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【文字實(shí)錄】WINDnovation:多兆瓦級(jí)風(fēng)電葉片的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)和解決方案

2015-04-21 來(lái)源:中國(guó)風(fēng)電材料設(shè)備網(wǎng)(獨(dú)家) 瀏覽數(shù):2125

    
    這邊是24.5米的葉片,它的轉(zhuǎn)子荷載是375瓦每平米,看起來(lái)是常見的數(shù)據(jù),但是10年后一級(jí)的葉片荷載和它差不多,這樣才能夠更好的利用葉片的長(zhǎng)度。這是09年44米的3兆瓦葉片,可以看到它的荷載也得到了增加,這是三級(jí)的葉片,正如我之前所介紹的,它比之前的更長(zhǎng),而最近是55.2米的葉片,在中國(guó)也進(jìn)行了生產(chǎn),我們可以發(fā)現(xiàn)它的荷載并不是很高。形狀在過(guò)去幾年中發(fā)生了很大的變化,這對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)意味著什么呢?你可以想象一下氣動(dòng)的外形、結(jié)構(gòu)材料都需要考慮,我們發(fā)現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的葉片在開始的時(shí)候失速非常近,所以很難控制因?yàn)槭俚牧Χ确浅P?,意味著在設(shè)計(jì)階段就要考慮到葉片的設(shè)計(jì),才能正常運(yùn)轉(zhuǎn),并且在前緣后緣位置固有的位置非常小。
    從CUV中我們知道葉片很細(xì)長(zhǎng),它會(huì)受到氣動(dòng)的力,目前為止我們還沒(méi)有觸及到這個(gè)限值,目前我們都是進(jìn)行仔細(xì)的計(jì)算。這是氣動(dòng)方面的設(shè)計(jì),我們希望能夠和風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)商一起進(jìn)行葉片的設(shè)計(jì),你會(huì)看到我們首先聽取客戶的要求,包括風(fēng)級(jí),輪轂的連接,額定功率,設(shè)計(jì)原理等等,我們會(huì)檢查葉片的形狀,還有能量廠,還有負(fù)載操作,氣動(dòng)的性能,看看客戶的要求是不是可以滿足,再看一下復(fù)合結(jié)構(gòu)的評(píng)估能不能滿足客戶的需求。
    到目前為止?jié){液是正昌(音譯),這是滑翔機(jī)正昌的現(xiàn)象,你可以看到風(fēng)的情況。大家可以想像,葉片如果這樣正昌的話,可能幾個(gè)小時(shí)之內(nèi)葉片就會(huì)斷裂,所以我們必須要避免正昌的斷裂,這只測(cè)試的飛行,我們故意造成這種正昌,不然對(duì)飛行員是很大挑戰(zhàn)。我們還會(huì)進(jìn)行機(jī)翼的分析,我們進(jìn)行了比較,這些工具都不可能是100%完好的,所以我們采用了最先進(jìn)的葉片軟件,我們采用的是75的葉片,我們會(huì)模擬正昌,看看葉片的影響,比較所有的結(jié)果,我們會(huì)用EPU軟件,比較軟件分析的結(jié)果。
    大家可以想象葉片的外觀都挺好的,但是因?yàn)槿~片很細(xì)長(zhǎng),內(nèi)部空間非常小,沒(méi)有辦法放下葉片的結(jié)構(gòu),如果葉片很細(xì)長(zhǎng)的話,它承載的結(jié)構(gòu),使用的材料就越來(lái)越小,所以你必須要考慮一下它的形狀,有些時(shí)候你要實(shí)現(xiàn)這樣的形狀,或者是實(shí)現(xiàn)特定的結(jié)構(gòu)可能只能夠犧牲性能。同時(shí)葉片如果細(xì)長(zhǎng)的話,如果要放在現(xiàn)在的機(jī)器讓,它葉尖到塔筒的距離非常長(zhǎng),所以我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候必須要靈活,你會(huì)看到77米的葉片是6兆瓦的風(fēng)機(jī)。
    對(duì)于結(jié)構(gòu)的方面,過(guò)去幾年我們的分析工具有極大的提升,一開始情況很難,現(xiàn)在可以分析每層的鋪層,各個(gè)方向的鋪層,我們會(huì)和認(rèn)證的機(jī)構(gòu)合作,你會(huì)看到承載的葉量,比如這邊你就可以看到有一些參數(shù)已經(jīng)被超越了,所以我們必須要修正這個(gè)參數(shù),這樣才使這個(gè)參數(shù)降低到1,不然沒(méi)有辦法獲得設(shè)計(jì)的認(rèn)證。所以我們積累了大量的經(jīng)驗(yàn),因?yàn)槲覀儽仨殞?shí)現(xiàn)輕量化的葉片,所以我們只能夠不夠提升,調(diào)整我們的參數(shù),你會(huì)看到輕量化的趨勢(shì)。
    這里顯示了質(zhì)量負(fù)荷的關(guān)系,你會(huì)看到對(duì)于小型的葉片來(lái)說(shuō),你會(huì)看到它質(zhì)量的負(fù)荷和極致負(fù)荷之間的比,這個(gè)之間的關(guān)系是線型的關(guān)系,葉片質(zhì)量越輕,負(fù)荷就會(huì)越,其他風(fēng)機(jī)的部件也會(huì)越輕,所以輕量化應(yīng)該是大型葉片設(shè)計(jì)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)因素。
    我們今天早上聽到很多材料的介紹,也聽到設(shè)計(jì)師對(duì)材料方面的介紹,我覺(jué)得主要的材料還是纖維機(jī)體,還有新材,其他就不是那么重要了,直到2000年之前,我們主要有兩種材料:一種是低色散的材料,還有正負(fù)45度的纖維。當(dāng)時(shí)我們漿液主要是采用這兩種,但是現(xiàn)在你會(huì)看到我們的機(jī)器更加復(fù)雜,每一種材料都可以根據(jù)負(fù)荷的要求來(lái)進(jìn)行使用。我們可以根據(jù)它的位置來(lái)使用不同的材料,這就需要非常復(fù)雜的供應(yīng)鏈,在我們?cè)O(shè)計(jì)當(dāng)中,我們現(xiàn)在采用20種標(biāo)準(zhǔn)的材料,其中5種是特殊的設(shè)計(jì),我們會(huì)根據(jù)材料的選擇,可以根據(jù)要求來(lái)調(diào)整材料。
  附件:Multi Mega Watt Wind Power Blades Design Challenges and Solutions

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