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先进的叶片预制技术在2-5MW风机平台上的应用——Mr. Lennart Kuhlmeier/叶片设计总监

上传日期:2016-04-29  播放次数:2936
观视频介绍
以下内容为现场速记:

 SSP Technology A/S Mr. Lennart Kuhlmeier/叶片设计总监
  大家早上好!今天我先来简单也少一下SSP技术,看一下叶片,叶轮的发展技术,还有叶根连接的要求,之后介绍一下SSPNXT的解决方案,这个是低成本的解决方案,这个方案也是设计了一些相关的案例,包括是在不同的风机兆瓦平台上的叶根设计,那么SSP提供叶片技术的各个方面的一些产品和设计,从设计任务一直到全面的胶压式的工程,我们都有相关的服务提供。
  我们现在看到叶片的发展趋势是一个大型化的发展,那么现在叶片的设计在低风区的诉求也越来越强烈,特别是在中国低风区的市场需求,我们现在看一下中国市场上新的叶轮叶片产品,主要是从两兆瓦,还有2.5兆瓦这样一些平台上的产品。今天我在这里是想介绍一下SSP叶片系列产品当中,我用黄色的圈表示出来,这个是我们针对低风区所设计的叶片形式。
  那么主要针对2到2.5MW的风区,也是针对低风区,在这样的情况下,叶轮的直径更加大。我们对于2到2.5MW的机型也是可以保持一致的BCD。
  那么,对于低风区来说,意味着更长的叶片,同时叶根也需要承受更强的载荷,由于叶片大型化的趋势,它的重量可能也会增加,所以要求螺栓疲劳载荷性能更加好,而且由于叶轮直径的增加,我们可能需要考虑到极限载荷的增加。同时,由于需要制订BCD的要求,螺栓的强度也会增加,包括疲劳寿命,在SSP开发了NXT解决方案。
  这样一个解决方案是一个低成本,高强度的解决方案。那么在我们的右上角表上,我们可以看到通过我们的解决方案,对于比如说5MW海上风机,使用我们的解决方案重量可以减少2346公斤,所以在未来这样一个解决方案是非常具有竞争性,除了刚刚提到重量的减少,还可以在成本上非常高的节约。
  这个就是我们的SSP解决方案的概念设计构造图,我们可以看到图上的构造,顶层是一个层压,之后有一个钢结构插入,然后有垫片,倒数是第二个是新材料,最后是新材料的层压。NXT螺栓解决方案主要有三个主要的部分,来达到我们的低重量,低成本,高强度的要求。那么,我们可以看到有这样一个压缩的部分是在靠左边,在中间的部分是螺纹部分,螺纹部分疲劳强度非常重要,静态的强度也很重要。所以在这里会选用高强度的钢,那么我们希望可以把有限的成本用在会产生附加价值的地方。
  在右边是前端部分,我们现在所关注的风机,想采用我们的ST解决方案的风机,主要是针对低风区风速所设计的风机,从2MW平台到5MW平台,主要的产品是就是2MW到2.5MW风机。
  这个照片是分析背景,我们主要关注在低风速的风机,对螺栓应力进行最大的分析,包括三维有限元分析,我们也是根据GL认证,对材料安全系数进行了分析。这个是对称三维有限元的模型,包括叶片轴成和界面接触情况。
  我们的螺栓载荷可以看到四个载荷工况,我们的设计载荷并不是一个全载荷的工况,而是一个减少的载荷情况。那么,  正常运行下的疲劳分析,还有包括极限载荷的分析,所以在第一个部分列出了不同设计载荷的工况,那么对于风速的情况针对IE43等等。我们这张图关于螺栓连接分离安全边际,第一张图左边针对2MW,59米风轮直径,中间是2.5MW59.8米的直径,右边是3MW59.8米的直径,使用我们的方案可以达到低的边际。螺栓的数量有轻微的上升,2MW需要80个螺栓,3MW需要88个螺栓,所以螺栓的数量有一个轻微的上升,并不是非常大的增加。
  那么,如果看一下低风速3MW的分析,疲劳载荷非常大,我们在这个情况下,所需要的螺栓数量达到了124个,在这个时候需要把螺栓从M36转变为M30,所以你有两种选择,要么增加BCD,要么增加螺栓的数量,所以这些东西希望向大家展示2.3BCD,它比较极限的情况。到3MW的平台的时候,对于低风速风区可能达到了疲劳载荷的极限的情况,那么对于低风速的风区,如果是5MW可以看到螺栓的数量,达到了132。它的疲劳边际也是有了一定的增加,大概增加了10%。
  那么,根据以上的比较,对于2MW,3MW,2.5MW同样叶轮直径,螺栓数量是有轻微的增加,但是到了3MW66IEC  IV要改到M30的螺栓,同时螺栓的数量也有一定的增加。
  如果是5MW的平台上,又可以设计4200的BCD,并且需要足够的螺栓数量,现在的趋势是叶片长度更加增加,风长有更大直径的风轮,以及可以适应风速。所以要增加质量,并且同样BCD增加负荷。
  同样的BCD螺栓是增加,整体来说等转子大小也是意味着等螺栓的密度,这就是我们的解决方案。所以说螺栓疲劳强度的储备对未来的叶根设计是一个驱动力,2.5到3MW,T型螺栓会受到挑战。因为这样会会更加BCD2300的性能,也就是说,我们可以更长时间使用BCD2300在2.5MW平台上,我们需要进一步增加叶根连接成本,比如说在低风速区域增加小的螺栓,这样才能增加疲劳安全边际,也就是说这样对于叶根成本来说会大幅增加,如果BCD2500,这个是适用于2.5MW以上的风场,现在可以使用一些碳纤维的叶片部,这样有助于降低叶根的疲劳载荷,使用更长的叶片。
  这就是我今天的介绍,谢谢各位的聆听!
 
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