[发明专利]一种加长风电叶片长度的方法

说明书

技术领域

本发明属于风力发电领域，尤其涉及一种加长风电叶片长度的方法。

背景技术

风力发电机组的基本工作原理是通过风轮从风中吸收能量并利用空气动力学原理将风能转化成为转动能，然后通过发电机将转动能转化成为电能。其中风轮包含轮毂和叶片，叶片长度越长，则吸收的风能越多，机组发电量越高，但在吸收更多能量的同时产生的载荷也更大。

在大型风力发电机组技术进入中国的早期，由于技术新、风险大，风电场开发商普遍采用保守策略，选择长度相对较短的叶片。短叶片虽然发电量小，但给机组带来的载荷也小，因此机组安全得到了最大保障。随着产业的发展，我国企业对风力发电机组的运行载荷有了越来越深刻的认识，逐渐能够更加精确地计算载荷，因而在同级别风速的风电场逐渐开始选择更长的叶片，以吸收更多风能从而提高投资发电收益。

然而，已经采取保守策略而选择短叶片的风电场如果希望使用更长的叶片则需要重新采购叶片。这使得技术升级的成本过高，通常由于不具备技术升级的经济效益而无法进行。

本发明考虑在现有短叶片的基础上通过安全的结构设计、简易的叶片升级工艺、以及合理的表面处理，而以极低的成本实现了短叶片向长叶片的技术升级。这有利于以低成本方式提高现有风力发电场的年发电量，创造更大的新能源投资经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种切实可行的加长风电叶片长度的方法，该方法主要是增加现有风力发电机风轮叶片叶尖的长度提高风轮的扫风面积，进而实现提高风力发电机组的发电量；同时探索出一种结构安全、工艺简单、成本较低的叶片加长方案。

为了实现上述目的，本发明提供一种加长风力发电机风轮叶片的方法，所述加长风力发电机风轮叶片的方法主要是在已经制造出来的现有叶片尖部连接一段新叶尖进行加长(包括已经装机和未装机的叶片)，且加长长度不小于0.5米；加长后的叶片包括现有叶片的主体和新增加的叶尖段，所述新增加的叶尖段通过粘接剂等粘接来实现与原有叶片主体的连接，连接位置主要包括梁帽的连接、壳体的连接、腹板的连接和/或新腹板与现有叶片的连接。加长现有叶片的主要方法是：

首先，使用计算机辅助设计软件，通过对现有叶片和加长后叶片的结构进行分析，在最大程度的保证结构安全的前提下，得出最佳的连接结构和制造工艺；然后，将所述现有叶片通过定位工装等安装、固定在叶片支架和/或工作台上，并根据叶片加长工艺将所述现有叶片叶尖进行表面进行打磨和/或将叶尖壳体进行切割和/或截断，同时使用新叶尖模具和新叶尖腹板模具制造新叶尖壳体和腹板；再次，使用定位工装等将新叶尖壳体、新叶尖腹板定位、组装在现有叶片叶尖相应位置上，并进行后固化、表面处理、配重等工序完成叶片加长改造。

所述新增加的叶尖壳体结构与现有叶片叶尖壳体结构基本相似，都包含有上壳体、下壳体、梁帽和腹板。在进行新叶尖壳体(含梁帽)和腹板的设计、生产时要确保其形状尺寸与现有叶片连接区域保持一致，以便能够顺利的使用粘接剂等与现有叶片进行粘接连接。

在对所述已经制作出来的现有叶片加长前，可以对所述现有叶片进行如下几种方式的处理：

方式一：对现有叶片叶尖进行切割。

该种连接结构主要是通过新旧腹板的连接、新旧梁帽的连接和新旧壳体的连接来实现对所述现有叶片叶尖的加长。通过对所述现有叶片叶尖进行壳体切割和/或截断，使得所述叶片内部腹板露出，以便使用粘接剂和/或玻璃纤维进行新旧腹板的连接操作，保证加长后叶片结构的整体连续性和安全性。其中，现有叶片叶尖位置腹板露出的形式有以下三种：

其一，在现有叶片腹板结束位置附近，将除腹板外的部分切除；

其二，在现有叶片腹板结束位置附近，将除腹板外的部分切除后，将伸出叶片壳体的腹板截短，保留部分伸出的腹板；

其三，直接将包括腹板在内的叶尖部分切割掉。

方式二：仅对现有叶片叶尖位置外表面进行打磨处理，不进行切割和/或截断。

该种连接结构主要是通过新旧梁帽的连接、新旧壳体的连接和新腹板与现有叶片叶尖的连接来实现对所述现有叶片叶尖的加长。该种操作方法使得对所述现有叶片叶尖加长的工艺方案变得极为简单，操作简便易行，成本低廉。

通过对所述现有叶片和所述加长后的叶片进行有限元分析，能够最大程度上的保证加长后叶片结构的安全性；采用叶尖位置加长的方案，能够最大程度上的保证叶片的气动性能、保证现有叶片在重量增加相对较少的情况下最大程度的加长叶片，并且改造加长工艺简便易行、成本较低。通过增加风力发电机组风轮扫风面积，使得改造后同一机组年发电量增加5％左右。