明阳风电叶片设计首席工程师：叶片分段技术
能见APP讯：10月19日-21日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。20日下午，广东明阳风电产业集团叶片设计首席工程师陈文光在“供应链技术创新与合作”分论坛上作了主题发言，分享的主题是，叶片分段技术。
以下为发言全文：
陈文光：这是我们明阳在做一些叶片的研究，正好借款这样一次风能大会给大家介绍一下风能叶片的内容，首先我们讲为什么要做分段叶片，这个分段叶片相对来说比整体的叶片是要高一些。在叶片的长度逼近70米的过程中，我们会发现有一些运输路线，可能这运输比较麻烦，它比较复杂或者费时，有时候甚至不太可能。我们做的分段叶片首先目的解决运输的问题，另外在地方丘陵地带它的安装场地需要大，而且凭证的话这建成本会比较高，分段叶片可以进一步降低土建成本。
接下来我从以下主题来分享一下分段叶片的一些内容。首先我们讲一下分段位置的选择，我们研究的结果是分段点叶片长度的30%到60%的区域，具体位置的选择，需要根据不同的叶片型号、叶片的设计，叶片的长度来进行反复迭代，需要兼顾以下方面。首先是运输的成本控制。另外一方面就是考虑载荷的平衡，金属连接件就比较大，靠近叶根载荷比较多，它的库存增重就比较大。
接下来我讲一下国内外分段叶片的连接方案，首先看一下三个例子，分别来自（英文），我们来看一下异同点，首先它们都采用了中间件的结构，运输件或者是预埋或者粘接，都是通过螺栓的密度来增加单个密度的受力，由于增加件间隙会降低落套的对接要求，也就是安装的方便但是它中间件保持的完整性，它的对准度要求是最高的，就是它的被安装的精度是最高的。另外一大类就是T型螺栓连接，同样它也可以用在分段的连接上及它的原理主要通过分段纵向通口，两端通过通过螺母来固定，可能采用单排和双排的螺栓连接，是为了增加螺栓的分布密度，各段之间可以单独制造或者是整体制造。整体打孔的成本会比较高一些，另外就是定向孔径比较小，需要考虑到设备的操作空间，但是这越来越大的话，这瞳孔是一个问题，可能需要一个特殊的连接设备，这种T型螺栓操作是比较方便的，但是它的孔隙不理想的话，会导致单个连接载荷会偏大。
像这两端是进一步扩展会产生一个模块化组装的概念，它是将叶片主要的部件分别生产，在现场组装，由于部件量比较大，所以粘接点比较多，工艺控制的难度比较大。这种模块运输过程它可以将所有组件放在一个运输车辆里面运到风场，同时可以节省运输成本，因为这样的空间会小很多，接下来将模块进一步扩展，它的进一步离散化，会得到行架（音）上，它工艺会有保证。它主体也是通过粘接连接。另外这里面行架（音）接头，看第二个图，它是一个薄弱区，目前还没有有效经济成型的工艺。
下面这个连接方案它是一个最重量的方式，它的叶片本身结构最小，它是将两端的主席梁进行插接所以说需要工厂的工艺环境搬到安装现场，这是一个目前还是说比较难做到的一个点。所以说目前这种连接类型还没有一个实际形成的叶片。其他连接方式主要用在小叶片上面，有铆钉连接还有副板上的连接。
接下来我们来分享一下我们明阳现在的分段连接的方案，看左边第一个图，我们的特点就是没有中间件连接的方式，中间件的重量另外叶片的整体性会比较强一些。连接的话主要是通过螺母就可以连接起来了。我们看第二个图，右边是叶根，我们采用的是用来螺套设计，T型螺栓设计，我们采用双排打孔的设计，可以单个连接件的重量可以降低，这连接效率就高一些。
为了保证预警力不会受螺栓腐蚀的影响，在安装完成了之后，我们会把螺栓来用覆盖，我接下来讲一下分段研究的过程问题，我们分段叶片主要是低速风场，它叶片细长弱翼型，它的设计原理是通过将高强玻纤或者碳纤转化为金属离散的连接单元。它的成本一方面来自于螺栓的连接，另外一方面来自于连接铺层平滑过渡，会增加铺层材料，另外这铺层会比较厚一些，如果采用中间件连接会进一步增加中间件的成本，也会增加工艺的复杂性，工艺复杂性成本四个方面，由这四个方面我们需要平衡安全性和轻量化的问题。
按我们现在的研究，我们比较合理的范围在5%到15%之间，范围是根据不同的连接方案，我们得到一个范围。就是我们研究过不同的一个设计方案，综合的范围。所以说根据不同的项目，或者不同的叶型设计，你可以在运输成本、制造成本和设计成本做一个平衡，如果能做到量产化成本可以进一步降低。因为工艺成本还有一些，材料成本可以经过降低。
在设计过程中可能还会出现金属件和玻纤维连接的问题，我们需要做大量的实验，包括T型螺栓连接，因为目前综合了两种方案的优缺点，可能不同的铺测顺序也会影响到材料的疲劳强度。另外还有一个螺栓硬力集中问题，它是有几个效应引起，主要是集中在螺母和螺栓。他主要是受运力的保证是目前的话包括叶根螺栓连接，主要是采用液压做一个预警，但是液压螺栓的精度无法控制，液压螺栓板手，误差可以达到35%以上，可以保证控制15以内。还有一个预警力松驰，我们就需要在螺栓的过程中进行递减或者是实时监测，除了为了保证完整性，另外还是要保证运行过程中弯曲腐蚀导致预警力来进一步维护这叶片和周围的环境安全。它除了降低运输成本，它也可以节约安装场地。
另外随着单个部件尺寸的下降，它可以进一步节省每兆车间的成本，这也是模块化出现，从供应链，所以变长我们可以采用同样的叶根不同的叶尖，叶尖的选择会取决于不同的风场提供的载荷，叶尖会工厂单独制造，近距离的配，根据风场所再的一个区域进行近距离的搭配，这样的目的是旨在优化工厂的收益比例。
一个是大功率变桨的控制，我们在变桨的时候会单独控制着夜间，这概念好几年前就已经出来了，就是通过夜间变桨来进一步提高发电量和降低载荷，另外一个概念就是看台风的分段叶片设计。这概念就是在台风来临的之前，我们把这两段的叶尖段收起来，来降低风能承受的极限载荷。台风之后我们再把叶片张开保证发电量，在整个叶片运行周期，既能保证发电量又能降低本身的载荷，我们因为叶片的载荷是有极限载荷来控制，是一个约束。整个载荷的重量下降之后机组本身的，包括机上的塔架承重量都会下降，整个机组的整体设计就可以更轻量化。
我们下面做一个总结，从连接方案，我刚才讲了很多各个公司不同的连接方案，也讲了我们明阳的连接方案，我的看法是各个方案优缺点，需要考虑我们自身的工艺，你在哪一块做一个质量保证，可以把风险控制到最低，你就可以采用哪一种连接方案，从以上的角度需要综合考虑运输和制造的设计成本的平衡，做到收益最大化。从设计的角度来看，我们需要考虑连接段的既满足系数又降低成本，分段叶片也为创新型叶片和设计提供了技术和想象空间。非常感谢大家。
