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，基本克服了現(xiàn)有兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片存 在的不足，為一種全新理念兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
以下結(jié)合兩個(gè)優(yōu)化實(shí)施范例，示例性說(shuō)明及幫助進(jìn)一步理解實(shí)用新型， 但實(shí)施范例具體細(xì)節(jié)僅是為了說(shuō)明實(shí)用新型，并不代表實(shí)用新型構(gòu)思下全 部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為對(duì)實(shí)用新型總的技術(shù)方案限定， 一些在技術(shù) 人員看來(lái)，不偏離實(shí)用新型構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，例如以具有相同或相似 技術(shù)效果的技術(shù)特征簡(jiǎn)單改變或替換，均屬實(shí)用新型保護(hù)范圍。

圖1為實(shí)用新型葉片平面示意圖。
圖2為實(shí)用新型葉片剖面示意圖。
圖3為圖1葉片A-A截面翼面示意圖。
圖4為圖1葉片B-B截面翼面示意圖。
圖5為圖1葉片C-C截面翼面示意圖。
圖6為圖1葉片D-D截面翼面示意圖。
圖7為圖1葉片E-E截面翼面示意圖。
圖8為圖1葉片F(xiàn)-F截面翼面示意圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例l:參見(jiàn)附圖，以設(shè)計(jì)2兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片為例，葉片l由玻 璃鋼制成中空薄壁結(jié)構(gòu)，葉片展向各截面均為fx63-137翼型，葉片總長(zhǎng) 30. 15米，葉尖處翼面相對(duì)厚度10%，最小弦長(zhǎng)為1. 58米，葉尖至葉片長(zhǎng)度 約80%處翼面的相對(duì)厚度為35%，最大弦長(zhǎng)為2.6米，在此區(qū)段范圍葉片各 翼面相對(duì)厚度和弦長(zhǎng)在展向都按線性變化，即翼面相對(duì)厚度由35%按線性變 化縮小為至葉尖的10%，弦長(zhǎng)由2. 6米按線性變化縮小為至葉尖的1. 58米， 后部20%長(zhǎng)度，葉片為等相對(duì)厚度和等弦長(zhǎng)。中空葉片內(nèi)前、中段有截面呈 "工"字的玻璃鋼大梁2，后部長(zhǎng)約7.8米的復(fù)合結(jié)構(gòu)大梁，外側(cè)玻璃鋼2、 內(nèi)側(cè)鋼型材3 (梁腹板為內(nèi)玻璃鋼外鋼型材)，伸出葉片末端為全鋼結(jié)構(gòu)葉 柄3 (也可以表面仍保留一薄層樹(shù)脂基纖維，可以起到防腐作用)，直徑為 800-1000mm，外端面有直徑1000或1200mm的連接法蘭。葉片扭角按現(xiàn)有 常規(guī)葉片扭向扭曲，由葉尖的-2度左右至根部+26度左右變化。葉片回轉(zhuǎn)
6中心至連接法蘭處為1. 6米左右。
實(shí)施例2:如實(shí)施例l， 1.5兆瓦葉片設(shè)計(jì)總長(zhǎng)約為27米。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在本專利構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠 從本專利公開(kāi)內(nèi)容及常識(shí)直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，或現(xiàn)有技術(shù)中常 用公知技術(shù)的替代，以及特征間的相互不同組合，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員意 識(shí)到也可采用其他方法，例如葉片基本翼型也可以采用其他翼型，例如 RAF6、 CLARK Y、 NACA-4412，只是升力系數(shù)相對(duì)較小，葉片內(nèi)大梁還可以 采用其他截面形狀，例如六邊形、雙口形、中空矩形，樹(shù)脂基纖維還可以 采用其他高強(qiáng)度纖維，例如碳纖維、玄武巖纖維等等，大梁葉柄外端連接 還可以是其他結(jié)構(gòu)，例如法蘭和/或圓柱頭，等等的非實(shí)質(zhì)性改動(dòng)，同樣可 以被應(yīng)用，不再一一舉例展開(kāi)細(xì)說(shuō)，均屬于本專利保護(hù)范圍。
實(shí)用新型中相對(duì)百分?jǐn)?shù)值，并非為數(shù)學(xué)意義上的精確值，而是一種試 驗(yàn)比較優(yōu)化恰當(dāng)值，適當(dāng)少量的波動(dòng)，也不是不可以，對(duì)效率影響是極小 的，仍然屬于實(shí)用新型范圍。
權(quán)利要求1、兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，包括具有氣動(dòng)效應(yīng)的葉片段，其特征在于葉片展向各截面均為同一翼型，整個(gè)葉片翼面最大相對(duì)厚度不超過(guò)38％，葉片相對(duì)厚度和弦長(zhǎng)在展向都按線性變化；葉片內(nèi)加強(qiáng)大梁由葉片前、中部的樹(shù)脂基纖維過(guò)渡為葉后部的樹(shù)脂基纖維與金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于葉片自尖部 起至長(zhǎng)度的70-80%處的翼面相對(duì)厚度及弦長(zhǎng)按線性變化，后部20-30%長(zhǎng)度為 等相對(duì)厚度和等弦長(zhǎng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于葉片翼型為 fx63-137翼型。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于葉 片翼面最大相對(duì)厚度不超過(guò)35%。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于葉片內(nèi)大梁 截面呈工字形或六邊形或雙口形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于樹(shù)脂基纖維 與金屬?gòu)?fù)合大梁按截面，外側(cè)為樹(shù)脂基纖維層，內(nèi)側(cè)為金屬的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于復(fù) 合結(jié)構(gòu)大梁伸入葉片長(zhǎng)度為伸入此段葉片平均弦長(zhǎng)的2-3倍。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5或6，所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于復(fù)合結(jié) 構(gòu)大梁伸入葉片長(zhǎng)度為伸入此段葉^平均弦長(zhǎng)的2-3倍。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于復(fù)合結(jié)構(gòu)大 梁外端有帶法蘭和/或圓柱頭連接柄部。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電站葉片，其特征在于復(fù)合結(jié)構(gòu) 大梁外端有帶法蘭和/或圓柱頭連接柄部。
專利摘要本實(shí)用新型是關(guān)于對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的改進(jìn)，其特征是葉片展向各截面均為同一翼型，整個(gè)葉片翼面最大相對(duì)厚度不超過(guò)38％，葉片相對(duì)厚度和弦長(zhǎng)在展向都按線性變化；葉片內(nèi)加強(qiáng)大梁由葉片前、中部的樹(shù)脂基纖維過(guò)渡為葉后部的樹(shù)脂基纖維與金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)。由于采用上述結(jié)構(gòu)，可以較大幅度縮短葉片長(zhǎng)度，既方便了制造、運(yùn)輸、安裝，還簡(jiǎn)化了其他與葉片相關(guān)機(jī)構(gòu)，基本克服了現(xiàn)有兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片存在的不足，是一種全新理念兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
文檔編號(hào)F03D11/00GK201351582SQ20092003720
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月20日
發(fā)明者陳忠良, 兵 黃 申請(qǐng)人:宜興市華泰國(guó)際集團(tuán)工業(yè)有限公司