风电叶片叶根连接载荷对比分析.pdf

　风电叶片叶根连接载荷对比分析　　　风电叶片叶根连接载荷对比分析　　　　　　　　　史俊虎，林明，吴胜军，熊刚　　　　（中国船舶重工集团公司第七二五研究所，洛阳双瑞风电叶片有限公司，河南洛阳　４７１０３９）　　　　　　　　　　　摘要：叶根连接方式是复合材料风电叶片与风轮轮毂连接的唯一的也是最关键的部件，作用在叶片上的载荷均通过叶根“”　连接传递到轮毂，连接方式的不同对叶片根部结构承载能力乃至叶片长度设计都至关重要。本文以风电叶片Ｔ型螺栓和“”　螺栓套筒预埋叶根连接方式为研究对象，对螺栓和叶根复合材料的承载情况进行研究，为叶片根部连接方式设计及优化提　　供依据和指导。　　　　　　　关键词：风电叶片；叶根连接方式；Ｔ型连接；螺栓预埋　　中图分类号：ＴＢ３３２　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００３－０９９９（２０１５）０５－００５４－０７　　　　　１引言　　　我国现在风电装机总量世界第一，风力发电也　　　成为国内第三大主力电源。我国的风力发电技术日　　　　趋成熟并已具有自主创新能力，风电市场也不断壮　　　大并已走向世界。近２０年国际商业风力机单纯增　　　　　　　　　　加功率是非常明显的趋势，从２０世纪９Ｏ年代的　　　　—　　１ＭＷ占市场统治地位，到２０００年代１．５３ＭＷ的　　　　趋于成熟，近几年出现了额定功率更大的６ＭＷ甚至　更大功率的风力机用于离岸风场。　　　　除了风力机功率增加的国际趋势外，最近几年　　　风轮直径增加也是最明显的一个趋势。之所以出现　　　　　　这个趋势，是由于很多国家的优质风场已经开发至　　　　饱和状态，目前风力机的安装已经转为集中在平均　　风速较低的风场。风轮直径的增加能够最大化风力　　　　机的性能、增加风场发电量及降低能源成本。同时　　　仅增加风轮长度相比于开发新叶型成本较低，深受　整机商和电力运营商的青睐。　　　　对于叶片，在长度增加且保证额定功率不变的　　　　前提下，必然的结果是载荷的增加，叶根连接方式是“”　叶片载荷传递至轮廓的桥梁，但是否有某种连接　方式能够一直适应叶片载荷的不断增加？本文通过　　　仿真分析两种连接方式的实际工作情况，对其适用　　　　　　范围进行评估，为以后叶片根部结构设计提供可靠　的依据和指导。　“”　２Ｔ型螺栓连接方式　　“　”　本文以５０ｍ叶片根部Ｔ型螺栓连接方式为　　　　“　　　”　　　　　　　　分析对象，关于Ｔ型螺栓连接方式参见文献　［１４］。所分析叶片根部横截面为圆环形，其外圆直　　　　　径为２２００ｍｍ，内圆直径为２０２０ｍｍ，螺栓孔直径为　　　２１１０ｍｍ，叶根分析长度设定为ｌｍ。　　　模拟Ｔ型螺栓根部连接方式及根部铺层，由于　　　　这种连接方式需要螺栓加强层，模拟铺层采用三轴　向玻纤模量对叶根做等模量换算。　　　使用通用有限元结构分析软件ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ　　　　　软件建立叶根连接系统的有限元实体模型，见图１、　　　图２、图３。　　　图１双头螺栓和横向螺母　　　　　Ｆｉｇ．１Ｂｏｌｔａｎｄｃｒｏｓｓｂｏｌｔ　　　收稿Ｅｔ期：２０１４．１１．１３　　　　基金项目：洛阳市重大专项．大型风机叶片结构设计研究（１２０１０１９Ａ）　　　作者简介：史俊虎（１９７４－），男，高级工程师，主要从事复合材料研发工作。　　　　　　　通讯作者：吴胜军（１９７９一），男，工程师，硕士，主要从事复合材料产品结构设计工作。　　　　Ｆ１／Ｉ：Ｍ２（Ｉ】｜５．Ｎｏ；　｜　一