CN102392797B - 挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段及制作装备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段及制作装备。已有技术竖向排列，需要模具，成本高。本发明采用腹板上左侧安装前缘支架杆；右侧安装内支点滑杆；支架杆上固定安装成对的前、后支点滑杆；通过旋转前缘支架杆调节前缘支架梁的弯曲；通过调节三个滑杆来挤压竹条；在竹条的内外侧面都依次铺上玻璃纤维层、脱模布、真空袋；向成形腔内灌输树脂，并固化、脱模，表面处理；用结构胶将竹条的内侧面与前梁帽和后梁帽固定粘结。本发明采用多支点挤压调弯，无需特定模具，可灵活调节曲面；本发明采用横向叠加可将大的叶片分成小段加工，出现损伤时，只用维修个别条竹条，成本低。

Description

挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段及制作装备

技术领域

本发明属于风力发电机叶片及其加工制作装备和技术领域，涉及一种用多个滑杆挤压弯曲后的竹条横向叠加，并用环氧树脂灌输及外表面涂有面漆的中型功率风力发电机组叶片中间段，及其制作装备。

背景技术

风力发电是清洁能源技术的重要发展方向。叶片是风电机接收风能部件，成本约占总成本的20％(是占比最高的部件)。目前大中型叶片多为蒙皮主梁结构。常用材料有环氧体系树脂、聚酯体系树脂和加强玻璃纤维等。存在的缺陷是需要先加工特定曲面形状的模具，材料成本高，加工成本高等。毛竹是生长最快的植物，质地坚硬，强度和刚度高，同时具有很好的柔韧性、低成本、环保特性，越来越多地被用于制作风电叶片。竹制叶片也在国内风电场得到试用。现有的风电叶片制作工艺大多是先制作模具，而后采用竹质复合材料结合密闭灌输工艺制作。与竹质风电叶片有关的专利有：

“一种以竹板片为芯材的复合板材”(95234591.9)，将叠在一起的几层或几十层竹片芯材经过胶接，再在外表面覆盖玻璃钢表层；“一种玻璃钢竹芯复合板”(98210768.4)，用竹条与玻纤布分层铺覆树脂填充层而成；“竹制复合材料风力发电机叶片叶根预成型灌输工艺”(200810018500)，以竹片层为芯材经真空灌输树脂制作预成型叶根中间产品的方法；“竹制复合材料风力发电机叶片”(200820032204.3)，采用了竹层积材；“一种竹质乙烯基酯树脂风力发电机叶片”(201020270775.8)，采用条状竹制复合材料；“一种高强度竹板材”(201120122304.7)，由毛竹展开而成。“一种竹质乙烯基酯树脂风力发电机叶片”(201020270775.8)，包括壳体和腹板，壳体内外表面为多向玻璃纤维，中间结构材料为竹制条状复合材料，芯材为聚苯乙烯泡沫；“竹制复合材料风力发电机叶片”(200820032204.3)，上片与下片通过合模粘结条粘合而成一体，在叶根和/或上片和/或下片内部填充有竹层积材；“复合铺层式风力机叶片及其制造方法”(201110009237.2)，叶根段主梁采用比刚度高的竹层积材铺层，叶中至叶尖段主梁为比强度高的0度单向布铺层，叶根段竹层积材与叶中至叶尖段0度单向布之间为搭接加强段；“可生产出样板的风力发电机叶片的真空灌输工艺”(200910264260.9)，将叶片模具清理、上脱模剂、依次铺设下层玻璃纤维层、竹材、PVC泡沫、上层玻璃纤维层及脱模材料层。脱模材料层上铺设样板玻璃纤维层；样板玻璃纤维层上均铺设脱模布和真空膜等形成成型腔；经抽真空、保压、灌入环氧树脂固化后，形成上半叶片、下半叶片成品；“一种用于风力发电机叶片的条状型材连接方法”(201010237625.1)，主结构材料为条状竹材与条状玻璃钢拉挤型材，采用特殊的斜切方式将条状竹材与条状玻璃钢拉挤型材连接在一起；“竹木薄板复合层积材的制造方法”(200810112092.7)，包括制备杉木薄锯板、竹青薄板和将杉木薄锯板和竹青薄板复合成层积材的步骤等；“竹制复合材料风力机叶片中细长壳体构件的竖式灌输工艺”(200810018502.1)，包括清洁、拼装、固定模具、包裹玻璃布、包裹脱模布、包裹导流网、缠绕螺旋管、灌输基体胶粘材料及其固化剂和脱模。

通过分析已有相关专利可知，未曾出现过采用竹片横向排列来制作的叶片。已有技术都采用了层积型的竹制复合材料，且多采用竖向排列模式，需要先加工好曲面模具，将铺层后的制品连同模具一起(即将竹材料贴放在模具表面)，用真空袋严密包好，抽真空，使真空袋紧密地贴在制品表面，达到加压的目的。已有技术都将叶片分成上下两片来加工，叶片后缘和前缘处都为粘结结构。综上所述，已有技术存在成本高、制作工艺复杂、加工周期长、且只要有一片竹材出了质量或加工问题，整个叶片都作废的情况。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段及制作装备。

本发明包括前缘支架梁、前缘支架杆、腹板、后梁帽、内支点杆、内支点滑杆、内支点滑块、后支点滑杆、后支点滑块、后支点杆、支架杆、前支点杆、前支点滑杆、前支点杆滑块、竹条、前梁帽、叶片外壳、面漆和环氧树脂胶衣等。

用腹板将前梁帽和后梁帽连接起来，组成工字型，并固定在地面上；在前梁帽和后梁帽的两个侧边上，以竹条宽度为间隔，粘结有多个圆球垫；在腹板上以竹条宽度为间隔，开有多个圆孔；腹板上每个圆孔左侧固定安装上前缘支架杆调节螺母，前缘支架杆调节螺母左侧通过螺纹安装有前缘支架杆；前缘支架杆与前缘支架梁通过螺钉螺母固定连接；腹板上每个圆孔右侧安装有空心的内支点杆；内支点杆右端安装有可滑动的内支点滑块；内支点滑块上安装有可滑动的内支点滑杆；支架杆固定树立在地面上，位于腹板的右侧；支架杆上以竹条宽度为间隔，固定安装有多个成对的前支点杆和后支点杆；前支点杆的左端安装有可滑动的前支点滑块；前支点滑块上安装有可滑动的前支点滑杆；后支点杆的左端安装有滑动的后支点滑块；后支点滑块上安装有可滑动的后支点滑杆。

通过同时调节多个前缘支架杆在前缘支架杆调节螺母内的旋入旋出量，来调节前缘支架梁的弯曲程度以便于符合叶片前缘曲线要求；将削减过的、中间薄、两端厚、边线斜切的长条形竹条中间部分与前缘支架梁贴紧；挤压竹条两端，使之与前梁帽和后梁帽上的圆球垫接触；并将竹条两端合并，并通过结构胶将竹条两端粘结；通过滑动内支点滑块和内支点滑杆，使得内支点滑杆两端与竹条前后内侧面顶住；通过滑动前支点滑块和前支点滑杆，使得前支点滑杆上端与竹条前外侧面顶住；通过滑动后支点滑块和后支点滑杆，使得后支点滑杆下端与竹条后外侧面顶住；通过调节三个支点杆上滑杆的位置来挤压竹条，从而调节竹条的曲线以满足叶片外壳横截面曲面要求。

通过逐条叠加竹条，层积出叶片外壳形状。竹条的内侧面和外侧面都铺上玻璃纤维层；玻璃纤维层上铺上脱模布；多个竹条层积好后，在内外层的脱模布上再都铺上真空袋，形成成型腔；用密封胶带将铺层封于真空袋内，形成真空密闭空间；向模具内灌输树脂，经固化、脱模，表面处理为预成型叶片外壳半成品；在半成品外侧刷上环氧树脂胶衣和面漆，并在竹条接缝处多刷环氧树脂胶衣，进一步使得叶片外壳表面光滑，即可得到叶片中间段外壳成品。将圆球垫、前缘支架梁、前缘支架杆、内支点杆、内支点滑块和内支点滑杆取出，并用结构胶将竹条的前内侧面与前梁帽固定粘结，将后内侧面与后梁帽固定粘结，即可得到叶片中间段成品。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

多支点挤压调节装置通用性好，无需一种曲面形状加工一种对应的模具，从而大大降低了成本；

利用竹条本身的柔韧性和多个支点挤压来调节曲率，可在一定范围内灵活调节曲面形状，灵活性强，可适应的风机叶片类型多；

采用横向逐条柔性材料叠加原理，可将大的叶片沿轴向分成小段来加工，加工工艺较为简单，成本低于整体曲面柔性材料；

出现损伤时，可将叶片分段开来，只用修缮或替换个别条竹条材料，而不是像竖条叠加时，若一条出了问题，则竹条长度的整面材料都需替换，所以维修成本低；

叶片后缘处无粘结，提高了后缘的刚度。横向叠加时，竹条的接缝线方向与风向接近，耐风压。横向叠加竹制叶片具有一定的柔性，吸收部分风沙冲击，减小风沙冲击引起的振动。

附图说明

图1是本发明的叶片及制作装置的主视图；

图2是本发明的叶片及制作装置的俯视图；

图3是本发明的成型叶片中间段截面示意图；

图4是图3中段A处的局部放大示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明包括前缘支架梁(1)、前缘支架杆(2)、腹板(3)、后梁帽(4)、内支点杆(5)、内支点滑杆(6)、内支点滑块(7)、后支点滑杆(8)、后支点滑块(9)、后支点杆(10)、支架杆(11)、前支点杆(13)、前支点滑杆(14)、前支点杆滑块(15)、竹条(16)、前梁帽(18)、叶片外壳(22)、面漆(23)和环氧树脂胶衣(24)等。

本实施例针对宽度1-2m，叶片总长小于8m(含根部)的叶片中间段。用厚度0.06m，宽度0.6m，高2.5m的玻璃钢腹板3将厚度为0.04m，宽度为0.3m的玻璃钢前梁帽18和后梁帽4连接起来，组成工字型，并固定在地面上；在前梁帽18和后梁帽4的两个侧边上，以竹条16宽度为间隔，粘结有多个圆球垫17；在腹板3上以竹条16宽度为间隔，开有多个圆孔；腹板3上每个圆孔左侧固定安装上前缘支架杆调节螺母19，前缘支架杆调节螺母19左侧通过螺纹安装有前缘支架杆2；前缘支架杆2与前缘支架梁1通过螺钉螺母固定连接；腹板3上每个圆孔右侧安装有空心的内支点杆5；内支点杆5右端安装有可在内支点杆5上滑动的内支点滑块7；内支点7上安装有可滑动的内支点滑杆6；支架杆11固定树立在地面上，位于腹板3的右侧；支架杆11上以竹条16宽度为间隔，固定安装有多个成对的前支点杆13和后支点杆10；前支点杆13的左端安装有可在前支点杆13上滑动的前支点滑块15；前支点滑块15上安装有可滑动的前支点滑杆14；后支点杆10的左端安装有可在后支点杆10上滑动的后支点滑块9；后支点滑块9上安装有可滑动的后支点滑杆8。

通过同时调节多个前缘支架杆2在前缘支架杆调节螺母19内的旋入旋出量，来调节前缘支架梁1的弯曲程度以便于符合叶片外壳22前缘曲线要求；将消减过的、长度合适的、宽度一致、中间薄、两端厚、边线斜切的长条形竹条16中间部分与前缘支架梁1贴紧；挤压竹条16两端，使之与前梁帽18和后梁帽4上的圆球垫17接触；并将竹条16两端合并，并通过后缘粘合结构胶12将竹条16两端粘结；通过滑动内支点滑块7和内支点滑杆6，使得内支点滑杆6两端与竹条16前后内侧面顶住；通过滑动前支点滑块15和前支点滑杆14，使得前支点滑杆14上端与竹16前外侧面顶住；通过滑动后支点滑块9和后支点滑杆8，使得后支点滑杆8下端与竹条16后外侧面顶住；通过调节滑杆6、滑杆8、滑杆14的位置来挤压竹条16，从而来调节竹条16的曲线以满足叶片外壳22横截面曲面要求。

通过逐条叠加竹条16，层积出叶片外壳22形状。在竹条16的内侧面和外侧面都铺上玻璃纤维层；玻璃纤维层上铺上脱模布20；多个竹条16层积好后，在内外层的脱模布20上再都铺上真空袋21，形成成型腔；用密封胶带将铺层封于真空袋21内，形成真空密闭空间；向成形腔内灌输树脂，经固化、脱模，表面处理为预成型叶片外壳22半成品；在半成品外侧刷上环氧树脂胶衣24和面漆23，并在竹条16的接缝处多刷环氧树脂胶衣24，进一步使得叶片外壳22表面光滑，即可得到叶片中间段外壳成品。

将圆球垫17、前缘支架梁1、前缘支架杆2、内支点杆5、内支点滑块7和内支点滑杆6从叶片外壳22内腔中取出，并用梁帽结构胶25将竹条16的前内侧面与前梁帽18固定粘结，用结构胶25将竹条16的后内侧面与后梁帽4固定粘结，即可得到叶片中间段成品。

本发明的叶片在加工过程中可方便地调节曲面曲率。但当灌输树脂后，叶片壳体定型，曲率不可调节。可以通过增加支点个数的方法来提高曲面挤压调曲率功能，得到精度更高、形状更复杂的曲面。

Claims (4)

1.挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段的制作装备，包括前缘支架梁(1)、前缘支架杆(2)、腹板(3)、后梁帽(4)、内支点杆(5)、内支点滑杆(6)、内支点滑块(7)、后支点滑杆(8)、后支点滑块(9)、后支点杆(10)、支架杆(11)、前支点杆(13)、前支点滑杆(14)、前支点杆滑块(15)、竹条(16)、前梁帽(18)、叶片外壳(22)、面漆(23)、环氧树脂胶衣(24)；其特征在于：用腹板(3)将前梁帽(18)和后梁帽(4)连接起来，组成工字型；在腹板(3)上以竹条(16)宽度为间隔，开多个圆孔；腹板(3)上每个圆孔左侧依次安装上前缘支架杆调节螺母(19)和前缘支架杆(2)；前缘支架杆(2)与前缘支架梁(1)通过螺钉螺母固定连接；腹板(3)上每个圆孔右侧依次安装有内支点杆(5)，内支点滑块(7)和内支点滑杆(6)；支架杆(11)上以竹条(16)宽度为间隔，固定安装有多个成对的前支点杆(13)和后支点杆(11)；前支点杆(13)的左端依次安装有前支点滑块(15)和前支点滑杆(14)；后支点杆(11)的左端依次安装后支点滑块(9)和后支点滑杆(8)。

2.根据权利要求1所述的挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段的制作装备，其特征在于：通过旋转前缘支架杆(2)来调节前缘支架梁(1)的弯曲；将竹条(16)中间部分与前缘支架梁(1)贴紧；挤压竹条(16)两端，并将竹条(16)两端合并粘结在一起；内支点滑杆(6)两端与竹条(16)前后内侧面顶住；前支点滑杆(14)上端与竹条(16)前外侧面顶住；后支点滑杆(8)下端与竹条(16)后外侧面顶住；通过调节内支点滑杆(6)、后支点滑杆(8)和前支点滑杆(14)的位置来挤压竹条(16)，以满足叶片外壳(22)横截面曲面要求。

3.根据权利要求1所述的挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段的制作装备，其特征在于：在竹条(16)的内外侧面都依次铺上玻璃纤维层和脱模布(20)；在脱模布(20)上再都铺上真空袋(21)；用密封胶带将铺层封于真空袋内；向成形腔内灌输树脂，并固化、脱模，表面处理。

4.根据权利要求1所述的挤压调弯横向叠加式中型风电叶片中间段的制作装备，其特征在于：将前缘支架梁(1)、前缘支架杆(2)、内支点杆(5)从竹制叶片外壳(22)中间取出，并用梁帽结构胶(25)将竹条(16)的内侧面与前梁帽(18)和后梁帽(4)固定粘结。

Images