形状自适应风电桨叶制造技术

本发明专利技术涉及一种形状自适应风电桨叶，有效解决现有的风电桨叶无法主动变形以适应不同风况的问题；解决技术方案包括桨叶基体，桨叶基体上包覆有桨叶蒙皮，桨叶基体和桨叶蒙皮组成桨叶，所述桨叶蒙皮的基体材料为环氧树脂聚合物，所述桨叶蒙皮采用热敏性聚合物纤维层和碳纤维层为增强纤维，所述桨叶蒙皮上设置有热能激励源；本发明专利技术基于热敏性聚合物纤维层的特性通过压力传感器测量风力、风向大小从而改变风电桨叶的有效受力界面，实现效率的最大化；同时在桨叶受力不均的情况下，改变桨叶结构，从而减小对风电桨叶中心轴的振动稳定性，提高中心轴的使用寿命，减小故障率和突发危险情况。

Shape adaptive wind blade

The invention relates to a shape-adaptive wind turbine blade, which effectively solves the problem that the existing wind turbine blades can not actively deform to adapt to different wind conditions; the technical solution includes the blade base, the blade base covered with blade skin, the blade base and the blade skin composed of blades, and the base material of the blade skin is epoxy. Resin polymer is used in the blade skin, which is reinforced by a thermosensitive polymer fiber layer and a carbon fiber layer, and the blade skin is equipped with a heat energy excitation source.Based on the characteristics of the thermosensitive polymer fiber layer, the effective force interface of the blade is changed by measuring the wind force and wind direction through a pressure sensor. At the same time, under the condition of uneven force on the blade, the structure of the blade is changed to reduce the vibration stability of the central axis of the wind turbine blade, improve the service life of the central axis, and reduce the failure rate and sudden danger.

【技术实现步骤摘要】
形状自适应风电桨叶
本专利技术涉及风力发电
，具体是一种形状自适应风电桨叶。
技术介绍
随着全球环保工作的进一步深入开展，世界各国对再生能源的需求急剧增加，属于清洁能源的风能备受瞩目；全球对风力发电的技术不断研究，风力发电在清洁能源的领域内占有着独特的优越性。我国是一个风能资源非常丰富的国家，就近地层来说，其风能资源的总储量达到了32.26亿千瓦，能够通过技术开发利用的风能资源大概有2.53亿千瓦，在全球的排名中，中国仅次于俄罗斯和美国，充分说明了中国的风能资源可以大规模的发展和利用。风力发电机是作为风能转换成电能的媒介，其桨叶是其不可缺少的部件，桨叶制造成本约占风力发电机的20%，因此桨叶的表面积及其结构形状对风力发电机的性能、效率和使用寿命有着巨大的影响。工作过程中桨叶的受力情况复杂多变，可能出现颤振等情况，因此工作环境也是影响发电机桨叶运转的主要因素之一；风力发电机桨叶颤振是不稳定的自激振动，当桨叶在流场作用下产生变形或运动，而桨叶的变形或运动反过来又影响流场，从而改变流体在桨叶表面上的载荷大小和分布；所以风力发电机往大型化、高效率方向发展，不仅要考虑其成本，还要从经济性、运行情况等方面研究桨叶的形状结构，使桨叶高效运行且具有较长使用寿命。传统风电桨叶由于气动力、惯性力和摩擦阻力的耦合作用，有时会发生颤振、抖振的情况，加大桨叶的损害程度，减少桨叶的使用寿命；同时会引起电机传动轴产生摆阵运动、扭转振动、挥舞运动等不稳定状况，甚至会引起共振现象，造成桨叶和整个风电系统巨大的损害。因此，本专利技术提供一种形状自适应风电桨叶来解决上述问题。
技术实现思路
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本专利技术提供一种形状自适应风电桨叶，有效的解决了现有的风电桨叶无法主动变形以适应不同风况的问题。本专利技术包括桨叶基体，桨叶基体上包覆有桨叶蒙皮，桨叶基体和桨叶蒙皮组成桨叶，其特征在于，所述桨叶蒙皮的基体材料为环氧树脂聚合物，所述桨叶蒙皮采用热敏性聚合物纤维层和碳纤维层为增强纤维，所述桨叶蒙皮上设置有热能激励源。优选的，所述热敏性聚合物纤维层沿桨叶的展长方向和弦长方向埋设，桨叶的前缘、后缘以及前缘和后缘之间的部分分别连接热敏激励源。优选的，所述热敏激励源设置为连通电源的电路接口，电路接口设置在上桨叶蒙皮和下桨叶蒙皮的内表面和外表面。优选的，所述热敏性聚合物纤维层的材质采用碳纳米管纤维或尼龙纤维或水凝胶纤维或N-异丙级丙烯酰胺纤维。优选的，所述热敏性聚合物纤维层和碳纤维层交叉网状排列。优选的，所述热敏性聚合物纤维层和碳纤维层交叉网状排列方式为叠层结构排布或有序编织排布或无序编织排布。优选的，所述的热能激励源置于桨叶蒙皮内表面和外表面。优选的，所述桨叶蒙皮上固定有压力传感器,所述压力传感器与计算机电性连接，所述计算机与热敏激励源电性连接。优选的，所述的桨叶基体为水平轴风力发电发电机的桨叶。本专利技术基于热敏性聚合物纤维层的特性通过压力传感器测量风力、风向大小从而改变风电桨叶的有效受力界面，实现效率的最大化；同时在桨叶受力不均的情况下，改变桨叶结构，从而减小对风电桨叶中心轴的振动稳定性，提高中心轴的使用寿命，减小故障率和突发危险情况。附图说明图1为热敏性聚合物纤维层和碳纤维层交叉以网格结构进行的有序编织排布示意图。图2为热敏性聚合物纤维层和碳纤维层交叉以网格结构进行的有序编织排布的横截面示意图。图3为热敏性聚合物纤维层和碳纤维层以叠层结构进行排布示意图。图4为热敏性聚合物纤维层和碳纤维层以叠层结构进行排布的横截面示意图。图5为将热敏性聚合物纤维层和碳纤维层以无序编织结构进行排布示意图。图6为热敏性聚合物纤维层和碳纤维层以无序编织结构进行排布的横截面示意图。图7为桨叶前缘自适应变形示意图。附图标记：1、桨叶翼型前缘；2、桨叶翼型后缘；3、桨叶蒙皮上表面；4、桨叶蒙皮下表面；7、热敏性聚合物纤维层；8、碳纤维层。具体实施方式有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点与功效，在以下配合参考附图1至图7对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。下面将参照附图描述本专利技术的各示例性的实施例。实施例一，本专利技术为一种形状自适应风电桨叶，包括桨叶基体，桨叶基体上包覆有桨叶蒙皮，桨叶基体和桨叶蒙皮组成桨叶，所述桨叶蒙皮的基体材料为环氧树脂聚合物，环氧树脂聚合物为目前大多桨叶蒙皮所采用的材料，产品具有机械性能好、成本较低、稳定性好、韧性强、固化收缩率小的优良性能，所述桨叶蒙皮采用热敏性聚合物纤维层7和碳纤维层8为增强纤维；采用的碳纤维层8质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，碳纤维层8的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间；采用的热敏性聚合物纤维层7具备无滞回、长寿命、可伸缩、响应快速等特性；热敏性聚合物纤维层7是一种对于外界温度变化发生预响应的高分子材料，热敏性聚合物纤维层7在热激励的状态下会发生形变，热敏性聚合物纤维层7与形状记忆合金相比，成本更低，性价比更高；所述桨叶蒙皮上设置有热能激励源，热敏激励源给予热敏性聚合物纤维层7热激励，使得热敏性聚合物纤维层7在热激励的状态下发生形变，热敏激励源电性连接地面的计算机控制系统，由计算机控制系统控制热敏激励源给予热敏性聚合物纤维层7热激励。实施例二，在实施例一的基础上，所述热敏性聚合物纤维层7沿桨叶的展长方向和弦长方向埋设,桨叶的前缘1、后缘2以及前缘1和后缘2之间的部分分别连接热敏激励源；埋设在展长方向和弦长方向的热敏性聚合物纤维层7的置于桨叶的前缘、中间、后缘部分在适当热源激励下可实现主动收缩或伸长，从而使桨叶翼型中间、前缘1、后缘2部分发生向上或向下的弯曲变形；前缘1、后缘2、前缘1和后缘2之间和整体翼型的变形，可使风电桨叶运转过程更加平顺，可最大程度的减少甚至是避免桨叶的振动，从而实现整个风电系统更加高效运行和长寿命工作；若对埋设在展长方向或者弦长方向的热敏性聚合物纤维层7的置于桨叶的前缘1、后缘2以及前缘1和后缘2之间的部分同时作用三种不同程度的适当热源激励，就可以实现桨叶翼型前缘1、后缘2以及前缘1和后缘2之间的部分同时发生不同程度的向上或向下的弯曲变形；将埋设在展长方向和弦长方向的热敏性聚合物纤维层7的置于桨叶的前缘1、后缘2以及前缘1和后缘2之间的部分的弯曲变形结合，就可以实现桨叶翼型整体发生丰富多样的翘曲和扭曲变形，从而实现对风能利用的最大化；随着热源激励的改变，埋设在展长方向或弦长方向的热敏性聚合物纤维层7的前缘1部分的主动收缩或伸长量和中间部分的主动收缩或伸长量以及后缘2部分的主动收缩或伸长量也随之发生改变，从而使桨叶翼型前缘1、后缘2以及前缘1和后缘2之间的部分发生向上或向下的弯曲变形程度也随之发生改变。实施例三，在实施例一的基础上，所述热敏激励源设置为连通电源的电路接口，电路接口设置在上桨叶蒙皮3和下桨叶蒙皮4的内表面和外表面，电源接口通过电源给予热敏性聚合物纤维层7热源激励，电源接口电性连接地面的计算机控制系统，由计算机控制系统控制电源接口通过电流给予热敏性聚合物纤维层7热激励。实施例四，在实施例一的基础上，所述热敏性聚合物纤维层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.形状自适应风电桨叶，包括桨叶基体，桨叶基体上包覆有桨叶蒙皮，桨叶基体和桨叶蒙皮组成桨叶，其特征在于，所述桨叶蒙皮的基体材料为环氧树脂聚合物，所述桨叶蒙皮采用热敏性聚合物纤维层（7）和碳纤维层（8）为增强纤维，所述桨叶蒙皮上设置有热能激励源。

【技术特征摘要】
1.形状自适应风电桨叶，包括桨叶基体，桨叶基体上包覆有桨叶蒙皮，桨叶基体和桨叶蒙皮组成桨叶，其特征在于，所述桨叶蒙皮的基体材料为环氧树脂聚合物，所述桨叶蒙皮采用热敏性聚合物纤维层（7）和碳纤维层（8）为增强纤维，所述桨叶蒙皮上设置有热能激励源。2.根据权利要求1所述的形状自适应风电桨叶，其特征在于，所述热敏性聚合物纤维层沿桨叶的展长方向和弦长方向埋设,桨叶的前缘（1）、后缘（2）以及前缘（1）和后缘（2）之间的部分分别连接热敏激励源。3.根据权利要求1所述的形状自适应风电桨叶，其特征在于，所述热敏激励源设置为连通电源的电路接口，电路接口设置在上桨叶蒙皮（3）和下桨叶蒙皮（4）的内表面和外表面。4.根据权利要求1所述的形状自适应风电桨叶，其特征在于，所述热敏性聚合物纤维层（7）的材质...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宁，李光恩，闫杰，赵志敏，史景帅，田志杰，王岩，刘健，许利红，田少华，刘国恩，刘思奇，郑伟，
申请(专利权)人：华中国电电力集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41