2MW风力机用47.5m叶片的结构设计

• 作 者: 孙久亮
• 机 构: 华北电力大学
• 出 处: 华北电力大学(保定) 华北电力大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 风能转换系统 风力机叶片 气动弹性设计 载荷计算 运行寿命

风力机叶片是风能转换系统中的核心部件，从气动外形设计、结构设计到材料设计等方面都对整机的发电效率、运行寿命、总体成本产生重大影响。　　
自2007年以来，随着国家能源产业政策的调整，风电行业发展也从快速增长阶段逐步过渡到稳步发展阶段，从产能的扩张过渡到追求整体质量的提高，从前期的进口零部件过渡到供应链的本地化，从技术依赖过渡到自主研发等等。在发展的过程中，关注质量、注重研发能力的企业呈现了稳步增长的态势，也有一批不具备研发能力的企业陆续被淘汰。　　
在引进技术或联合设计的初期，国内主要叶片制造商在叶片设计、材料选择等基础工作的研发投入相对滞后，多数完全依赖设计公司，即设计公司指定结构设计、指定原材料供应商等等，多数主要原材料依赖进口，直接导致初期材料成本居高不下。本文结合2.0MW风机叶片的开发，参照GL规范和国际电工学会标准IEC61400，从基础数据收集、设计流程优化到制造工艺等多方面进行论述。对提高叶片抗弯刚度的主要手段进行了深入研究，提出了两种替代材料的使用指导。出于成本和工艺性的考虑，重点对成本低、来源广的高模量玻璃纤维在梁帽上的应用结果进行了讨论。测试和设计结果表明，高模量玻璃纤维的弹性模量比普通玻璃纤维高出15％以上，能够明显降低叶片重量。　　
本文的载荷数据是使用GH Bladed软件进行气动外形设计和载荷计算直接输出的结果，导入WMC Focus软件进行结构设计和稳态分析，结果表明，叶片设计结果达到了预期的目标，对降低整机的能源成本能起到重要作用。　　
最后，根据国外文献，给出了主要构件的创新设计参考形式以及增强材料的不同混杂形式，从织物混杂和整体结构混杂两方面进行了初步论述。