CN102661242B - 一种垂直轴升力型风轮叶片及其叶片板和对应的制造方法 - Google Patents

一种垂直轴升力型风轮叶片及其叶片板和对应的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垂直轴升力型风轮叶片及其叶片板和对应的制造方法，风轮叶片包括叶片顶板和叶片底板，叶片顶板和叶片底板的沿纵向延伸的边缘位置处具有扣合部，叶片顶板和叶片底板通过两者的扣合部对应扣合联接构成翼型壳体，翼型壳体呈横向截面积相等的中空结构，叶片顶板和叶片底板均呈由浸润过浸润剂的麻纤维布平展铺设粘合构成的层状复合结构，叶片顶板和叶片底板的扣合部通过粘接剂层对应扣合固定粘接，叶片顶板和叶片底板的最外层麻纤维布的外侧附着有保护层。制造麻纤维布的麻纤维属于天然可再生资源，来源广，价格低，可降解，在对叶片进行回收处理时可以采用焚烧或填埋处理，回收处理简单，且不会给环境造成污染。

Description

一种垂直轴升力型风轮叶片及其叶片板和对应的制造方法
技术领域
本发明属于垂直轴升力型风轮发电机技术领域，具体涉及一种垂直轴升力型风轮叶片及其叶片板，同时还涉及这种垂直轴升力型风轮叶片及叶片板的制造方法。
背景技术
垂直轴升力型风力发电机由于启动风速低，噪音小、无需对风向等优点而逐渐得以推广。但现有的风力发电机的风轮叶片普遍采用高分子树脂和玻璃纤维复合而成，这种叶片在制造时需要对玻璃纤维布进行裁切，还需要对半成品进行打磨、切割，这样会出现大量的玻璃纤维粉尘，严重污染工作环境和危害人体健康；并且玻璃纤维不能燃烧或降解，这种叶片在报废时不能采用焚烧和填埋的方式处理，处理比较麻烦，容易造成环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种垂直轴升力型风轮叶片，以解决现有技术中风轮回收处理比较麻烦的技术问题；同时本发明还提供一种垂直轴风轮叶片板和上述垂直轴风轮叶片及叶片板的制造方法，以解决制造过程中的污染问题。
为实现上述目的，本发明所提供的垂直轴升力型风轮叶片采用如下技术方案：一种垂直轴升力型风轮叶片，包括沿纵向延伸的叶片顶板和叶片底板，所述叶片顶板和叶片底板上沿纵向延伸的边缘位置处均具有装配时对应扣合的扣合部，所述叶片顶板和叶片底板通过两者的扣合部对应扣合联接构成翼型壳体，该翼型壳体呈横向截面积相等的中空结构，翼型壳体的纵向两端的开口处固设有封堵板，所述叶片顶板和叶片底板均呈由麻纤维布平展铺设粘合构成的层状复合结构，该层状复合结构由浸润过浸润剂的麻纤维布粘合构成，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。所述叶片顶板和叶片底板的扣合部通过粘接剂层对应扣合固定粘接，所述粘接剂层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。且叶片顶板和叶片底板的最外层麻纤维布的外侧均附着有保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。
所述的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
本发明所提供的垂直轴升力型风轮叶片板采用如下技术方案：一种垂直轴升力型风轮叶片板，所述叶片板呈麻纤维布平展铺设粘合构成的层状复合结构，该层状复合结构由浸润过浸润剂的麻纤维布粘合构成，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，在叶片板的最外层麻纤维布的外侧附着有保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。
所述的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
本发明所提供的垂直轴升力型风轮叶片的制造方法采用如下技术方案：一种用于制造垂直轴升力型风轮叶片的方法，包括如下步骤：
步骤一，模具的准备与处理：模具为凹模，凹模上具有与叶片顶板和叶片底板的外形相对应的成型内腔，在对应的凹模的成型内腔的内表面涂抹保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后常温下放置至保护层半固化。
步骤二，麻纤维布的铺设与成型：将与凹模的成型内腔的尺寸相对应的片状麻纤维布放入配置好的浸润剂中充分浸润，然后将浸润后的麻纤维布平展的逐层铺设在凹模中，常温下固化成型，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。
步骤三，叶片顶板和叶片底板的整形与粘接：将固化成型后的叶片顶板及叶片底板从凹模中取出，对叶片顶板和叶片底板的沿纵向延伸的边缘位置处具有的扣合部进行整形和修边，在叶片顶板及叶片底板的扣合部的扣合面上涂抹胶粘剂，该胶粘剂由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后将叶片顶板和叶片底板的扣合部对应扣合粘接固化在一起，形成空心的横向截面积相等的翼型壳体，最后将封堵板通过胶粘剂粘接固定在翼型壳体的纵向两端的开口处。
所述步骤二中的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
优选的，上述风轮叶片的制造方法中的高分子树脂采用牌号为191的不饱和聚酯树脂或采用双酚A型环氧树脂。
优选的，上述风轮叶片的制造方法中的胶衣树脂采用牌号为FL-102的不饱和聚酯树脂。
优选的，上述风轮叶片的制造方法中的固化剂采用过氧化甲乙酮。
优选的，上述风轮叶片的制造方法中的促进剂采用环烷酸钴。
本发明所提供的垂直轴升力型风轮叶片板的制造方法采用如下技术方案：一种用于制造垂直轴升力型风轮叶片板的方法，包括如下步骤：
步骤一，模具的准备与处理：模具为凹模，凹模上具有与叶片板外形对应的成型内腔，在凹模内层表面涂抹保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后常温下放置至保护层半固化。
步骤二，麻纤维布的铺设与成型：将与凹模的成型内腔的尺寸相对应的片状麻纤维布放入配置好的浸润剂中充分浸润，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后将浸润后的麻纤维布平展的逐层铺设于凹模中，常温下固化成型得到叶片板。
所述步骤二中的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
优选的，上述风轮叶片板的制造方法中的高分子树脂采用牌号为191的不饱和聚酯树脂或采用双酚A型环氧树脂。
优选的，上述风轮叶片板的制造方法中的胶衣树脂采用牌号为FL-102的不饱和聚酯树脂。
优选的，上述风轮叶片板的制造方法中的固化剂采用过氧化甲乙酮。
优选的，上述风轮叶片板的制造方法中的促进剂采用环烷酸钴。
本发明的有益效果是：本发明所提供的垂直轴升力型风轮叶片的叶片顶板和叶片底板由麻纤维布作为加强材料制造，较同尺寸的玻璃纤维布制造的叶片重量轻，强度和刚度也能够满足发电机叶片的运行需要。而由于这种风轮叶片的质量较轻，惯性小，因此启动风速较小。并且制造麻纤维布的麻纤维属于天然可再生资源，来源广，价格低，可降解，在对叶片进行回收处理时可以采用焚烧或填埋处理，回收处理简单，且不会给环境造成污染。同时，因为在叶片顶板和叶片底板的最外层麻纤维布的外侧附着有保护层，这样可以防水和防紫外线以更好的保护叶片，延长叶片的使用寿命。
本发明所提供的垂直轴升力型风轮叶片板由麻纤维布作为加强材料制造，这种风轮叶片板质量轻、强度高。采用由这种叶片板加工制造风轮叶片时，不会产生环境污染以及对人体造成危害；并且这种叶片板制造的风轮叶片在回收处理时可以采用焚烧或填埋处理，回收处理简单，不会给环境造成污染。
本发明所提供的风轮叶片和叶片板的制造方法中所制作的叶片顶板、叶片底板及叶片板均采用层层铺设的麻纤维布作为加强材料，这种用麻纤维布制作的叶片板及叶片，较同尺寸的玻璃纤维布制造的叶片板及叶片重量轻，强度和刚度也能够满足发电机叶片的运行需要；且成本低，材料来源广，更重要的是整个制造不会污染工作环境和危害人的健康。本发明所提供的制造方法中在铺设制作叶片顶板和叶片底板之前，首先在凹模的内侧涂抹保护层，固化后的保护层附着于翼型壳体的表面，形成一层致密的防水和防紫外线的表面保护层。
附图说明
图1是本发明所提供的垂直轴升力型风轮叶片一种实施例的外形图；
图2是图1中所示风轮叶片的横向截面部分的结构示意图；
图3是图2中H处放大示意图；
图4是图1中所示风轮叶片的叶片底板成型结构示意图；
图5是图1中所示风轮叶片的叶片顶板成型结构示意图；
图6是图1中所示的风轮叶片的中点处的受力变形图。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，一种垂直轴升力型风轮叶片的实施例，该实施例中的风轮叶片1包括沿纵向延伸的叶片顶板20和叶片底板40，叶片顶板和叶片底板均呈由麻纤维布60平展铺设粘合构成的层状复合结构，该层状复合结构由浸润过浸润剂的麻纤维布粘合构成，此处的麻纤维布铺设有四层，这种麻纤维布在铺设之前要先在浸润剂中充分浸润，浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，此处的高分子树脂为不饱和聚酯树脂，并且在叶片顶板20和叶片底板40的最外层的麻纤维布的外侧粘接附着有保护层50，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。本实施例中的叶片顶板和叶片底板的沿纵向延伸的边缘位置处均具有装配时对应扣合的扣合部，叶片顶板和叶片底板通过两者的扣合部对应扣合联接构成翼型壳体，该翼型壳体呈横向截面积相等的中空结构，叶片顶板和叶片底板的扣合部通过粘接剂层10和粘接剂层30对应扣合固定粘接，所述粘接剂层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。所述的翼型壳体的纵向两端的开口处通过粘接剂粘接固定有封堵板，本实施例中的封堵板采用聚丙烯塑料板。
如图2所示，麻纤维布铺设有4层，在其它实施例中，可以根据需要铺设3-10层。上述实施例中的麻纤维布采用由红麻纤维织成的平纹布，在其它实施例中，也可以采用由黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
上述实施例中的高分子树脂为不饱和聚酯树脂，牌号为191，在他实施例中，也可以采用双酚A型环氧树脂。
上述实施例中的胶衣树脂为无机填料填充防水防紫外线的不饱和聚酯树脂，牌号为FL-102。
上述实施例中的固化剂为过氧化甲乙酮，促进剂采用环烷酸钴。
本发明所提供的用于制造上述实施例中的垂直轴升力型风轮叶片的制造方法的实施例的步骤如下：
在制作风轮叶片的叶片顶板及叶片底板之前，首先配置浸润剂及保护层的配料，制作时，按照质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4的比例将高分子树脂、固化剂及促进剂混合均匀以构成浸润剂的配料；按照质量比胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4的比例将胶衣树脂、固化剂及促进剂混合均匀以构成保护层的配料。此处的高分子树脂为不饱和聚酯树脂，牌号为191，而胶衣树脂为无机填料填充防水防紫外线的不饱和聚酯树脂，牌号为FL-102。此处的固化剂为过氧化甲乙酮，促进剂采用环烷酸钴，将浸润剂及保护层的配料搅拌均匀，放置在容器内待用。
步骤一，模具的准备与处理。
a：用毛巾蘸取脱模剂，反复均匀的涂抹于模具内表面，该模具为凹模110和凹模120，在凹模110上具有与叶片顶板20的外形相对应的凹模内腔，在凹模120上具有与叶片底板40的外形相对应的凹模内腔，相应凹模的成型内腔的尺寸与叶片顶板及叶片底板的外形尺寸相对应，所述的脱模剂涂抹在凹模的成型内腔的内层表面，然后用干净毛巾反复擦拭至表面光洁。
b：将保护层的配料涂抹在凹模的成型内腔的内表面上，厚度约为0.5mm，在常温下放置0.5-1小时，待保护层半固化。
步骤二，麻纤维布的铺设与成型。
c：裁切。麻纤维布首先根据凹模的成型内腔的尺寸进行裁切，将麻纤维布裁切呈条形。
d：预浸。将裁切后的麻纤维布在配置好的浸润剂中预浸，使麻纤维布充分浸润。
e：铺设。将浸润后的麻纤维布逐层铺设于凹模中，铺设时应保持麻纤维布平展，用蘸过树脂的毛刷反复挤压，不使麻纤维布层间存有气泡。
f：固化。铺设后的麻纤维布在常温下固化，待完全固化后，如图4、图5所示，将在凹模模具中成型好的叶片顶板和叶片底板取出。
步骤三，叶片顶板和叶片底板的整形与粘接。
g：整形与修边。对成型后的叶片顶板和叶片底板按照要求的尺寸用木工锯和木工刨对沿纵向延伸的边缘位置处的扣合部进行整形处理，修边时要保证叶片顶板和叶片底板上对应的扣合部整齐，使得叶片顶板和叶片底板配合在一起时扣合部的扣合面应贴合良好。
h：粘接。将叶片顶板和叶片底板重新放回对应的模具中，然后在叶片顶板或叶片底板的其中一个的扣合部的扣合面上均匀涂抹5mm厚的胶粘剂，此处的胶粘剂的成分与上述保护层的配方相同。然后将叶片顶板及叶片底板和相对应的模具合在一起，再用卡具固定，保持一定的压力，待胶粘剂完全固化后，拆卸下卡具，叶片顶板和叶片底板通过两者的扣合部对应粘接固定构成纵向两端呈开口结构的翼型壳体。
i：粘接封堵板。用5mm厚的聚丙烯塑料板作为封堵板对翼型壳体的纵向两端进行封堵，并用胶粘剂将封堵板与翼型壳体牢固的粘接在一起。
采用上述制造方法制作成型后的叶片厚度实测为6mm，叶片总长度为800mm，最大宽度为140mm。
强度和刚度测试：将叶片水平放置，两端固定在万能材料试验机的下工作台上，构成简支梁结构，进行三点弯曲试验，测试叶片的受力和变形，叶片破坏时中点处的最大挠度为67mm，中点处最大受力为2043N。叶片中点处受力与变形的关系曲线如图6所示。
在本实施例中，步骤四中的胶粘剂的成分与保护层的配料的配方相同。
在本实施例中，麻纤维布是由红麻纤维织成的平纹布。在其它实施例中，也可以是由黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
上述实施例中的高分子树脂为不饱和聚酯树脂，在其它实施例中，也可以采用双酚A型环氧树脂。
本发明还提供一种垂直轴升力型风轮叶片板的实施例，该实施例中的叶片板呈由浸润过浸润剂的麻纤维布平展铺设粘合构成的层状复合结构，所述浸润剂由高分子树脂、固化剂及促进剂混合构成，在叶片板的最外层麻纤维布的外侧附着有保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂及促进剂混合构成。
上述的浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。上述的保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。此处的高分子树脂为不饱和聚酯树脂，牌号为191，而胶衣树脂为无机填料填充防水防紫外线的不饱和聚酯树脂，牌号为FL-102。此处的固化剂为过氧化甲乙酮，促进剂采用环烷酸钴，将浸润剂及保护层的配料搅拌均匀，放置在容器内待用。
本实施例中的高分子树脂为不饱和聚酯树脂，在其它实施例中，也可以采用双酚A型环氧树脂。
本实施例中叶片板为层状复合结构，该层状复合结构与上述风轮叶片的实施例中的叶片顶板或叶片底板的层状复合结构相同。
本实施例中的麻纤维布为由红麻纤维织成的平纹布。在其它实施例中，也可以是由黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
本发明还提供一种垂直轴升力型风轮叶片板的制造方法，此处叶片板的制造方法与风轮叶片的制造方法中制作叶片顶板或叶片底板的步骤及步骤中所采用的麻纤维布的用料及浸润剂的配料相同。该制造方法的具体步骤如下：
步骤一，模具的准备与处理，模具为与叶片板外形对应的凹模，在凹模内层表面涂抹保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后常温下放置至保护层半固化。
步骤二，麻纤维布的铺设与成型，将与凹模相对应的片状麻纤维布放入配置好的浸润剂中充分浸润，然后将浸润后的麻纤维布平展的逐层铺设于凹模中，常温下固化成型得到叶片板，所述的浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。

Claims (8)

1.一种垂直轴升力型风轮叶片，其特征在于：包括沿纵向延伸的叶片顶板和叶片底板，所述叶片顶板和叶片底板上沿纵向延伸的边缘位置处均具有装配时对应扣合的扣合部，所述叶片顶板和叶片底板通过两者的扣合部对应扣合联接构成纵向两端呈开口结构的翼型壳体，该翼型壳体呈横向截面积相等的中空结构，翼型壳体的纵向两端的开口处固设有封堵板，所述叶片顶板和叶片底板均呈由麻纤维布平展铺设粘合构成的层状复合结构，该层状复合结构由浸润过浸润剂的麻纤维布粘合构成，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，所述叶片顶板和叶片底板的扣合部通过粘接剂层对应扣合固定粘接，所述粘接剂层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，且叶片顶板和叶片底板的最外层麻纤维布的外侧均附着有保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。
2.根据权利要求1所述的垂直轴升力型风轮叶片，其特征在于：所述的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
3.一种垂直轴升力型风轮叶片板，其特征在于：所述叶片板呈麻纤维布平展铺设粘合构成的层状复合结构，该层状复合结构由浸润过浸润剂的麻纤维布粘合构成，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，在叶片板的最外层麻纤维布的外侧附着有保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4。
4.根据权利要求3所述的垂直轴升力型风轮叶片板，其特征在于：所述的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
5.一种用于制造如权利要求1所述的垂直轴升力型风轮叶片的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，模具的准备与处理：模具为凹模，凹模上具有与叶片顶板和叶片底板的外形相对应的成型内腔，在对应的凹模的成型内腔的内表面涂抹保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后常温下放置至保护层半固化；
步骤二，麻纤维布的铺设与成型：将与凹模的成型内腔的尺寸相对应的片状麻纤维布放入配置好的浸润剂中充分浸润，然后将浸润后的麻纤维布平展的逐层铺设在凹模中，常温下固化成型，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4；
步骤三，叶片顶板和叶片底板的整形与粘接：将固化成型后的叶片顶板及叶片底板从凹模中取出，对叶片顶板和叶片底板的沿纵向延伸的边缘位置处具有的扣合部进行整形和修边，在叶片顶板及叶片底板的扣合部的扣合面上涂抹胶粘剂，该胶粘剂由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后将叶片顶板和叶片底板的扣合部对应扣合粘接固化在一起，形成空心的横向截面积相等的翼型壳体，最后将封堵板通过胶粘剂粘接固定在翼型壳体的纵向两端的开口处。
6.根据权利要求5所述的制造垂直轴升力型风轮叶片的方法，其特征在于：所述步骤二中的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
7.一种用于制造如权利要求3所述的垂直轴升力型风轮叶片板的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一，模具的准备与处理：模具为凹模，凹模上具有与叶片板外形对应的成型内腔，在凹模内层表面涂抹保护层，该保护层由胶衣树脂、固化剂和促进剂组成，三者的质量比为胶衣树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后常温下放置至保护层半固化；
步骤二，麻纤维布的铺设与成型：将与凹模的成型内腔的尺寸相对应的片状麻纤维布放入配置好的浸润剂中充分浸润，所述浸润剂由高分子树脂,固化剂和促进剂组成,三者的质量比为高分子树脂:固化剂:促进剂=94：4：4，然后将浸润后的麻纤维布平展的逐层铺设于凹模中，常温下固化成型得到叶片板。
8.根据权利要求7所述的制造垂直轴升力型风轮叶片板的方法，其特征在于：所述步骤二中的麻纤维布为由红麻纤维或黄麻纤维或亚麻纤维织成的平纹布。
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