CN104033339B - 一种风力发电机叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机叶片，其包括前缘部分和后缘部分，前缘部分为一端开口结构，在其开口端设有支撑部，支撑部包括上梁帽和下梁帽，在上梁帽和下梁帽之间设有第一支撑梁和第二支撑梁，第一支撑梁和第二支撑梁之间呈X形交叉布置，在沿叶片长度方向上，第一支撑梁和第二支撑梁分别与支撑腹板相连接，在前缘部分开口端的上下端面处沿叶片长度方向上均设有多个连接座，该连接座与后缘部分相连接，后缘部分包括多个连接杆组，每个连接杆组包括主杆、第一伸缩杆和第二伸缩杆。

Description

一种风力发电机叶片

技术领域

本发明涉及一种叶片，特别地涉及一种用于风力发电机的叶片。

背景技术

当今的大部分能源来源是化石燃料：煤、石油以及天然气，以现在的使用速度，已知的剩余煤矿矿藏将在约200年后被用完，而石油和天然气将在不到100年内使用殆尽。化石燃料在使用时会造成大量的环境污染，其中包括导致全球变暖的温室气体。风能是最具商业潜力、最具活力的可再生能源之一，使用清洁，成本较低，而且取用不尽。风力发电具有装机容量增长空间大，成本下降快，安全、能源永不耗竭等优势。风力发电在为经济增长提供稳定电力供应的同时，可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题。在各类新能源开发中，风力发电是技术相对成熟、并具有大规模开发和商业开发条件的发电方式，风力发电可以减少化石燃料发电产生的大量的污染物和碳排放，大规模推广风电可以为节能减排做出积极贡献。在全球能源危机和环境危机日益严重的背景下，风能资源开始受到普遍关注。风力发电规模化发展给风力发电装备制造业提供了广阔的市场空间和前景。据估计，全球潜在风力发电能力超过70万亿千瓦，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。随着未来常规能源成本持续上升，风电优势更为明显，发展会更快，估计未来多年内风电装机容量年均增速将高达20％。根据全球风能委员会的报告，目前德国、西班牙、美国、印度、丹麦、意大利、英国、荷兰、中国、日本和葡萄牙等国的风电装机容量相对较多。国际绿色和平组织和世界风能协会发布的全球产业蓝皮书认为，到2020年全世界风能装机容量将达到12.6亿千瓦，届时风电电量达3.1万亿千瓦时，风电将占世界电力供应的12％(同时，这种清洁能源将减少约110亿吨的二氧化碳排放)。

可以看出，包括太阳能、风能、生物质能等在内的可再生能源的利用进入了一个崭新的发展时期，风能被认为是最有希望与传统能源在发电成本上相抗衡的清洁能源。英国、丹麦等欧洲国家风电机组的平均单机功率已经达到2.5兆瓦，中国平均为1.6兆瓦。海上风机的安装成本较高，因此大型机组更有成本优势，丹麦Vestas的6MW风机即将投入使用，美国Clipper公司开发了10MW样机，下一代海上风电兆瓦级机组将达到6MW至10MW。

近年来中国风电行业呈现爆发性增长，从2005年的年装机容量不到1000MW，到2009年年装机容量超过14000MW，五年时间增长了14倍，“十二五”期间(2011-2015年)中国的新增风电装机容量将达到40000MW，中国已成为全球瞩目的风电大国。

从19世纪末到20世纪初的风力发电，都是小规模的直流发电，直到20世纪前半期，才开始实现风力发电机组的大型化，并通过提高空气动力性能来增大输出功率。到了20世纪90年代末期，已经大规模采用1MW-1.5MW的风力发电机组。进入21世纪，风力发电机组的功率及风轮直径更加趋于大型化，风轮直径达到60-80m、输出功率达2MW的风力发电机组成为主导机组，同时，海上风力发电机组也更加大型化。

当今，风力发电的最新技术及发展趋势呈现出大型化、变速运行、变桨距及无齿轮箱等发展趋势，即：

一、在大型化方面，现在兆瓦级的风电机组已具备了商业化价值，其单机容量可达2～3MW，目前最大的风电机组的海上单机容量可达5MW，风轮叶片长度也大于30m，发电机组的重量也较重，必然在运输及安装上带来较大的困难，风电机组在大风时的结构安全性也面临较大的风险。

二、在变速运行方面，即与恒速运行的风力发电机组相比，变速运行的风机具有发电量大、对风速变化的适应性好、生产成本低、效率高等优点，但对于大型风机，由于叶片较长及较重，针对其惯性的控制将是一个难点。

三、在变桨距设计及操作方面，目前定桨距在向变桨距方向发展，变桨距调节的优点是机组起动性能好、输出功率稳定、机组结构受力小、停机方便安全，但变桨距的机构较为复杂，也增加了变桨装置的故障几率，控制程序比较复杂。结合变桨距技术的应用以及电力电子技术的发展，大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术，并开发出了变桨变速风电机组，使得在风能转换上有了进一步完善和提高

四、在无齿轮箱(直驱式)方面，即采用无齿轮箱的直驱方式，可以有效地提高系统的效率以及运行可靠性，但需要发展低转速的发电机技术。

五、在叶片技术方面，风力发电机组叶片的翼型从当初采用飞机机翼的翼型，发展为最近使用的专门针对风力发电机的翼型，并且在低雷诺兹数范围内得到更高的升阻比，与飞机使用的翼型相比，翼型变厚，叶片的强度及刚度也大大地提高。

仅就叶片而言，当今的大型风力发电装备存在以下的不足：大型叶片的尺寸越来越长，这对叶片材料重量、强度及刚度提出越来越高的要求，对制造工艺也提出更高的要求；变桨距设计必然带来结构的复杂性，增加了成本和装备的故障率；叶片翼型不能随风力、风向等情况的变化而变化；大型叶片虽然可以提高风能的利用率，但也对大风作用下的结构安全性带来巨大的风险；大型叶片还带来运输及安装上的重大问题；同时给叶片的使用维护带来很多问题。总之，当今的大型叶片存在结构复杂、制造运输及安装成本高、设备维护成本高、安全风险大等不足。此外，对于例如CN102465826A中涉及的叶片，其叶片内部往往采用单一竖直的主梁实现支撑作用，这种结构中的主梁容易出现变形，往往不能有效地保证叶片在风况条件不好时的抗压、抗拉、抗扭的能力，给风机的运行带来安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机叶片，其包括前缘部分和后缘部分，前缘部分为一端开口结构，在其开口端设有支撑部，支撑部包括上梁帽和下梁帽，其中上梁帽位于前缘部分开口端的上内表面，下梁帽位于前缘部分开口端的下内表面，在上梁帽和下梁帽之间设有第一支撑梁和第二支撑梁，其中第一支撑梁的两端分别与上梁帽的一端和下梁帽的一端相连接，第二支撑梁的两端分别与上梁帽的另一端和下梁帽的另一端相连接，第一支撑梁和第二支撑梁之间呈X形交叉布置，在沿叶片长度方向上，第一支撑梁和第二支撑梁分别与支撑腹板相连接，其中支撑腹板的宽度与第一支撑梁或第二支撑梁的长度在竖着方向上的投影相等，在前缘部分开口端的上下端面处沿叶片长度方向上均设有多个连接座，该连接座与后缘部分相连接，后缘部分包括多个连接杆组，每个连接杆组与一个连接座相对应，其中，每个连接杆组包括主杆、第一伸缩杆和第二伸缩杆。

优选的是，主杆为中空管，其一端为半球状，主杆通过该半球状的一端与连接座活动连接，也就是主杆可相对于连接座自由转动，主杆的另一端与第一伸缩杆相连接，第一伸缩杆的长度小于主杆的长度，第一伸缩杆可伸入至主杆的中空部中；在主杆的端部设有卡件和锁紧件，该卡件使得第一伸缩杆不会从主杆上脱落，该锁紧件使得无论第一伸缩杆伸出的长度如何均可以使主杆和第一伸缩杆之间相互锁定；第一伸缩杆也同样是中空管体，其与第二伸缩杆连接，第二伸缩杆的长度小于第一伸缩杆的长度，第二伸缩杆可伸入至第一伸缩杆的中空部中，在第一伸缩杆的端部设有卡件和锁紧件，该卡件使得第二伸缩杆不会从第一伸缩杆上脱落，也不会使得第二伸缩杆进入到主杆的中空部，该锁紧件使得无论第二伸缩杆伸出的长度如何均可以使的第一伸缩杆和第二伸缩杆之间相互锁定。

优选的是，位于前缘部分开口端的上端面的连接座和相对应的下端面的连接座以及分别与上述两个连接座连接的连接杆组被认为是一组连接单元，每组连接单元中，上端面的连接杆组和下端面的连接杆组均可以相互转动，其中，上端面连接杆组中的第二伸缩杆的末端和下端面连接杆组中的第二伸缩杆的末端通过连接夹连接在一起，这样每一组连接单元中的两个连接杆组和第一支撑梁和第二支撑梁构成一个四边形的平面。

优选的是，在连接单元外部套有翼型罩，该翼型罩的一端固定在前缘部分开口端的上端面处，另一端通过绕过连接杆组中第二伸缩杆的末端而与前缘部分开口端的下端面的连接座活动连接，在前缘部分开口端的下端面的连接座上设有卷帘装置，该卷帘装置可以收纳多余的翼型罩。

优选的是，在两个支撑梁的交叉位置设有保护套，保护套为呈X形的中空结构，其一体成型制成，用于保证第一支撑梁和第二支撑梁之间的稳定状态。

优选的是，在第一支撑梁和第二支撑梁之间围成的两个三角形区域内平行地设置有多个横梁，其中每个横梁的两端分别与第一支撑梁和第二支撑梁固定连接，横梁之间的间距可以根据需要进行调整。

优选的是，在第一支撑梁或第二支撑梁上设置有控制装置，该控制装置包括采集单元、计算单元和执行单元，其中采集单元包括叶片高度传感器、风向传感器、风力传感器、叶片姿态传感器，采集单元通过各传感器获取到叶片所在高度、当地风力、当地风向以及叶片姿态的数据，并将这些数据传送给计算单元，计算单元根据上述数据，计算出基于当地风力及风向条件为获取最大发电效率的叶片姿态，并将控制命令传送给执行单元，执行单元与每个连接杆组相连接，用于根据计算单元得到的控制命令，调整每个连接杆组中主杆的转动角度和每个连接杆组中第一伸缩杆和第二伸缩杆的伸出长度，进而调整每个连接杆组的总长度，这样，当每个连接杆组的转动角度和总长度发生变化后，叶片后缘部分的翼型进而发生变化，以适应风力、风向的自然条件。

通过采用本发明所述的风力发电机叶片，具有以下优点：

1、减轻叶片的整体质量，提高叶片，尤其是前缘部分的刚度和强度；

2、叶片翼形可以随风力、风向等条件进行调节，提高风能整体利用率；

3、提高在风力较大条件下的抗扭性能，并且不易变形，提高安全性能。

本发明还提供一种根据上述任一项技术方案中涉及的风力发电机叶片中前缘部分的制作方法，具体是将聚氨酯胶涂覆在叶片不锈钢壳体上，然后等待聚氨酯胶固化形成聚氨酯胶衣，其中聚氨酯胶包括采用如下质量百分比的组分：

针对上述技术方案中的聚氨酯胶，本发明还提供一种聚氨酯胶的固化方法，具体步骤为：

(1)用氧化性酸对多壁碳纳米管进行酸性改性，使其表面带有羧基；

(2)将步骤(1)中的多壁碳纳米管进行吸附储氢；

(3)将储氢的多壁纳米碳管置于聚氨酯胶中，同时加入二苯基甲烷二异氰酸脂和有机硅分散剂，促使多壁纳米碳管和聚氨酯胶有效结合，其中多壁纳米碳管占聚氨酯胶重量的6％，聚氨酯胶、二苯基甲烷二异氰酸脂、有机硅分散剂之间的质量比例为100:5:2；

(4)将步骤(3)中得到的含有多壁纳米碳管的聚氨酯胶与聚酰胺固化剂按照100:30的比例分别密封包装，然后在包装的两侧安装电极，然后进行一次通电加热，一次通电加热的电压为10-15伏，加热到的目标温度为35-45℃，当聚氨酯胶和固化剂分别融化后，将二者充分混合成胶液，备用；

(5)将步骤(4)得到的聚氨酯胶液涂覆在不锈钢外壳上，然后安装电极进行二次通电加热，二次通电加热的电压为6-10伏，加热的目标温度为20-28℃，这样促使聚氨酯胶进一步固化最后形成聚氨酯胶衣，最后取下电极。

通过采用本发明所述的聚氨酯胶及固化方法，具有以下优点：

1、依据本发明中叶片的独特结构，可显著提高叶片前缘部分的强度；

2、防止叶片前缘部分被腐蚀，提高安全性能和可加工性能。

此外，为了更好地提升叶片前缘部分的强度，本发明还提供一种上述风力发电机叶片前缘部分中不锈钢壳体的制造方法，其中该不锈钢为马氏体不锈钢，具体步骤如下：

(1)将工件棒料加热，采用自由锻工艺锻造成与叶片前缘部分形状相近的第一坯件和矩形第二坯件；

(2)第一坯件锻造后空冷至60-80℃之间装炉，静置2小时后升温到1200-1250℃进行淬火处理，其中装炉温度低于350℃；然后采用锻造捶打使第二坯件置于第一坯件的一端，然后取出第二坯件，以在第一坯件中形成与第二坯件形状相同的空间，以容纳梁帽和支撑梁；

(3)保温8小时后，对第一坯件第一次进行水淬，时间为70-100s，出水停留40-60s；第二次进行水淬，时间为40-60s，出水停留80-100s；停留后风冷；该步骤中的两次水淬可让材料中的奥氏体向马氏体转变呈阶段转变，这样可防止奥氏体向马氏体转变过于迅速，减少棒料因组织转变而产生的组织应力，如果进行多于2次的水淬，则淬火相对更加彻底，反而容易使棒料出现淬火裂纹；

(4)将坯件放置旋转台上，用强力风机冷吹坯件60-80min，当坯件冷却到300-330℃后进行罩冷；

(5)罩冷降低到150℃后，装炉回火，回火温度为280-300℃，装炉温度低于280℃，静置15-20h后，空冷至室温；该步骤中可对未转变的奥氏体向马氏体转变，防止组织应力等因素引起的盈利叠加而导致出现裂纹等情况；

(6)空冷后装炉回火，回火温度在700-730℃，装炉温度低于500℃，这样可使淬火马氏体转变为稳定的回火马氏体，达到各项技术指标；出炉水复冷至250℃后风冷至室温。

通过采用本发明所述的叶片前缘部分中不锈钢壳体的制造方法，具有以下优点：

1、依据本发明中叶片的独特结构，可显著提高叶片前缘部分的强度；

2、显著提高前缘部分的抗压、抗拉、抗扭的强度，有利于后缘部分在进行调整时，保持叶片整体的稳定性。

附图说明

图1是本发明涉及的风力发电机叶片的结构示意图。

其中，1-前缘部分、2-后缘部分、3-支撑部、4-上梁帽、5-下梁帽、6-第一支撑梁、7-第二支撑梁、8-保护套、9-横梁、10-连接座、11-主杆、12-第一伸缩杆、13-第二伸缩杆、14-连接夹、20-支撑腹板、21-控制装置。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的意图，下面结合附图对本发明内容做进一步说明。

参考图1，图1示出了一种风力发电机叶片，其包括前缘部分1和后缘部分2，前缘部分1为一端开口结构，在其开口端设有支撑部3，支撑部3包括上梁帽4和下梁帽5，其中上梁帽4位于前缘部分1开口端的上内表面，下梁帽5位于前缘部分1开口端的下内表面，在上梁帽4和下梁帽5之间设有第一支撑梁6和第二支撑梁7，其中第一支撑梁6的两端分别与上梁帽4的一端和下梁帽5的一端相连接，第二支撑梁7的两端分别与上梁帽4的另一端和下梁帽5的另一端相连接，第一支撑梁6和第二支撑梁7之间呈X形交叉布置，在交叉位置设有保护套8，保护套8为呈X形的中空结构，其一体成型制成，用于保证第一支撑梁6和第二支撑梁7之间的稳定状态。在第一支撑梁6和第二支撑梁7之间围成的两个三角形区域内平行地设置有多个横梁9，其中每个横梁9的两端分别与第一支撑梁6和第二支撑梁7固定连接，横梁9之间的间距可以根据需要进行调整。

在沿叶片长度方向上，第一支撑梁6和第二支撑梁7分别与支撑腹板20相连接，这种连接可采用螺栓连接等可拆卸的连接方式，其中支撑腹板20的宽度与第一支撑梁6或第二支撑梁7的长度在竖着方向上的投影相等。

在前缘部分1开口端的上下端面处沿叶片长度方向上均设有多个连接座10，优选的在前缘部分1中沿叶片长度方向上的两个相隔一定距离的位置处各设有一个连接座10，该连接座10与后缘部分2相连接，具体地说，后缘部分包括多个连接杆组，每个连接杆组与一个连接座10相对应，其中，每个连接杆组包括主杆11、第一伸缩杆12和第二伸缩杆13，其中，主杆11为中空管，其一端为半球状，主杆11通过该半球状的一端与连接座10活动连接，也就是主杆11可相对于连接座10自由转动，主杆11的另一端与第一伸缩杆12相连接，第一伸缩杆12的长度小于主杆11的长度，第一伸缩杆12可伸入至主杆11的中空部中，在主杆11的端部设有卡件和锁紧件，该卡件使得第一伸缩杆不会从主杆上脱落，该锁紧件使得无论第一伸缩杆12伸出的长度如何均可以使的主杆11和第一伸缩杆12之间相互锁定。第一伸缩杆12也同样是中空管体，其与第二伸缩杆13连接，第二伸缩杆13的长度小于第一伸缩杆12的长度，第二伸缩杆13可伸入至第一伸缩杆12的中空部中，在第一伸缩杆12的端部设有卡件和锁紧件，该卡件使得第二伸缩杆13不会从第一伸缩杆12上脱落，也不会使得第二伸缩杆13进入到主杆11的中空部，该锁紧件使得无论第二伸缩杆13伸出的长度如何均可以使的第一伸缩杆12和第二伸缩杆13之间相互锁定。

在第一支撑梁6或第二支撑梁7上设置有控制装置21，该控制装置21包括采集单元、计算单元和执行单元，其中采集单元包括叶片高度传感器、风向传感器、风力传感器、叶片姿态传感器，采集单元通过各传感器获取到叶片所在高度、当地风力、当地风向以及叶片姿态的数据，并将这些数据传送给计算单元，计算单元根据上述数据，计算出基于当地风力及风向条件为获取最大发电效率的叶片姿态，并将控制命令传送给执行单元，执行单元与每个连接杆组相连接，用于根据计算单元得到的控制命令，调整每个连接杆组中主杆11的转动角度和每个连接杆组中第一伸缩杆12和第二伸缩杆13的伸出长度，进而调整每个连接杆组的总长度，这样，当每个连接杆组的转动角度和总长度发生变化后，叶片后缘部分2的翼型进而发生变化，以适应风力、风向等自然条件。

位于前缘部分1开口端的上端面的连接座10和相对应的下端面的连接座10以及分别与上述两个连接座10连接的连接杆组被认为是一组连接单元。每个连接单元中，上端面的连接杆组和下端面的连接杆组均可以相互转动，其中，上端面连接杆组中的第二伸缩杆13的末端和下端面连接杆组中的第二伸缩杆13的末端通过连接夹14连接在一起。这样，每一组连接单元中的两个连接杆组和第一支撑梁6和第二支撑梁7构成一个四边形的平面。通过调节上下端面的连接杆组的长度和转动角度可以改变上述四边形的形状。在优选实施方式中，考虑到沿叶片长度方向上，在前缘部分1的两个端部各设有一组连接单元，在这两组连接单元外部套有翼型罩，该翼型罩的一端固定在前缘部分1开口端的上端面处，另一端通过绕过连接杆组中第二伸缩杆13的末端而与前缘部分1开口端的下端面的连接座10活动连接，在前缘部分1开口端的下端面的连接座10上设有卷帘装置，该卷帘装置可以收纳多余的翼型罩。该卷帘装置的内部结构为现有技术。这样，分别位于沿叶片长度方向两端的两组连接单元、沿叶片长度方向延伸的两个支撑腹板20以及套在连接杆组外部的翼型罩构成了叶片的后缘部分，通过调节两组连接单元中每个连接杆组的转动角度和总长度，进而根据每个连接杆组的转动角度和总长度变化的翼型罩的面积，可以调整后缘部分的翼形。

由于本发明涉及的叶片取消了常规的前缘部分和后缘部分均为整体成型的技术，后缘部分采用了连接杆组和翼型罩的设计，这样会降低后缘部分的结构强度，而前缘部分1作为风力发电机叶片的主要组成部分，对前缘部分1的抗压、抗拉、抗扭能力有更高的要求，因此，相对于现有技术中前缘部分的制作方法及其表面所涂覆的聚氨酯胶衣，本发明相应地改进了前缘部分的制作方法，前缘部分1的制作过程通常将聚氨酯胶涂覆在前缘部分1的不锈钢外壳上，然后等待聚氨酯胶固化形成聚氨酯胶衣后即可。但是聚氨酯胶固化反应时间较长，干燥时间较慢，如果叶片上的聚氨酯胶固化不彻底，则会严重影响叶片质量。为此，本发明针对涉及的独特叶片结构中的前缘部分涂覆技术改进了聚氨酯胶衣涂料组合物，其包括采用如下质量百分比的组分：

其中第一聚酯多元醇是一种支化油脂化学聚酯多元醇，其羟值为360～400mgKOH/g，酸值≤2.0mgKOH/g，水分≤0.1％，粘度在25°下为1500-2000mPa·s，平均官能度为3.2；其可赋予胶衣分子更高的硬度和更好的机械性能；

第二聚酯多元醇是一种支化油脂化学聚酯多元醇，其羟值为320～350mgKOH/g，固体含量≥99％，粘度在25°下为1000-1500mPa·s，平均官能度为2.9；其赋予胶衣分子更好的抗腐蚀性能和抗裂解性能；

第三聚酯多元醇是一种支化油脂化学聚酯多元醇，其羟值为240～280mgKOH/g，固体含量≥99％，粘度在25°下为700-1000mPa·s；其可赋予胶衣分子良好的柔韧性和抗冲击性能；上述三种多元醇在结合后产生了更好的疏水性和稳定性；

增塑剂用于使聚酯多元醇之间迅速固化，优选采用邻苯二甲酸二环己酯；

防沉剂用于使胶衣降低沉淀，增加凝聚性能，优选可采用聚酰胺蜡；

调节剂包括延缓剂和催干剂两部分，其中两种质量配比为20:1-28:1；

其中延缓剂包括一种或一种以上的双齿配体结构的路易斯酸性化合物，沸点低于150℃，不但可作为溶剂，还可降低涂料的粘度，延长固化反应的时间，优选可采用酰基酮；催干剂可采用硫醇二辛基锡。

采用上述改进的聚氨酯胶衣，使得聚氨酯胶衣在不锈钢壳体上干燥彻底、凝胶时间长、固化牢靠，并且利于打磨，实现了聚氨酯胶衣良好的防腐蚀保护性能，又实现了良好的可加工性能。这种聚氨酯胶衣可以使用在本发明涉及的叶片前缘部分中，提高了前缘部分的整体强度。

此外本发明还涉及聚氨酯胶的固化方法，具体步骤为：

1、用氧化性酸对多壁碳纳米管进行酸性改性，使其表面带有羧基；

2、将步骤(1)中的多壁碳纳米管进行吸附储氢；

3、将储氢的多壁纳米碳管置于聚氨酯胶中，同时加入二苯基甲烷二异氰酸脂和有机硅分散剂，促使多壁纳米碳管和聚氨酯胶有效结合，其中多壁纳米碳管占聚氨酯胶重量的6％，聚氨酯胶、二苯基甲烷二异氰酸脂、有机硅分散剂之间的质量比例为100:5:2；

4、将步骤(3)中得到的含有多壁纳米碳管的聚氨酯胶与聚酰胺固化剂按照100:30的比例分别密封包装，然后在包装的两侧安装电极，然后进行一次通电加热，一次通电加热的电压为10-15伏，加热到的目标温度为35-45℃，当聚氨酯胶和固化剂分别融化后，将二者充分混合成胶液，备用；

5、将步骤(4)得到的聚氨酯胶液涂覆在不锈钢外壳上，然后安装电极进行二次通电加热，二次通电加热的电压为6-10伏，加热的目标温度为20-28℃，这样促使聚氨酯胶进一步固化最后形成聚氨酯胶衣，最后取下电极。

上述方法中通过在聚氨酯胶中添加一定质量的储氢的多壁纳米碳管可以有效地提高通电加热的效率，从内到外的使聚氨酯胶均匀受热固化，且不会影响聚氨酯胶的各项性能，其中对纳米碳管的重量要求使得既不会加入过多纳米碳管导致含聚氨酯胶衣叶片的强度下降、耐腐蚀性下降，也不会加入过少纳米碳管使得固化效果不明显。其中，在多壁纳米碳管中储氢可以显著提高纳米碳管的热传导率，加入二苯基甲烷二异氰酸脂和有机硅分散剂可以显著提高纳米碳管和聚氨酯胶的结合程度。

此外，考虑到本发明涉及的叶片结构对前缘部分1的强度要求较高，特改进了前缘部分1不锈钢壳体的制造方法，其中该不锈钢为马氏体不锈钢，具体步骤如下：

(1)将工件棒料加热，采用自由锻工艺锻造成与叶片前缘部分形状相近的第一坯件和矩形第二坯件；

(2)第一坯件锻造后空冷至60-80℃之间装炉，静置2小时后升温到1200-1250℃进行淬火处理，其中装炉温度低于350℃；然后采用锻造捶打使第二坯件置于第一坯件的一端，然后取出第二坯件，以在第一坯件中形成与第二坯件形状相同的空间，以容纳梁帽和支撑梁；

(3)保温8小时后，对第一坯件第一次进行水淬，时间为70-100s，出水停留40-60s；第二次进行水淬，时间为40-60s，出水停留80-100s；停留后风冷；该步骤中的两次水淬可让材料中的奥氏体向马氏体转变呈阶段转变，这样可防止奥氏体向马氏体转变过于迅速，减少棒料因组织转变而产生的组织应力，如果进行多于2次的水淬，则淬火相对更加彻底，反而容易使棒料出现淬火裂纹；

(4)将坯件放置旋转台上，用强力风机冷吹坯件60-80min，当坯件冷却到300-330℃后进行罩冷；

(5)罩冷降低到150℃后，装炉回火，回火温度为280-300℃，装炉温度低于280℃，静置15-20h后，空冷至室温；该步骤中可对未转变的奥氏体向马氏体转变，防止组织应力等因素引起的盈利叠加而导致出现裂纹等情况；

(6)空冷后装炉回火，回火温度在700-730℃，装炉温度低于500℃，这样可使淬火马氏体转变为稳定的回火马氏体，达到各项技术指标；

(7)出炉水复冷至250℃后风冷至室温。

经过上述步骤操作后，成品的组织结构中含有均匀的回火马氏体，平均硬度可达到450HB，均匀性显著提高，各项力学性能指标也完全满足叶片的技术条件。这种马氏体不锈钢作为前缘部分1的壳体可以显著提高前缘部分的抗压、抗拉、抗扭的强度，有利于后缘部分在进行调整时，保持叶片整体的稳定性。

本发明所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种风力发电机叶片，其包括前缘部分和后缘部分，前缘部分为一端开口结构，在其开口端设有支撑部，支撑部包括上梁帽和下梁帽，其中上梁帽位于前缘部分开口端的上内表面，下梁帽位于前缘部分开口端的下内表面，其特征在于：在上梁帽和下梁帽之间设有第一支撑梁和第二支撑梁，其中第一支撑梁的两端分别与上梁帽的一端和下梁帽的一端相连接，第二支撑梁的两端分别与上梁帽的另一端和下梁帽的另一端相连接，第一支撑梁和第二支撑梁之间呈X形交叉布置，在沿叶片长度方向上，第一支撑梁和第二支撑梁分别与支撑腹板相连接，其中支撑腹板的宽度与第一支撑梁或第二支撑梁的长度在竖着方向上的投影相等，在前缘部分开口端的上下端面处沿叶片长度方向上均设有多个连接座，该连接座与后缘部分相连接，后缘部分包括多个连接杆组，每个连接杆组与一个连接座相对应，其中，每个连接杆组包括主杆、第一伸缩杆和第二伸缩杆。

2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片，其中，主杆为中空管，其一端为半球状，主杆通过该半球状的一端与连接座活动连接，也就是主杆可相对于连接座自由转动，主杆的另一端与第一伸缩杆相连接，第一伸缩杆的长度小于主杆的长度，第一伸缩杆可伸入至主杆的中空部中；在主杆的端部设有卡件和锁紧件，该卡件使得第一伸缩杆不会从主杆上脱落，该锁紧件使得无论第一伸缩杆伸出的长度如何均可以使主杆和第一伸缩杆之间相互锁定；第一伸缩杆也同样是中空管体，其与第二伸缩杆连接，第二伸缩杆的长度小于第一伸缩杆的长度，第二伸缩杆可伸入至第一伸缩杆的中空部中，在第一伸缩杆的端部设有卡件和锁紧件，该卡件使得第二伸缩杆不会从第一伸缩杆上脱落，也不会使得第二伸缩杆进入到主杆的中空部，该锁紧件使得无论第二伸缩杆伸出的长度如何均可以使的第一伸缩杆和第二伸缩杆之间相互锁定。

3.根据权利要求2所述的风力发电机叶片，其中，位于前缘部分开口端的上端面的连接座和相对应的下端面的连接座以及分别与上述两个连接座连接的连接杆组被认为是一组连接单元，每组连接单元中，上端面的连接杆组和下端面的连接杆组均可以相互转动，其中，上端面连接杆组中的第二伸缩杆的末端和下端面连接杆组中的第二伸缩杆的末端通过连接夹连接在一起，这样每一组连接单元中的两个连接杆组和第一支撑梁和第二支撑梁构成一个四边形的平面。

4.根据权利要求3所述的风力发电机叶片，其中，在连接单元外部套有翼型罩，该翼型罩的一端固定在前缘部分开口端的上端面处，另一端通过绕过连接杆组中第二伸缩杆的末端而与前缘部分开口端的下端面的连接座活动连接，在前缘部分开口端的下端面的连接座上设有卷帘装置，该卷帘装置可以收纳多余的翼型罩。

5.根据权利要求4所述的风力发电机叶片，其中，在两个支撑梁的交叉位置设有保护套，保护套为呈X形的中空结构，其一体成型制成，用于保证第一支撑梁和第二支撑梁之间的稳定状态。

6.根据权利要求5所述的风力发电机叶片，其中，在第一支撑梁和第二支撑梁之间围成的两个三角形区域内平行地设置有多个横梁，其中每个横梁的两端分别与第一支撑梁和第二支撑梁固定连接，横梁之间的间距可以根据需要进行调整。

7.根据权利要求6所述的风力发电机叶片，其中，在第一支撑梁或第二支撑梁上设置有控制装置，该控制装置包括采集单元、计算单元和执行单元，其中采集单元包括叶片高度传感器、风向传感器、风力传感器、叶片姿态传感器，采集单元通过各传感器获取到叶片所在高度、当地风力、当地风向以及叶片姿态的数据，并将这些数据传送给计算单元，计算单元根据上述数据，计算出基于当地风力及风向条件为获取最大发电效率的叶片姿态，并将控制命令传送给执行单元，执行单元与每个连接杆组相连接，用于根据计算单元得到的控制命令，调整每个连接杆组中主杆的转动角度和每个连接杆组中第一伸缩杆和第二伸缩杆的伸出长度，进而调整每个连接杆组的总长度，这样，当每个连接杆组的转动角度和总长度发生变化后，叶片后缘部分的翼型进而发生变化，以适应风力、风向的自然条件。

8.一种根据权利要求1-7中任一项所述风力发电机叶片中前缘部分的制作方法，其特征在于将聚氨酯胶涂覆在叶片不锈钢壳体上，然后等待聚氨酯胶固化形成聚氨酯胶衣，其中聚氨酯胶包括采用如下质量百分比的组分：

第一聚酯多元醇 25-35％

第二聚酯多元醇 20-30％

第三聚酯多元醇 15-25％

增塑剂 5-10％

防沉剂 1-3％

调节剂 2-4％

颜料 10-15％。

9.一种根据权利要求8所述风力发电机叶片中前缘部分的制作方法，其特征在于，所述聚氨酯胶的固化方法，具体步骤为：

(1)用氧化性酸对多壁碳纳米管进行酸性改性，使其表面带有羧基；

(2)将步骤(1)中的多壁碳纳米管进行吸附储氢；

(3)将储氢的多壁纳米碳管置于聚氨酯胶中，同时加入二苯基甲烷二异氰酸脂和有机硅分散剂，促使多壁纳米碳管和聚氨酯胶有效结合，其中多壁纳米碳管占聚氨酯胶重量的6％，聚氨酯胶、二苯基甲烷二异氰酸脂、有机硅分散剂之间的质量比例为100:5:2；

(4)将步骤(3)中得到的含有多壁纳米碳管的聚氨酯胶与聚酰胺固化剂按照100:30的比例分别密封包装，然后在包装的两侧安装电极，然后进行一次通电加热，一次通电加热的电压为10-15伏，加热到的目标温度为35-45℃，当聚氨酯胶和固化剂分别融化后，将二者充分混合成胶液，备用；

(5)将步骤(4)得到的聚氨酯胶液涂覆在不锈钢外壳上，然后安装电极进行二次通电加热，二次通电加热的电压为6-10伏，加热的目标温度为20-28℃，这样促使聚氨酯胶进一步固化最后形成聚氨酯胶衣，最后取下电极。

10.一种根据权利要求1-7中任一项所述的风力发电机叶片中前缘部分中不锈钢壳体的制造方法，其中该不锈钢为马氏体不锈钢，具体步骤如下：

(1)将工件棒料加热，采用自由锻工艺锻造成与叶片前缘部分形状相匹配的第一坯件和矩形第二坯件；

(2)第一坯件锻造后空冷至60-80℃之间装炉，静置2小时后升温到1200-1250℃进行淬火处理，其中装炉温度低于350℃；然后采用锻造捶打使第二坯件置于第一坯件的一端，然后取出第二坯件，以在第一坯件中形成与第二坯件形状相同的空间，以容纳梁帽和支撑梁；

(3)保温8小时后，对第一坯件第一次进行水淬，时间为70-100s，出水停留40-60s；第二次进行水淬，时间为40-60s，出水停留80-100s；停留后风冷；该步骤中的两次水淬可让材料中的奥氏体向马氏体转变呈阶段转变，这样可防止奥氏体向马氏体转变过于迅速，减少棒料因组织转变而产生的组织应力，如果进行多于2次的水淬，则淬火相对更加彻底，反而容易使棒料出现淬火裂纹；

(4)将坯件放置旋转台上，用强力风机冷吹坯件60-80min，当坯件冷却到300-330℃后进行罩冷；

(5)罩冷降低到150℃后，装炉回火，回火温度为280-300℃，装炉温度低于280℃，静置15-20h后，空冷至室温；该步骤中可对未转变的奥氏体向马氏体转变，防止组织应力的因素引起的应力叠加而导致出现裂纹的情况；

(6)空冷后装炉回火，回火温度在700-730℃，装炉温度低于500℃，这样可使淬火马氏体转变为稳定的回火马氏体，达到各项技术指标；出炉水复冷至250℃后风冷至室温。