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风力发电机组风轮叶片(JB/T 10194-2000)

时间:2017-03-09 17:54来源:网络整理 作者:网络 点击:
1范围本标准规定了风力发电机组风轮叶片的通用技术条件。本标准适用于风轮扫掠面积等于或大于40m2的水平轴风力发电机组风轮叶片。2引用标准下列标准所包含的条文

  本标准规定了风力发电机组风轮叶片的通用技术条件。

  本标准适用于风轮扫掠面积等于或大于40m2的水平轴风力发电机组风轮叶片

  2引用标准

  下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

  GB/T 1447—1983玻璃纤维增强塑料拉伸性能试验方法

  GB/T 1449—1983玻璃纤维增强塑料弯曲性能试验方法

  GB/T 1463—1988纤维增强塑料密度和相对密度试验方法

  GB/T 2576—1989纤维增强塑料树脂不可溶分含量试验方法

  GB/T 2577—1989玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法

  GB/T 3356—1999单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法

  GB 9969.1—1998工业产品使用说明书总则

  GB/T 13981—1992风力机设计通用要求

  GB/T 19001—1994质量体系设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式

  GB/T 19002—1994质量体系生产、安装和服务的质量保证模式

  ISO 12944.3—1998涂料和油漆——用保护涂料进行钢结构防腐 第3部分:设计依据

  ISO 12944.5—1998涂料和油漆——用保护涂料进行钢结构防腐 第5部分:涂料保护系统

  IEC 61400–24—1999结构防雷击保护 第1部分:总则

  3定义

  本标准采用下列定义。

  3.1制动

  能有效地降低风轮转速或使其停止转动的手段。

  3.2切入风速

  风力发电机组开始输出有用功率时,在轮毂高度处的最小风速。

  3.3切出风速

  设计时规定的风力发电机组输出有用功率时,在轮毂高度处的最大风速。

  3.4短期切出风速

  使安全系统立即触发的风速。

  3.5设计极限

  设计中使用的最大或最小值。

  3.6设计工况

  机组可能发生的运行模式(如发电、停机等)。

  3.7外界条件

  影响风力发电机组运行的因素,包括风况和其它气象因素(如温度、盐雾、沙尘等)。

  3.8阵风

  风速的瞬间变化。可以通过它的形成时间、强弱和持续时间来表示其特性。

  3.9水平轴风力发电机组

  风轮轴与风向基本平行的风力发电机组。

  3.10轮毂

  能将叶片或叶片组件安装在风轮轴上的装置。

  3.11轮毂高度

  风轮中心距地面的高度。

  3.12待机

  风力发电机组慢速运转无功率输出的状态。

  3.13极限状态

  载荷作用于结构上的一种状态,若超出此范围,则结构不再满足设计要求(见ISO 2394)。

  3.14载荷情况

  结合考虑设计工况和外界条件所产生的结构载荷。

  3.15平均风速

  在一给定的时间段内,瞬时风速的平均统计值,时间段可以从几秒钟到许多年。

  3.16停机

  风力发电机组正常关机以后的状态。

  3.17输出功率

  以特定的方式,为达到特定的目的通过一种装置输出的功率。

  3.18安全系统

  使机组保持在设计极限范围内的安全保护装置。

  3.19额定功率

  部件、装置或设备在规定的运行条件下能达到的功率,通常由制造商给出。

  3.20额定风速

  风力发电机组达到额定功率时的特定风速。

  3.21风轮转速

  风力发电机组风轮绕其轴的旋转速度。

  3.22扫掠面积

  风轮叶尖旋转运动所作的圆在垂直于风速矢量平面的投影面积。

  3.23风切变

  在垂直于风向的平面内,风速随高度的变化。

  3.24风速

  空气通过空间特定点上的瞬时运动速度。

  3.25风力发电机组

  将风能转变为电能的装置。

  3.26瑞利风速分布

  在给出的风速频率里用瑞利公式对风速进行的数学描述。

  3.27风速频率

  一年时间的间距内,相同风速小时数的总和,对于总间距总时数的百分比。

  3.28叶尖速度比

  同一时刻,叶尖线速度与轮毂高度处风速的比值。

  3.29风能利用系数

  风轮转换的风的动能与通过风轮扫掠面积的全部风的动能的比值。用Cp表示。

  3.30推力系数

  风轮产生的推力与通过风轮扫掠面积的全部风产生的推力的比值。用Ct表示。

  3.31扭矩系数

  风轮的输出扭矩与风能对风轮产生的扭矩的比值。

  3.32气动性能

  表面风轮推力系数、扭矩系数、风能利用系数和叶尖速度比之间关系的属性。

  3.33设计使用寿命

  风力发电机组在安全风速以下正常工作的设计使用年限。

  3.34风轮

  由叶片等部件组成的将风能转化为机械能的转动件。

  3.35叶片

  具有空气动力形状,使风轮绕其轴转动的主要构件。

  3.36叶片安装角

  叶根确定位置处翼型几何弦与叶片旋转平面所夹的角度。

  3.37扭角大小

  叶片尖部几何弦与根部几何弦夹角的绝对值。

  3.38颤振

  风力发电机组风轮叶片在气流中出现自激振动的不稳定状态。

  3.39雷诺数

  表征流体惯性力和粘性力相对大小的一个无因次相似参数。

  3.40相似准则

  流动现象的各参数所组成的描述流动特性的无因次量,即判定两个流动现象相似必须遵守的原则。

  3.41风洞

  在一个按一定要求设计的管道内,产生可控制流动参数的人工气流,供气动实验使用的设备。

  3.42风洞试验

  利用在风洞试验段中的气流绕模型流动,获得模型气动力特性的试验。

  3.43失速

  翼型升力系数随迎角增加开始下降,或叶片出现不可承受的抖动或结构振动的异常现象。其机理在于大迎角翼型边界层分离。

  3.44中弧线

  翼型上下表面内切圆圆心光滑连接起来的曲线。在前部,最小内切圆与翼型周线的切点是中弧线的起点;在后部,最小内切圆与翼型周线的切点是中弧线的终点。

  3.45前缘

  翼型中弧线的最前点。

  3.46后缘

  翼型中弧线的最后点。

  3.47弦线

  连接前缘与后缘的直线。

  3.48弦长

  弦线的长度。

  3.49上弧线

  从前缘到后缘,翼型的上部轮廓曲线。

  3.50下弧线

  从前缘到后缘,翼型的下部轮廓曲线。

  3.51厚度

  垂直于翼型弦线测得的上下弧线间的距离。一般指最大厚度。

  3.52重心

  在重力场中,物体处于任何方位时,所有各组成质点重力的合力通过的那一点。

  3.53不平衡量

  转子某平面上不平衡的量值大小,不涉及不平衡的相角位置。它等于不平衡质量与其质心至轴线距离的乘积。

  3.54静平衡

  通过调整叶片的质量分布,使每套叶片组成的风轮的不平衡量到达规定的要求。

  3.55计数法

  把载荷–时间历程简化成一系列全循环或半循环,从而编制载荷谱的过程。

  3.56雨流计数法

  考虑了应力–应变迟滞回线的一种计数法。

  4缩略语

  叶片:风力发电机组风轮叶片

  复合材料(FRP):纤维增强塑料

  5载荷情况定义

  叶片载荷情况定义参考附录A(标准的附录)。

  6设计要求

  6.1气动设计

  6.1.1总则

  叶片气动设计是整个机组设计的基础,为了使风力发电机组获得最大的气动效率,建议所设计的叶片在弦长和扭角分布上采用曲线变化;设计方法可采用GB/T 13981中给定的方法。

  可采用专门为风力发电机组设计的低速翼型。

  6.1.2额定设计风速

  叶片的额定设计风速按附录A中表A1规定的等级进行选取。

  6.1.3风能利用系数CP

  为了提高机组的输出能力,降低机组的成本,风能利用系数CP应大于或等于0.44。

  6.1.4外形尺寸

  叶片气动设计应提供叶片的弦长、扭角和厚度沿叶片径向的分布以及所用翼型的外形数据。

  6.1.5气动载荷

  根据气动设计结果,考虑第5章中给定的载荷情况,计算作用在叶片上的气动载荷。

  6.1.6使用范围

  叶片的气动设计应明确规定叶片的适用功率范围。无论是定桨距叶片还是变桨距叶片,都要求其运行风速范围尽可能宽。对于变桨距叶片,要给出叶片的变距范围。

  6.2结构设计

  6.2.1总则

  叶片结构设计应根据6.1.5中的载荷,并考虑机组实际运行环境因素的影响,使叶片具有足够的强度和刚度。保证叶片在规定的使用环境条件下,在其使用寿命期内不发生损坏。另外,要求叶片的重量尽可能轻,并考虑叶片间相互平衡措施。

  叶片强度通常由静强度分析和疲劳分析来验证。受压部件应校验稳定性。

  强度分析应在足够多的截面上进行,被验证的横截面的数目取决于叶片类型和尺寸,至少应分析四个截面。在几何形状和/或材料不连续的位置应研究附加的横截面。

  强度分析既可用应变验证又可用应力验证,对于后者,应额外校验最大载荷点处的应变,以证实没有超过破坏极限。

  应通过可靠的分析方法和试验验证,证明叶片能满足各种设计使用情况下的静强度和疲劳强度及气动弹性稳定性要求。强度计算见附录B(标准的附录)。

  6.2.2安全系数

  叶片的设计安全系数应大于或等于1.15。

  6.2.3刚度

  对于复合材料结构叶片,设计时应满足机组振动、气动弹性不稳定性、机械功能等设计目标的要求,还应保证其在承受50年一遇阵风载荷情况下不损坏及对机组造成灾难性的后果。

  6.2.4固有频率

  叶片的固有频率应与风轮的激振频率错开,避免产生共振。固有频率既可以通过计算也可以通过实测确定。

  6.2.5气动弹性稳定性

  应考虑叶片所有设计状态下的颤振及其它不稳定性,使叶片不产生有害的振动,并分析叶片的动态特性。

  6.2.6设计使用寿命

  叶片的设计使用寿命大于或等于20年,结构设计应满足这一要求。叶片的设计使用寿命既可以通过计算,也可以通过疲劳试验确定。用于疲劳分析验证的载荷谱既可以通过计算也可以通过实测的方法确定;载荷循环数可用雨流计数法确定。

  6.2.7可靠性

  对于叶片中的机械机构,如变桨距叶片的变桨距系统和定桨距叶片的叶尖气动刹车机构(如果有的话),其可靠性应满足用户的要求。

  6.2.8物理特性

  叶片的结构设计还应给出下列内容:

  a)叶片的质量及质量分布;

  b)叶片重心位置;

  c)叶片转动惯量;

  d)叶片刚度及刚度分布;

  e)叶片的固有频率(挥舞、摆振和扭转方向)。

  6.2.9接口尺寸

  结构设计应给出同轮毂连接的详细接口尺寸。

  6.3技术要求

  6.3.1叶片应符合由制造商制定的技术文件要求,y80y,叶片图样是叶片的主要技术文件。

  6.3.2制造叶片所用的材料应有供应商的合格证明,并符合零件图样规定的牌号。化学成分、力学性能、热处理和表面处理应符合相应标准。

  6.3.3叶片的零件、组件及外购件应符合生产的技术文件。

  6.3.4为了满足叶片的气动性能,并考虑叶片加工的工艺性及相应的制造成本,下列公差要求是叶片批量生产时应达到的最低值:

  a)叶片长度公差:±(0.13%×L)mm,其中L为叶片长度;

  b)叶片型面弦长公差:±(1.5%×c)mm,其中c为翼型型面弦长;

  c)叶片型面厚度公差:±(1%×t)mm,其中t为翼型型面最大厚度;

  d)叶片型面扭角公差:±0.4°;

  e)叶片成套重量互差:±1%;

  f)叶片轴向重心互差:±10mm。

  7环境适应性

  7.1总则

  设计和制造叶片时要考虑环境因素的影响,应进行耐环境设计,采取相应措施,使其具有较高的环境适应性。

  叶片在一定程度上暴露在腐蚀性环境条件下并且不容易接近。由于运行条件的原因,在许多情况下,不可能重做防腐层,因此重视设计、材料选择和防腐保护措施特别重要。

  防腐和减轻腐蚀的结构设计对防腐的实施、效果和可修理性具有重大影响。防腐的基本规则见ISO 12944–3和ISO 12944–5的规定。

  对于不能通过涂层或镀层来防腐的部位,可以选用适当的材料。

  复合材料叶片应采用胶衣保护层。

  7.2环境条件

  7.2.1温度

  叶片设计使用温度范围为–30℃~+50℃。

  7.2.2湿度

  叶片设计使用湿度小于或等于95%。

  7.2.3盐雾

  对于在沿海地区运行的风力发电机组,叶片设计时应考虑盐雾对其各部件的腐蚀影响,并采取相应有效的防腐措施。

  7.2.4雷电

  叶片设计时应充分考虑遭雷击的可能性,并采取相应的雷击保护措施,雷击保护系统的设计按IEC 61400–24∶1999要求进行。

  7.2.5沙尘

  叶片设计应考虑沙尘的影响,如沙尘对叶片表面的长期冲蚀,对机械转动部位润滑的影响以及对叶片平衡造成的影响等。

  7.2.6辐射

  对于复合材料叶片应考虑太阳辐射强度以及紫外线对材料的老化影响。

  8安全和环保

  8.1总则

  叶片的使用和制造不应对当地居民的安全和环境产生不利影响。

  8.2噪声

  叶片产生的噪声是机组噪声的一个组成部分,叶片设计时必须考虑这一因素。

  8.3环保

  制造叶片的材料,尤其是复合材料,在制造过程中可能会产生一些有害的物质,因此,应尽量选择适当的材料,使其在制造和使用过程中不会产生大量有害的粉尘和挥发物,对环境产生不利影响。

  9叶片材料要求

  9.1总则

  9.1.1叶片材料选择应遵守下列准则:

  a)疲劳强度高:

  b)静强度适当;

  c)在所有环境下的可靠性;

  d)重量轻;

  e)成本低。

  9.1.2所选择的材料必须满足设计使用要求,并适合加工制造。

  9.1.3所选择材料的性能指标及化学成分应符合现行有效标准或其它有关技术条件要求。

  9.1.4材料制造商应具备GB/T 19002的质量认证体系,应提供材料的合格证和检验单。

  9.1.5材料应有使用说明书,并按其规定使用。

  9.1.6主要材料和用于重要零部件的材料,进厂后应进行性能复验,试验类型和范围按设计要求或有关规定进行。

  9.1.7不允许使用超期材料,除非经试验证明性能符合要求,并办理有关手续方可使用。

  9.1.8代用材料其性能指标及质量等级应与原使用材料相当。

  9.2复合材料

  9.2.1增强材料

  9.2.1.1叶片的增强材料通常选择玻璃纤维及其制品,如粗纱、毡、各类织物。必要时可适当选用碳纤维制品。

  9.2.1.2纤维表面必须进行保护或附着增强型涂层,并且要适合于使用的层压树脂。

  9.2.1.3玻璃纤维应使用E—玻璃纤维、R或S—玻璃纤维,不得使用其它类型的纤维。

  9.2.1.4纤维及其制品的牌号、性能、规格应符合现行国家标准或行业标准。

  9.2.1.5性能试验按国家相关标准进行。

  9.2.2树脂

  9.2.2.1根据用途和要求,可区分为层压树脂和胶衣树脂,如两种树脂混合在一起,或配套使用,必须证明两种树脂相容,除非两种树脂结构相同。

  9.2.2.2胶衣树脂在固化条件下,应具有较好的防潮性和防紫外线辐射及其它有害环境影响的性能,并且应具有良好的耐磨性、低吸水性和高弹性,胶衣树脂中只允许添加触变剂、颜料和固化剂。

  9.2.2.3层压树脂在铺层时应有良好的浸渍性能,在固化状态有好的防潮性和高的防老化性能。

  9.2.2.4树脂的所有添加物如固化剂、促进剂、催化剂、填料和颜料,要与树脂相协调,并且彼此之间要兼容,保证树脂完全固化。

  9.2.2.5填料不得影响树脂的主要性能,填料的类型和填加总量可通过试验确定,在树脂中填料的比例不超过重量的12%(包括最多1.5%的触变剂),触变剂的比例在胶衣树脂中不超过重量的3%。

  9.2.2.6颜料应不受气候影响,可由无机或不褪色的有机染料物质组成,颜色由用户决定,填加比例按制造商规定,否则按重量的5%。

  9.2.2.7树脂、固化剂、催化剂、促进剂应根据制造商的工艺说明书使用,通常应选择冷固化系统,即在16℃~25℃温度范围内达到良好固化。

  9.2.2.8树脂及所有添加物的牌号、规格、性能应符合现行国家标准或有关行业标准。

  9.2.2.9性能试验按国家相关标准进行。

  9.2.3芯材

  9.2.3.1芯材要满足使用要求,并不影响树脂的固化。

  9.2.3.2金属材料局部加强件要仔细清洗、去油脂、喷砂或用其他方法得到合适的表面状态,以便达到最佳连接。

  9.2.3.3硬质泡沫塑料可以作为芯材,使用的泡沫塑料应为闭孔结构。

  9.2.3.4轻质木材可作为芯材,在使用前必须进行灭菌和杀虫处理,并进行热处理及烘干处理,平均水分含量应小于或等于12%。

  9.2.4预浸料

  预浸料须满足组件的要求和适当的保存、使用时间,而且树脂含量不低于30%,在工作温度下有适当的粘性。

  9.2.5胶粘剂

  9.2.5.1胶粘剂只允许使用无溶剂胶粘剂,最好使用双组分反应型胶粘剂。如果可能,使用与叶片相同的层压树脂。

  9.2.5.2胶粘剂不得降解被粘材料,并能保证叶片的结构性能。

  9.2.6玻璃纤维增强塑料层板性能要求

  9.2.6.1玻璃纤维增强塑料层板的性能应满足下列要求:

  a)树脂含量(重量):40%~50%(胶衣、富树脂层除外);

  b)固化程度:环氧>90%,聚酯>85%;

  c)密度:1.7~1.9g/cm3。

  9.2.6.2单向纤维层压板力学性能应符合下列要求:

  a)拉伸强度:≥500N/mm2;

  b)拉伸模量:≥29000N/mm2;

  c)弯曲强度:≥600N/mm2;

  d)弯曲模量:≥29000N/mm2。

  9.2.6.3±90°玻璃纤维增强塑料层板性能应满足下列要求:

  a)拉伸强度:≥200N/mm2;

  b)拉伸模量:≥16000N/mm2;

  c)弯曲强度:≥200N/mm2;

  d)弯曲模量:≥16000N/mm2。

  9.2.6.4试验方法

  玻璃纤维增强塑料树脂含量按GB/T 2577的规定。

  玻璃纤维增强塑料固化度按GB/T 2576的规定。

  玻璃纤维增强塑料密度按GB/T 1463的规定。

  单向纤维增强层板弯曲性能及模量按GB/T 3356的规定。

  玻璃纤维增强塑料弯曲性能按GB/T 1449的规定。

  玻璃纤维增强塑料拉伸性能按GB/T 1447的规定。

  9.3金属材料

  9.3.1金属材料在满足使用要求的前提下,可选择普通结构钢、锻钢、铸钢、铸铁、铝合金或不锈钢。

  9.3.2对金属材料要考虑其对疲劳强度和缺口的敏感性,也要考虑低温性能、防腐性能和加工性能。

  9.3.3普通结构钢

  普通结构钢的屈服强度范围应在235~355N/mm2之间。

  9.3.4铸钢、铸铁

  9.3.4.1如选用铸钢可选择一般工程用铸造碳钢或不锈钢。

  9.3.4.2如选用铸铁只允许选择质量等级高于4级的球墨铸铁或其它更高级材料。

  9.3.4.3铸件不允许有疏松、热裂、缩孔、气孔、裂纹、氧化皮、砂眼等缺陷。铸件表面应用喷砂、喷丸、化学清理或其它方法清理。

  9.3.4.4根据铸造形式,提供的铸件应进行适当热处理。

  9.3.5不锈钢

  按照耐腐蚀能力和加工性能选择合适的不锈钢,通常选用的奥氏体不锈钢应保持0.2%的弹性应变极限和0.03%的最大含碳量,并且有较好的防止晶间腐蚀能力。

  9.3.6所有金属材料性能、化学成分均应符合国家标准或其它有关技术条件。

  9.3.7对锻、铸件,应按有关标准进行磁粉探伤、液体渗透探伤、X射线照相探伤或超声波探伤等无损检验。

  10工艺要求

  10.1总则

  10.1.1下列要求仅适用于手糊湿法成型工艺。

  10.1.2层压车间应为全封闭空间,并能加热、通风,一般要求环境温度为16~25℃,最大湿度70%,并通过自动记录式温度计和湿度计进行监测记录。

  10.1.3通风设备应保证在工作场地内有害气体浓度不超标。

  10.1.4工作场地应采用适当方法照明,采取措施防止阳光和灯光温度达到引起树脂固化的程度。

  10.1.5进行叶片铺层及胶合工作时,车间内不允许进行产生粉尘的机械加工、油漆或喷涂等作业。

  10.1.6所有材料应按制造商说明书存放,如无说明应存放在10~18℃室内,储存间应干燥、通风、避免强光,并应配置自动记录式温度计、湿度计。

  10.1.7叶片制造人员、检验人员必须通过专门职业培训。

  10.1.8叶片制造必须根据叶片图样、技术条件、工艺规程进行制造、检验。

  10.1.9试生产结束后,应冻结关键工序和重要工艺参数。

  10.2图样

  10.2.1使用的图样、资料必须完整、正确、有效。

  10.2.2叶片生产必须遵守图样规定的技术要求、尺寸公差、外观质量和材料技术要求。

  10.2.3必须保证增强材料的铺层方向、层数、位置和铺放规则以及含胶量、固化程度等。

  10.2.4必须按图样要求对金属零件进行热处理和表面防护。

  10.3模具

  10.3.1模具的材料、结构由制造商决定,但必须保证足够强度、刚度、表面硬度以及尺寸精度,保证叶片的外形尺寸公差及稳定性和重复性。

  10.3.2必须考虑加热及加压对模具造成的影响。

  10.3.3如果成型时使用真空袋,要确保模具密封良好。

  10.3.4模具表面应光滑,不许有尖棱,成型面要去除斑点。

  10.3.5模具经检验认定合格,并经试模后方可使用。在铺层工作开始之前,模具表面涂适量脱模剂,如需要可预热到铺层要求的温度,模具表面须干燥、无尘。

  10.4工装

  10.4.1叶片制造所需工装、设备、工具等均应满足工艺要求及其它有关规定。

  10.4.2所用量具、衡器、仪表需经检定,并在检定周期内。

  10.4.3调胶机、喷涂机等必须准确无误,并按有关规定进行标定。

  10.4.4直接影响叶片质量的工装,如下料样板、型面样板等,必须保证设计公差要求,并定期校检,切面样板间隔应按设计要求确定。

  10.5叶片制造

  10.5.1金属零件加工制造按图样及工艺指令进行。

  10.5.2按合适的工艺方法把胶衣树脂均匀涂在准备好的模具表面,厚度在0.4~0.6mm之间。

  10.5.3涂完胶衣后应按时铺第一层材料,该层含胶量较高且使用的增强材料单位面积较轻,如使用最大为300g/m2玻璃纤维织物时,树脂含量一般为70%。

  10.5.4必须按制造商的说明书和有关部门的规定配制和准备胶液。

  10.5.5树脂及固化剂必须严格按比例混合,并尽量不混入空气,必要时可进行真空排气,填料及颜必须按规定加入。

  10.5.6铺层应符合有关技术文件及工艺规程的要求,必须严格控制铺层位置、纤维方向,单向纤维束、带保证平直,严格控制各节点位置。

  10.5.7层间要压实,含胶量一般控制在40%~50%之间,胶衣及富树脂层除外。

  10.5.8胶液的操作时间不超过制造商规定的范围,必要时须经初步试验以确定操作时间及固化时间。

  10.5.9一次能铺层的最大厚度,取决于固化时最大允许放热量;如果使用真空袋,其决定因素还应包括最多使多少层材料的空气完全排尽。

  10.5.10如果铺层过程被中断,再次铺层时,固化层表面须打毛,去除尖点,并清除干净,以获得合适的粘接表面。

  10.5.11铺层过程中应尽量避免剪断加强层,无法避免或对接时应适当增用加强带,加强带及搭接宽度最少25mm。

  10.5.12预埋件、局部加强件、叶根法兰盘、衬套等零件须干燥,并清理干净,表面做适当处理。

  10.5.13固化

  10.5.13.1树脂系统固化应按制造商说明书或预试验得到的工艺参数进行。

  10.5.13.2叶片及其部件固化达到脱模强度后,即可从模具中取出。对于冷固化系统(16~25℃),固化时间至少需要12h。

  10.5.13.3部件加温固化后应立即在相关温度下进行时效处理,冷固化系统不须时效处理,但叶片出厂前必须在室温下至少存放7天,或40℃/16h,或50℃/9h。

  10.5.14叶片表面抛光后,对没有表面保护的部位要进行密封,特别是切断面、胶接处,以防外部介质浸入,使用的密封材料应不影响层板胶接处的性能,也不影响叶片的特性。

  10.5.15在专用设备上对叶片进行静平衡。

  10.6制造监控

  10.6.1对叶片的制造监控,应包括原材料质量控制、制造过程监控和成品质量检验。

  10.6.2叶片制造工作程序单、检验单和工艺规程等文件必须跟随生产过程,并由负责每一阶段的工作人员签字。

  10.6.3叶片及各部件层压时,应对制造过程进行现场检验,特别是纤维方向、用胶量等。

  10.6.4用随件试件或从部件上直接切取试样,进行固化程度检验。

  10.6.5在加工过程期间,应抽样检查层板的性能参数,如树脂含量、密度、拉伸强度及拉伸模量、弯曲强度及弯曲模量、剪切强度及剪切模量等。如果不能从部件上切取足够大的层板试件,可随件制造500mm×500mm的平行层板。

  10.6.6对部件的加工过程及完成的叶片成品进行目视检验,应特别注意气泡、夹杂起层、变形、变白、变污、损伤、积胶等,对表面涂层也要进行外观目视检验。

  10.6.7对叶片及部件内部缺陷可采用X射线或超声波等无损检验方法来检验,检验标准可由设计、工艺、检验部门共同制定或确定一标准样件作为判据。

  10.7缺陷修补

  10.7.1允许修补叶片外表面气泡和缺损等缺陷,但应保持色调一致,修补后表面上直径小于5mm的气泡在1m2内不允许超过3个。

  10.7.2对于内部开胶、胶接处缺胶、分层等缺陷可通过注胶修补。

  10.7.3对于叶片表面的凹坑和皱折可用环氧树脂或聚酯腻子填充进行修补,并喷涂表面涂层,打磨抛光。

  10.7.4对于运输过程中造成的叶片损伤,可根据损伤的具体情况,由制造商制定修补计划,在使用现场进行修补,并由制造商提供质量保证。

  11质量保证

  11.1推荐制造商的质量保证体系应通过GB/T 19001的认证;最低应通过GB/T 19002的认证。

  11.2制造商必须保证质量保证体系的有效性。

  12试验方法

  12.1总则

  所有试验的目的是为了验证设计的正确性、可靠性和制造工艺的合理性,并为设计和制造工艺的完善和改进提供可靠的依据。试验结果作为产品定型的审查文件。

  试验仪器、仪表及量具应满足测量精度要求。

  12.2试验报告格式

  试验报告应包括以下内容:

  a)试验目的;

  b)试验件或试验模型描述;

  c)试验仪器、仪表及量具的精度和灵敏度;

  d)试验原理及简明处理方法;

  e)试验情况记录(附以相应的照片和简图);

  f)试验数据;

  g)试验处理结果(包括各种曲线);

  h)试验结论;

  i)试验地点和日期。

  试验报告应有完整的会签和盖章证明。

  12.3气动性能试验

  12.3.1总则

  对于新研制的叶片,要求进行风洞模型试验和风场实测,目的是验证风轮在各种工况下的气动性能,对于变距叶片还要试验各个变距角度下的气动性能。

  对于购买专利或许可证生产的叶片,一般只要求进行风场实测。

  12.3.2风洞试验

  12.3.2.1试验条件

  a)试验风洞要求能够模拟风场实际工况条件。

  b)风洞直径D和风轮模型直径d的关系;

  ——对于开口风洞:D≥1.5d:

  ——对于闭口风洞:D≥2d。

  12.3.2.2相似准则

  叶片模型相似准则:

  a)几何相似;

  b)动力相似。

  雷诺数相似不做要求,但要有可靠的试验数据和理论进行雷诺数修正。

  12.3.2.3测试内容

  测试项目包括:

  a)风能利用系数Cp与叶尖速度比λ的关系曲线;

  b)风轮扭矩系数CQ与叶尖速度比λ的关系曲线。

  12.3.3风场实测

  12.3.3.1试验条件

  试验地点应考虑下列因素:

  a)自然物(建筑物、树木等);

  b)地形变化;

  c)其它风扰动。

  对以上因素要根据设计条件进行修正。

  12.3.3.2测试项目

  测试项目包括风速和功率曲线,并由此得出:

  ——风能利用系数Cp与叶尖速度比λ的关系曲线;

  ——风轮扭矩系数CQ与叶尖速度比λ的关系曲线。

  12.4定桨距叶片的叶尖气动刹车机构功能试验

  12.4.1总则

  在定桨距风力发电机组中,有的叶片设计有叶尖气动刹车机构。在叶片研制过程中,这一机构的功能要进行分析和验证。

  12.4.2试验条件

  试验件是具有完整尺寸的首件实物叶片。

  12.4.3试验内容及方法

  在试验台架上,通过人工控制施加作用力,迫使叶片叶尖气动刹车机构打开和复位。检查整个机构在打开和复位过程中是否顺利,如有干涉现象,则要采取适当措施,分析和解除这种故障直到整个机构满足设计要求,并记录下试验过程中进行的所有调整内容。在满足设计要求时,整个试验过程应重复三次。

  12.5固有特性试验

  12.5.1总则

  对于新研制的叶片,都要求进行叶片固有特性试验,其目的是测量叶片的固有频率,为叶片动力分析、振动控制提供原始依据,并验证动力分析方法的正确性。

  12.5.2试验条件

  12.5.2.1试验件要求

  试验件应从试制批中抽取。

  12.5.2.2试验件支持

  试验夹具要保证叶片叶根固支,夹具刚度要大于叶片刚度的10倍以上。

  12.5.3试验项目

  a)叶片挥舞弯曲振动至少一、二阶固有频率;

  b)叶片摆振弯曲振动至少一阶固有频率;

  c)叶片扭转振动的一阶固有频率(必要时)。

  12.5.4试验测量方法

  根据试验任务书的要求和试验设备等具体条件,可以采用:

  —时域法;

  —频域法。

  对叶片固有特性进行测量。

  注:时域法对二阶固有特性测量不适用。

  在用频域法测量时,压电式加速度传感器的安装固定要特别注意,以免影响其额定频响曲线。

  12.6静力试验

  12.6.1总则

  对于新研制的叶片,要求做叶片静力试验;对于批生产叶片,在工艺做重大技术更改后,也要求做静力试验;其目的是为了验证叶片的静强度储备,并为校验强度、刚度计算方法以及结构合理性提供必要的数据。试验测定的有关数据还可供强度设计、振动分析使用。

  12.6.2试验条件

  12.6.2.1试验件要求

  试验件应是具有静强度试验要求的全尺寸叶片,一般可从试制批中抽取,可作不影响静强度试验的再加工,以便与试验工装连接和加载,件数一般为一件。

  12.6.2.2试验件支持

  试验夹具要尽量模拟叶片的力学边界条件,并尽可能小地影响叶片的内力分布。

  12.6.3试验项目

  a)刚度测量:包括挥舞、摆振刚度;必要时,也应测量扭转刚度;

  b)静强度试验。

  12.6.4试验载荷及试验方法

  试验应先进行刚度测量,再进行静强度试验。

  12.6.4.1进行刚度测量时,试验载荷不超过设计载荷。在试验载荷作用下,加载部位不得有残余变形和局部损坏。在试验过程中,按任务书规定的试验载荷,采取逐级加载逐级测量的试验方法,对同一试验内容一般不少于三次试验,或用不同的试验方法验证数据的重复性和准确性。

  为了消除加载时因结构间隙带来的非线性,提高数据测量的精度,可采用预加载或其它适宜的试验方法。

  试验结果处理可采用最小二乘法。

  12.6.4.2进行静强度试验时,试验载荷应尽量与叶片设计载荷一致,既要满足叶片的总体受力要求,也要满足叶片的局部受力要求。静强度试验顺序:

  a)预试;

  b)使用载荷试验;

  c)设计载荷试验;

  d)破坏试验(如果要求确定剩余强度,需进行破坏试验,可在疲劳试验完成后进行)。

  其中:

  ——预试是为了检查试验、测量系统是否符合试验技术要求和拉紧试验件,消除其间隙。预试载荷为设计载荷的40%。

  ——使用载荷试验是为了确定叶片承受使用载荷的能力,加载梯度不大于设计载荷的10%,在各级载荷情况下进行应变、位移测量和变形观察,加载到使用载荷后,停留时间不少于30s,卸载后,叶片不应出现永久变形,也不允许出现折皱等局部失稳。

  ——设计载荷试验是为了确定叶片承受设计载荷的能力,在超过使用载荷后,加载梯度不大于设计

  载荷的5%,在各级载荷情况下进行应变、位移测量和变形观察,加载到设计载荷后,停留时间不少于3s,叶片不出现破坏。

  ——破坏试验是为了确定叶片的实际承载能力,为强度计算提供数据,加载梯度不大于设计载荷的5%,直至破坏。

  12.7疲劳试验

  12.7.1总则

  对于新研制的叶片,要求进行叶片疲劳试验;对于批生产叶片,在工艺做重大技术改进后,也要求做疲劳试验。其目的是为了暴露叶片的疲劳薄弱部位,验证设计的可靠性、工艺的符合性,为改进设计、工艺、编制使用维护说明书、确定叶片使用寿命提供依据。

  12.7.2试验条件

  12.7.2.1试验件要求

  试验件应是具有静强度要求的全尺寸叶片,一般可从试制批中抽取,并做不影响静强度要求的再加工,以便与试验工装连接和加载,试验件数根据实际情况取一至二片。

  12.7.2.2试验件支持

  试验夹具要尽量模拟叶片的力学边界条件,并尽可能少地影响叶片的内力分布,还要保证载荷谱多点协调加载的实现。

  12.7.3试验载荷

  12.7.3.1疲劳试验载荷既可以采用程序谱加载也可以采用等幅谱加载,等幅谱载荷应力幅按设计载荷包线最大值选取,循环特征依据实际载荷环境确定;对于程序谱加载,载荷谱应根据载荷环境分析及运用应变(或载荷)测量统计结果得到的使用载荷谱编制,编制载荷谱时要保证损伤等效,并能实现随机加载。

  12.7.3.2加载误差在最大峰值时一般小于5%。

  12.7.3.3能导致蠕变或结构疲劳强度明显降低和引起任何热应力的严重影响、腐蚀影响等都应予以模拟,如果试验设备不能实现环境模拟要求,可考虑其它方法弥补。

  12.7.3.4对于复合材料叶片,若要加速试验时,试验频率不应导致试验件发热而使疲劳特性受影响。

  12.7.4试验方法

  试验前应对测量系统进行标定,标定载荷至少应达到试验载荷的80%,试验加载系统和测量系统要按有关规定进行评定。

  按试验任务书要求进行加载,进行应变、变形、载荷测量。对疲劳裂纹的出现要监测及时、记录准确。当试验结束后,应对试件进行认真的分解检查(尤其是不可检部分)和断口分析,检查分析结果纳入试验报告。

  12.8解剖试验

  12.8.1总则

  解剖试验仅适用于复合材料叶片。

  解剖试验属于预生产试验范畴,应在工艺试模取得全面检查合格以后进行,目的是确定复合材料叶片各验证位置的材料性能,检查工艺与设计的符合性等,以便为设计调整、工艺参数修正提供依据。

  12.8.2试验要求

  12.8.2.1试验件要求

  试验件应是工艺试模件,对于材性试验,可根据设计要求铺设局部切面,其它项目试验可选用疲劳试验后的试件。

  12.8.2.2试验件切割位置要求

  试验件切割位置由设计按需要在试验任务书中规定。

  12.8.3试验项目

  a)成型工艺质量(型腔节点位置、前后缘粘结质量、内填件的粘结质量等);

  b)主要承力部分材性试验(密度、拉伸强度、拉伸模量、剪切模量等);

  c)质量分布特性。

  12.8.4试验方法

  12.8.4.1按任务书要求对检验件进行切割,首先检查成型工艺质量,仔细记录检查项目。

  12.8.4.2对主要承力部分按相应国家标准进行材性试验,如果从主要承力部分截取下来的试件不符合标准要求,设计、工艺要协商一致,也可采用随件试件的办法来解决。

  12.8.4.3对试验切割下来的每段叶片,分别称重,测量重心,绘制沿展向的叶片质量分布曲线。

  12.9雷击试验

  12.9.1总则

  雷击试验的目的是为了考核叶片防雷击保护系统的性能,确定叶片抗雷击的能力。

  12.9.2试验条件

  12.9.2.1试验件为全尺寸叶片或模拟样件。

  12.9.2.2雷击试验可在高压实验室内进行。

  12.9.3试验项目

  进行高雷击脉冲电流试验和雷击飞弧试验。

  由高雷击脉冲电流试验验证雷电电流传导系统承载电流的能力;雷击飞弧试验验证电极的引雷效果。

  12.10叶片随件试件试验

  12.10.1总则

  叶片随件试件试验仅适用于复合材料叶片。

  叶片随件试件试验是每件叶片生产时都要进行的常规试验,目的是保证工艺、材料稳定性,对于叶片来说,由于实际原因,不可能对产品进行破坏,需要对每一片叶片安排一个随模试件,对其主要性能进行测试,该测试结果按常规检验填写在叶片履历本或合格证上。

  12.10.2试验要求

  该随模试件要求和叶片一起成型,最好共用一个模具,否则,该试件的工艺参数要求和叶片成型一致,试件尺寸按设计要求,切割成符合材性测量的标准试件。

  12.10.3试验项目

  a)拉伸强度;

  b)拉伸模量;

  c)弯曲强度;

  d)弯曲模量;

  e)剪切强度;

  f)剪切模量。

  12.10.4试验方法按国家相关标准进行。

  13检验规则及验收

  13.1检验分类

  叶片的检验分出厂检验、型式检验和鉴定检验。

  每片叶片均做出厂检验;新产品试制完成时应进行鉴定检验;凡属下列情况之一者应进行型式检验:

  a)新产品经鉴定定型后,叶片制造商第一次试制或小批量生产时;

  b)停产一年以上,产品再次生产时;

  c)正常生产的叶片自上次试验算起已满三年;

  d)叶片的设计、生产工艺、主要原材料的变更影响叶片性能时,进行有关项目的试验;

  e)质量监督机构、叶片制造商和用户三方对产品质量、性能发生异议时,可进行有关项目的试验。

  13.1.1出厂检验

  13.1.1.1每片叶片均要求检验型面翼型的弦长、扭角、厚度等几何数据。

  13.1.1.2每片叶片均要求检验重量及重心位置。

  13.1.1.3每片叶片均要求检验叶片连接尺寸。

  13.1.1.4对于具有叶尖制动机构的定桨距叶片应进行功能试验。

  13.1.1.5每片叶片应进行外观质量检查。

  13.1.1.6每片叶片应进行随件试件玻璃纤维增强塑料固化度和树脂含量检验。

  13.1.1.7对叶片内部缺陷应进行敲击或无损检验。

  13.1.1.8对于成套供应的叶片应检验其配套情况。

  13.1.1.9制造商与用户商定的其它检验项目。

  13.1.2鉴定检验

  叶片在定型鉴定时,应进行气动性能试验、静力试验、解剖试验、固有特性试验、雷击试验、定桨距叶片叶尖制动机构功能试验、疲劳试验。

  13.1.3型式检验

  13.1.3.1型式检验项目包括:随件试件性能试验、静力试验、固有特性试验、定桨距叶片叶尖制动机构功能试验。

  13.1.3.2质量监督机构以及制造商和用户商定的其它试验项目。

  13.1.4检验中使用的设备、仪器、工具、标准样品、计量器具均应符合规定的精度等级,并经质量监督机构认可。

  13.2判定规则和复验规则

  13.2.1检验结果与产品技术条件及要求不符时,则叶片判定为不合格品。

  13.2.2型式检验每批检验一至二片叶片,试验中只要有一项指标不合格,就应在同一批中另抽取加倍

  数量的叶片,对该项目进行复验;若仍不合格,应对该批叶片的该项目逐片检验。

  13.3不合格品处理

  13.3.1不合格叶片应做明显标记,并应单独存放或处理,禁止与合格叶片混放。

  13.3.2对存在轻微缺陷但不影响安全使用和性能要求的叶片,经必要处理,由用户认可后可视为合格品。

  13.4最终验收

  所有叶片经过严格检验,并完成规定试验后,填好产品履历本、合格证、检验单及所需的其它文件交付验收。

  14叶片的标志和使用维护说明书

  14.1叶片的标志

  14.1.1总则

  叶片的标志提供了叶片的简要描述,应用耐环境的材料在叶片根部位置固定一个永久性的标志。

  14.1.2叶片的标志应包括下列内容:

  a)叶片名称、商标;

  b)制造商名称、详细地址;

  c)叶片规格、型号;

  d)叶片的长度、质量和重心位置等参数;

  e)叶片系列编号和制造日期;

  f)叶片配套号;

  g)其它项目。

  14.2叶片使用维护说明书

  14.2.1叶片使用维护说明书目的是提供正确使用和维护叶片的必要说明。

  14.2.2叶片使用维护说明书的格式应符合GB 9969.1的规定。

  14.2.3叶片使用维护说明书的内容:

  a)制造商;

  b)名称、型号;

  c)叶片描述;

  d)风轮直径;

  e)额定输出功率、风轮转速;

  f)风轮的功率输出曲线;

  g)叶片安装角;

  h)切入风速、额定风速、切出风速;

  i)叶片技术数据;

  j)叶片各部件的安装原理图;

  k)叶片安装、运输过程中的吊装位置及吊装要求;

  l)叶片使用维护要求。

  15叶片包装、贮存、运输

  15.1包装

  叶片存放要按技术要求对金属部件进行油封包装,油封期至少为1年;复合材料部分不需要包装,但要进行适当的保护,避免磕碰损伤。

  15.2叶片随机文件

  叶片的随机文件应包括下列内容:

  a)装箱单;

  b)随机备件、附件清单;

  c)安装原理图;

  d)叶片履历本或合格证;

  e)叶片使用维护说明书;

  f)其它有关的技术资料。

  15.3备件、安装工具和随机文件应装到一个包装箱内,以确保在保管和运输中的完整性。

  15.4贮存

  叶片可以露天存放,但要对叶片进行适当保护,避免损坏叶片表面。

  15.5运输

  15.5.1在叶片运输时,要对叶片启封并对金属部件重新油封包装,并用支架支撑和固定牢固,保证叶片在运输过程中不损坏。

  15.5.2对于叶片的薄弱部位,在运输过程中应安装适当的保护罩。

  15.5.3在装、卸叶片及运输过程中,避免叶片受力过于集中,内、外螺纹和配合处应当防止碰伤、堵塞等。

(责任编辑:lugang)
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