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先進的葉片預制技術在2-5MW風機平臺上的應用——Mr. Lennart Kuhlmeier/葉片設計總監

2016-04-29 瀏覽數:4456

以下內容為現場速記:SSP Technology A/S Mr. Lennart Kuhlmeier/葉片設計總監  大家早上好!今天我先來簡單也少一

以下內容為現場速記:

 SSP Technology A/S Mr. Lennart Kuhlmeier/葉片設計總監
  大家早上好!今天我先來簡單也少一下SSP技術,看一下葉片,葉輪的發展技術,還有葉根連接的要求,之后介紹一下SSPNXT的解決方案,這個是低成本的解決方案,這個方案也是設計了一些相關的案例,包括是在不同的風機兆瓦平臺上的葉根設計,那么SSP提供葉片技術的各個方面的一些產品和設計,從設計任務一直到全面的膠壓式的工程,我們都有相關的服務提供。
  我們現在看到葉片的發展趨勢是一個大型化的發展,那么現在葉片的設計在低風區的訴求也越來越強烈,特別是在中國低風區的市場需求,我們現在看一下中國市場上新的葉輪葉片產品,主要是從兩兆瓦,還有2.5兆瓦這樣一些平臺上的產品。今天我在這里是想介紹一下SSP葉片系列產品當中,我用黃色的圈表示出來,這個是我們針對低風區所設計的葉片形式。
  那么主要針對2到2.5MW的風區,也是針對低風區,在這樣的情況下,葉輪的直徑更加大。我們對于2到2.5MW的機型也是可以保持一致的BCD。
  那么,對于低風區來說,意味著更長的葉片,同時葉根也需要承受更強的載荷,由于葉片大型化的趨勢,它的重量可能也會增加,所以要求螺栓疲勞載荷性能更加好,而且由于葉輪直徑的增加,我們可能需要考慮到極限載荷的增加。同時,由于需要制訂BCD的要求,螺栓的強度也會增加,包括疲勞壽命,在SSP開發了NXT解決方案。
  這樣一個解決方案是一個低成本,高強度的解決方案。那么在我們的右上角表上,我們可以看到通過我們的解決方案,對于比如說5MW海上風機,使用我們的解決方案重量可以減少2346公斤,所以在未來這樣一個解決方案是非常具有競爭性,除了剛剛提到重量的減少,還可以在成本上非常高的節約。
  這個就是我們的SSP解決方案的概念設計構造圖,我們可以看到圖上的構造,頂層是一個層壓,之后有一個鋼結構插入,然后有墊片,倒數是第二個是新材料,最后是新材料的層壓。NXT螺栓解決方案主要有三個主要的部分,來達到我們的低重量,低成本,高強度的要求。那么,我們可以看到有這樣一個壓縮的部分是在靠左邊,在中間的部分是螺紋部分,螺紋部分疲勞強度非常重要,靜態的強度也很重要。所以在這里會選用高強度的鋼,那么我們希望可以把有限的成本用在會產生附加價值的地方。
  在右邊是前端部分,我們現在所關注的風機,想采用我們的ST解決方案的風機,主要是針對低風區風速所設計的風機,從2MW平臺到5MW平臺,主要的產品是就是2MW到2.5MW風機。
  這個照片是分析背景,我們主要關注在低風速的風機,對螺栓應力進行最大的分析,包括三維有限元分析,我們也是根據GL認證,對材料安全系數進行了分析。這個是對稱三維有限元的模型,包括葉片軸成和界面接觸情況。
  我們的螺栓載荷可以看到四個載荷工況,我們的設計載荷并不是一個全載荷的工況,而是一個減少的載荷情況。那么,  正常運行下的疲勞分析,還有包括極限載荷的分析,所以在第一個部分列出了不同設計載荷的工況,那么對于風速的情況針對IE43等等。我們這張圖關于螺栓連接分離安全邊際,第一張圖左邊針對2MW,59米風輪直徑,中間是2.5MW59.8米的直徑,右邊是3MW59.8米的直徑,使用我們的方案可以達到低的邊際。螺栓的數量有輕微的上升,2MW需要80個螺栓,3MW需要88個螺栓,所以螺栓的數量有一個輕微的上升,并不是非常大的增加。
  那么,如果看一下低風速3MW的分析,疲勞載荷非常大,我們在這個情況下,所需要的螺栓數量達到了124個,在這個時候需要把螺栓從M36轉變為M30,所以你有兩種選擇,要么增加BCD,要么增加螺栓的數量,所以這些東西希望向大家展示2.3BCD,它比較極限的情況。到3MW的平臺的時候,對于低風速風區可能達到了疲勞載荷的極限的情況,那么對于低風速的風區,如果是5MW可以看到螺栓的數量,達到了132。它的疲勞邊際也是有了一定的增加,大概增加了10%。
  那么,根據以上的比較,對于2MW,3MW,2.5MW同樣葉輪直徑,螺栓數量是有輕微的增加,但是到了3MW66IEC  IV要改到M30的螺栓,同時螺栓的數量也有一定的增加。
  如果是5MW的平臺上,又可以設計4200的BCD,并且需要足夠的螺栓數量,現在的趨勢是葉片長度更加增加,風長有更大直徑的風輪,以及可以適應風速。所以要增加質量,并且同樣BCD增加負荷。
  同樣的BCD螺栓是增加,整體來說等轉子大小也是意味著等螺栓的密度,這就是我們的解決方案。所以說螺栓疲勞強度的儲備對未來的葉根設計是一個驅動力,2.5到3MW,T型螺栓會受到挑戰。因為這樣會會更加BCD2300的性能,也就是說,我們可以更長時間使用BCD2300在2.5MW平臺上,我們需要進一步增加葉根連接成本,比如說在低風速區域增加小的螺栓,這樣才能增加疲勞安全邊際,也就是說這樣對于葉根成本來說會大幅增加,如果BCD2500,這個是適用于2.5MW以上的風場,現在可以使用一些碳纖維的葉片部,這樣有助于降低葉根的疲勞載荷,使用更長的葉片。
  這就是我今天的介紹,謝謝各位的聆聽!

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