CN115946385A - 垂直轴风力发电机叶片制作方法及垂直轴风力发电机叶片 - Google Patents

Abstract

本发明属于风力发电设备技术领域，公开了一种垂直轴风力发电机叶片制作方法及垂直轴风力发电机叶片，首先制作内部支撑骨架，将纤维复合型材方管和圆管及金属连接件进行预处理加工后按设计要求进行组装；然后对轻质材料进行翼型的外形和内部腔体的切割加工，切割成第一叶片基材和第二叶片基材，同时加工上封板和下封板；待所需材料加工准备完毕后将所有部分按工艺要求进行复合；对表面进行整体处理，附着增强防护材料和字体及图案喷绘，最后进行成品检验。本发明可以简化叶片制作流程，减少对生产人员的危害；在制作成本上可减少50%以上；其重量可减少65%以上，造价降低，同时可有效解决垂直轴风力发电机组大型化困难的问题。

Description

垂直轴风力发电机叶片制作方法及垂直轴风力发电机叶片

技术领域

本发明属于风力发电设备技术领域，尤其涉及一种垂直轴风力发电机叶片制作方法及垂直轴风力发电机叶片。

背景技术

目前，在风力发电设备中风轮是其主要的能量获取装置，风轮的质量好坏决定着风力发电机的根本性能及价格，而风轮最主要的组成部分就是叶片。风力发电机的叶片经历了木质、铝合金材料，进而到现在的纤维复合材料时代。目前水平轴风力发电机风轮叶片的主要制作方法为在叶片模具中手工铺放玻璃钢纤维，配合碳纤维进行局部增强，真空导入聚酯（环氧、乙烯基）树脂增强，巴沙木进行填充为主要形式。即RTM工艺。在垂直轴风力发电机领域，其叶片的制备方法与水平轴风力发电机相同，但水平轴风力发电机叶片在轴向上各个截面的翼型均不相同，在模具制造、纤维铺层及结构受力上更加复杂。而垂直轴风力发电机的叶片尤其是H型风轮，在轴向上各个截面的翼型均一样，在叶片受力上也相对简单。但纤维复合材料依然存在很多弊端，在制作过程中不仅工艺复杂，技术参数要求繁杂，并且对人体也会产生危害，如树脂固化剂中含有有毒物质，后期修型处理过程的粉尘危害；同时叶片的复合材料固化之后自然降解难度大、周期长、占地广，随着退役机组规模的不断增加，简单堆放、填埋的方式显然难以满足废弃材料的处置需求，叶片的退役后的无害化处理依然是行业痛点。同时纤维复合材料的应用导致叶片重量过大，对垂直轴风力发电机来讲，为了固定过重的叶片导致风轮结构过于笨重，机组整体成本升高，不易实现机组容量大型化。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

现有的垂直轴风力发电机叶片采用纤维复合材料，在制作过程中不仅工艺复杂，技术参数要求繁杂，并且对人体也会产生危害；叶片的复合材料固化之后自然降解难度大、周期长、占地广；纤维复合材料的应用导致叶片重量过大，对垂直轴风力发电机来讲，为了固定过重的叶片导致风轮结构过于笨重，机组整体成本升高，不易实现机组容量大型化。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种垂直轴风力发电机叶片制作方法及垂直轴风力发电机叶片。

本发明是这样实现的，一种垂直轴风力发电机叶片的制备方法， 根据设计好的图纸进行叶片各部分材料的预加工，预加工完成后根据先后顺序通过螺栓、铆接、粘接等方式进行模块化组装，然后进行表层喷涂防护，完成后进行成品检验后方可出厂使用。

进一步，具体包括：

步骤一，制作内部支撑骨架，将纤维复合型材方管和圆管及金属连接件进行预处理加工后按设计要求进行组装；其主要为叶片提供强度支撑，确保叶片力学性能满足使用要求；

步骤二，对高分子轻质材料进行翼型的外形和内部腔体的切割加工，切割成第一叶片基材和第二叶片基材，同时加工上封板和下封板；其主要作用为将叶片外形主体采用高分子轻质材料，可在原有材料的基础上大大降低叶片整体重量和造价，进而降低机组整体设计要求，对产品的运输、生产、销售等都起到积极作用；

步骤三，待所需材料加工准备完毕后将所有部分按工艺要求进行复合；其主要作用为将内部支撑与外部轻质翼型进行工艺复合，复合后为叶片半成品，为下一道工序做足准备；

步骤四，对表面进行整体处理，附着增强防护材料和字体及图案喷绘；其主要作用为提高叶片表面质量，降低风阻提升叶片转换效率，提高叶片使用寿命；

步骤五，进行成品检验。其主要作用为确保叶片整体质量满足挂机要求。

进一步，所述步骤三中对所需材料进行复合时，采用粘接或铆接的固定方式。

进一步，所述步骤一中的方管、圆管及金属连接件的预处理加工的具体方式包括：首先将圆管，方管及金属连接件按照设计图纸下料加工，然后按照设计要求尺寸在方管型材（包括但不限于）上打孔，将圆管和金属连接件按照设计位置通过粘接和螺栓固定于方管上。

进一步，所述步骤三中的所需材料的复合方式具体包括：复合方式主要为胶接方式，即用与材料相对应的高强度胶进行粘接。

进一步，所述步骤四对表面进行整体处理的具体步骤包括：表面整体处理主要包括在叶片表面喷涂或刷涂一层或多层防护材料，提升叶片表面光洁度和强度以及耐候性。

进一步，所述步骤五成品检验的具体步骤包括：按照使用要求对叶片整体进行检验，包括尺寸参数、重量参数、表面要求、强度要求等的检验。

本发明的另一目的在于提供一种垂直轴风力发电机叶片，所述垂直轴风力发电机叶片设置有：

第一叶片基材和第二叶片基材；

所述第一叶片基材和第二叶片基材相对一侧均开设有安装腔体；

所述安装腔体内设置有方管、圆管和金属连接件，连接方式包括，胶接、铆接和螺栓连接。

进一步，所述第一叶片基材和第二叶片基材两端固定有上封板和下封板。

本发明的另一目的在于提供一种轻质叶片加热模压法成型制备方法，包括以下步骤：

步骤一：原材料的质量控制，主要是发泡熟化好的EPS或EPP颗粒和内部支撑型材与加工好的金属连接件，查验原材料是否符合设计标准要求，如符合执行下步工艺，不符合则返回；

步骤二：原材料的准备，按照设计要求准备轻质叶片需要的制作材料，包括已经查验过的发泡熟化好的EPS或EPP颗粒和按照设计图纸加工好的内部支撑件；

步骤三：成型模具的预准备，主要是清理和检查模具内部污物，判断模具是否符合生产要求；

步骤四：提前将内部支撑件放置在模具内并进行定位并合模；

步骤五：成型，此过程通过将发泡颗粒注入模具型腔并通过加热使发泡颗粒融结为固定形状，并获得一定强度。此过程要注意成型过程中的各项技术参数的匹配，如温度、加热时长、冷却时长、蒸汽、压缩空气等条件；

步骤六：表面处理，此过程包括产品脱模后的干燥过程和干燥后的表面处理过程，产品脱模后应进行二次烘干和熟化进一步增强产品强度和减少变形。表面处理过程主要目的为提高产品的表面强度、耐候性和美观性；

步骤七：质量检测，此过程为产品各项技术指标的最后检测，主要内容为按照技术要求对产品的各项技术参数进行检测并判断是否合格，如合格进行下一步工艺，如不合格则进行回收或报废处理；

步骤八：出厂安装，此过程主要包括出厂前的包装和存放。

进一步，所述步骤二中原材料为聚苯乙烯泡沫EPS、发泡聚丙烯EPP等，其结构为硬质闭孔结构且呈圆颗粒状，其原料粒径可根据实际需要调节，常用原料如表1所示。此种原料可通过注入模具加热后成型，且制备过程可实现无污染无有害气体排放的绿色生产；

；

表1。

进一步，所述步骤四中内部支撑件的材料，主要为玻璃钢复合型材或者碳纤维复合型材与金属连接件的组合支撑，但此支撑材料根据不同的应用情况其组合方式与形状可做相应修改。

本发明的另一目的在于提供一种利用轻质叶片加热模压法成型制备方法制备的垂直轴风力发电机叶片，所述垂直轴风力发电机叶片设置有：

内部骨架方管；

所述内部骨架方管外侧套设固定有标准模块、连接件、上拉件和下拉件，所述标准模块共设置有多个，所述连接件用于对标准模块中间进行固定，所述上拉件和下拉件用于对标准模块两端进行位置固定，所述标准模块两端分别安装有一个封板。

本发明的另一目的在于提供一种轻质叶片表面处理方法，包括以下步骤：

步骤一：表面验收，此过程主要对粘接成型和加热模压法成型后的轻质叶片半成品的表面质量及外观进行验收，判断半成品是否可进行下一步工艺，如果不满足要求则回收材料重复利用；

步骤二：原材料为EPS（发泡聚苯乙烯）、EPP（发泡聚丙烯），结构为硬质闭孔结构且呈圆颗粒状，其原料粒径可根据实际需要调节；此种原料可通过注入模具加热后成型；

步骤三：聚氨酯PU（聚氨酯）层处理，此过程为表面处理的第一层涂装，主要成分为聚氨酯，根据设计重量配料后均匀涂装在基材表面，起到增强耐候和将表面凹陷处填平的作用，待其完全干透后进行表面打磨处理，为后续工艺准备；

步骤四：中层防护层处理，此过程主要为高分子防护涂层，根据设计重量配料后均匀涂装在基材表面，并等待干燥；

步骤五：中层防护层找平处理，此过程因为涂装层较PU层厚，在干燥后需进行打磨找平处理；

步骤六：中层防护层二次处理，此过程依然为高分子防护涂层，厚度较上层工艺较薄，本次处理后基材表面基本圆润光滑，等待干燥后进行打磨处理；

步骤七：表层防护层喷涂，此过程主要为表层喷涂，此处采用水性丙烯酸－聚氨酯漆，可进一步提升其耐候性，喷涂后按工艺要求干燥；

步骤八：外观标志字体处理，此过程主要为外观处理，在要求位置喷涂相应标志或者字体，喷涂后干燥；

步骤九：检测出厂，此过程为叶片表面处理的最后一道工序，对叶片表面质量按要求进行检测验收，合格后出厂，不合格品对材料进行回收利用。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

本发明选用极易加工的高分子轻质材料作为叶片的主要材料，内部布置型腔配合轻质纤维复合材料型材提升叶片整体结构刚性。二者通过工艺镶嵌后黏结复合成翼型基材，之后通过外形处理再次对整体刚性进行提升并满足其室外工况运行中对温度、湿度、雷电防护、盐雾、沙尘、辐射、结冰等环境下的使用要求。

本发明通过对垂直轴风力发电机叶片的运行方式着手，分析其受力形式，通过改变叶片传统的制作材料，同时针对其受力形式及运行工况重新设计内部支撑结构。可有效解决传统垂直轴风力发电机叶片重量过高无法实现机组的大容量，现有叶片制造工艺复杂繁琐，制造过程中对人员健康的危害，叶片退役后无法绿色回收处理等问题。

本发明不仅可以简化叶片制作流程，减少对生产人员的危害；同时在制作成本上可减少50%以上；其重量可减少65%以上，对机组而言整体结构设计更自由，造价也随之降低，同时可有效解决垂直轴风力发电机组大型化困难的问题；而此种叶片退役后其内部材料有很成熟的回收方式，可回收后二次利用，相对纤维复合材料回收困难此叶片更加环保。

本发明提出垂直轴风力发电机叶片的制作方法，在满足使用要求的前提下，可有效降低叶片生产成本，减少制造复杂程度，提高生产效率，大大降低对人员和环境的危害。

本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：转化后，同等尺寸的叶片其整体造价可降低50%以上，另外因其整体重量相较传统材料可降低65%以上，大大降低机组支撑构件的设计要求，可有效降低机组整体造价。

本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白：采用高分子轻质材料（专利要求包括一切可满足制作叶片的有机和无机材料）通过将高分子轻质材料整料切割为所需叶片外部形状，然后将内部支撑件的材料与轻质叶片基材复合粘接制作轻质叶片的技术，填补了国内垂直轴风力发电机轻质叶片制造技术的空白。

不同于现有技术采用玻璃钢纤维与树脂在预制模具上通过手工糊制或真空注脂的工艺，本发明有对人体几乎无危害，工艺简单，工序少，成本低，采用不同轻质材料可实现有效回收或自然降解等优点。

附图说明

图1是本发明实施例提供的垂直轴风力发电机叶片的制作方法流程图；

图2是本发明实施例提供的垂直轴风力发电机叶片的制作方法原理图；

图3是本发明实施例提供的垂直轴风力发电机叶片的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的垂直轴风力发电机叶片的内部支撑构造图；

图5是本发明实施例提供的第一叶片基材的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的第二叶片基材的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的复合完成后的叶片基材的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的应力结果示意图，图中Max为最大应力部位；

图9是本发明实施例提供的应变结果示意图，图中Max为最大应变部位；

图10是本发明实施例提供的轻质叶片加热模压法成型制备流程图；

图11是本发明实施例提供的轻质叶片表面处理流程图；

图12和图13是本发明实施例提供的标准模块的结构示意图；

图14是本发明实施例提供的轻质叶片加热模压法成型制备方法制备的垂直轴风力发电机叶片的结构示意图；

图中：1、上封板；2、第一叶片基材；3、金属连接件；4、圆管；5、方管；6、第二叶片基材；7、下封板；8、封板；9、上拉件；10、标准模块；11、内部骨架方管；12、连接件；13、下拉件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对本发明技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例中的垂直轴风力发电机叶片的制备方法包括：

S101，制作内部支撑骨架，将纤维复合型材方管和圆管及金属连接件进行预处理加工后按设计要求进行组装；

S102，对轻质材料进行翼型的外形和内部腔体的切割加工，切割成第一叶片基材和第二叶片基材，同时加工上封板和下封板；

S103，待所需材料加工准备完毕后将所有部分按工艺要求进行复合；

S104，对表面进行整体处理，附着增强防护材料和字体及图案喷绘；

S105，进行成品检验。

如图2所示，本发明实施例提供的垂直轴风力发电机叶片的制作方法原理图；

本发明实施例中的步骤S103中对所需材料进行复合时，采用粘接或铆接的固定方式。

如图3至图7所示，本发明实施例中的垂直轴风力发电机叶片设置有：

第一叶片基材2和第二叶片基材6；

所述第一叶片基材2和第二叶片基材6相对一侧均开设有安装腔体；

所述安装腔体内设置有方管5、圆管4和金属连接件3。

本发明实施例中的第一叶片基材2和第二叶片基材6两端固定有上封板1和下封板7。

本发明实施例选用高密度极易加工的轻质材料作为叶片的主要材料，内部布置型腔配合轻质纤维复合材料型材提升叶片整体结构刚性。二者通过工艺镶嵌后黏结复合成翼型基材，之后通过外形处理再次对整体刚性进行提升并满足其室外工况运行中对温度、湿度、雷电防护、盐雾、沙尘、辐射、结冰等环境下的使用要求。

为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对本发明技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。

根据垂直轴风力发电机的结构特点和叶片的结构特性，创造性地提出将垂直轴风力发电机叶片的加工材料改为高分子轻质材料替换传统风力机叶片的玻璃纤维复合材料，通过简单的加工工艺即可实现叶片的制作，大大降低的材料和加工成本，同时其自身重量也大幅度降低，这很好地解决了垂直轴风力发电机因为叶片过重在结构设计上的难度和成本。在环保方面，高分子轻质材料可根据其材质的不同实现回收利用和自然降解。

本发明的技术价值除了其在材料应用上的成本降低，在加工工艺上的制作费用降低，在加工过程中几乎消除对人体危害，同时在其制作材料的可回收和可降解性方面也是很大的突破（现有玻璃钢复合材料的回收非常困难且几乎无法实现自然降解）。

本发明实施例提供的风力发电机，所述风力发电机安装有垂直轴风力发电机叶片。

本发明实施例提供的垂直轴风力发电机，所述垂直轴风力发电机安装有垂直轴风力发电机叶片。

本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合实验过程的数据、图表等进行描述。

首先在实际应用中要求的叶片受力方面做了有限元分析，最大应力119MPa和最大应变9.65mm，分析结果均满足使用要求（见图8和图9中应力结果和应变结果）；其次通过本发明所述加工工艺实际加工出了符合受力要求的垂直轴风力发电机轻质叶片，与同等尺寸的玻璃钢复合材料相比整体轻质叶片重量为玻璃钢叶片的33%，这使得机组结构设计要求大大降低。

在本发明实例中，轻质叶片的材料的制备方法为：

首先制作轻质叶片的材料。

制作轻质叶片技术中提到的轻质环保基础材料目前有EPS和EPP，其中EPS材料可实现回收再利用，EPP材料可实现自然降解。

图10为轻质叶片加热模压法成型制备流程，采用此种制备方法可大大降低制作难度提升产品表面质量，为后期表面处理降低难度，同时其制备可实现自动化生产，相对于第一种制备方法人的参与度更低整体质量更易保证，且产品重量相对于第一种制备方法可再降低15%。因为轻质原材料的成型工艺及制作设备已经非常成熟，这种制作方法更加适合批量化规模化生产应用。同时此种方法在制备大型机组叶片时针对垂直轴风力发电机的叶片特点还可实现模块化生产，叶片可在施工现场积木式安装，大大降低叶片的运输和安装费用。

在本发明实例中，表面处理方法具体为：无论是采用第一种切割后再粘接成型还是通过加热模压法成型，虽然加热模压法的表面相对切割粘接成型法的表面质量更高，但是因为此种原材料是经发泡后的硬质闭孔结构，其表面质量都不适合直接使用。这就需要对产品表面进行光洁化处理，可提高叶片的气动性能、外观以及使用寿命。处理流程如（图11）所示。

本发明实施例提供了一种轻质叶片加热模压法成型制备方法，包括以下步骤：

步骤一：原材料的质量控制，主要是发泡熟化好的EPS或EPP颗粒和内部支撑型材与加工好的金属连接件，查验原材料是否符合设计标准要求，如符合执行下步工艺，不符合则返回；

步骤二：原材料的准备，按照设计要求准备轻质叶片需要的制作材料，包括已经查验过的发泡熟化好的EPS或EPP颗粒和按照设计图纸加工好的内部支撑件；

步骤三：成型模具的预准备，主要是清理和检查模具内部污物，判断模具是否符合生产要求；

步骤四：提前将内部支撑件放置在模具内并进行定位并合模；

步骤五：成型，此过程通过将发泡颗粒注入模具型腔并通过加热使发泡颗粒融结为固定形状，并获得一定强度。此过程要注意成型过程中的各项技术参数的匹配，如温度、加热时长、冷却时长、蒸汽、压缩空气等条件；

步骤六：表面处理，此过程包括产品脱模后的干燥过程和干燥后的表面处理过程，产品脱模后应进行二次烘干和熟化进一步增强产品强度和减少变形。表面处理过程主要目的为提高产品的表面强度、耐候性和美观性；

步骤七：质量检测，此过程为产品各项技术指标的最后检测，主要内容为按照技术要求对产品的各项技术参数进行检测并判断是否合格，如合格进行下一步工艺，如不合格则进行回收或报废处理；

步骤八：出厂安装，此过程主要包括出厂前的包装和存放。

步骤二中，原材料为EPS、EPP等，其结构为硬质闭孔结构且呈圆颗粒状，其原料粒径可根据实际需要调节，常用原料如表1所示。此种原料可通过注入模具加热后成型，且制备过程可实现无污染无有害气体排放的绿色生产；

；

表1。

步骤四中，内部支撑件的材料，主要为玻璃钢复合型材或者碳纤维复合型材与金属连接件的组合支撑，但此支撑材料根据不同的应用情况其组合方式与形状可做相应修改。

本发明实施例还提供了一种轻质叶片表面处理方法，包括以下步骤：

步骤一：表面验收，此过程主要对粘接成型和加热模压法成型后的轻质叶片半成品的表面质量及外观进行验收，判断半成品是否可进行下一步工艺，如果不满足要求则回收材料重复利用；

步骤二：基材表面处理，此过程主要对半成品叶片的表面进行初步处理，主要是细微缺陷处理和表面打磨处理；

步骤三：PU层处理，此过程为表面处理的第一层涂装，主要成分为聚氨酯，根据设计重量配料后均匀涂装在基材表面，起到增强耐候和将表面凹陷处填平的作用，待其完全干透后进行表面打磨处理，为后续工艺准备；

步骤四：中层防护层处理，此过程主要为高分子防护涂层，根据设计重量配料后均匀涂装在基材表面，并等待干燥；

步骤五：中层防护层找平处理，此过程因为涂装层较PU层厚，在干燥后需进行打磨找平处理；

步骤六：中层防护层二次处理，此过程依然为高分子防护涂层，厚度较上层工艺较薄，本次处理后基材表面基本圆润光滑，等待干燥后进行打磨处理；

步骤七：表层防护层喷涂，此过程主要为表层喷涂，此处采用水性丙烯酸－聚氨酯漆，可进一步提升其耐候性，喷涂后按工艺要求干燥；

步骤八：外观标志字体处理，此过程主要为外观处理，在要求位置喷涂相应标志或者字体，喷涂后干燥；

步骤九：检测出厂，此过程为叶片表面处理的最后一道工序，对叶片表面质量按要求进行检测验收，合格后出厂，不合格品对材料进行回收利用。

无论是采用粘接法或者加热模压法成型工艺制备叶片，均可制备成统一长度尺寸的标准模块10，并预留安装孔（如图12、图13）。安装孔尺寸为标准型材尺寸，此种模块化制作方法可实现标准化批量化自动化生产，同时运输和安装更加方便节省，装配方式如图14所示。内部骨架方管11外侧套设固定有标准模块10、连接件12、上拉件9和下拉件13，所述标准模块10共设置有多个，所述连接件12用于对标准模块10中间进行固定，所述上拉件9和下拉件13用于对标准模块10两端进行位置固定，所述标准模块10两端分别安装有一个封板8。

具体装配实施方式为：首先在内部骨架方管11上穿接连接件12使其固定在设计位置，随后从两侧对称串接标准模块10，标准模块10串接到合适尺寸后，分别穿接上拉件9和下拉件13并进行固定，然后继续进行标准模块10的串接直至达到设计尺寸，两端分别连接封板8。至此完成积木式叶片基材的完整装配。

最重要的是通过这种结构，可实现叶片长度尺寸的随机调节，即可通过改变标准模块的串接数量来改变单个叶片的长度尺寸，从而改变机组风轮的扫风面积，此方法可有效应对不同地域不同风况条件下风机功率的差异性这一技术难题，同时也能很好的控制成本。

无论是采用粘接法或者加热模压法成型工艺制备叶片，均可制备成统一长度尺寸的标准模块10，并预留安装孔（如图12、图13）。安装孔尺寸为标准型材尺寸，此种模块化制作方法可实现标准化批量化自动化生产，同时运输和安装更加方便节省，装配方式如图14所示。内部骨架方管11外侧套设固定有标准模块10、连接件12、上拉件9和下拉件13，所述标准模块10共设置有多个，所述连接件12用于对标准模块10中间进行固定，所述上拉件9和下拉件13用于对标准模块10两端进行位置固定，所述标准模块10两端分别安装有一个封板8。

具体装配实施方式为：首先在内部骨架方管11上穿接连接件12使其固定在设计位置，随后从两侧对称串接标准模块10，标准模块10串接到合适尺寸后，分别穿接上拉件9和下拉件13并进行固定，然后继续进行标准模块10的串接直至达到设计尺寸，两端分别连接封板8。至此完成积木式叶片基材的完整装配。

最重要的是通过这种结构，可实现叶片长度尺寸的随机调节，即可通过改变标准模块的串接数量来改变单个叶片的长度尺寸，从而改变机组风轮的扫风面积，此方法可有效应对不同地域不同风况条件下风机功率的差异性这一技术难题，同时也能很好的控制成本。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”“下”“左”“右”“内”“外”“前端”“后端”“头部”“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本发明领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种垂直轴风力发电机叶片的制作方法，其特征在于，根据设计好的图纸进行叶片各部分材料的预加工，预加工完成后根据先后顺序通过螺栓、铆接、粘接等方式进行模块化组装，然后进行表层喷涂防护；

所述垂直轴风力发电机叶片的制作方法包括：

步骤一，制作内部支撑骨架，将纤维复合型材方管和圆管及金属连接件进行预处理加工后按设计要求进行组装；

步骤二，对轻质材料进行翼型的外形和内部腔体的切割加工，切割成第一叶片基材和第二叶片基材，同时加工上封板和下封板；

步骤三，待所需材料加工准备完毕后将所有部分按工艺要求进行复合；

步骤四，对表面进行整体处理，附着增强防护材料和字体及图案喷绘；

步骤五，进行成品检验。

2.如权利要求1所述的垂直轴风力发电机叶片的制作方法，其特征在于，所述步骤一中的方管、圆管及金属连接件的预处理加工的具体方式包括：首先将圆管，方管及金属连接件按照设计图纸下料加工，然后按照设计要求尺寸在方管型材上打孔，将圆管和金属连接件按照设计位置通过粘接和螺栓固定于方管上。

3.如权利要求1所述的垂直轴风力发电机叶片的制作方法，其特征在于，所述步骤三中的所需材料的复合方式具体包括：复合方式为胶结方式，即用与材料相对应的高强度胶进行粘接；所述步骤三中对所需材料进行复合时，采用粘接或铆接的固定方式。

4.如权利要求1所述的垂直轴风力发电机叶片的制作方法，其特征在于，所述步骤四对表面进行整体处理的具体步骤包括：表面整体处理主要包括在叶片表面喷涂或刷涂一层或多层防护材料。

5.如权利要求1所述的垂直轴风力发电机叶片的制作方法，其特征在于，所述步骤五成品检验的具体步骤包括：按照使用要求对叶片整体进行检验，包括尺寸参数、重量参数、表面要求、强度要求的检验。

6.一种利用权利要求1~5任意一项所述的垂直轴风力发电机叶片的制作方法制作的垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述垂直轴风力发电机叶片设置有：

第一叶片基材和第二叶片基材；

所述第一叶片基材和第二叶片基材相对一侧均开设有安装腔体；

所述安装腔体内设置有方管、圆管和金属连接件。

7.如权利要求6所述的垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述第一叶片基材和第二叶片基材两端固定有上封板和下封板。

8.一种轻质叶片加热模压法成型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：原材料的质量控制，主要是发泡熟化好的EPS或EPP颗粒和内部支撑型材与加工好的金属连接件，查验原材料是否符合设计标准要求；

步骤二：原材料的准备，按照设计要求准备轻质叶片需要的制作材料，包括已经查验过的发泡熟化好的EPS或EPP颗粒和按照设计图纸加工好的内部支撑件；

步骤三：成型模具的预准备，主要是清理和检查模具内部污物，判断模具是否符合生产要求；

步骤四：提前将内部支撑件放置在模具内并进行定位并合模；

步骤五：成型，此过程通过将发泡颗粒注入模具型腔并通过加热使发泡颗粒融结为固定形状，并获得一定强度；成型过程中的各项技术参数的匹配；

步骤六：表面处理，包括产品脱模后的干燥过程和干燥后的表面处理过程，产品脱模后应进行二次烘干和熟化进一步增强产品强度和减少变形；表面处理过程主要目的为提高产品的表面强度、耐候性和美观性；

步骤七：质量检测，为产品各项技术指标的最后检测，主要内容为按照技术要求对产品的各项技术参数进行检测并判断是否合格，如合格进行下一步工艺，如不合格则进行回收或报废处理；

步骤八：出厂安装，此过程主要包括出厂前的包装和存放。

9.如权利要求8所述的轻质叶片加热模压法成型制备方法，其特征在于，所述步骤二中，原材料为发泡聚苯乙烯、发泡聚丙烯，结构为硬质闭孔结构且呈圆颗粒状，其原料密度和粒径可根据实际需要调节，密度范围介于10~45kg/m³，粒径范围可分为快速料0.8~1.2mm和0.6~0.9mm，阻燃料0.4~0.7mm，特殊料0.3~0.5mm；此种原料可通过注入模具加热后成型。

10.如权利要求8所述的轻质叶片加热模压法成型制备方法，其特征在于，所述步骤四中，内部支撑件的材料，主要为玻璃钢复合型材或者碳纤维复合型材与金属连接件的组合支撑。

11.如权利要求8所述的轻质叶片加热模压法成型制备方法，其特征在于，无论是采用粘接法或者加热模压法成型工艺制备叶片，均可制备成统一长度尺寸的标准模块，并预留安装孔；安装孔尺寸为标准型材尺寸；内部骨架方管外侧套设固定有标准模块、连接件、上拉件和下拉件，所述标准模块共设置有多个，所述连接件用于对标准模块中间进行固定，所述上拉件和下拉件用于对标准模块两端进行位置固定，所述标准模块两端分别安装有一个封板；至此完成模块化叶片基材的完整装配。

12.如权利要求11所述的轻质叶片加热模压法成型制备方法，其特征在于，具体装配实施方式为：首先在内部骨架方管上穿接连接件使其固定在设计位置，随后从两侧对称串接标准模块，标准模块串接到合适尺寸后，分别穿接上拉件和下拉件并进行固定，然后继续进行标准模块的串接直至达到设计尺寸，两端分别连接封板。

13.一种利用权利要求8~12任意一项所述的轻质叶片加热模压法成型制备方法制备的垂直轴风力发电机叶片，其特征在于，所述垂直轴风力发电机叶片设置有：

内部骨架方管；

所述内部骨架方管外侧套设固定有标准模块、连接件、上拉件和下拉件，所述标准模块共设置有多个，所述连接件用于对标准模块中间进行固定，所述上拉件和下拉件用于对标准模块两端进行位置固定，所述标准模块两端分别安装有一个封板。

14.一种轻质叶片表面处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：表面验收，对粘接成型和加热模压法成型后的轻质叶片半成品的表面质量及外观进行验收，判断半成品是否可进行下一步工艺，如果不满足要求则回收材料重复利用；

步骤二：基材表面处理，对半成品叶片的表面进行初步处理，主要是细微缺陷处理和表面打磨处理；

步骤三：PU层处理，为表面处理的第一层涂装，主要成分为聚氨酯，根据设计重量配料后均匀涂装在基材表面，起到增强耐候和将表面凹陷处填平的作用，待其完全干透后进行表面打磨处理；

步骤四：中层防护层处理，为高分子防护涂层，根据设计重量配料后均匀涂装在基材表面，并等待干燥；

步骤五：中层防护层找平处理；

步骤六：中层防护层二次处理，依然为高分子防护涂层，厚度较上层工艺较薄，本次处理后基材表面基本圆润光滑，等待干燥后进行打磨处理；

步骤七：表层防护层喷涂，为表层喷涂，此处采用水性丙烯酸－聚氨酯漆，可进一步提升其耐候性，喷涂后按工艺要求干燥；

步骤八：外观标志字体处理，为外观处理，在要求位置喷涂相应标志或者字体，喷涂后干燥。

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