這邊是24.5米的葉片,它的轉子荷載是375瓦每平米,看起來是常見的數據,但是10年后一級的葉片荷載和它差不多,這樣才能夠更好的利用葉片的長度。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,這是三級的葉片,正如我之前所介紹的,它比之前的更長,而最近是55.2米的葉片,在中國也進行了生產,我們可以發現它的荷載并不是很高。形狀在過去幾年中發生了很大的變化,這對我們設計師來說意味著什么呢?你可以想象一下氣動的外形、結構材料都需要考慮,我們發現細長的葉片在開始的時候失速非常近,所以很難控制因為失速的力度非常小,意味著在設計階段就要考慮到葉片的設計,才能正常運轉,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長,它會受到氣動的力,目前為止我們還沒有觸及到這個限值,目前我們都是進行仔細的計算。這是氣動方面的設計,我們希望能夠和風機的設計商一起進行葉片的設計,你會看到我們首先聽取客戶的要求,包括風級,輪轂的連接,額定功率,設計原理等等,我們會檢查葉片的形狀,還有能量廠,還有負載操作,氣動的性能,看看客戶的要求是不是可以滿足,再看一下復合結構的評估能不能滿足客戶的需求。
到目前為止漿液是正昌(音譯),這是滑翔機正昌的現象,你可以看到風的情況。大家可以想像,葉片如果這樣正昌的話,可能幾個小時之內葉片就會斷裂,所以我們必須要避免正昌的斷裂,這只測試的飛行,我們故意造成這種正昌,不然對飛行員是很大挑戰。我們還會進行機翼的分析,我們進行了比較,這些工具都不可能是100%完好的,所以我們采用了最先進的葉片軟件,我們采用的是75的葉片,我們會模擬正昌,看看葉片的影響,比較所有的結果,我們會用EPU軟件,比較軟件分析的結果。
大家可以想象葉片的外觀都挺好的,但是因為葉片很細長,內部空間非常小,沒有辦法放下葉片的結構,如果葉片很細長的話,它承載的結構,使用的材料就越來越小,所以你必須要考慮一下它的形狀,有些時候你要實現這樣的形狀,或者是實現特定的結構可能只能夠犧牲性能。同時葉片如果細長的話,如果要放在現在的機器讓,它葉尖到塔筒的距離非常長,所以我們設計的時候必須要靈活,你會看到77米的葉片是6兆瓦的風機。
對于結構的方面,過去幾年我們的分析工具有極大的提升,一開始情況很難,現在可以分析每層的鋪層,各個方向的鋪層,我們會和認證的機構合作,你會看到承載的葉量,比如這邊你就可以看到有一些參數已經被超越了,所以我們必須要修正這個參數,這樣才使這個參數降低到1,不然沒有辦法獲得設計的認證。所以我們積累了大量的經驗,因為我們必須實現輕量化的葉片,所以我們只能夠不夠提升,調整我們的參數,你會看到輕量化的趨勢。
這里顯示了質量負荷的關系,你會看到對于小型的葉片來說,你會看到它質量的負荷和極致負荷之間的比,這個之間的關系是線型的關系,葉片質量越輕,負荷就會越,其他風機的部件也會越輕,所以輕量化應該是大型葉片設計的主動驅動因素。
我們今天早上聽到很多材料的介紹,也聽到設計師對材料方面的介紹,我覺得主要的材料還是纖維機體,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45度的纖維。當時我們漿液主要是采用這兩種,但是現在你會看到我們的機器更加復雜,每一種材料都可以根據負荷的要求來進行使用。我們可以根據它的位置來使用不同的材料,這就需要非常復雜的供應鏈,在我們設計當中,我們現在采用20種標準的材料,其中5種是特殊的設計,我們會根據材料的選擇,可以根據要求來調整材料。
附件:Multi Mega Watt Wind Power Blades Design Challenges and Solutions