CN102834608A - 重组竹风力发电机叶片 - Google Patents

Abstract

一种重组竹风力发电机叶片，由壳体(21)和内部支撑梁(22)组成。在叶片的壳体(21)内填充有重组竹材。该叶片由于在主材上选取了拉伸/压缩弹性模量、强度以及疲劳性能优良的以重组竹为主体的复合材料，所以叶片的力学性能好并且成本低。

Description

重组竹风力发电机叶片

技术领域：

本发明涉及一种用于风力发电机组的叶片， 尤其是指一种用于风力 发电机组的以重组竹为主要结构材料的叶片。

背景技术：

目前， 世界上绝大多数风力发电机组使用的叶片均以玻璃钢为主要 结构体， 大型木质叶片及竹质叶片的出现降低了叶片产品的重量及价格， 同时使废旧叶片得以回收利用。 由于高性能竹材在性能及价格上的优势， 竹材代表最高水平的叶片结构材料。

竹材有多种加工方式， 从胶合板到层积材都可以制造出高性能竹材， 但这些传统工艺制成的高性能竹材对质量控制有极高的要求， 原材料浪 费大， 成本高， 且性能不够稳定。 使用重组竹工艺制成的高性能竹材具 有性能稳定， 原材料浪费少， 成本低， 和剪切强度高等特点， 尤其适合 风力发电机组叶片的结构材料特性要求。

发明内容：

本发明的目的是克服现有竹叶片技术中存在的不足， 提供一种使用 新型材料， 性能更稳定， 制造成本更加低廉的叶片产品。

为实现本发明上述目的， 本发明提供一种竹制复合材料风力发电机 叶片， 结构上由壳体和内部支撑梁组成， 在叶片壳体内填充有重组竹材。

所述重组竹材， 即， 使用经疏解后的束状竹单元在压制成型后形成 的长条状、 块状、 或板状物体。 相比传统的层积材工艺使用条状竹单元， 使用束状竹单元大大提高了材料利用率， 同时提高了性能的稳定性。

按照本发明提供的技术方案， 所述叶片产品结构由壳体和支撑梁组 成。 叶片根部为圓型， 并逐渐向尖部过渡成为空气动力学翼型， 由根部 向尖部整体趋势是变薄、 变窄。 发明的重要环节是在叶片壳体内部填充 有重组竹材。

本发明把重组竹的技术特点结合到风力发电机叶片的设计与制造 中， 获得了一种全新的叶片产品， 通过对新材料的应用和产品设计与工 艺的改进， 提高了产品性能并降低了成本。

附图说明：

通过下文中的参照附图所进行的描述部分， 能够更好理解所有上述 特征， 其中所述附图示出了本发明的非限制性实施例， 所述附图为： 图 1为重组竹叶片壳体的二维视图；

图 1所示为图 1中壳体一个横截面 A的详细视图；

图 3是重组竹叶片壳体三明治结构的视图；

图 4为重组竹叶片的工艺流程图。

具体实施方式： 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

按照本发明提供的技术方案， 所述叶片产品如图 2所示在结构上由壳 体 21和支撑梁 22组成。 如图 1所示， 叶片根部 11为圓型， 并逐渐向尖部 12 过渡成为空气动力学翼型， 由根部向尖部整体趋势是变薄、 变窄。 发明 的重要环节是在叶片壳体内部填充有重组竹材， 而该重组竹材又以慈竹 为主要原材料。

慈竹， 又名茨竹、 甜慈、 酒米慈、 钓鱼慈、 丛竹、 吊竹， 主干高 5— 10米，顶端细长，弧形， 弯曲下垂如钓丝状，粗 3— 6厘米。节间长达 60cm , 贴生长 2mm的灰褐色脱落性小刺毛， 箨环明显， 在秆基数节者其上下各有 宽 5— 8腿的一圈紧贴白色绒毛。 丝鞘革质， 背部密集贴生棕黑色刺毛， 先端稍呈山字形； 箨耳不明显， 狭小， 呈皱折状， 鞘口具长 12mm细毛； 箨舌高 4一 5mm,中央凸起成弓形， 边缘具流苏状纤毛； 箨叶直立或外翻， 披针形， 先端渐尖， 基部收缩成圓形， 腹面密被白色小刺毛， 背面之中 部亦疏生小刺毛。

慈竹属于丛生竹类。 丛生竹竹类植物的地下茎形成多节的假鞭， 节上 无芽无根， 由顶芽出土成秆， 竹秆在地面呈密集丛状。 通常， 新的竹是 从老竹子的秆根茎侧芽长出来的， 看起来都会聚在一起， 一丛一丛的。 由于丛生竹纤维分布及密度的特点， 使用丛生竹更有利于重组竹材性能 的提高。 丛生竹的各类竹种之中， 在我国生长量较为丰富、 纤维强度较 高、 且生长周期较短。

所述重组竹材， 即， 使用经疏解后的束状竹单元在压制成型后形成的 长条状、 块状、 或板状物体。 相比传统的层积材工艺使用条状竹单元， 使用束状竹单元大大提高了材料利用率， 同时提高了性能的稳定性。

除重组竹材外， 叶片壳体材料中还包括玻璃纤维布和树脂。 由于重组 竹材的力学性能高于玻璃钢， 因此在一定比例范围内， 重组竹材在叶片 中使用量越多， 则叶片产品越轻、 成本越低。 通常重组竹材在叶片中的 用量为叶片总重量的 25%-90% , 在绝大部分叶片设计中重组竹材在叶片中 的用量为叶片总重量的 40%-80%。

本发明的具体实施步骤详见图 4 :

在 S1中， 对竹材进行 选和控制表现在如下方面： 将竹材小径级材、 枝丫材等低质材， 经辗搓设备加工为横向不断裂、 纵向松散而交错相连 的竹束。

在 S2中， 烘干温度不宜过高， 以免含水率迅速下降而影响纤维性能。 最终复合材含水率应在较低的数值， 通常在 10%以下， 以提高复合材力学 性能。

在 S 3中施胶可以适用浸胶或者喷胶等方式。 在进行 S4的工艺流程时应保持竹节位置的随机分布 , 以避免主材板层 出现局部性能降低。

在 S5中一般釆用热压的方式， 对温度、 压力、 时间釆取适当控制。 经 过 S2-S5的工序， 竹材被加工成板状或细长型立方体复合材料。

在 S6中， 竹子釆用斜接方式， 叶根处竹子尖与螺栓套顶部相对， 重组 竹材作为主要组成材料， 占叶片的 50%-80%的质量含量； 重组竹材作为主 要载荷承受材料， 承受至少 80%的叶片轴向拉压力， 此承力比例随叶片的 部位不同而改变； 将玻璃纤维按几个方向织成布状物， 以承载叶片扭矩； 在叶片内部承力要求低的部分充以软木或泡沫等轻质材料， 即可平衡内 部载荷防止局部变形， 又减轻了叶片的重量。 板层结构， 各种材料依据 各自的主要承力任务相互配合； 叶片的板层结构由外至内至少包含胶衣 层或涂料层、 玻璃钢层、 主材层、 玻璃钢层等四个板层。

在 S7中， 如釆用树脂灌输则需在铺设主材的同时埋设真空灌输管道。 将玻璃纤维所织就的布状物进行环氧树脂或者酚醛树脂的充分浸润， 浸 润过程中保持浸润温度。 将玻璃纤维布与重组竹材板层叠， 改变玻璃纤 维布的温度至树脂凝结温度， 使得制成的玻璃钢层与重组竹材层紧密粘 结，形成图 3所示的三明治结构， 图中 31和 33为玻璃钢层， 32为重组竹层。 主材板之间的粘接同樣依靠灌输树脂或浸润树脂来完成。

在 S8中， 如图 2中的 22所示， 在叶片内腔架设 "Γ 型、 " [ ] " 或 "D" 型加强梁， 来加强叶片对于剪切力的承受能力。

在 S9中， 叶片外部附以光滑且坚硬的胶衣或涂料， 用以保证良好的气 动性能。

本发明所涉及的叶片由于在主材上独到地选取了经试验证明拉伸 /压 缩弹性模量、 强度、 以及疲劳性能优良的以重组竹为主体的复合材料， 所以具有力学性能好和成本低的特点。

尽管已经参考典型实施例说明了本发明， 但是应该理解， 本发明不限 于所公开的典型实施例。 所附权利要求书的范围符合最宽的解释， 以包 含所有这类修改以及等同结构和功能。

Claims (6)

1. 权利要求

   1、 一种竹制复合材料风力发电机叶片， 结构上由壳体和内部支撑梁 组成， 其特征在于： 在叶片壳体内填充有重组竹材。
2. 2、如权利要求 1所述的竹质复合材料风力发电机叶片，其特征在于： 叶片所使用的重组竹原材料重量不低于叶片总重量的 1 / 3。
3. 3、 如权利要求 1 -2所述的竹质复合材料风力发电机叶片， 其特征在 于： 所述壳体内填充的所述重组竹材以丛生竹为主要原材料。
4. 4、 如权利要求 1 -3所述的竹质复合材料风力发电机叶片， 其特征在 于： 所述壳体内填充的所述重组竹材以慈竹为主要原材料。
5. 5、 如权利要求 1 -4所述的竹质复合材料风力发电机叶片， 其特征在 于： 所述重组竹材占叶片总重量的 25%-90%。
6. 6、如权利要求 5所述的竹质复合材料风力发电机叶片，其特征在于： 所述重组竹材占叶片总重量的 40%-80%。