风力发电机叶片的维护分解

酒泉职业技术学院

毕业设计（论文）

11 级风能与动力技术专业

题目：风力机叶片的故障分析及维护

毕业时间：二O一四年六月

学生姓名：王立伟

指导教师：甄亮

班级：风能与动力技术（1）班

2013年11月2日

酒泉职业技术学院届各专业毕业论文（设计）成绩评定表

目录

摘要 (3)

一、风机叶片简介 (3)

二、维护叶片的目的 (3)

三、叶片产生问题的原因及故障分析 (4)

（一）叶片产生问题的原因类型 (4)

(二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 (9)

四、叶片的维护 (13)

（一）叶片裂纹维护 (13)

(二)叶片砂眼形成与维护 (13)

(三)叶尖的维护 (13)

总结 (14)

参考文献 (15)

致谢 (16)

风力机叶片的故障分析及维护

摘要：叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又恰恰是工作在高空、全天候条件下，经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。。

关键词：叶片；故障分析；维护

一、风机叶片简介

风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。设计难点包括叶型的空气动力学设计、强度、疲劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构,其重量的90%以上由复合材料组成,每台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。

二、维护叶片的目的

风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片, 春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。根据对风电场的调查和有关数据分析，并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有

了更深刻的了解。我认为，建立良好的叶片正常维护制度是保证风电场效益的基础，以少量的投入避免巨大的损失、换取最佳经济效益的最好方式。

三、叶片产生问题的原因及故障分析

（一）叶片产生问题的原因类型

我们将从四个方面讨论叶片产生问题的主要原因：即设计不完善、生产缺陷、自然原因和运行不当。

1.设计方面的原因

(1)管理层要求降低成本的压力

生产厂家管理层片面追求利润，设计部门经常会受到来自管理层的压力，要求他们设计成本低廉的部件，以便使企业有更大的利润空间。面对来自管理层的压力，设计部门有时不得不做出妥协，比如，减小叶片的叶根直径的方式来减少轮毂和叶片的成本，但是叶根尺寸减小后会导致叶片强度不够，再例如选择质量不佳但价格便宜的原材料，这往往导致叶片出现致命的缺陷。

(2)未经设计者批准就改变生产工艺

在叶片生产加工过程中，有时候生产部门未经设计部门批准就私自修改工艺，这样会破坏叶片的整体性能。

(3)生产部门和设计部门缺乏沟通

有时，设计部门的某项设计旨在降低叶片的成本、重量或为了开发一种新产品，他们将这些设计构想寄希望于生产部门，但实际上这些设计在工艺上是很难保证的，如果设计部门和生产者之间缺乏必要的沟通，缺乏团队精神，产品就会出现问题。

(4)极限设计

叶片的设计要考虑到机组其他部件的要求与配合，例如，塔架与叶片的间距通常是设计叶片强度需要考虑的一个原因，主轴和轴承的尺寸也会对叶片的重量提出要求，如果这些参数考虑不周就会使叶片设计到达极限值。

(5)安全余量降低

在叶片设计的任何一个阶段中，实际运行载荷和静态载荷总是很难准确预测，设计不当就会降低运行载荷的安全余量，这样设计参数生产出来的产品因为降低安全余量很容易损毁。

2.生产

(1)使用不合格的材料

为降低成本，生产厂家会寻求更便宜的胶衣、树脂或纤维，如果这些材料不符合叶片的设计要求，这会导致叶片很快失效。

(2)不严格的质量控制

生产过程中缺乏质量控制是导致叶片出现问题的主要原因之一。在生产过程中必须在关键环节设置质量检验点，只有通过了该工序的质量检验，生产加工才能继续。如果忽略了或者不存在这些检验点，生产工艺很难保证，就会存在质量问题。生产过程的质量检验和出厂产品的测试检验是质量控制体系的一个重要组成部分，生产厂家要保证对产品质量的持续改进，避免把有缺陷的叶片发给客户。例如，2008年3月苏司兰公司将要花费0.25亿美元修复在美国发现的出现裂纹的叶片，修复工作将超过6个月。

(3)擅自修改生产工艺

生产者决定改变工艺时，必须按正常程序得到设计部门的批准，并得到质量验证，擅自修改工艺会导致产品质量不合格。

(4)生产工艺过于复杂很难产生质量一致的产品

如果生产工艺过于复杂，很难批量生产出质量一致的产品。

3.自然原因

(1)雷击

遭受雷击是叶片毁坏的主要原因之一。如果避雷系统工作不正常，当雷击击中一个叶片时，电流将会直接传递给发电机。如果叶片有砂眼下雨时就会积水，在受到雷击的时候这些水分会瞬间蒸发，产生的蒸汽压力会使叶片爆炸或裂开，这对机组来说是灾难性的、致命的。我们虽然无法控制雷击这种自然现象，但是如果经常检查叶片防雷系统，修复有问题的避雷系统，将叶尖的排水孔里的杂质清理干净，就能最大限度的保护叶片，减少叶片遭受雷击。

(2)冰

叶片上的积冰非常危险，最好的办法是把风力机上的冰都除去。冰减少了翼型的效率，使叶轮失去平衡。在极端结冰条件下，风力机经常被迫关掉。

(3)空气中的颗粒

由于叶片转动，它不可避免会与空气中的颗粒产生摩擦和撞击。在许多情况下,叶片的叶尖速度超过70m/s，在这个速度下，空气中的颗粒会导致前缘磨损，前缘粘合会因此开裂。即使不是结构性损坏，前缘磨损也会造成很大的发电损失。

(4)高速风、剪切风、恶劣气候

通常随着风速增加，叶片顺桨，当风速超过额定值时，叶片顺桨直至机组完全停止。强的剪切风或大的阵风可以将叶片载荷超过其设计载荷，即使叶片处在静态状态，也会损坏叶片。暴雨、雷电、暴风雪、冰雹、飓风、寒潮等恶劣气候都可能会给叶片造成损坏。

(5)疲劳寿命

如果生产的叶片疲劳寿命实验值达到了其设计要求，说明叶片抗疲劳性能良好，这是叶片很关键的一个技术指标。

4.运行和维护不当

(1)漏油

因为油渗漏后会穿透叶片层板，引起叶片分离。叶片内部缝隙需要清洁控制。叶片外层的油渗漏能造成污垢，降低其运行效果。

(2)裂缝

目测叶片裂缝，这是最容易的一种检查叶片有问题的方法。所有的裂缝应及时报告，以保证它在变成大问题前及时修复。由于裂缝会生长，随着时间的延长，修补起来会比较贵。裂缝会使水进入叶片，在冰融气候中引起叶片损坏。

(3)污垢

当翼型变脏后，其性能受到影响。就象一辆汽车的挡风板，叶片也会很快地聚集污垢和虫子。失速调桨风力机在高风速下失速以保护风力机。这些翼型对前缘上的污垢或虫子很敏感，它们会使叶片提前失速。

一个变脏的失速定浆翼型可能会损失20%效率，因此保持干净很重要。在一些地区，每几个星期对叶片进行清洁是很经济的。变桨风力机翼型可避免失速，它和失速定桨叶片不同，不受污垢影响。

(4)前缘腐蚀

在世界上一些地方，前缘腐蚀是一个严重的问题，而其它地方可能根本不是一个问题。如果你发现前缘腐蚀在你的地区是一个问题时，我们建议使用前缘保护带，它用于叶片前缘。这些带子非常耐用，可以防止腐蚀。

(5)超额定功率运行

许多风机操作者操作风机，让机组在超高风速下运转，这样做短时间带来很大的好处是产生的功率大幅增加，但是导致的结果是机组超功率运行，叶片开始出现早期失效。

(6)失控

失控使风力机不能停下来。它可能是由于制动或变桨系统出错造成。也可能是控制器或操作误差引起。这是很危险的情况，因为叶片产生的功率随着转速增加继续上升。如果发电机不在线，没有载荷可阻止每分钟转速上升。当转速增加，就会产生几种情况。叶片可能回弹，撞到塔架，或者因为离心力增加，引起叶片飞散。如果这种情况发生，叶轮会失控甩出去，风力机可能摇晃脱离塔架。因为没有一个系统是被设计用来对付极限超速，所以塔架或地基可能倒塌，掀翻整个风力机。不要靠近一个失控的风力机，因为它的某些部件可能被甩出几百英尺远。由于现代风力机高度很高，倒塌时它要超过一个足球场大小。

(7)叶片平衡

叶片必须平衡，使它们不会对风力机其余部分或塔架造成过载。就象汽车的轮子，如果叶片不平衡，旋转叶片会引起载荷反复摆动。

(8)静载荷力矩

这是叶片被吊着叶根时的重量。每次轮毂旋转180度，该重量反向。反向的载荷造成许多损坏，如果叶片设计或制造有误，它就会在叶根附近断裂，因为根端所受载荷最大。当叶片越来越长时，它就成为一个关键的设计载荷。

(9)叶片震动缺陷

当叶片越来越大时，风力机就更昂贵，要使用更多的安全装置。叶片震动可以用加速计测出。控制仪能改变叶片的节矩、风力机速度或其它参数以减小不需要的震动。如果你的风力机在这点上有错，它就会变成一个严重的事故。叶片震动缺陷通常需要专门的探测工具，大多数现场技术人员不具备。我们建议用一名风力机工程师收集和分析数据，以找出原因。

(10)共振频率

当一个物体的震动固有频率与风力机转动速度相匹配时，就产生共振频率。设计叶片时，其固有频率必须和叶轮每分钟转动的频率和塔架摇摆频率不同。否则，正常的叶片跳动在叶片和风力机其它部件共振时被放大，在叶片结构上引起极限载荷。由于叶片形状象翅膀，它们在拍动方向，以边缘间不同频率震动。

当叶片装在变速风力机上，这些频率都需被理解，同时共振问题更加复杂。在叶片制造中大的修补或偏离设计会改变叶片重量，也改变共振频率。这就是为什么风力机可能装有一个叶片振动传感器，如果叶片运作接近任何固有频率，它能使风力机产生故障。

(11)叶片到塔架的间距

在现代风力机设计中，这是一个重要的设计考虑。因为大多数风力机是迎风的，它们往往会向后弯向塔架。

叶尖和塔架的间距受到以下因素影响：叶片刚度、叶轮转速、风速、叶片塔架距离、机舱罩倾斜、偏航轴溢出和塔架的形状。随着时间延长，偏航轴磨损和叶片老化可能降低叶片和塔架的间距。如果一个叶片撞到了塔架，对叶片是一个灾难性事件，它会损坏整个风机和塔架

(12)叶片涂饰

好的叶片涂饰是比较贵的。因为叶片也很贵，所以我们建议在修补后采用好的涂饰。不要使用辊筒或刷子来进行涂饰。一些涂饰工作会使你不能产能，如在叶片前缘上胶衣中的刷痕。除非气动工程师把这些刷痕并入翼型中，否则它们不应该存在。你可能要花时间把它们从新叶片上打磨掉。

(13)可展开的叶尖

这些可移动的叶尖用作刹车装置，防止产生失控。它们用在定桨风力机上。拥有可展开叶尖的叶片需要叶尖维护。针对裂缝和磨损部件，要检查所有的机构。大多数带叶尖的大叶片用电缆连接叶尖至叶根处的激励机构。这些地方的问题涉及叶尖锁断裂、电缆断裂。叶片可以在没有叶尖锁的情况下起作用。但因为叶尖将展开，所以电缆断了，叶片就不起作用了。

在我看来，有必要问是否所有的叶片应有可展开的叶尖，作为一个最后的安全措施以防止出现失控。在独立桨叶片的风力机上已出现过失控。

(14)防止叶片损坏

在搬运叶片时，适当保护翼型的薄弱之处很重要。我们经常会看到在搬运叶片时不小心，造成后缘损坏。在用皮带捆扎起来进行搬运前，我们用一个的护套来保护后缘。

(15)叶距刻痕

这些刻痕通常在叶片外面。对于小叶片这没什么，但对于大叶片，叶距刻痕应放在叶片内外面。如果变桨错了，哪怕是半度，其运行状况也会显著改变。

(16)叶片标识

我们建议用较大的标识标记叶片，这样从地面或用摄像机就能比较容易地辨别每片叶片，使叶片跟踪不成问题。

(17)缺少预防性维护

这是本文要讨论的主要问题。对叶片的周期性、预防性维护对保证风电机组正常运行起到了关键作用，花少些的时间和费用及时维护，或对发现的初期问题苗头进行维修，可以避免日后高额的维修费用、减少停机造成的经济损失。

(二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法

1.常见的叶片损毁类型

(1)前缘腐蚀

前缘腐蚀导致翼型变化。由于翼型发生形变，叶片捕捉的能量就会减少5%以上，前缘损坏在早期容易修补。

图1叶片前缘腐蚀

(2)前缘开裂

如果发现叶片前缘开裂，要尽快修补。如果不及时修补，开裂越变越长，在空气作用下，蒙皮就会出现脱开、开裂。如果叶片蒙皮开裂6英尺以下时还可以勉强修补，如果开裂再多就不得不更换整个叶片了，这意味着高额的材料、维修费用和较长时间的发电损失。

图2前缘开裂

(3)后缘损坏

后缘损坏在早期容易处理，如果置之不理，听任发展，轻微的后缘损坏就会导致大问题。从下面的照片中可以看见，裂缝沿着叶片弦向裂开，直通到梁，然后沿着梁撕裂，这个叶片已经接近灾难性失效了。

图3后缘损坏

(4)叶根断裂

叶根断裂必须尽早发现，因为叶根断裂经常引发灾难性失效。照片中这个叶片的叶根裂缝已经扩大，很难修补。

图4叶根断裂

(5)表面裂缝

即使很小的裂缝、砂眼也会使水渗入复合材料，严冬时水会结冰导致内芯快速损坏。小的裂缝会蔓延生长，最终导致叶片失效。

图5表面裂缝

(6)雷击损坏

避雷系统损坏会导致叶片遭受雷击。如果导雷器损坏或工作不正常，在雷电交加的

时候叶片很容易被击中损坏。已经有证据显示，雷电会多次击中某个风电场中的某台机组，而风电场中其它的机组却从来不遭雷击，这是因为这台机组的横向裂纹引发雷击，因此发现裂纹或避雷系统有故障及时维修十分重要。

图6雷击损坏

2.判断叶片受损方法

通过看，听和感觉，可找出叶片缺陷。一个好的技术人员会听风力机和叶片的声音。一个旋转的叶片所发出的声音如果有任何变化，比如有一个叶片突然开始哨叫，那就意味着叶片中某些部分发生了变化。如果你再一次注意到你的风力机会向四周摇摆，而这种情况以前从未发生过，那可能叶片中的一些部分发生改变。我们建议使用一副好的双筒望远镜定期扫描检查叶片蒙皮。也可以使用摄像机摄录下对叶片蒙皮的扫描，用于以后的评估，并放大怀疑的区域。但我们建议由同一个人来扫描检查蒙皮或记录，这样使微小的变化也可被看到。不熟练的人可能看不到这些微小变化。

(1)从声音辨别叶片受损技巧

一般柔性叶片运行两年后、刚性叶片运行三年后如果叶片叶尖处未出现砂眼、软胎、开裂、叶尖磨平现象，三支叶片运转时声音是一致的，叶片转动至地面角度时，所发出的是刷刷声音，如果出现呼呼之声和哨声，证明有单支叶片已经出现受损现象，需要停车检查叶尖部位和整体叶片的迎风角面（叶脊），观察叶刃至上而下是否有横纹现象。总之三支叶片同时出现隐患的几率极低，从运转声音上，最易判断事故隐患。

(2)风机叶片目测技巧

叶片运行二至三年后，如遇雨后，从叶片迎风面（叶脊）可看出风机叶片受损情况。如果叶片迎风面雨后还显黑色，证明叶片已经出现砂眼，因为外界小生物被叶片打到后，只是附着在叶脊上；如果叶脊没有砂眼、麻面，附着物及污物完全可以被冲刷掉（盐雾、漏油除外），叶片迎风面颜色越重，证明叶片受损越严重。

四、叶片的维护

（一）叶片裂纹维护

叶片表面的裂纹一般在风力发电机组运行2-3年后就会出现。裂纹是由低温和机组自振所引起的。如果裂纹出现在距叶片根部的8-15米处，风力发电机的每次自振、停车都会是裂纹加深加长。裂纹在扩张的同时，空气中的污垢、风沙乘虚而入，是的裂纹加深加宽。裂纹严重威胁着叶片的安全，可导致叶片的开裂，横向的裂纹可导致叶片断裂。

如果出现横向裂纹，必须采用拉锁加固复原法。拉锁加固复原发是指，采用专用的拉筋粘合，修复回原有的叶片平面。

(二)叶片砂眼形成与维护

风机叶片出现砂眼是由于叶片没有了保护层所引起的。叶片的胶衣层破损后，被风沙抽磨的叶片首先出现的麻面其实是细小的砂眼，如果叶片有坚硬的胶衣保护，沙粒吹打到叶面时可以抵挡也能转移风沙的冲击力，就象风沙分别打到钢板和木版上，所出现砂眼的状态肯定是截然不同。砂眼对风机叶片最大的影响是运转时阻力增加转速降低，砂眼生成后它的演变的速度是惊人的。1.5毫米直径的砂眼二年后清洗已变成深度5毫米直径达10-12毫米，如果此时是雨季，砂眼内存水，麻面处湿度增加，风机避雷指数就会降低。针对砂眼的修复，以往国内采用的是抹压法，此种方法对于小砂眼和麻面是有效的，但对于较深的砂眼，在抹压的同时砂眼内污垢和空气气泡无法排出，存在着治标不治本的现象。采用注射法治理修复叶片砂眼，无论深度多少的砂眼都是从内向外堵，使内结面积增大饱和无气隔。做到表里如一，坚硬耐冲击。

(三)叶尖的维护

风机的许多功能是靠叶尖的变换来完成的。叶尖是整体叶片的易损部位，风机运转时叶尖的抽磨力大于其它部位，整体叶片中它又是最薄弱的部位。叶尖是由双片合压组

成，叶尖的最边缘是由胶衣树脂粘合为一体，叶尖的最边缘近4厘米的材质是实心。目的是增加叶尖的耐磨度和两片之间的亲和力。由于叶尖内空腔面积较小，风沙吹打时没有弹性，所以也是叶片中磨损最快的部位。通过施工标记试验证明，叶尖每年都有0.5厘米左右的缩短磨损。叶片的易开裂周期是风机运转四至五年后，原因就是叶片边缘的固体材料磨损严重，双片组合的叶尖保护能力、固合能力下降，使双片粘合处缝隙暴露于风沙中。解决风机叶片开裂的问题，就是风机运转几年后做一次叶尖的加长、加厚保护。与原有叶片所磨损的重量基本吻合，不会对叶片的配重比产生任何影响，修复后的叶尖至少三年后磨回原有叶面，对阻止叶尖开裂现象的发生起到决定性作用。

总结

本文对风力发电机组叶片的故障分析及维护做了详细的过程，风轮叶片作为风电机组的一个部件，与其它零件一样需要关注。维持叶片情况良好的方式是检查和观察早期问题。如果定期修复这些问题，可以避免更大、高额费用的修补。如果对小的问题不理不睬，就会发展成越来越大损毁。这不仅造成修补费用更加昂贵，而且这种损坏通常在有风季节出现，由此影响发电收入。

若有合理的维护，是我们希望看到的，也是我们不懈的追求。

参考文献:

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[13] 钱坤，谢寿生等.自适应控制在变速风力发电系统中的应用[[J].控制工程，2004.

致谢

在大学即将毕业之际，很幸运能遇到治学严谨、博闻强识的指导教师。本次毕业设计历时一个多月，从选题、开题报告、软件设计到完成说明书，其间每一过程都得到任老师的悉心指导。每次见面老师都会了解我们的设计情况，力求让我在正确的方向上学到最多的知识，高效、高质量的完成毕业设计。每次对于我的疑问，老师总是不耐其烦的解答，并对相关知识点进行扩展，让我的知识面得到了极大的丰富。

同时，还要感谢所有给过我帮助的老师和同学，没有你们的帮助，我不会这么顺利的完成设计，是你们在我遇到困难的时候无私、热心的帮助我，给我提供了强大的支持。同样，也要感谢学校，感谢图书馆，感谢你们提供的丰富的参考资料，正是借助这些资料我才能准确、顺利的完成毕业设计。

最后，再一次的对所有帮助我的人表示感谢，谢谢你们的支持与帮助！

新能源工程系

11风电（1）班

王立伟

风力发电机叶片数目与风能利用率

风力发电机叶片数目与风能利用率 曹连芃 摘要：介绍风轮实度大小对风力机运行特性的影响，为什么现在风力发电机多为“一根杆子三根针”的结构。 关键字：风轮，风轮实度，叶尖速比，风能利用系数,一根杆子三根针，实度比,风能，风力发电机 图1是我们常见的风力发电机外观图，它有三个叶片，三个叶片与轮毂构成风轮，风轮转轴带动机舱内的发电机，由于风轮的转轴是水平的，故称为水平轴风力发电机。 图1－水平轴风力发电机 我们看到绝大多数风力发电机是三个叶片，这是为什么？ 在谈这个问题之前，先介绍一个有关风力机叶片数目的概念——风轮实度。风力机叶片（在风向投影）的总面积与风通过风轮的面积（风轮扫掠面积）之比称为实度（或称实度比、容积比），是风力机的一个参考数据。 图2是几种水平轴风力机叶轮，绘有单叶片、双叶片、三叶片、多叶片四种

风轮的示意图，风轮实度的计算方法如下： S为每个叶片对风向的投影面积，R为风轮半径，B为叶片个数， σ为实度比 σ=BS/πR2 图2－单叶片至多叶片的风轮实度 在图2中从单叶片到三叶片的风轮实度比小，是低实度风轮，12叶片的风轮实度比高，是高实度风轮。 从图中看三个细细的叶片似乎让大多数风都漏掉了，为什么不采用多叶片风轮以便接受更多风能呢。 我们通过图3来做简单的解释：图上部分是风通过普通三叶片的气流示意图，气流通过叶轮做功后速度减慢，由于速度变慢气流体积有所增大，就有图中所示的气体发散的流动曲线。图2下部分是风通过多叶片的气流示意图，多叶片大大增加了气体通过的阻力，气流会分开绕过叶轮流向后方，只有部分气流通过叶轮做功，由于阻力大，通过叶片的风速也会降低得较多，所以叶轮实际得到的风功率减少了，这就是多叶片风力机得不到更多风能的重要原因。

风力发电叶片制作工艺介绍

风力发电叶片制作工艺 介绍 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

风力发电叶片制作工艺介绍风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。 1碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。VestaWindSystem公司的V90型发电机的叶片长44m，采用碳纤维代

风力发电机的分类

1,风力发电机按叶片分类。 按照风力发电机主轴的方向分类可分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。 （1）水平轴风力发电机：旋转轴与叶片垂直，一般与地面平行，旋转轴处于水平的风力发电机。水平轴风力发电机相对于垂直轴发电机的优点；叶片旋转空间大，转速高。适合于大型风力发电厂。水平轴风力发电机组的发展历史较长，已经完全达到工业化生产，结构简单，效率比垂直轴风力发电机组高。到目前为止，用于发电的风力发电机都为水平轴，还没有商业化的垂直轴的风力发电机组。 （2）垂直轴风力发电机：旋转轴与叶片平行，一般与地面吹垂直，旋转轴处于垂直的风力发电机。垂直轴风力发电机相对于水平轴发电机的优点在于；发电效率高，对风的转向没有要求，叶片转动空间小，抗风能力强（可抗12-14级台风），启动风速小维修保养简单。垂直轴与水平式的风力发电机对比，有两大优势：一、同等风速条件下垂直轴发电效率比水平式的要高，特别是低风速地区；二、在高风速地区，垂直轴风力发电机要比水平式的更加安全稳定；另外，国内外大量的案例证明，水平式的风力发电机在城市地区经常不转动，在北方、西北等高风速地区又经常容易出现风机折断、脱落等问题，伤及路上行人与车辆等危险事故。 按照桨叶数量分类可分为“单叶片”﹑“双叶片”﹑“三叶片”和“多叶片”型风机。 凡属轴流风扇的叶片数目往往是奇数设计。这是由于若采用偶数片形状对称的扇叶，不易调整平衡。还很容易使系统发生共振，倘叶片材质又无法抵抗振动产生的疲劳，将会使叶片或心轴发生断裂。因此设计多为轴心不对称的奇数片扇叶设计。对于轴心不对称的奇数片扇叶，这一原则普遍应用于大型风机以及包括部分直升机螺旋桨在内的各种扇叶设计中。包括家庭使用的电风扇都是3个叶片的，叶片形状是鸟翼型（设计术语），这样的叶片流量大，噪声低，符合流体力学原理。所以绝大多数风扇都是三片叶的。三片叶有较好的动平衡，不易产生振荡，减少轴承的磨损。降低维修成本。 按照风机接受风的方向分类，则有“上风向型”――叶轮正面迎着风向和“下风向型”――叶轮背顺着风向，两种类型。 上风向风机一般需要有某种调向装置来保持叶轮迎风。 而下风向风机则能够自动对准风向, 从而免除了调向装置。但对于下风向风机, 由于一部分空气通过塔架后再吹向叶轮, 这样, 塔架就干扰了流过叶片的气流而形成所谓塔影效应,使性能有所降低。 2,按照风力发电机的输出容量可将风力发电机分为小型，中型，大型，兆瓦级系列。 （1）小型风力发电机是指发电机容量为0.1~1kw的风力发电机。 （2）中型风力发电机是指发电机容量为1~100kw的风力发电机。 （3）大型风力发电机是指发电机容量为100~1000kw的风力发电机。 （4）兆瓦级风力发电机是指发电机容量为1000以上的风力发电机。 3,按功率调节方式分类。可分为定桨距时速调节型，变桨距型，主动失速型和 独立变桨型风力发电机。 （1）定桨距失速型风机；桨叶于轮毂固定连接，桨叶的迎风角度不随风速而变化。依靠桨叶的气动特性自动失速，即当风速大于额定风速时依靠叶片的失速特性保持输入功率基本恒定。

1500型风机叶片维护

1500型风力发电机组转动系统调试与运行维护 叶片 目前1500型风机是国内风电厂的主力风机，1500型风力发电机组多采用变桨距、变速、恒频等技术，是当今世界风力发电最先进的技术代表，具有发电量大、发电品质高、结构紧凑等优点。 叶片：1500型风机发电机组采用变速变桨叶片，叶片为玻璃纤维增强环氧树脂（NOI叶片）或玻璃纤维增强聚氨酯（LM叶片）制成的多格的梁/壳体结构。 各个叶片由内置的防雷电系统，包括一个位于叶尖的金属接闪器、一根直径不小于70mm的铜电缆沿着前缘侧肋板根部向法兰区铺设且连接到变桨轴承的锲块上（对于NOI 叶片），或者是一根直径为50mm的镀锡铜电缆连接到与根部法兰相连接的避雷导杆上（对于LM叶片），不允许雷电通过紧固螺栓传到 1.叶片技术参数：

2.叶片的检查与维护 1）叶片外观检查：叶片表面应该检查是否有裂纹、 损害和脱胶现象。在最大玄长位置附近的后缘应该格外 注意。 2）叶片清洁：在通常情况下，用变桨来调节功率 的风力机，不是特别脏，部推荐清洁叶片。污垢经常周 期性的发生在叶片边缘，在前缘处或多或少会有一些污物，但是在雨季期间将会去除。叶片是否清洁，取决于 局部条件，过多的污物可影响叶片的性能和噪声等级。 3）裂缝检查：找到的所有裂纹必须记录并报告， 如果可能，必须在裂纹末端做好标记和写下日期，并且 进行拍照记录。在下一次检查中必须检查此裂纹，如果 裂纹未发展，就无需更深一步检查。 裂缝检查可通过敲击表面。可能的裂缝处必须用防 水记号笔做好标记，缺裂缝处必须记录、拍照。 如果在叶片根部或叶片承载部分找到裂纹或裂缝， 风机必须停机。 4）裂纹修补：裂纹发展至玻璃纤维处，必须修补。 如果仅仅是叶片外壳受损且生产厂家标准修补过程 允许，可立即执行修补。叶片修补完，风机先不要运行，等胶完全固化后再运行。 5）防腐检查：检查叶片表面是否有腐蚀现象，腐 蚀为前缘表面上的小坑，有时候会彻底穿透图层。叶片 应该检查是否有气泡。当叶片图层和层与层之间没有足 够的结合时会产生气泡。由于气泡腔可以聚集湿气，在 温度低于0℃时会膨胀和产生裂缝，所以这种情况要及 时进行修补。

无叶片风力发电机--VORTEX

VORTEX——没有叶片的风力发电机就是这么酷 一．前言 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10^9MW，其中可利用的风能为2×10^7MW[1]。随着全球经济的发展，所面临的能源问题和环境问题越来越严峻，使得风能等可再生能源迅速发展起来。根据国家能源局数据，2014年中国全部发电设备容量为1360GW，其中并网风电的容量达到了95.8GW，也就是说说，风电装机量在中国发电装机总量当中占据大约7%的份额。 一般情况下，我们所看见的风力发电机都是水平轴扇叶风机，他们有着很大的风机叶片，以此来吸收风能并发电。然而，这样的风电机有一些弊端。一个风电场的众多风机之间的排列需要较大的安全距离，也就是说一块固定大小的地面上能够安装的风电机数量是有限的；另外，扇叶的旋转也对鸟类带来了危险。 想象一下，一个没有叶片的风机会是什么样纸？它需要更少的材料，成本更低，噪声更小，对环境友好度更好……关上你的脑洞，来一睹它的风采吧↓↓↓

这个酷炫的没有叶片的风机是由西班牙公司Vortex Bladeless开发。无叶片风机Vortex 的工作原理是利用结构的振荡捕获风的动能，从而利用感应发电机或压电发电机将风的动能转变成电能输出。该设计理念将减少常规涡轮机中很多零部件的设计与制造，如叶片，机舱，轮毂，变速器，制动装置，转向系统等，从而使无叶片风机Vortex具有无磨损、性价比高、便于安装和维护、环境友好型及土地利用率高等显著特点。 二．Vortex的发电原理——卡门涡街 无叶片风机Vortex的基本发电原理是卡门涡街，维基百科上这样描述它，“在流体中安置阻流体，在特定条件下会出现不稳定的边界层分离，阻流体下游的两侧，会产生两道非对称地排列的旋涡，其中一侧的旋涡循时针方向转动，另一旋涡则反方向旋转，这两排旋涡相互交错排列，各个旋涡和对面两个旋涡的中间点对齐，如街道两边的街灯般，这种现象，因匈牙利裔美国空气动力学家西奥多·冯·卡门最先从理论上阐明而得名卡门涡街”[2-3]。 卡门涡街可以解释许多现象。1940年11月7日美国华盛顿州塔科马海峡吊桥（Tacoma Narrow Bridge）崩塌事件。华盛顿州政府特为此而设立专案调查组，经过美国空气动力学家西奥多·冯·卡门在加州理工学院风洞进行模型测试，证明塔科马海峡吊桥倒塌事件的元凶，是卡门涡街引起吊桥共振。原设计为了求美观及省钱，使用过轻的物料，造成其发生共振的破坏频率，与卡门涡街接近，从而随强风而剧烈摆动，导致吊桥崩塌。

风力发电机叶片工艺流程

风力发电机叶片制作工艺流程 传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁的可循环再生的能源，越来越受到世界各国的广泛关注。风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。并且，随着叶片的增大，刚度也成为主要问题。为了实现风力的大功率发电，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，这就对叶片材料提出了很高的要求。 1 碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。Vesta Wind System 公司的V90型3.0 MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80 型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34 m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适应叶片充分利用了纤维增强材料的特性，能产生非对称性和各向异性的材料，采用弯曲/扭曲叶片设计，使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片研究，使1.5MW风机的发电成本降到4.9美分/(kW?h)，价格可和燃料发电相比。 6）利用导电性能避免雷击

风力发电叶片制作工艺介绍

风力发电叶片制作工艺介绍 风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。 1碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。VestaWindSystem公司的V90型

3.0MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节

风力发电机组维护检修流程及工艺要求

风力发电机组维护检修流程及工艺要求维护检修时应对风机各部件按照维护手册和维护计划逐项详细检查，特别是叶片、轮毂、导流罩、主轴、齿轮箱、集电环（及传动轴）、联轴器、发电机、空气和机械制动系统、传感器、偏航系统、控制部分、电气回路、塔筒、监控系统及配套设备检查等。 控制部分 概述控制计算机、变频器和变桨控制器通过接口彼此联系。每个组件都带有自己的监视功能。 控制计算机位于塔顶（机舱内）的机舱控制柜内，它通过玻璃光纤数据传输 电缆与塔基内的显示屏相连。控制计算机连续不断的发出转矩设定给变频器控制计算机，发出叶片角度设定值给同步控制器，同步控制器驱动在轮毂中的变桨控制电机。出现内部故障时，控制计算机可以通过所谓的看门狗电路中断安全链。 刹车通过刹车瓦的磨损和刹车是否完全松开来监视刹车情况。控制计 算机和变桨控制装置之间的通讯通过不同的系统功变频器系统由几个控制柜组成，位于塔基。变频器系统配置了自己的计算机控制系统。变频器能自己关闭，它能给信号给控制计算机使变桨控制机构立即开始工作。在同步控制器中，变桨控制自身监视只对故障起作用，象下列故障：叶片和叶片角度偏差等。它能够通过始终联结的电缆请求控制计算机快速停机。 控制面板基本功能 -按C T R L激活显示灯（屏幕节电功能）。 -连续按两次任何按键可以激活控制面板。 -某些功能的激活需要同时按两个键。如同时按下C T R L或S HI FT 键可以激活想要的功能。功能键 EN T ER用来确定通过数字键盘输入的参数值和某些菜单的确认ST OPWEC停机：风机正常停机。RE S E T复位和执行自动运行。 ST AR T快速启动。 F1指示选择菜单的位置 F2指示有关联的其他菜单 F3对按键0-9向前或向后转换数字或字母。按下F3后，当按键1 时将显示字母A，再次按 键1将显示字母B，第3次将显示

风力发电机叶片的维护讲解

酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 11 级风能与动力技术专业 题目：风力机叶片的故障分析及维护 毕业时间：二O一四年六月 学生姓名：王立伟 指导教师：甄亮 班级：风能与动力技术（1）班 2013年11月2日

酒泉职业技术学院届各专业毕业论文（设计）成绩评定表

目录 摘要 (3) 一、风机叶片简介 (3) 二、维护叶片的目的 (3) 三、叶片产生问题的原因及故障分析 (4) （一）叶片产生问题的原因类型 (4) (二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 (9) 四、叶片的维护 (13) （一）叶片裂纹维护 (13) (二)叶片砂眼形成与维护 (13) (三)叶尖的维护 (13) 总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)

风力机叶片的故障分析及维护 摘要：叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又恰恰是工作在高空、全天候条件下，经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。。 关键词：叶片；故障分析；维护 一、风机叶片简介 风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。设计难点包括叶型的空气动力学设计、强度、疲劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构,其重量的90%以上由复合材料组成,每台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。 二、维护叶片的目的 风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片, 春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。根据对风电场的调查和有关数据分析，并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有

风力发电机叶片材料的选用

风力发电机叶片材料的选用 叶片是风力发电机组的重要构件。它将风能传递给发电机的转子，使之旋转切割磁力线而发电。为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行，对叶片材料的要求是：①密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受住极端恶劣条件和随机的负荷（如暴风等）的考验，确保安全运转20年以上；②成本（精确说为分摊到每度电的成本）低；③叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好； ④耐腐蚀、耐紫外线（UV）照射和抗雷击性好；⑤维护费用低。 FRP完全可以满足以上要求，是最佳的风力发电机叶片材料。 1.1 GFRP 目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料（GFRP）制造。GFRP叶片的特点为： ①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度风机叶片主要是纵向受力，即气动弯曲和离心力，气动弯曲载荷比离心力大得多，由剪切与扭转产生的剪应力不大。利用玻璃纤维（GF）受力为主的受力理论，可将主要GF布置在叶片的纵向，这样就可使叶片轻量化。 ②翼型容易成型，可达到最大气动效率为了达到最佳气动效果，利用叶片复杂的气动外形，在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型，如用金属制造则十分困难。同时GFRP叶片可实现批量生产。 ③使用时间长达20年，能经受108以上疲劳交变载荷GFRP疲劳强度较高，缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能较好。 ④耐腐蚀性好由于GFRP具有耐酸、碱、水汽的性能，可将风机安装在户外，特别对于近年来大力发展的离岸风电场来说，能将风机安装在海上，使风力机组及其叶片经受各种气候环境的考验。 为了提高GFRP的性能，还可通过表面处理，上浆和涂覆等对GF进行改性。美国的研究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-GF，其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维（CF）的水平。 GFRP的受力特点是在GF方向能承受很高的拉应力，而其它方向承受的力相对较小。 叶片由蒙皮和主梁组成，蒙皮采用夹芯结构，中间层是硬质泡沫塑料或Balsa木，上下面层为GFRP。面层由单向层和±45°层组成。单向层可选用单向织物或单向GF铺设，一般用7或4GF布，以承受由离心力和气动弯矩产生的轴向应力；为简化成型工艺，可不用

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析 摘要 为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。本文根据传统的 的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型， 然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频 率和振型，为防止结构共振提供了依据。 关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化 THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTS ABSTRACT In order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.

风力发电机的组成部件及其功用

风力发电机的组成部件及其功用 风力发电机是将风能转换成机械能，再把机械能转换成电能的机电设备。风力发电机通常由风轮、对风装置、调速装置、传动装置、发电机、塔架、停车机构等组成。下面将以水平轴升力型风力发电机为主介绍它的各主要组成部件及其工作情况。图3-3-4和3-3-5是小型和中大型风力发电机的结构示意图。 图3-3-4 小型风力发电机示意图 1—风轮2—发电机3—回转体4—调速机构5—调向机构6—手刹车机构7—塔架8—蓄电池9—控制/逆变器 图3-3-5 中大型风力发电机示意图 1—风轮；2—变速箱；3—发电机；4—机舱；5—塔架。 1 风轮 风轮是风力机最重要的部件，它是风力机区别于其它动力机的主要标志。其作用是捕捉和吸收风能，并将风能转变成机械能，由风轮轴将能量送给传动装置。

风轮一般由叶片（也称桨叶）、叶柄、轮毂及风轮轴等组成（见图3-3-6）。叶片横截面形状基本类型有3种（见图第二节的图3-2-3）：平板型、弧板型和流线型。风力发电机的叶片横截面的形状，接近于流线型；而风力提水机的叶片多采用弧板型，也有采用平板型的。图3-3-7所示为风力发电机叶片（横截面）的几种结构。 图3-3-6 风轮 1.叶片 2.叶柄 3.轮毂 4.风轮轴 图3-3-7 叶片结构 （a）、(b)—木制叶版剖面； (c)、(d)—钢纵梁玻璃纤维蒙片剖面； (e) —铝合金等弦长挤压成型叶片；(f)—玻璃钢叶片。 木制叶片（图中的a与b）常用于微、小型风力发电机上；而中、大型风力发电机的叶片常从图中的（c）→（f）选用。用铝合金挤压成型的叶片（图中之e），基于容易制造角度考虑，从叶根到叶尖一般是制成等弦长的。叶片的材质在不断

风力发电机设计与制造课程设计

一．总体参数设计 总体参数是设计风力发电机组总体结构和功能的基本参数，主要包括额定功率、发电机额定转速、风轮转速、设计寿命等。 1. 额定功率、设计寿命 根据《设计任务书》选定额定功率P r =3.5MW ；一般风力机组设计寿命至少为20年，这里选20年设计寿命。 2. 切出风速、切入风速、额定风速 切入风速 取 V in = 3m/s 切出风速 取 V out = 25m/s 额定风速 V r = 12m/s （对于一般变桨距风力发电机组（选 3.5MW ）的额定风速与平均风速之比为1.70左右,V r =1.70V ave =1.70×7.0≈12m/s ） 3. 重要几何尺寸 (1) 风轮直径和扫掠面积 由风力发电机组输出功率得叶片直径： m C V P D p r r 10495.096.095.045.012225.13500000 883 3 213≈???????==πηηηπρ 其中： P r ——风力发电机组额定输出功率，取3.5MW ； 错误！未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误！未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。 由直径计算可得扫掠面积： 22 2 84824 1044 m D A =?= = ππ错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。 综上可得风轮直径D=104m ，扫掠面积A=84822 m

4. 功率曲线 自然界风速的变化是随机的, 符合马尔可夫过程的特征, 下一时刻的风速和上一时刻的结果没什么可预测的规律。由于风速的这种特性, 可以把风力发电机组的功率随风速的变化用如下的模型来表示： )()()(△ t P t P t P s t a t += )(t P ——在真实湍流风作用下每一时刻产生的功率, 它由t 时刻的V(t)决定; )(t P stat ——在给定时间段内V(t)的平均值所对应的功率； )(△t P ——表示t 时刻由于风湍流引起的功率波动。 对功率曲线的绘制, 主要在于对风速模型的处理。若假定上式表示的风模型中P stat (t)的始终为零, 即视风速为不随时间变化的稳定值, 在切入风速到切出风速的范围内按照设定的风速步长, 得到对应风速下的最佳叶尖速比和功率系数,带入式： 32123 8 1ηηπηρD V C P r P = 1η——传动系统效率，取0.95； 2η——发电机效率，取0.96； 错误！未找到引用源。3η——变流器效率，取0.95； 错误！未找到引用源。——空气密度（一般取标准大气状态），取1.225kg/m 3； V r ——额定风速，取12m/s ； D ——风轮直径； C p ——额定功率下风能利用系数,取0.45。

风力发电机的叶片

风力发电机的叶片 技术领域 [0001] 本发明涉及用于风力发电机的叶片技术领域，具体来说，本发明涉及一种水平轴风力发电机的叶片。 背景技术 [0002] 目前，风力发电机可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机的叶片翼型多采用航空翼型，以航空翼型为主的升力型叶片。在旋转的过程中，其相对的线速度从根部到叶尖部分为依次加大的。为了追求更高的升力系数，叶片被做成根部尺寸大、尖部尺寸小。但这样造成的缺陷是输出的力矩较小，风能利用率低。 发明内容 [0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种水平轴风力发电机的叶片，能够更好地对来流风速进行处理，获得的输出力矩大，风能利用率高。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机的叶片，包括前缘部、上表面、后缘部、叶根部、叶尖部和下表面，所述前缘部为圆弧弧面或者弧线，所述叶尖部为圆弧弧面，所述上表面为曲面，所述叶根部为一圆弧弧面或者叶轮的圆心，所述后缘部为圆弧，所述下表面为曲面或者平面。 [0005] 可选地，所述前缘部的上前缘线和/或下前缘线是以所述叶轮的圆周的半径1/2R 处为圆心，从所述叶轮的圆周到所述叶根部所得的半圆圆弧或者劣弧。 [0006] 可选地，所述叶尖部的圆弧弧面的半径为所述叶轮的圆周的半径，所述叶尖部的弧长在180度以内，所述叶尖部的圆弧弧面与所述前缘部的圆弧弧面或者弧线是相结合的。 [0007] 可选地，所述上表面是由以所述叶轮的圆心作为参照点的多条横向圆弧弧线以及多条纵向圆弧弧线扫描而成的； [0008] 其中，所述横向圆弧弧线是以所述叶轮的圆心或者圆心线的上端点为圆心，在所述上前缘线和所述后缘部之间作的多条密集的横向圆弧弧线； [0009] 所述纵向圆弧弧线是由所述叶尖部的叶尖部上弧线到所述叶轮的圆心或者所述圆心线之间作的多条密集的纵向圆弧弧线。 [0010] 可选地，所述叶根部为圆弧弧面或者所述叶轮的中心部，所述叶根部的圆弧弧面位置是选择以所述叶轮的圆心为参照点作所述叶片的所述前缘部与所述后缘部之间的横向圆弧弧线为切割线，切除从所述切割线到所述叶轮的圆心的实体，剩余的实体为叶片，得到从所述切割线到所述叶片的下表面之间的弧面即为所述叶根部，所述叶根部与所述叶轮的轮毂相连。 [0011] 可选地，若所述下表面为曲面，则所述曲面分别是由含有横向圆弧弧线和纵向圆弧弧线交织扫描而形成的；以所述叶轮的圆心为参照点，所述横向圆弧弧线是以所述叶轮的圆心为圆心，在所述下前缘线和所述后缘部之间作的多条密集的横向圆弧弧线，所述纵

风力发电机叶片材料选用介绍

风力发电机叶片材料选用介绍 叶片是风力发电机组的重要构件。它将风能传递给发电机的转子，使之旋转切割磁力线而发电。为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行，对叶片材料的要求是：①密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能，能经受住极端恶劣条件和随机的负荷（如暴风等）的考验，确保安全运转20年以上；②成本（精确说为分摊到每度电的成本）低；③叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；④耐腐蚀、耐紫外线（UV）照射和抗雷击性好；⑤维护费用低。 FRP完全可以满足以上要求，是最佳的风力发电机叶片材料。 1.1 GFRP 目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料（GFRP）制造。GFRP叶片的特点为： ①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度 风机叶片主要是纵向受力，即气动弯曲和离心力，气动弯曲载荷比离心力大得多，由剪切与扭转产生的剪应力不大。利用玻璃纤维（GF）受力为主的受力理论，可将主要GF布置在叶片的纵向，这样就可使叶片轻量化。 ②翼型容易成型，可达到最大气动效率 为了达到最佳气动效果，利用叶片复杂的气动外形，在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型，如用金属制造则十分困难。同时GFRP叶片可实现批量生产。 ③使用时间长达20年，能经受108以上疲劳交变载荷GFRP疲劳强度较高，缺口敏感性低，内阻尼大，抗震性能较好。 ④耐腐蚀性好 由于GFRP具有耐酸、碱、水汽的性能，可将风机安装在户外，特别对于近年来大力发展的离岸风电场来说，能将风机安装在海上，使风力机组及其叶片经受各种气候环境的考验。 为了提高GFRP的性能，还可通过表面处理，上浆和涂覆等对GF进行改性。美国的研究表明，采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-GF，其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维（CF）的水平。 1.2 CFRP

风力发电机运行维护

风力发电机运行维护 随着科技的进步，风电事业的不断发展, 风机也由原来的引进进口设备，发展到了如今自己设计、生产的国产化风机。伴随着风机种类和数量的增加，新机组的不断投运，旧机组的不断老化，风机的日常运行维护也是越来越重要。现在就风机的运行维护作一下探讨。 一运行风力发电机组的控制系统是采用工业微处理器进行控制，一般都由多个CPU并列运行，其自身的抗干扰能力强，并且通过通信线路与计算机相连，可进行远程控制，这大大降低了运行的工作量。所以风机的运行工作就是进行远程故障排除和运行数据统计分析及故障原因分析。 1 远程故障排除风机的大部分故障都可以进行远程复位控制和自动复位控制。风机的运行和电网质量好坏是息息相关的，为了进行双向保护，风机设置了多重保护故障，如电网电压高、低，电网频率高、低等，这些故障是可自动复位的。由于风能的不可控制性，所以过风速的极限值也可自动复位。还有温度的限定值也可自动复位，如发电机温度高，齿轮箱温度高、低，环境温度低等。风机的过负荷故障也是可自动复位的。除了自动复位的故障以外，其它可远程复位控制故障引起的原因有以下几种：（1）风机控制器误报故障；（2）各检测传感器误动作；（3）控制器认为风机运行不可靠。2．运行数据统计分析对风电场设备在运行中发生的情况进行详细的统计分析是风电场管理的一项重要内容。通过运行数据的统计分析，可对运行维护工作进行考核量化，也可对风电场的设计，风资源的评估，设备选型提供有效的理论依据。每个月的发电量统计报表，是运行工作的重要内容之一，其真实可靠性直接和经济效益挂钩。其主要内容有：风机的月发电量，场用电量，风机的设备正常工作时间，故障时间，标准利用小时，电网停电，故障时间等。风机的功率曲线数据统计与分析，可对风机在提高出力和提高风能利用率上提供实践依据。例如，在对国产化风机的功率曲线分析后，我们对后三台风机的安装角进行了调节，降低了

风力发电机叶片结构及有限元分析

编号： 本科学年论文 题目：风力发电机叶片结构及有限元分析 学院：机械工程学院 专业： 年级： 姓名： 指导教师： 完成日期：2013/6/8

一级标题 风力发电机叶片结构设计及其有限元分析 摘要 为了更好地发展我国的风力发展事业，实现风力发电机的国产化。必须深入开展风力机设计，分析方面的研究。本文根据传统的叶片设计方法设计了2MW的风力机叶片。并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟，对叶片进行了振动模态分析，得到各个阶段的频率和振型。为防止结构共振提供了依据。 关键词：风力机；叶片；有限元模拟；优化。

内蒙古民族大学学年论文 The Of Simlation And Optimal Design Of Winp Turbine Compnents In order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in china and analysis。in this paper a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created，then the modal analysis through of FE simulation to get the frequency and mode shape which provides the theoretic basis to prevent resonance Key Word： Wind turbine ，blade ，FE simulation ，optimization

风电叶片维护研究进展

风电叶片维护研究进展 一．风电叶片维护的必要性 我国风电快速发展始于2006年，当时国内风机以600kw，700kw机型为主，2007年3月，我国首台1.5MW直驱永磁发电机组在新疆投运，拉开了兆瓦级风力发电发展的序幕。随着风电市场的逐渐成熟，大型风力发电机组相继出现，叶片长度也由原来的30-40m增加至60-70m。叶片长度的不断增长，同时带来叶片重量的增加，但是叶片设计使用寿命为20年，如何在叶片20年的生命周期内保持其高效运行至关重要。 风力发电叶片一般安装于偏远的地区，运行环境恶劣，如较大的风沙侵袭，-30℃至50℃的循环温差，以及强紫外光的老化等。目前2.5MW-50.3m的叶片，叶尖运行速度高达300公里/小时，在这样高转速下，风沙和雨滴对风电叶片的侵蚀相当于等离子切割，叶片表面容易形成空洞。研究表明，叶片表面粗糙度的增加以及缺陷的累积将导致发电效率降低5%-30%，还可能导致叶片运行失稳造成齿轮箱的故障。叶片小的缺陷如果没有及时发现并进行专业修复，将导致裂纹延伸至叶尖，造成叶片大面积的开裂，不得不进行大型修补或者返厂处理，给风场业主带来重大经济损失。 二．风电叶片常见的损伤 风电叶片虽然在设计时，赋予它足够的强度和刚度，但是在其20年的使用寿命中，也会像其他复合材料部件一样，出现各种各样的问题。风电叶片从生产厂家生产，通过长距离的运输到达风场，使用大吨位吊车进行安装。风电叶片在上述每一个步骤都可能发生损伤破坏。一旦风电叶片开始运行，将受到雨水，风沙以及大气的腐蚀，同时还要经受强紫外的老化。在风压和旋转持续疲劳载荷的作用下，隐藏在叶片内部的缺陷，如分层，气泡，叶片组件之间的粘合缺陷将会逐渐显现出来。 风机正常运行情况下，叶片会在不同年限出现相应的受损状况： 2年：表面胶衣出现磨损，脱落现象，甚至出现小的砂眼。 3年：叶片出现大量砂眼，叶片前缘尤为严重，风机运行产生阻力，事故隐患开始显示。

风力发电机叶片设计

风力发电机叶片的设计 经济、能源与环境的协调发展是实现国家现代化目标的必要条件。随着全球气候变暖与化石能源的不断消耗及其对环境的影响问题，其他能源的开发越来越受到重视，如核能、地热能、风能、水能等新能源及生物质能、氢能的二次能源的开发应用也日益发展起来。而在这些新兴的能源种类中，核能的核废料处理相当困难，并且其日污染相比火电厂更为严重，同时需要相当严密的监管控制能力以防止其泄露而产生不可估量的破坏，国际上这些例子也是相当多的。而地热能的开发势必要依赖与高科技，在当今对地热开发利用还不完善的现状下，更是难以做到，并且其开发对地表的影响也相当大。而风能则作为太阳能的转换形式之一，它是取之不尽、用之不竭的清洁可再生能源，不产生任何有害气体和废料，不污染环境。海上，陆地可利用开发的可达2×1010kW，远远高于地球水能的利用，风能的发展潜力巨大，前景广阔。 自20世纪70年代中期以来，世界主要发达国家和一些发展中国家都在加紧对风能的开发和利用，减少二氧化碳等温室气体的排放，保护人类赖以生存的地球。风力发电技术相对太阳能、生物质等可再生能源技术更为方便，成本更低，对环境破环更小，作为清洁能源的主要利用方式而飞速发展，且日益规模化。一、叶片设计的意义 在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率，直接影响其年发电量，是风能利用的重要一环。本文主要是设计气动性能较好的翼型与叶片并进行气动分析。而翼型作为叶片的气动外形，直接影响叶片对风能的利用率。现在翼型的选择有很多种，FFA-W系列翼型的优点是在设计工况下具有较高的升力系数和升阻比，并且在非设计工况下具有良好的失速性能。叶片的气动设计方法主要有依据贝茨理论的简化设计方法，葛老渥方法与维尔森方法。简化的设计方法未考虑涡流损失等因素的影响，一般只用于初步的气动方案的设计过程；葛老渥方法则忽略了叶尖损失与升阻比对叶片性能的影响，同时在非设计状态下的气动性能也并未考虑；维尔森方法则较为全面是现今常用的叶片气动外形设计方法。本文通过相关的叶片设计理论结合相关软件来设计并简单的优化叶片。 叶片设计的要求不仅需要参考和选用设计标准，还应考虑风电机组的具体安装和使用情况。叶片的设计过程需要根据总体设计方案，并结合具体的技术要求，通过系统的启动设计和结构设计，实现设计目标。一般而论叶片设计可分为空气动力学设计阶段和结构设计阶段。启动设计阶段需要通过选择叶片几何最佳外形，实现年发电量最大的目标；结构设计阶段需要通过选择分析选择叶片材料、结构形式和其他设计参数，实现叶片强度、刚度、稳定性以及动特性等目标，叶片基