[实用新型]兆瓦级风力发电机多梁结构玻璃钢空腹叶片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种兆瓦级风力发电机多梁结构玻璃钢空腹叶片及其生产方法，属于风电技术领域。

背景技术

目前，风力发电机有向大型化、巨型化发展的趋势。兆瓦级风机叶片的长度均在在38米以上，装机容量越大叶片长度越长，2.0兆瓦的风机叶片长度甚至到达了46.5米，现最长的叶片达80米。如此巨大的叶片对其自身强度、生产及运输都提出了很高的要求。

现有兆瓦级风力发电机叶片均采用玻璃钢材质，其由两片叶壳对合胶接而成，叶壳内侧各固定有一主梁，两个主梁之间通过抗剪腹板固定，叶壳之间还填充有泡沫以增加强度。

原有叶片设计是在上下壳体的主梁上粘接抗剪腹板传递叶片载荷，生产工艺复杂繁琐，制造周期长，需高性能材料制造成本高。结构设计承载面积大而抗剪腹板传递面积窄长，应力集中，为解决这个缺点，加厚了主梁，使制造成本增加。

其生产过程如下：

1.在特定的模具上制造出主梁与腹板。

2.分别在叶片吸力面与压力面阴模上铺设好纤维材料及PVC泡沫并将预置好的叶片主梁放置在确定位置上，分别通过真空一次导流制造出叶片的吸力面与压力面壳体。

3.在吸力面壳体内侧确定位置上粘接好抗剪腹板，预固化一段时间后在抗剪腹板另一边缘及吸力面壳体内侧前后缘确定位置打上合模胶，通过合模完成整个叶片的制造。

这种风机叶片的质量较大，从而对风机设备的要求较高，装配难度也相应增加。并且叶片的生产工艺复杂，对装配工人的技术要求高，导致叶片的生产效率低下，平均生产一个叶片需要48小时。可见，这种结构的风机叶片已经无法适应当今风机向大型化、巨型化发展的需要。

为了解决减轻叶片的质量大，曾有人提出空腹叶片的设想，但至今未能在兆瓦级风机叶片上应用，其根本原因在于空腹结构叶片的强度无法保证，尤其对于三四十米长的叶片而言，其强度根本达不到设计要求。如中国实用新型专利“大型风冷风机玻璃钢叶片”(专利号：200520016432.8)，其采用玻璃钢空腹夹层结构，整体包覆成型，在其薄壁空腹部分充填聚酯泡沫。该专利说明书中指出其叶片的旋转直径可达到12.5米，可见对于这种结构的空腹叶片而言，12.5米几乎达到了其旋转直径的极限，而且其内部依然使用聚酯泡沫进行了充填，并没做到真正意义上的空腹结构。空腹叶片在兆瓦级风机叶片上实现的难度可见一斑。

实用新型内容

本实用新型要解决技术问题是：克服现有兆瓦风机叶片质量大、生产效率低下的问题，提供一种兆瓦级风力发电机多梁结构玻璃钢空腹叶片及其生产方法。

为了解决以上技术问题，本实用新型的兆瓦级风力发电机多梁结构玻璃钢空腹叶片，包括两片叶壳、固定于叶壳内侧的主梁，其特征是：沿叶壳纵向间隔分布有若干肋，所述肋呈环形，其上下两侧面与两叶壳的内蒙皮和主梁胶接固定。

本实用新型风机叶片通过肋与主梁形成叶片的主体骨架，将原有整体受力的叶片改为小单位面积受力，增强了叶片的扭力，提高了叶片的强度，因此无需在叶片内填充泡沫，从而质量大大降低，使空腹结构在兆瓦级风机叶片上得以实施，叶片做大做长的难度显著降低，完全适应目前风电行业发展的需求。

本实用新型通过设计和调整肋的宽度与厚度，将剪切力转移至肋，根据叶片的载荷要求完全满足大型叶片的设计要求。在本空腹结构中，肋不仅充当“加强筋”的作用，提高了叶片骨架的强度；而且，肋的上下两侧面与叶壳的内蒙皮胶接固定，内蒙皮与骨架的胶接面积大大增加，胶接力远远优于传统叶片。传统叶片的内蒙皮仅与主梁粘结，为了确保粘结强度，主梁设计得较宽，因此整体重量也较大。采用本空腹结构后，主梁的宽度可以做窄，减轻了质量，降低了能耗。

进一步的，为了确保叶片抗扭性能，提高叶片骨架的稳定性，所述叶壳内还设置有两块辅抗剪腹板，各肋的左右两侧面与辅抗剪腹板胶接固定。主梁、辅抗剪腹板使肋的四个侧面均得以固定，三者合为一体，强度更好，辅抗剪腹板的设计，使叶片的力学性能进一步提高，其抗扭性能、抗剪性能优异，完全满足兆瓦级风机叶片的设计要求。

更进一步的，每片叶壳的主梁两侧分别设置有至少一根辅梁，所述辅梁的内侧面与肋粘结固定，外侧面与叶壳内蒙皮固定为一体。这样，本叶片形成了多梁结构，改变传统单梁结构叶片受力集中于单梁，采用多梁结构使叶片受力更合理，并能提高叶片的摆振刚度及叶片结构的稳定性，多梁与肋形成的网格结构使各项力学性能得到提高，整体叶片重量降低，生产制造成本减少；采用多梁结构使原大面积整体受力的形式转变为多梁与肋之间小面积承载受力，降低了对高性能材料的要求。