CN104728056B - 一种组合式竹胶板结构的风力发电机叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式竹胶板结构的风力发电机叶片，包括由竹胶板制成的主梁、蒙皮和骨架，主梁呈内有通孔的长圆锥体，主梁是由两件半圆槽形体对齐合模线用树脂胶粘合成形；支撑蒙皮的骨架有多组，每组骨架分为前缘骨架和后缘骨架，均呈马鞍形的异形体，同一组的前缘骨架和后缘骨架的凹弧面以主梁合模线为中心，对称包合在主梁上，并由粘胶和螺钉固装，且相邻的前缘骨架之间以及相邻的后缘骨架之间紧固连接排布在主梁上，这样的设计，骨架凹弧面连接主梁合模线，骨架主梁的整体性好，骨架相互排列连接，凹弧面更能增强主梁抗弯力和抗扭力，降低中小型风能机的生产和维修使用成本，有助于中小型风力发电机能大量的推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电设备的技术领域，具体涉及以竹纤维、树脂复合的竹胶板结构的风力发电机叶片。
背景技术
传统的风力发电机叶片大多是采用玻纤/环氧树脂的复合材料制成，这种材料有强度大，耐疲劳，防腐蚀，等优点，但也存在价格高、重量大、制造周期长、工艺复杂、受损后修复困难等缺点。随着风电技术和要求不断提高，一些风力发电机叶片已用上炭纤维材料，但这些措施又导致了费用明显提高，生产成本难以承受。
竹子材料本身结构致密，吸水率低，重量轻，有很独特的生物纤维，其纤维长度长，弹性大，与树脂粘合性能好，具有很高的物理性指标。用编织竹席与树脂胶加工成的竹胶板，其结构紧密，刚性大，抗疲劳，整体强度明显増强，编织竹席与树脂胶合，不但是增加了强度，还在防水防蛀，对抗微生物侵害等性能方面有很大提高。近年來，竹胶制品应用普遍。具体的有竹胶板在建筑行业中用于浇筑混凝土的模板，在汽车制造业中已普遍作为大中型客车的地板材料，在造船中也有用于制造渔船甲板等。
目前，有竹质结构的风力发电机叶片的研究和应用，例如，有将竹质材料与传统材料混合使用，有的则将制玻璃钢叶片的工艺用于竹木质制品制造等，如中国专利申请号200820032204.3名称为：一种竹胶板结构风能发电机叶片。如中国专利申请号200810078499.3名称为：竹制复合材料风力发电机叶片中碳管的制造工艺。如中国专利申请号20101572031.6名称为：一种竹木质风力发电机叶片根部结构设计等等。但始终存在着构件整体尺寸庞大，成型复杂，结构性能差，安装不方便等很多不足，并没有将竹质材料的特点充分、完整地在风电叶片结构中表现出來。因此，传统技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的之一，在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种制作简单、结构刚性强度好、维修方便的组合式竹胶板结构的风力发电机叶片。降低中小型风力发电机的生产和维修使用成本，有助于中小型风力发电机能大量的推广使用。
本发明的目的之二，提供一种组合式竹胶板结构的风力发电机叶片，能方便更换叶片的叶尖部件，以适应在干旱、沙漠等恶劣环境地区沙尘对叶片的磨损。
本发明的目的之三，提供一种组合式竹胶板结构的风力发电机叶片，主叶片能主动适应、跟踪风力的大小和方向，从而提高风能的利用率。
本发明的目的一是通过如下技术方案实现的：一种组合式竹胶板结构的风力发电机叶片，包括主梁(7)、蒙皮(3)和骨架，所述的风力发电机叶片气动外形与常规叶片相同，其特征在于：所述主梁(7)、蒙皮(3)、骨架均由竹胶板制成；主梁(7)呈内有通孔的长圆锥体，主梁(7)是由两件半圆槽形体(7-1)对齐合模线(7-5)用树脂胶粘合成形；支撑蒙皮的骨架有多组，每组骨架分为前缘骨架(5)和后缘骨架(6)，均呈马鞍形的异形体，同一组的前缘骨架(5)和后缘骨架(6)的凹弧面以主梁(7)合模线(7-5)为中心，对称包合在主梁(7)上，并由粘胶和螺钉固装，且相邻的前缘骨架(5)之间以及相邻的后缘骨架(6)之间均紧固连接排布在主梁(7)上。
进一步地，所述的前缘骨架(5)包括有前缘R角(5-1)、前缘形面(5-2)、前缘板(5-3)、前缘螺栓孔(5-4)、前缘凹弧形面(5-5)，所述的后缘骨架(6)包括有后缘R角(6-1)、后缘形面(6-2)、后缘板(6-3)、后缘螺栓孔(6-4)、后缘凹弧形面(6-5)，前缘骨架(5)和后缘骨架(6)对称包合在主梁(7)上，前缘凹弧形面(5-5)和后缘凹弧形面(6-5)上预涂树脂粘胶，以内弧长度1/2处对齐主梁(7)的合模线(7-5)，与主梁(7)的外壁作紧密粘合安装，螺钉(7-4)加固，前缘骨架(5)和后缘骨架(6)是以每组为单位，依次相邻连接至主梁(7)的两端，两两邻接的骨架之间有安装螺栓(4-5)穿过前缘螺栓孔(5-4)或者是后缘螺栓孔(6-4)紧固，前缘板(5-3)与后缘板(6-3)在紧固时也预涂有树脂粘胶。所述的竹胶板是将毛竹加工成长条形薄竹片，按经纬编排制成窄长形的竹席，再将树脂胶浸泡或塗抹在竹席上，铺放入热压模具内，铺模过程中竹席由长到短按梯次多层排放、叠加或多层缠绕加厚，然后经过模具的热压固化，加压加热固化脱模而制成。所述主梁、蒙皮、骨架三个部件均可采用该制竹胶板工艺方法制造。
这样的方案，优点是：
1、竹胶板工艺简单，编织竹席多层高压热固化，制成品不但力学性能好，还具有防水防虫防霉等特点，经长年应用，条件成熟，加工操作性好，叶片零部件适合于用现有的竹胶板专用设备加工，质量稳定，能大批量产，简化运输和维修工作。圆锥形状主梁能简化叶片设计中的问题，例如，在叶片设计中，叶片的前后端迎风角不同，变化大，制造麻烦。本发明的圆锥形状主梁配合异形体骨架凹弧面安装法，将相互排列在主梁上的骨架，连接时逐个依次偏转安装，就能妥善解决这个复杂问题，而采用其它形状作主梁，就难于做到叶片偏转安装的效果，圆锥形状主梁模具简单，给模具加工和产品生产都带來方便。
2、骨架凹弧面连接主梁合模线，骨架主梁的整体性好，骨架相互排列连接，凹弧面更能增强主梁抗弯力和抗扭力。
本发明的目的二是通过如下技术方案实现的：所述的主梁(7)前端设有对接前叶片(4)主梁前孔(7-3)，前叶片(4)由肋板(4-2)、安装销(4-1)、直梁(4-3)、底板(4-4)、前叶片蒙皮(4-6)组成，其中肋板(4-2)、安装销(4-1)、直梁(4-3)、底板(4-4)、是一次加工制成形的半整体结构，安装销(4-1)与主梁(7)的主梁前孔(7-3)套装，安装螺栓(4-5)将肋板(4-2)与前缘板(5-3)和后缘板(6-3)紧固安装，前叶片蒙皮(4-6)紧固安装在肋板肋板(4-2)和直梁(4-3)上，底板(4-4)与前叶片蒙皮(4-6)的厚度一致，厚于蒙皮(3)。
这样的方案，优点是：
1、前叶片是个独立设计、独立安装的组件，在与主叶片对接端有个圆柱销，这个
设计目的是为了拆装方便，前叶片受损后便于即时更换易损的零部件。
2、圆锥形状主梁的特点还在于，利用主梁前孔对接前叶片的安装销，操作简单，
安装精度高，承受力大，便换方面，结构性能合理。又利用主梁后孔安装叶片座，连同上述的骨架安装特点，充分体现出本发明筒形状主梁设计优点。
本发明的目的三是通过如下技术方案实现的：所述的主梁(7)后端设有对接叶片座(1)的主梁后孔(7-2)，叶片座(1)由法兰(1-1)固装在风力发电机主机的齿轮毂上，叶片座(1)有支撑管(1-2)安装轴承(14)，轴承套(15)内孔安装轴承(14)，其外圆与主梁后孔(7-2)固装，支撑管(1-2)内安装有变矩用的电机(13)，且连接蜗轮(12)、小齿轮(10)、通过中间齿轮(9)带动大齿轮(8)的内齿，加强套(16)连接大齿轮(8)，其内壁紧固主梁(7)，密封圈(11)固装在加强套(16)上，密封圈的唇边接触法兰(1-1)表面。
这样的方案，其优点是：叶片是安装在风力发电机主机的齿轮毂上，在工作中跟踪风力大小是用电控方式自行调整迎风角，调整时叶片以主梁为轴心來回扭转，在圆锥筒形主梁的后端內孔安装轴承，加强套紧固主梁再设置齿轮与叶片座上的控制电机连接，达到了设计简单布局合理效果。
附图说明
图1是本发明风力发电机的示意图。
图2是本发明的主梁半圆槽形体的示意图。
图3是本发明的主梁与骨架装配的示意图。
图4是图3的A-A剖视示意图。
图5是发明的前缘骨架的主视图。
图6是图5的左视图。
图7是本发明的后缘骨架的主视图。
图8是图7的左视图.
图9是本发明的前叶片的局部示意图。
图10是图9的B向示意图。
图11是本发明的前叶片与主叶片的安装示意图。
图12是本发明的叶片座的剖视示意图。
附图标记说明：叶片座 1、主叶片 2、蒙皮 3、前叶片 4、安装销 4-1、肋板 4-2、5直梁 4-3、底板 4-4、安装螺栓 4-5、前叶片蒙皮 4-6、前缘骨架 5、前缘R角 5-1、前缘形面5-2、前缘板 5-3、前缘螺栓孔 5-4、前缘凹弧形面 5-5、后缘骨架 6、后缘R角6-1、后缘形面6-2、后缘板 6-3、后缘螺栓孔 6-4、后缘凹弧形面 6-5、主梁 7、主梁半圆槽形体 7-1、主梁后孔 7-2、主梁前孔 7-3、合模线 7-5、法兰 1-1、支撑管 1-2、密封面 1-3、大齿轮 8、中间齿轮 9、小齿轮 10、密封圈 11、蜗轮 12、电机 13、轴承 14、轴承套 15、加强套 16。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。
实施例一，参见图1—图9，本实施例风力发电机叶片由主叶片2、蒙皮3、前缘骨架5、后缘骨架6、主梁7等零部件制作和组合装配而成，且这些零部件均采用竹胶板及其工艺制成。具体地，所述的主梁7是用经纬编排的竹席与树脂胶粘合的方式，经多层铺叠后放入模具热压后制成槽形半圆体7-1，再经锯、刨修整，得出平整的半圆槽形体合模线7-5，取两件圆槽形体7-1对齐合模线7-5后用树脂胶粘合成形，制成一个呈长圆锥体、内有通孔的主梁7，主梁7在前端有主梁前孔7-3，后端有主梁后孔7-2。为了增加粘合强度，半卷筒的合模线接合部可加入横销、错齿和隼卯结构等措施。同样以竹席与树脂胶粘合热压工艺，制成前缘骨架5、后缘骨架6。前缘骨架5、后缘骨架6均呈马鞍形的异形体：即前缘骨架5有前缘板5-3、前缘形面5-2和为制作工艺设计的前缘R角5-1、前缘螺栓孔5-4以及与主梁7圆锥体外表面配装的前缘凹弧形面5-5；后缘骨架6有后缘板6-3、前缘形面6-2和为制作工艺设计的前缘R角6-1、前缘螺栓孔6-4以及6与主梁7圆锥体外表面配装的后缘凹弧形面6-5。同样以所述类似工艺，制成薄片形竹胶板蒙皮3。
组装时，以主梁7为主体，同一组的前缘骨架5和后缘骨架6的均以主梁7合模线7-5为中心，对称包合在主梁7上，安装方式是，在前缘凹弧形面5-5和后缘骨架的凹弧形面6-5上预涂树脂粘胶，以内弧长度1/2处对齐合模线7-5，与主梁7外圆表面作紧密粘合，再用螺钉加固安装，然后将安装螺栓4-5穿过前缘螺栓孔5-4、后缘螺栓孔6-4将相邻排列的骨架紧固连接，连接面也预涂树脂粘胶。前缘骨架5和后缘骨架6是以每组为单位，依次相邻连接至主梁7的两端，两两邻接的骨架之间有安装螺栓4-5穿过前缘螺栓孔5-4或者是后缘螺栓孔6-4紧固。蒙皮3用螺钉固装在弯曲的前缘形面5-2、后缘形面6-2上，将主梁7、前缘骨架5和后缘骨架6全部包裹在内，由此形成本发明的主叶片2。
实施例二，参见图1和图9、图10、图11，在实施例一的基础上，实施前叶片4与主叶片2组合装配，前叶片4由安装销4-1、肋板4-2、直梁4-3、底板4-4、前叶片蒙皮4-6组成。也是用经纬编排的竹席与树脂胶粘合的方式，经多层铺叠后放入压模內一次制作成形的半整体结构。前叶片蒙皮4-6与底板4-4作加厚设计、安装销4-1与主梁前孔7-3套装，再将安装螺栓4-5与前缘板5-3、后缘板6-3紧固安装，前叶片蒙皮4-6是用螺钉紧固安装在肋板4-2、直梁4-3上，将前叶片4与主叶片2组合起來。叶片前端的叶尖接近地面，旋转时与气流相对速度大，砂粒粗，是最容易受损的部位，叶尖损坏时需要取换，本发明解决方法是把叶尖设计为一个独立可分拆的部件，方便换取，称为前叶片4。
实施例三，参见图1、图3、图12，在实施例一的基础上，主梁7后端设有对接叶片座1的主梁后孔7-2，叶片座1包括法兰1-1和安装轴承14的支撑管1-2、加强套16等，这些构件则用钢材制成。叶片座1由法兰1-1固装在风力发电机主机的齿轮毂上，叶片座1有支撑管1-2安装轴承14，轴承套15内孔安装轴承14，轴承套15外圆与主梁后孔7-2固装，支撑管1-2内安装有变矩用的电机13，连接蜗轮12、小齿轮10、通过中间齿轮9带动大齿轮8的内齿，加强套16连接大齿轮8，紧固主梁7将叶片连接在叶片座1上，同时也可以进行电控偏转动作。叶片座1的轴承支撑管1-2内安装变矩电机13，与安装在叶片后端的齿轮结合控制叶片桨矩。橡胶材料制成的密封圈11固装在加强套16上，密封唇边接触法兰1-1表面，用作防水防尘。
应当理解的是，本专利的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本专利所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种组合式竹胶板结构的风力发电机叶片，包括主梁(7)、蒙皮(3)和骨架，所述的风力发电机叶片气动外形与常规叶片相同，其特征在于：所述主梁(7)、蒙皮(3)、骨架均由竹胶板制成；主梁(7)呈内有通孔的长圆锥体，主梁(7)是由两件半圆槽形体(7-1)对齐合模线(7-5)用树脂胶粘合成形；支撑蒙皮的骨架有多组，每组骨架分为前缘骨架(5)和后缘骨架(6)，均呈马鞍形的异形体，同一组的前缘骨架(5)和后缘骨架(6)的凹弧面以主梁(7)合模线(7-5)为中心，对称包合在主梁(7)上，并由粘胶和螺钉固装，且相邻的前缘骨架(5)之间以及相邻的后缘骨架(6)之间紧固连接排布在主梁(7)上；所述主梁的(7)前端设有对接前叶片(4)主梁前孔(7-3)。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述的前缘骨架(5)包括有前缘R角(5-1)、前缘形面(5-2)、前缘板(5-3)、前缘螺栓孔(5-4)、前缘凹弧形面(5-5)，所述的后缘骨架(6)包括有后缘R角(6-1)、后缘形面(6-2)、后缘板(6-3)、后缘螺栓孔(6-4)、后缘凹弧形面(6-5)，前缘骨架(5)和后缘骨架(6)对称包合在主梁(7)上，前缘凹弧形面(5-5)和后缘凹弧形面(6-5)上预涂树脂粘胶，以内弧长度1/2处对齐主梁(7)的合模线(7-5)，与主梁(7)的外壁作紧密粘合安装，螺钉(7-4)加固，前缘骨架(5)和后缘骨架(6)是以每组为单位，依次相邻连接至主梁(7)的两端，两两邻接的骨架之间有安装螺栓(4-5)穿过前缘螺栓孔(5-4)或者是后缘螺栓孔(6-4)紧固，前缘板(5-3)与后缘板(6-3)在紧固时也预涂有树脂粘胶。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电机叶片，其特征在于，前叶片(4)由肋板(4-2)、安装销(4-1)、直梁(4-3)、底板(4-4)、前叶片蒙皮(4-6)组成，其中肋板(4-2)、安装销(4-1)、直梁(4-3)、底板(4-4)是一次加工制成形的半整体结构，安装销(4-1)与主梁(7)的主梁前孔(7-3)套装，安装螺栓(4-5)将肋板(4-2)与前缘板(5-3)和后缘板(6-3)紧固安装，前叶片蒙皮(4-6)紧固安装在肋板(4-2)和直梁(4-3)上，底板(4-4)与前叶片蒙皮(4-6)的厚度一致，厚于蒙皮(3)。
4.根据权利要求3所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述的主梁(7)后端设有对接叶片座(1)的主梁后孔(7-2)，叶片座(1)由法兰(1-1)固装在风力发电机主机的齿轮毂上，叶片座(1)有支撑管(1-2)安装轴承(14)，轴承套(15)内孔安装轴承(14)，轴承套(15)外圆与主梁后孔(7-2)固装，支撑管(1-2)内安装有变矩用的电机(13)，且连接蜗轮(12)、小齿轮(10)、通过中间齿轮(9)带动大齿轮(8)的内齿，加强套(16)连接大齿轮(8)，加强套(16)内壁紧固主梁(7)，密封圈(11)固装在加强套(16)上，密封圈的唇边接触法兰(1-1)表面。
5.根据权利要求1或2所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述的竹胶板是将毛竹加工成长条形薄竹片，按经纬编排制成窄长形的竹席，再将树脂胶浸泡或塗抹在竹席上，铺放入热压模具内，铺模过程中竹席由长到短按梯次多层排放、叠加或多层缠绕加厚，然后经过模具的热压固化，加压加热固化脱模而制成。
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