海上風電葉片交流（課堂PPT）

葉片交流匯報XXXXXXX有限公司2018年X月1匯報內容一、葉片廠家情況二、葉片基本知識三、葉片關鍵技術四、交流成果五、小結匯報內容2艾爾姆風能葉片制品有限公司是世界上處于領先地位的風機葉片制造商。LMWindPower集團在全球超過6300名員工。集團總部位于丹麥柯林，在荷蘭阿姆斯特丹設有全球事務辦公室?，F(xiàn)在西班牙、美國、加拿大，印度和中國建有生產工廠。LM一直致力于研發(fā)、產品革新，以及為客戶提供高效和最優(yōu)質的服務，在客戶心中保持穩(wěn)固的地位。目前，全世界正在運轉的風機葉片中約三分之一是艾爾姆公司的產品。2001年，LM公司在中國建立了第一家工廠，目前中國區(qū)總部設在北京，在天津、江陰和秦皇島都建有生產廠，員工總數(shù)約為2000人，主要為中國和亞太地區(qū)風能市場提供風機葉片。LM擁有超過三十年的行業(yè)經(jīng)驗，已成為全球客戶的首選供應商。3艾郎風電AeolonGroup成立于2007年12月名字取自于古希臘“風神AEOLOUS”的諧音.注冊資本金一億元人民幣民營高科技企業(yè)目前有4家全資子公司風力發(fā)電機葉片專業(yè)制造商艾郎風電AeolonGroup

4廠家名稱公司概況設計、研發(fā)能力產品類型行業(yè)地位及口碑綜合評價上海艾朗風電科技有限公司AEOLON1、成立于2007年12月；2、注冊資本金一億元人民幣；3、民營高科技企業(yè)；4、目前有4家全資子公司；5、風力發(fā)電機葉片專業(yè)制造商。1、2014年7月在臨港基地建設完成國內首個10MW級葉片測試中心；2、與國際知名葉片設計公司Aerodyn和WINDnovation共同合作，開發(fā)設計各種陸地和海上風機葉片。產品類型：2.0MW、3.0MW、5.0MW（68m）6.0MW（75m）主要客戶：金風、東汽、遠景、聯(lián)合動力、華銳、西班牙MTOI、韓國HYOSUNG、加拿大Endurance等；公司所有產品都通過GL、TUVA類認證；被金風科技授予“優(yōu)秀供應商”稱號，在平時的供貨過程中，金風科技和遠景能源對公司都是免檢的；行業(yè)內對其評價：質量可靠。為韓國客戶定向加工制作過5MW海上風機葉片，業(yè)績較少，其陸上產品得到較好的評價，質量一直較為可靠。艾爾姆風能葉片制品公司LMWindpower總部位于丹麥，成立于1940年，1978年開始生產葉片；2001年，在中國建廠，總部在北京；總部在倫敦的私人投資公司；4、目前在國內有4個生產基地；5、風力發(fā)電機葉片專業(yè)制造商。1、申請了超過170個專利2、專利領域：·避雷裝置·葉片氣體力學·葉片和轉子設計·生產技術·葉片監(jiān)測系統(tǒng)·服務和檢測系統(tǒng)·物流；3、擁有自己的風洞，風洞及CFD的計算被用于長期的研發(fā)工作；4、具有自主設計葉片能力。產品類型：1.5MW-1.7MW、2.0MW-2.2MW、2.5MW-3.2MW、4.0MW（66.5m）5-6MW（73+m）8.0MW（88.4m）主要客戶：Repower、GE、Gamesa、Nordex、Suzlon、遠景、上海電氣、金風、海裝等；2、公司所有產品都通過DNVGL認證；3、具有強大的研發(fā)能力和可靠的產品質量；4、行業(yè)內對其評價：行業(yè)領導者。具有超過19年的海上風能經(jīng)驗，質量一直可靠，同時研發(fā)能力雄厚。葉片廠家調查表5額定功率葉片類型風輪直徑螺栓圓直徑葉片長度

[m][mm][m]1.5MW-1.7MWLM37.3P277180037,25

LM37.3P377180037,25

LM40.3P282180040,00

LM40.3P382180040,00

LM40.3P82180040,00

LM42.1P87180042,13

LM42.1P287180042,132.0MW-2.2MWLM34.0P370180034,00

LM40.0P82211040,00

LM42.5P87180042,50

LM45.3P92211045,20

LM47.5P97210047,50

LM49.1P100211049,05

LM56.8P116230056,802.5-3.2MWLM43.8P90230043,80

LM48.8P100230048,70

LM48.8P3100230048,70

LM48.8P4100230048,70

LM53.2P109230053,20

LM54.8P*112230054,80

LM58.7P120230058,70

LM61.2P*125230061,204MWLM66.5P136320066,505-6MWLM73+150320073+8MWLM84+180-88,4067匯報內容一、葉片廠家情況二、葉片基本知識三、葉片關鍵技術四、交流成果五、小結81.葉片幾何特性風機葉片設計的目的是盡可能地從風中吸收更多的能量，并為了達到這個目標進行優(yōu)化。一個優(yōu)秀的葉片設計必須滿足多項技術指標，其中某些指標會相互制約，具體指標可歸納如下：（1）特定風速分布下年發(fā)電量最大；（2）最大輸出功率限制（失速型機組）；（3）抗極端載荷和疲勞載荷；（4）限制葉尖撓度以避免葉片與塔架碰撞；（5）避免共振；（6）重量小、成本低。9設計過程分為2個部分：即滿足（1）和（2）的空氣動力設計和結構設計?？諝鈩恿υO計即葉片表面最優(yōu)幾何形狀的選擇。通常簡稱為葉片的幾何結構，它是由翼型族、弦長、扭角和厚度等的分布來定義的。結構設計包括葉片材料的選擇以及在外形給定的情況下，確定符合（4）—（6）的橫截面或梁。不可避免的是兩個設計相互交叉，葉片厚度需要足夠大適應梁的有效性。1.葉片幾何特性10風機葉片的氣動設計包括外形設計及氣動性能計算，氣動外形影響葉片把風能轉化為機械能的效率，氣動性能是評價葉片外形設計的關鍵指標。葉片的外形是若干個翼型截面掃掠而成的。早期水平軸風機葉片普遍采用航空翼型，如NACA44XX和NACA230XX，它們具有最大升力系數(shù)高和最小阻力系數(shù)低等特點，但這些翼型對前緣粗糙度非常敏感，一旦前緣污染變得粗糙，會導致翼型性能大幅下降，年輸出功率損失最高達30%。隨著風電技術發(fā)展，歐美國家開發(fā)了專用的風機翼型。如美國Seri和NREL系列、丹麥RISo-A/P/B系列、瑞典FFA-W系列（LM公司己在大型風機葉片上采用）、Aerodyn和WINDnovation葉片設計公司產品等。這些翼型各有優(yōu)勢,提升了葉片的性能。1.葉片幾何特性11葉片的結構設計是一個復雜的過程，葉片結構設計以葉片的氣動載荷分析為依據(jù)，設計目標是充分利用材料的性能，使大型葉片以最小的質量獲得最大的掃風面積，讓葉片具有更強的捕風能力，同時還要求設計的葉片結構滿足強度要求和剛度要求，保證結構的局部和整體穩(wěn)定，運行時發(fā)生的振動最小或不出現(xiàn)共振。目前結構設計參考的規(guī)范主要有JEC國際標準和DNVGL標準。1.葉片幾何特性122.葉片結構特性—結構構成主梁承擔大部分彎曲載荷，是葉片的主要承載結構，常用的形式有D型,0型、矩形和雙拼槽鋼等，腹板為夾芯結構，對主梁起到支撐作用。蒙皮外殼除滿足氣動性能外，也承擔部分彎曲載荷和剪切荷載，蒙皮主要采用雙軸復合材料，葉根區(qū)域常采用強度高的翼形蒙皮結構來承受彎曲和疲勞載荷；葉尖區(qū)域常采用薄的翼形結構來滿足氣動性能的要求。葉根的聯(lián)接設計

大型風電葉片大多采用預埋金屬件或螺栓的根端聯(lián)接形式。葉片的結構形式：大多采用型鋼主梁、蒙皮外殼、夾層腹板、金屬預埋件連接葉根與輪毅的結構形式。132.葉片結構特性—鋪層結構模型葉片的截面結構主要有箱型梁、I型梁、II型梁等形式。葉片的上下翼面具有相似的鋪層結構，從結構功能上，可將其劃分為6個區(qū)域：前緣加強(LER)、前緣面板(LEP)、梁冒(CAP)、后緣面板(TEP)、后緣單向布加強(TEUD)和后緣加強(TER)。

在葉片的上下翼面之間安裝有腹板，用以支撐上下翼面和傳遞剪切載荷，葉片的主腹板安裝于上下翼面的梁帽之間，在葉根部位只有主腹板，在其他部位為了增加尾緣的強度，增設副腹板。142.葉片結構特性—結構設計分析葉片結構的分析風機葉片的結構分析在結構設計過程中是重要的一個環(huán)節(jié)。目前風機葉片一的結構分析基本都是采用通用的商業(yè)有限元軟件，比如ANSYS,NASTRAN和ABAQUS等。不同的軟件在單元模型的選取上有一定的差異，目前常用的單元模型有殼單元、梁單元和實體單元，其中殼單元可以模擬葉片表面和夾芯結構以及設置蒙皮與主梁的連接，節(jié)點編設靈活，實體單元按真實結構建立3D單元。葉片結構設計：主要有根部聯(lián)接設計、蒙皮和夾芯設計、主梁設計、預彎式結構設計。153.葉片材料特性玻璃鋼復合材料葉片強度高、重量輕、耐老化，因此在大型風力機葉片中被廣泛采用。但是玻璃鋼葉片密度較大，隨著葉片長度的增加也越來越重，例如當葉片一長度為19m時質量1.8t，長度增加到34m時重5.8t，如葉片達到52m質量高達21t。隨著葉片長度的增加，剛度是一個十分重要的指標，為了加強葉片剛度同時減輕葉片的重量，在大型和超大型風力機葉片中的局部高應力區(qū)域，碳纖維增強復合材料逐漸被采用。丹麥LM公司開發(fā)的應用于5MW風力發(fā)電機上的61.5m長的大型風機葉片，其重量為17.7t，在橫梁和端部就使用了碳纖維增強材料。Vestas公司在其3MW機型44m的葉片主梁上也使用了碳纖維，使得葉片重量降至6t，不過碳纖維復合材料的性能雖然很優(yōu)越，但價格昂貴（是玻璃鋼復合葉片的2-3倍），影響了它在風力發(fā)電上的應用。風機葉片材料的強度和剛度是風力發(fā)電機組性能優(yōu)劣的關鍵。隨著葉片技術和材料科學的發(fā)展葉片的材料也不斷進步，從最初的木制葉片及布蒙皮葉片開始，經(jīng)歷了鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片、鋁合金葉片、玻璃鋼葉片、玻璃鋼復合材料葉片，目前已經(jīng)采用高強輕質的碳纖維增強復合材料。163.空氣動力學從空氣動力學的角度來說，完美的葉片應該是寬的，厚的且長的。艾爾姆一直依靠其豐富的實踐經(jīng)驗及研發(fā)能力，來探索優(yōu)化風機葉片空氣動力學的不同方法。氣動與結構的平衡點：氣動屬性是決定葉片能夠從風力中提取多少能量的關鍵所在。艾爾姆已經(jīng)開發(fā)了大量的專業(yè)技術致力于研究葉片幾何學及性能優(yōu)化。結構定義了葉片模塊在無需增重太多的情況下增加其強度和硬度。LM有自己的風洞，致力于2D模擬以優(yōu)化LM的配置及產品的特殊性能。風洞及CFD（計算流體動力學）的計算被用于長期的研發(fā)工作，包括制造智能葉片。智能葉片以適應各種工作條件而設計，例如，利用蓋板或者阻力板來改變配置。除了產品特色如預彎，擾流器以及低噪裝置，一系列的計算都是在風洞中優(yōu)化艾爾姆葉片的空氣動力屬性精密測試的基礎上完成的。同時LM有自己定制的開發(fā)軟件艾爾姆葉片—用于空氣動力學及結構的綜合計算。一旦使用CFD使得風能效果與空氣動力裝置負載建立聯(lián)系，LM就能利用復雜的程序如Flex5和VT8來計算風機葉片上的負載及能量輸出。在最開始的設計階段就進行流體動力學計算，用以決定風的流動模式。這種模擬可以用來決定風力在風機葉片旋轉的時候（三維立體）是怎樣施力的。模擬結果用以調整葉片的空氣動力學設計。LM使用CFD作為風洞測試的一個補充，為風洞測試的計算結果進行核實。1718匯報內容一、葉片廠家情況二、葉片基本知識三、葉片關鍵技術四、交流成果五、小結19三、葉片關鍵技術20三、葉片關鍵技術葉片迎風受力旋轉所形成的旋轉曲面形狀往往會隨風力載荷的變化而變化，為避免葉片與塔筒間的運動干涉，在設計時把葉片進行了幾何預彎處理。這種處理還會帶來葉片結構的柔性化結果。

這樣一方面可以降低葉片局部應力集中載荷；

另一方面，剛度相對降低帶來生產葉片原材料和工藝輔助材料的節(jié)省，達到減輕葉片重量和降低成本的目的。

另外，由于前傾預彎葉片在運行中塔筒凈空增大，可以減小整機主軸的長度從而減小整機及塔筒載荷，節(jié)省材料。預彎技術讓葉片更長更輕，從而獲得一個更大的“掃風面積”。21三、葉片關鍵技術葉片的最外層是一層特殊的膠衣。這一特殊層保護葉片免壞天氣及其他自然因素的破壞。葉片的最外層是一層特殊的膠衣，這是澆注過程的一個部分，這將意味著一個更厚的表層可以更好的保護葉片。事實上，所有新的葉片的第一層都是膠衣—生產程序的第一步都是在模塊上澆注膠衣。致力于開發(fā)最好的膠衣，實現(xiàn)能抗鹽性、防光照、防雨、防潮及防蟲的表面拋光層。另外，艾爾姆葉片使用凝膠衣使得其外表顯得中性、成為非反射面。22三、葉片關鍵技術

葉片配置獨有的低噪音葉尖。低噪音葉尖是多年專項研究的結果，利用不同的設計與原則來控制噪音，在降低噪音的同時不影響葉片的性能。23三、葉片關鍵技術超級葉根進一步改善葉根設計理念，使葉根更加堅硬緊湊。超級葉根可以將在一葉根直徑上安裝的螺栓數(shù)量增加35-40%，讓葉根更堅硬以便于承受加長20%后的葉片。

對于葉根的設計經(jīng)過反復的測試，且符合每個葉片種類的長度及重量。鋼制套管澆注成葉根且跟葉片設計融為一體。24三、葉片關鍵技術安全接收器是為葉片設計的全新絕緣導雷系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前已獲得GL認證，符合IEC61400-24防雷保護標準中最高級別的要求。為葉片提供了最高級別的保護從而保證了更好的可靠性。25三、葉片關鍵技術導向邊保護是一個附加屬性用以保護葉片防止各種元素如砂石和鹽的侵蝕。他們?yōu)楸┞对谏笆望}環(huán)境中的葉片提供額外保護，導向邊保護由艾爾姆開發(fā)，其性能勝過任何已知的導向邊保護系統(tǒng)。26三、葉片關鍵技術渦流發(fā)生器用于補償葉片某些低氣動區(qū)域如葉根。渦流發(fā)生器可以提高葉片吸收風能的效率。它就像一種鰭形元件粘在葉片表面，以某種角度對向安裝，以調節(jié)空氣流動的速度從而獲得更高的風速。27三、葉片關鍵技術在葉根附近區(qū)域在風機轉動的時候可以更高效地吸收風能。28標準特性效率可靠性特有特性，確保葉片運行效率與穩(wěn)定性的最大化預彎技術↑

預彎技術讓葉片更長更輕，從而獲得一個更大的“掃風面積”。集成膠衣

↑葉片的最外層是一層特殊的膠衣。這一特殊層保護葉片免壞天氣及其他自然因素的破壞。通過與我們的供貨商密切協(xié)作對這一特殊的膠衣進行了改進，增加了又一亮點---中性非反射面。降噪葉尖↑

LM葉片配置獨有的低噪音葉尖。低噪音葉尖是多年專項研究的結果，利用不同的設計與原則來控制噪音。我們的潛心研究使得我們能夠開發(fā)一項最佳設計，在降低噪音的同時不影響葉片的性能。雷擊記錄卡

↑防雷系統(tǒng)也是LM在葉片技術領域的創(chuàng)新發(fā)明。艾爾姆的最高級防雷系統(tǒng)已經(jīng)證明LM的葉片更可靠，能更有效地防止葉片故障。超級葉根解決方案↑↑設計了首個LM61.5P，之后，進一步改善了我們的葉根設計理念并且開發(fā)了我們稱為超級葉根的葉根。LM73+超級葉根的開發(fā)使得這一理念進一步改進。超級葉根更加堅硬緊湊。超級葉根可以將在一葉根直徑上安裝的螺栓數(shù)量增加35-40%，讓葉根更堅硬以便于承受加長20%后的葉片。

我們對于葉根的設計經(jīng)過反復的測試，且符合每個葉片種類的長度及重量。艾爾姆公司所有的葉根設計方案都是基于機械閉鎖原理。鋼制套管澆注成葉根且跟葉片設計融為一體。導向邊腐蝕保護帶

↑導向邊保護為葉片提供了防腐蝕保護，防止空氣里的沙、鹽導致的導向邊腐蝕。渦流發(fā)生器↑

渦流發(fā)生器用于補償葉片某些低氣動區(qū)域如葉根。渦流發(fā)生器可以提高葉片吸收風能的效率。它就像一種鰭形元件粘在葉片表面，以某種角度對向安裝，以調節(jié)空氣流動的速度從而獲得更高的風速。T型擾流板↑

在葉根附近區(qū)域在風機轉動的時候可以更高效地吸收風能。絕緣導雷系統(tǒng)安全接收器

↑安全接收器是我們?yōu)槿~片設計的全新絕緣導雷系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前已獲得GL認證，符合IEC61400-2