一種帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片及其成型方法
【專利摘要】本發(fā)明一種帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其葉片根部與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連接；葉片的背風(fēng)面為吸力面，迎風(fēng)面為壓力面，鄰近所述葉片端部設(shè)有一用于改善葉尖氣動性能由避雷接閃點與融合過渡部分構(gòu)成的擾流結(jié)構(gòu)，該融合過渡部分向所述吸力面處彎曲，避雷接閃點固定在融合過渡部分的吸力面。本發(fā)明應(yīng)用仿生學(xué)概念，參考鷹等大型鳥類在高空中滑翔飛行時，翅膀尖處的羽毛向上彎曲，借鑒飛機(jī)翼梢小翼的成功應(yīng)用，設(shè)計葉尖擾流結(jié)構(gòu)，可以有效的降低誘導(dǎo)阻力，抑制葉尖渦的生成，從而有效控制葉片的氣動噪聲，改善葉片的氣動性能。
【專利說明】一種帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片及其成型方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，特別是一種帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片及其成型方法。

【背景技術(shù)】
[0002]通常的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，轉(zhuǎn)動時在其葉尖位置往往產(chǎn)生較大的誘導(dǎo)阻力，使得葉片的氣動性能下降，在葉尖附近形成的葉尖渦會導(dǎo)致葉片在運行過程中穩(wěn)定性下降，尾流效應(yīng)增強(qiáng)，并產(chǎn)生較大的氣動噪聲。
[0003]很多風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片研究機(jī)構(gòu)與生產(chǎn)廠商致力于對該葉片的形狀進(jìn)行改進(jìn)，以減小誘導(dǎo)阻力，提高葉片的氣動效率，如在葉尖采用對稱翼型降低葉尖升力；但葉尖處弦長較小，可調(diào)整空間有限，效果均不夠理想。
[0004]到目前為止，沒有發(fā)現(xiàn)可減小誘導(dǎo)阻力，提高葉片氣動效率的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片成功改進(jìn)的報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中的空缺，本發(fā)明的目的是提供一種具有允許改變?nèi)~尖附近流場減小葉尖渦以減小誘導(dǎo)阻力，提高葉片氣動效率的葉尖擾流結(jié)構(gòu)擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，即帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其葉片根部與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連接；該葉片的背風(fēng)面為吸力面(11)、迎風(fēng)面構(gòu)成一壓力面(12);吸力面(11)的周邊與壓力面(12)的周邊相接處為該葉片吸力面與壓力面的分模線；其特征在于:鄰近所述葉片端部設(shè)有一用于改善葉尖氣動性能的擾流結(jié)構(gòu)(2)。
[0008]其中:所述擾流結(jié)構(gòu)(2)由該葉片端部避雷接閃點(21)與融合過渡部分(22)構(gòu)成，該融合過渡部分(22)向所述吸力面(11)處彎曲，避雷接閃點(21)固定在吸力面(11)的融合過渡部分(22)。
[0009]該擾流結(jié)構(gòu)⑵彎曲的起點位于所述葉片尖端λ處其中λ = λ2+1Χ θ 為葉尖避雷接閃點(21)長度，長度范圍為150mm至300mm，λ 2為擾流結(jié)構(gòu)(2)曲線水平方向的投影長度；擾流結(jié)構(gòu)(2)彎曲的曲線與葉身為G2連續(xù)曲線。
[0010]所述擾流結(jié)構(gòu)(2)的彎曲曲線為一過渡曲線，該過渡曲線由距所述葉片尖端處λ處至距所述葉片尖端處處向所述吸力面(11)處彎曲；其彎曲度Q1與垂直葉身方向呈
O。?45。。
[0011]所述擾流結(jié)構(gòu)(2)的高度λ I不超過整體葉片長度的1.5%。
[0012]避雷接閃點(21)包括一體成型的前端的弧部(211)和后端的用于連接融合過渡部分的舌部(212)，舌部較弧部寬度略小，且舌部上設(shè)有與融合過渡部分末端對位連接的螺孔(213);弧部為三維曲面造型，和融合過渡部分滿足曲面的G2連續(xù)。
[0013]本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述待有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的成型方法。
[0014]本發(fā)明兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的成型方法，包括如下步驟:
[0015]I)先將外蒙皮(41)由葉根鋪放至葉尖，構(gòu)成該葉片的壓力面殼體及吸力面殼體；該外蒙皮由2?3層玻璃纖維織物和樹脂鋪覆構(gòu)成；
[0016]2)在步驟I)的外蒙皮表面鋪放主梁(43)，該主梁的彎曲度隨所述外蒙皮表面形狀設(shè)置；
[0017]3)步驟2)外蒙皮鄰近所述葉片端部設(shè)有一用于改善葉尖氣動性能的擾流結(jié)構(gòu)
(2)；
[0018]距葉尖1.0-2.0m處至距所述葉片尖端處0.3-0.7m處向所述吸力面(11)處彎曲；
其彎曲度為與垂直葉身方向呈0° -45° ；
[0019]預(yù)成型件或單軸玻璃纖維織物(主梁)從葉根位置鋪放至彎曲融合過渡部分
(22)，根據(jù)模具彎曲度隨形鋪設(shè)；
[0020]4)用2?3層玻璃纖維織物鋪設(shè)成葉片壓力面或吸力面內(nèi)蒙皮(42)，由葉根鋪放至葉尖；
[0021]5)采用常規(guī)的真空灌注法將環(huán)氧樹脂或聚酯混合物灌注至壓力面或吸力面的玻璃纖維鋪層與玻璃纖維織之間，使玻璃纖維與樹脂充分浸潤，對模具(4)加熱且固化；加熱溫度為35°C，固化時間至少6小時；
[0022]6)將另外成型的葉尖避雷接閃器(21)用螺栓固定至固化后的葉片吸力面(11)的融合過渡彎曲部分(22)上，通過螺栓(51)相連接，空隙部分涂滿高強(qiáng)度粘接膠(52)；
[0023]7)將步驟5)成型的葉片壓力面和步驟6)加裝有葉尖避雷接閃器(21)的葉片吸力面的兩部分殼體的內(nèi)蒙皮面相對放置，其周邊用高強(qiáng)度粘接膠粘接為整體葉片；粘接操作時間控制在一小時之內(nèi)；
[0024]8)經(jīng)打磨、刷漆后處理工序，成型為所述兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
[0025]上述成型方法中:所述高強(qiáng)度粘接膠為環(huán)氧粘接膠；在步驟7)粘接之前還有對該粘接面進(jìn)行清潔的步驟。
[0026]所述主梁為長條形狀,其長度為約95 % L、寬度為500至800mm,寬度在葉尖位置逐漸隨形狀變窄；該主梁由單軸玻璃纖維織物和灌注樹脂構(gòu)成；真空灌注法中的真空系統(tǒng)真空度為負(fù)一個大氣壓。
[0027]所述環(huán)氧樹脂混合物由環(huán)氧樹脂與固化劑混合而成，其混合比為3:1 ;所述聚酯混合物由聚酯樹脂與固化劑混合而成，其混合比例為50:1或100:1。
[0028]兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)，葉片的空氣動力學(xué)外形是指風(fēng)能通過此外形后被轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，可為風(fēng)力發(fā)電機(jī)提供足夠的轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明所提出的葉片結(jié)構(gòu)，具有吸力面、壓力面以及吸力面與壓力面之間的邊緣線，且包括放置在葉片尖端附近用于改善葉尖氣動性能的與葉片本身整體灌注成型的擾流結(jié)構(gòu)，通過葉尖避雷接閃點和融合過渡部分與葉身整體構(gòu)成風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。本發(fā)明帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其葉尖擾流結(jié)構(gòu)類似于葉片表面的小機(jī)翼，只要葉尖擾流結(jié)構(gòu)的曲率、安裝方向和擾流結(jié)構(gòu)高度與葉尖當(dāng)?shù)氐臍饬髌ヅ涞卯?dāng)，擾流結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生向內(nèi)的側(cè)向力，可以抑制翼尖渦，減小誘導(dǎo)阻力并減弱尾流強(qiáng)度以減小對下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的影響。
[0029]本發(fā)明應(yīng)用仿生學(xué)概念，參考鷹等大型鳥類在高空中滑翔飛行時，翅膀尖處的羽毛向上彎曲，借鑒飛機(jī)翼梢小翼的成功應(yīng)用，由葉片距離葉尖1.5m左右(正負(fù)0.5m)的位直開始彎曲，最后向背風(fēng)面彎曲0.5m(正負(fù)0.2m)長度，形成葉尖擾流結(jié)構(gòu)，葉尖擾流結(jié)構(gòu)的使用，可以有效的降低誘導(dǎo)阻力，抑制葉尖渦的生成，從而有效控制葉片的氣動噪聲，改善葉片的氣動性能。本發(fā)明具有提高機(jī)組運行穩(wěn)定性、降低氣動噪聲并減弱風(fēng)力發(fā)電機(jī)尾流強(qiáng)度的有益效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2為圖1中葉尖左視結(jié)構(gòu)的局部放大圖。
[0032]圖3為圖1葉尖局部放大圖。
[0033]圖4為葉尖擾流結(jié)構(gòu)與葉片整體成型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖5A為葉尖避雷接閃點部分結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖5B為葉尖避雷接閃點示意圖5A上(仰)視結(jié)構(gòu)圖。
[0036]圖5C為葉尖避雷接閃點示意圖5A右視結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖6為葉尖避雷接閃點和融合過渡部分裝配示意。
[0038]圖7為擾流結(jié)構(gòu)潤耗散葉尖潤不意圖。
[0039]圖8針對主機(jī)凈空要求確定擾流結(jié)構(gòu)參數(shù)。

【具體實施方式】
[0040]20世紀(jì)70年代，美國國家航空航天局(NASA)艾姆斯研究中心的R.T.惠特科姆針對飛機(jī)機(jī)翼發(fā)明了翼梢小翼(ffinglet,Whitcomb R T.A design approach andselectedwind-tunnel results at high subsonic speeds for wing-tip mounted winglets.NASATND-8260, 1976)，其作用是通過翼梢小翼來減小機(jī)翼的誘導(dǎo)阻力和減弱大型飛機(jī)的尾流以降低飛機(jī)尾跡對機(jī)場空域的影響。
[0041]本發(fā)明所設(shè)計的葉尖擾流結(jié)構(gòu)，是基于飛機(jī)翼梢小翼相同的原理，飛機(jī)翼梢小翼設(shè)計適用于0.6-0.8Ma的亞音速低速流,而本發(fā)明針對0.3Ma以下的低速流動，通過在葉尖附近位置加裝擾流結(jié)構(gòu)，增大了葉尖擾流面積以形成與葉尖渦相反的流動來減小誘導(dǎo)阻力，改善葉片的氣動性能，從而抑制葉尖渦的生成并減弱尾流效應(yīng)，也有助于降低氣動噪聲。
[0042]葉尖這種擾流結(jié)構(gòu)易于產(chǎn)生從壓力面到吸力面的小翼渦。小翼渦的引入意味著引入一個畸變的三元流場，包括主流場(來流)與葉尖渦、小翼渦流場的組合。
[0043]本發(fā)明的設(shè)計原理為:根據(jù)高等流體力學(xué)教材，當(dāng)氣流流速低于104m/s時屬于低速流動，由于葉片上下表面壓力差的作用，在低速氣流流過葉片時，風(fēng)輪所受轉(zhuǎn)矩與作用在空氣上的轉(zhuǎn)矩是一個大小相等方向相反的轉(zhuǎn)矩。反轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果導(dǎo)致空氣逆著風(fēng)輪轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)，使得風(fēng)輪尾流的空氣微粒在旋轉(zhuǎn)面的切線方向和軸向上都獲得了速度分量。葉片產(chǎn)生扭矩的同時不僅會在葉片尖部附近產(chǎn)生一定強(qiáng)度的逆時針旋轉(zhuǎn)的漩渦，而且會在葉片后緣匯合成一個漩渦面,并從整個后緣順著氣流拖出，這個渦正好在葉尖內(nèi)側(cè)卷成一個集中渦束稱之為葉尖渦；這個集中渦束是葉片產(chǎn)生升力的副產(chǎn)品，其中包含大量動能，產(chǎn)生的能量附加到葉片阻力上，這部分阻力稱為誘導(dǎo)阻力；葉尖附近是一個畸變的三元流場，包括主流場(來流)與葉尖渦、小翼渦流場的組合。擾流結(jié)構(gòu)可推遲葉片表面的氣流分離，使葉片葉尖渦束的動能和旋轉(zhuǎn)速度大為減小，起到了減小誘導(dǎo)阻力的作用。規(guī)?；L(fēng)場中處于風(fēng)場深處的一臺或多臺風(fēng)力機(jī)尾流效應(yīng)相互疊加，在擴(kuò)張的尾流區(qū)域中風(fēng)速較主流區(qū)小，使得這一區(qū)域的風(fēng)功率密度下降。但隨著尾流的進(jìn)一步發(fā)展，風(fēng)速減小的區(qū)域與下游及尾流以外的區(qū)域發(fā)生對流，尾流和自由流間存在速度梯度進(jìn)而產(chǎn)生切變湍流，有助于尾流與周邊氣流見的動量交換。近尾流區(qū)域存在明顯的葉尖及輪轂渦流，這是由于受到葉尖及輪轂的氣動力影響，這一過程還伴隨有風(fēng)輪前后流動受阻。
[0044]本發(fā)明的技術(shù)方案是通過使用與葉身一體真空灌注成型的可以產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)渦束的葉尖擾流結(jié)構(gòu)如葉尖擾流結(jié)構(gòu)等使至少在緊鄰葉尖下游區(qū)域的葉尖渦流得以垂直擴(kuò)散，減小接近漩渦中心的渦流的較大測速度分量。
[0045]具體的，本發(fā)明提供一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，在位于葉片尖端附近設(shè)計葉尖擾流結(jié)構(gòu)，用于改善葉尖氣動性能，該與葉身一體成型的擾流結(jié)構(gòu)構(gòu)成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片葉尖擾流結(jié)構(gòu)。以下結(jié)合附圖做詳細(xì)介紹。
[0046]圖1為帶葉尖擾流結(jié)構(gòu)葉片的結(jié)構(gòu)示意圖，常規(guī)葉片葉身I的背風(fēng)面為吸力面11，迎風(fēng)面為壓力面12，吸力面11與壓力面12之間邊緣為分模線，葉片的最前端為葉尖2。圖3為葉片前端側(cè)視局部放大圖，圖2顯示了葉尖2的正視圖，葉尖2由兩部分構(gòu)成，分別為以與垂直葉身方向呈0°至45° (Q1)向背風(fēng)面(吸力面11)彎曲的融合過渡部分22和安裝在該融合過渡部分前端的避雷接閃點部分21，融合過渡部分22分別與葉身I與避雷接閃點部分21滿足曲面的G2連續(xù)。
[0047]結(jié)合圖3所示，設(shè)葉片葉身I長度(指投影長度)為L(L>45m)，擾流結(jié)構(gòu)2長度(避雷接閃點部分與融合過渡部分長度，投影長度)λ為3% L(例如1.35m)左右(正負(fù)0.5m)，擾流結(jié)構(gòu)2高度(從尖部到分模線葉尖起始點切線的高度)λ i (擾流結(jié)構(gòu)2高度)不超過1.5% L(例如0.675m)左右(正負(fù)0.2m)，其中融合過渡部分22為彎曲的過渡曲線，彎曲曲線與葉身I為G2連續(xù)曲線，曲線長度(投影長度)為λ2，由距所述葉片尖端λ處向所述吸力面11處彎曲至距離所述葉片尖端入一 λ2結(jié)束，其彎曲度Q1S融合過渡部分22在該處切線與垂直葉身方向夾角，該夾角可為0°?45°，融合過渡部分22至所述葉片尖％5為避雷接閃點21 ;換種算法，設(shè)避雷接閃點部分21曲線長度為1，λ = λ 2+1 X Θ i，視葉片長度不同而不同，長度范圍為150mm至300mm，則融合過渡部分22彎曲的起點為距葉尖端部的IX Θ工處。
[0048]融合過渡部分22通過預(yù)先制作的模具4 (參見圖4)以G2連續(xù)曲線過渡，在距離葉片尖端λ處(例如1.35m)左右(正負(fù)0.5m)彎向吸力面，這樣保證過渡不會過于劇烈，其中擾流結(jié)構(gòu)2的高度λ i可通過風(fēng)力機(jī)對凈空的要求最終確定(例如0.675m±0.2m)。參見圖8所示，左側(cè)A幅為風(fēng)力機(jī)靜止時葉片的狀態(tài)，5為風(fēng)力機(jī)塔架表面，右側(cè)B幅為風(fēng)力機(jī)運行時狀態(tài)，61為葉片變形后的葉身，62為葉片變形后的融合過渡部分，63為葉片變形后的葉尖避雷接閃點。
[0049]根據(jù)GL規(guī)范，風(fēng)力機(jī)葉片的凈空要求為風(fēng)力機(jī)運行過程中葉片距離塔筒表面距離大于靜止時的30%:
[0050]d > (D+yp+LXsin) (C+T)-X ^df) X30%
[0051]因此可以得出葉片擾流結(jié)構(gòu)高度λ i應(yīng)滿足如下公式:
[0052]λ ! > D+yp+LXsin (C+T) _d + 30 % _df
[0053]其中，yp為葉片預(yù)彎量(葉尖偏離葉片軸線的距離，葉片軸線為垂直于葉根圓面的直線)，L為葉片長度，C為風(fēng)輪錐角(葉片軸線與旋轉(zhuǎn)平面間的夾角)，T為風(fēng)輪仰角(旋轉(zhuǎn)平面與垂直位置的夾角)，λ i擾流結(jié)構(gòu)高度，df葉片運行過程中葉尖產(chǎn)生的最大位移，d為凈空(葉片運行過程中葉尖距離塔架的要求最小距離)。
[0054]對于葉片預(yù)彎量yp的確定為現(xiàn)有技術(shù)，如可參照美國專利申請US 13/481，782內(nèi)容確定。該專利文獻(xiàn)公開了一種相對于同等長度直葉片，可以減小額定風(fēng)速的風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計理論及其具體設(shè)計、成型方法，其特征是使風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的掃風(fēng)直徑伸展到最大值，從而使風(fēng)力機(jī)在小于同等長度直葉片額定風(fēng)速的風(fēng)速之下就提前達(dá)到額定功率。
[0055]為確保擾流結(jié)構(gòu)2可以提供足夠的翼梢渦以抵消葉身末端的翼梢渦，融合過渡部分22的彎曲度Q1應(yīng)選取0°?45°之間，根據(jù)風(fēng)力機(jī)所在風(fēng)場的年平均風(fēng)速不同而不同，詳見下表:
[0056]

年平均風(fēng)速 Θ 1

m/sdeg

5(含5以下)$

5至 625

6至 810
8 至 10 O
[0057]在三維曲面造型過程中，曲面的G2連續(xù)是指:彎曲部分葉片表面需要達(dá)到G2連續(xù)，即各點切線一致、曲率一致。
[0058]曲率:
_ Ivl
[0059]A = - ΓΙ7:
(I'V,.-)'‘
[0060]K為曲率為融合過渡部分22與葉身I連接點的二階倒數(shù)，I'為一階倒數(shù)。
[0061]通過以上方法，確定了葉尖融合過渡部分的長度λ2、擾流結(jié)構(gòu)2的高度λ i和彎曲度Θ 10與現(xiàn)有外形的葉片相比，具有擾流結(jié)構(gòu)2的葉片1，由擾流結(jié)構(gòu)2本身在葉尖流場中產(chǎn)生升力和尾渦，它與葉尖渦距離很近，相互纏繞，這兩股渦在相遇處各自的誘導(dǎo)速度方向相反，利用擾流結(jié)構(gòu)2本身的環(huán)流來抵抗葉尖周圍的氣流流動。如圖7所示，使至少在緊鄰葉尖下游區(qū)域的葉尖渦流得以垂直擴(kuò)散，減小接近漩渦中心的渦流的較大測速度分量。這樣可以有效減小葉尖渦從而降低氣動噪聲，對氣動功率也有一定的提高。從入2處附近通過模具4已滿足G2連續(xù)的曲線逐漸過渡以Q1為與垂直葉身方向呈0°?45°的傾斜角彎向背風(fēng)面也可以很好的保證生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)。
[0062]葉片葉身I與擾流結(jié)構(gòu)2的整個形面的過渡通過特殊的模具4來控制，模具的制備同正常葉片生產(chǎn)所需模具類似，通過成熟的三維造型軟件如CATIA、Solidworks等在經(jīng)過遺傳算法迭代尋優(yōu)給定截面翼型沿葉展方向分布與翼型間過渡方式后，根據(jù)截面生成帶有擾流結(jié)構(gòu)的數(shù)字化葉片三維模型(主要是形成覆蓋整個截面翼型的三維曲面)，采用數(shù)控機(jī)床加工方式依照以上三維曲面制備出帶有與三維模型相同形面的陽模(母模)，再根據(jù)陽模通過真空灌注整體制備所需模具。
[0063]圖5A為葉尖避雷接閃點部分21結(jié)構(gòu)示意圖，圖5B為葉尖避雷接閃點主視圖5A上(仰)視結(jié)構(gòu)圖，圖5C為葉尖避雷接閃點主視圖5A右視結(jié)構(gòu)圖。擾流結(jié)構(gòu)2的避雷接閃點部分21包括一體成型的前端的弧部211和后端的用于連接融合過渡部分22的舌部212，舌部212較弧部211寬度略小，且其上還設(shè)有與融合過渡部分22末端對位連接的螺孔213。葉尖避雷接閃點21材質(zhì)為鋁，通過3D模型由銑床加工成型，3D模型在葉片外形設(shè)計過程中形成。避雷接閃點部分21的弧部211同樣為三維曲面造型，和融合過渡部分22滿足曲面的G2連續(xù)。
[0064]擾流結(jié)構(gòu)2的融合過渡部分22的生產(chǎn)工藝采用整體成型方式，模型與模具均分為壓力面與吸力面兩部分制造。參見圖4所示，將葉片葉身I的壓力面(或吸力面)模具4制作成為與融合過渡部分22同樣彎曲方式形成的形狀，作為主要承載部件的主梁43端部(圖4顯示的為右端)延伸至擾流結(jié)構(gòu)2融合過渡彎曲部分22，這一部分結(jié)構(gòu)可以通過與制造葉片葉身I主體部分相同的方式，鋪設(shè)玻璃纖維并進(jìn)行環(huán)氧樹脂真空灌注與葉身I 一體形成，這樣可以確保葉尖擾流結(jié)構(gòu)2有足夠的強(qiáng)度以承受風(fēng)載變化。
[0065]擾流結(jié)構(gòu)2的生產(chǎn)步驟為:
[0066]1、先將2?3層玻璃纖維織物分別構(gòu)成的吸力面11 (或壓力面12，圖4以吸力面為例)殼體的外蒙皮41沿模具一內(nèi)側(cè)鋪放至葉尖2 ;由于融合過渡彎曲部分22位置附近形面過渡較為復(fù)雜，在鋪放玻璃纖維織物時需確保表面，特別是置于模具中過渡部分44 (對應(yīng)于葉片的融合過渡部分22)的玻璃纖維織物無褶皺，需要輔助工裝一拖板順著纖維方向反復(fù)用力推平過渡部分44的褶皺。拖板由頭部的平板及附著在其上的拖桿組成，平板表面需固定與蒙皮相同的玻璃纖維織物。
[0067]2、將位于吸力面11葉片鋪層中間位置的主梁43預(yù)成型件或單軸玻璃纖維織物(主梁主要由單軸玻璃纖維織物和灌注樹脂構(gòu)成，為長條狀，其長度為約95% L、寬度為500至800_ ;是葉片中的主要承載部件)從葉根主梁起始位置沿模具底面鋪放至融合過渡彎曲部分22部分，根據(jù)模具彎曲度隨形鋪設(shè)(距葉尖1.0-2.0m處至距所述葉片尖端處
0.3-0.7m處向吸力面彎曲)，保證主梁彎曲部分46與外蒙皮過渡部分44貼合良好；
[0068]3、將2?3層玻璃纖維織物構(gòu)成的吸力面11葉片殼體內(nèi)蒙皮42沿模具另一內(nèi)側(cè)鋪放至融合過渡彎曲部分22，推平內(nèi)蒙皮過渡部分45的褶皺；
[0069]4、采用與常規(guī)葉片生產(chǎn)方法一致的真空灌注法(保持真空系統(tǒng)真空度為負(fù)一個大氣壓)將環(huán)氧樹脂或聚酯混合物(環(huán)氧樹脂混合物中環(huán)氧樹脂與固化劑比例為3:1，聚酯混合物中聚酯與固化劑比例為50:1或100:1)灌注至吸力面已預(yù)鋪的內(nèi)蒙皮、外蒙皮與主梁之間，使內(nèi)蒙皮42、外蒙皮41和主梁與樹脂充分浸潤；對模具4加熱至35°C，使蒙皮固化，固化時間大于6小時，從模具4中取出固化物得到葉片吸力面11 ；
[0070]固化后將葉尖避雷接閃器21用螺栓固定至葉片吸力面11的融合過渡彎曲部分22上；圖6顯示了葉尖避雷接閃點21裝配示意，將葉尖避雷接閃點21放置于固化后的P面蒙皮過渡部分22末端，通過螺栓51相連接，空隙部分涂滿高強(qiáng)度粘接膠52。在連接過程中，保證葉尖避雷接閃點21與融合過渡部分22外形過渡平緩。
[0071]5、用同樣的方法得到葉片壓力面12。將固化后的壓力面和吸力面兩部分殼體的內(nèi)蒙皮面相對放置(粘接之前應(yīng)對粘接面進(jìn)行清潔)，其周邊用高強(qiáng)度環(huán)氧粘接膠(如漢森、陶氏等)粘接在一起成為整體葉片，粘接操作時間控制在一小時之內(nèi)；
[0072]6、對粘接成型后的帶有擾流結(jié)構(gòu)2的葉片I進(jìn)行打磨和刷漆等后處理成型為所述兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，保證葉尖避雷接閃點21在葉片運行過程中形狀穩(wěn)定、性能優(yōu)越。
[0073]本發(fā)明具有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片工作時，參見圖7所示的擾流結(jié)構(gòu)渦耗散葉尖渦，可以看到，在葉尖附近產(chǎn)生的大的渦系與擾流結(jié)構(gòu)附近產(chǎn)生相對較小的渦系在相遇時，方向相反，此處渦強(qiáng)度減弱。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有葉尖擾流結(jié)構(gòu)的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其葉片根部與風(fēng)力發(fā)電機(jī)相連接；該葉片的背風(fēng)面為吸力面(11)、迎風(fēng)面構(gòu)成一壓力面(12);吸力面(11)的周邊與壓力面(12)的周邊相接處為該葉片吸力面與壓力面的分模線；其特征在于:鄰近所述葉片端部設(shè)有一用于改善葉尖氣動性能的擾流結(jié)構(gòu)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于:所述擾流結(jié)構(gòu)(2)由該葉片端部避雷接閃點(21)與融合過渡部分(22)構(gòu)成，該融合過渡部分(22)向所述吸力面(11)處彎曲，避雷接閃點(21)固定在吸力面(11)的融合過渡部分(22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于:該擾流結(jié)構(gòu)(2)彎曲的起點位于所述葉片尖端λ處其中λ = λ2+1Χ ΘΠ1為葉尖避雷接閃點(21)長度，長度范圍為150mm至300mm，λ 2為擾流結(jié)構(gòu)(2)曲線水平方向的投影長度；擾流結(jié)構(gòu)(2)彎曲的曲線與葉身為G2連續(xù)曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于:所述擾流結(jié)構(gòu)(2)的彎曲曲線為一過渡曲線，該過渡曲線由距所述葉片尖端處λ處至距所述葉片尖端處處向所述吸力面(11)處彎曲；其彎曲度Q1與垂直葉身方向呈0°?45°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于:所述擾流結(jié)構(gòu)(2)的高度λ i不超過整體葉片長度的1.5%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，其特征在于:避雷接閃點(21)包括一體成型的前端的弧部(211)和后端的用于連接融合過渡部分的舌部(212)，舌部較弧部寬度略小，且舌部上設(shè)有與融合過渡部分末端對位連接的螺孔(213);弧部為三維曲面造型，和融合過渡部分滿足曲面的G2連續(xù)。
7.—種權(quán)利要求1-6任一項所述兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的成型方法，包括如下步驟: 1)先將外蒙皮(41)由葉根鋪放至葉尖，構(gòu)成該葉片的壓力面殼體及吸力面殼體；該外蒙皮由2?3層玻璃纖維織物和樹脂鋪覆構(gòu)成； 2)在步驟I)的外蒙皮表面鋪放主梁(43)，該主梁的彎曲度隨所述外蒙皮表面形狀設(shè)置； 3)步驟2)外蒙皮鄰近所述葉片端部設(shè)有一用于改善葉尖氣動性能的擾流結(jié)構(gòu)(2); 距葉尖1.0-2.0m處至距所述葉片尖端處0.3-0.7m處向所述吸力面(11)處彎曲；其彎曲度為與垂直葉身方向呈0° -45° ； 預(yù)成型件或單軸玻璃纖維織物(主梁)從葉根位置鋪放至彎曲融合過渡部分(22)，根據(jù)模具彎曲度隨形鋪設(shè)； 4)用2?3層玻璃纖維織物鋪設(shè)成葉片壓力面或吸力面內(nèi)蒙皮(42)，由葉根鋪放至葉尖; 5)采用常規(guī)的真空灌注法將環(huán)氧樹脂或聚酯混合物灌注至壓力面或吸力面的玻璃纖維鋪層與玻璃纖維織之間，使玻璃纖維與樹脂充分浸潤，對模具(4)加熱且固化；加熱溫度為35°C，固化時間至少6小時； 6)將另外成型的葉尖避雷接閃器(21)用螺栓固定至固化后的葉片吸力面(11)的融合過渡彎曲部分(22)上，通過螺栓(51)相連接，空隙部分涂滿高強(qiáng)度粘接膠(52)； 7)將步驟5)成型的葉片壓力面和步驟6)加裝有葉尖避雷接閃器(21)的葉片吸力面的兩部分殼體的內(nèi)蒙皮面相對放置，其周邊用高強(qiáng)度粘接膠粘接為整體葉片；粘接操作時間控制在一小時之內(nèi)； 8)經(jīng)打磨、刷漆后處理工序，成型為所述兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
8.如權(quán)利要求7所述的成型方法，其特征在于:所述高強(qiáng)度粘接膠為環(huán)氧粘接膠；在步驟7)粘接之前還有對該粘接面進(jìn)行清潔的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的的成型方法，其特征在于:所述主梁為長條形狀，其長度為約95% L、寬度為500至800_，寬度在葉尖位置逐漸隨形狀變窄；該主梁由單軸玻璃纖維織物和灌注樹脂構(gòu)成；真空灌注法中的真空系統(tǒng)真空度為負(fù)一個大氣壓。
10.如權(quán)利要求9所述的成型方法，其特征在于:所述環(huán)氧樹脂混合物由環(huán)氧樹脂與固化劑混合而成，其混合比為3:1 ;所述聚酯混合物由聚酯樹脂與固化劑混合而成，其混合比例為 50:1 或 100:1。
【文檔編號】F03D11/00GK104153950SQ201410359370
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】喬玉軍, 李成良, 陳淳, 王向東, 丁惢 申請人:中材科技風(fēng)電葉片股份有限公司