大功率水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法技术

大功率水平轴海流能发电机的叶片，其金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定第一割网刀，金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根为与海流能发电机的轮毂连接的法兰或者螺纹孔，金属大梁的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，金属大梁的外侧面粘接外蒙皮，金属大梁的内侧面粘接内蒙皮，金属大梁的前侧面、后侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，叶片的旋转方向一侧粘接前缘金属包片，叶片表面喷涂防污涂料；优点：可以对抗潮流载荷冲击、高强度、高刚性、抗砂砾碰撞摩擦、耐磨损、叶尖耐气蚀、防渔网缠绕、防海洋生物附着。

【技术实现步骤摘要】
大功率水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法
本专利技术涉及一种水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法，该叶片适合于大功率的水平轴海流能发电机使用。
技术介绍
海流能是一种清洁可再生能源，我国海流能储量丰富，其开发利用潜力巨大。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律，具有能量密度大，规律性强，蕴藏量大等优点。海流能发电机将海流能转化为电能，供用户使用，叶片作为捕获海流能量的第一级机构，是海流能发电机的重要部件，其结构设计，材料选择直接影响能量捕获效率，以及机组能否长期稳定运行。目前海流能领域的研究热点主要集中在以下方面:(1)海流机叶片的水动力设计方法；(2)叶片可调距机构的设计；(3)安装与支撑方式的设计研究；(4)叶片气蚀的研究和抑制；(5)机组布局的研究；(6)海流能发电装置新概念的设计。对于小功率水平轴海流能发电机的叶片，叶片尺寸较小，可以直接用多轴联动机床一体加工，而对于大功率水平轴海流能发电机的叶片，叶片尺寸较长，无法采用多轴联动机床一体加工。现有的较大功率水平轴海流能发电机的叶片，有的使用与传统的水平轴风力发电机叶片类似的叶片，其制造工艺方法和传统的水平轴风力发电机叶片一样，整体是用玻璃钢制造的，玻璃钢拉伸弹性模量是19.71GPa，弹性模量较低，比钢材差10倍，由于海水的密度是空气的一千多倍，因此海流能发电机的叶片受到的载荷冲击大，这种叶片在海流能使用中容易出现严重的叶片挥舞和振摆问题，甚至发生弯折或折断的情况；有的采用青铜材料、或者不锈钢、或者合金钢制造叶片，叶片是实心的，重量大，并且，因为大功率海流能发电机的叶片较长，青铜材料的叶片存在自身强度不足的问题，而且，也没有足够大的机床进行叶片整体加工，只能进行手工打磨，手工打磨非常费工，且精度不够，而且自身重量非常大，成本也很高。许多海流能源丰富的海域含沙量高，例如中国舟山近海海域。传统的风力发电机复合材料叶片表面硬度低，在叶片运转过程中，受到砂砾碰撞、摩擦，极易产生凹痕或划伤。另外，水下环境中叶尖部分转速快，易产生气蚀，导致叶尖部分更易产生损伤。另外，在海洋运行环境中，必须面对悬浮渔网绞缠的问题，海流能发电机组若无自保护措施，被渔网缠绕，将发生机组卡死，无法正常运转，甚至导致整个机组毁坏的情况。此外，不同于大气环境，海洋附着物也是必须考虑的问题，细菌、藻类，生物幼虫等的生长会导致叶片加速腐蚀损坏。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中的上述不足，提供一种可以对抗潮流载荷冲击、高强度、高刚性、抗砂砾碰撞摩擦、耐磨损、叶尖耐气蚀、防渔网缠绕、防海洋生物附着的大功率水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下的技术方案：大功率水平轴海流能发电机的叶片，包括空心的金属大梁，金属大梁自上而下逐渐变宽，金属大梁上间隔焊接有数个加强刚度的水平腹板，所述金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，按照横截面的前后次序，金属大梁的刚度依次增加，但加工工艺难度依次增加；金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定有第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，金属叶尖上再焊接第一割网刀，所述金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，金属叶根为与海流能发电机的轮毂连接的法兰或者螺纹孔；金属大梁包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位、金属大梁与金属叶根的焊接部位的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，第一混合树脂由热固性树脂与弹性体树脂配比而成，包裹第一纤维布可以增大在金属大梁外侧涂抹粘接剂的使用面积并提高粘接剂的粘接力；包裹有第一纤维布(涂抹或浸润有第一混合树脂)之后，在金属大梁的外侧面粘接外蒙皮，金属大梁的内侧面粘接内蒙皮，金属大梁的前侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，金属大梁的后侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，泡沫填芯与金属大梁、外蒙皮、内蒙皮之间粘接，外蒙皮与内蒙皮的前端和后端的连接部位也粘接，位于金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，第二割网刀的刀刃外露于外蒙皮和内蒙皮，第一割网刀和第二割网刀均设置在叶片的旋转方向一侧，用于割断海底缠绕的渔网；所述叶片的旋转方向一侧粘接有提高叶片刚性和韧性的前缘金属包片，前缘金属包片嵌设在位于外蒙皮和内蒙皮前端的空缺部位，前缘金属包片可以减少潮水中砂砾撞击摩擦对叶片的损坏；叶片表面喷涂有防止海洋生物附着的防污涂料；所述金属大梁采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材焊接而成，所述金属叶尖采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料，所述金属叶根采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料，所述第一割网刀和第二割网刀采用不锈钢、钛合金或其它高刚度的金属材料，所述前缘金属包片采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述外蒙皮和内蒙皮由经过热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂合模加压成型，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合，所述泡沫填芯采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合。作为优选的一种方案，所述金属大梁采用横截面为型或型的金属大梁，型和型的金属大梁向两侧伸出肋边，可以增加叶片旋转时的扭曲刚度和弯曲刚度，进而改善叶片运行时扭转、弯曲、挥舞的问题，型金属大梁的外侧面和内侧面之间固定有连接板，可以增加金属大梁的刚度。进一步，所述前缘金属包片的外缘与外蒙皮和内蒙皮的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。进一步，所述第二割网刀的长度大于第一割网刀的长度，第一割网刀和第二割网刀的刀刃倾斜设置，第一割网刀的尾部为宽型，以增加和金属叶尖的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部为宽型，以增加和泡沫填芯的接触面积改善受力。进一步，如若金属叶尖与第一割网刀焊接，金属叶尖与第一割网刀的焊接部位也可以经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，包括以下步骤：(1)制造大梁总成，金属大梁为空心结构，金属大梁上间隔焊接数个水平腹板以加强刚度，金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀可以采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，然后再在金属叶尖上焊接第一割网刀；在金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，四轴联动机床具有空间上的四个自由度，可以一体加工出金属叶尖或者金属叶根；焊接有金属叶尖和金属叶根的金属大梁构成大梁总成；所述金属大梁由不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材热扎、锻压、焊接而成，所述金属叶尖采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料制造而成，所述金属叶根采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料制造而成本文档来自技高网...

【技术保护点】
大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：包括空心的金属大梁，金属大梁自上而下逐渐变宽，金属大梁上间隔焊接有数个加强刚度的水平腹板，所述金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，按照横截面的前后次序，金属大梁的刚度依次增加，但加工工艺难度依次增加；金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定有第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，金属叶尖上再焊接第一割网刀，所述金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，金属叶根为与海流能发电机的轮毂连接的法兰或者螺纹孔；金属大梁包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位、金属大梁与金属叶根的焊接部位的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，第一混合树脂由热固性树脂与弹性体树脂配比而成，包裹第一纤维布可以增大在金属大梁外侧涂抹粘接剂的使用面积并提高粘接剂的粘接力；包裹有第一纤维布之后，在金属大梁的外侧面粘接外蒙皮，金属大梁的内侧面粘接内蒙皮，金属大梁的前侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，金属大梁的后侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，泡沫填芯与金属大梁、外蒙皮、内蒙皮之间粘接，外蒙皮与内蒙皮的前端和后端的连接部位也粘接，位于金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，第二割网刀的刀刃外露于外蒙皮和内蒙皮，第一割网刀和第二割网刀均设置在叶片的旋转方向一侧，用于割断海底缠绕的渔网；所述叶片的旋转方向一侧粘接有提高叶片刚性和韧性的前缘金属包片，前缘金属包片嵌设在位于外蒙皮和内蒙皮前端的空缺部位，前缘金属包片可以减少潮水中砂砾撞击摩擦对叶片的损坏；叶片表面喷涂有防止海洋生物附着的防污涂料；所述金属大梁采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材焊接而成，所述金属叶尖采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料，所述金属叶根采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料，所述第一割网刀和第二割网刀采用不锈钢、钛合金或其它高刚度的金属材料，所述前缘金属包片采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述外蒙皮和内蒙皮由经过热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂合模加压成型，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合，所述泡沫填芯采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合。...

【技术特征摘要】
1.大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：包括空心的金属大梁，金属大梁自上而下逐渐变宽，金属大梁上间隔焊接有数个加强刚度的水平腹板，所述金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，按照横截面的前后次序，金属大梁的刚度依次增加，但加工工艺难度依次增加；金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定有第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，金属叶尖上再焊接第一割网刀，所述金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，金属叶根为与海流能发电机的轮毂连接的法兰或者螺纹孔；金属大梁包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位、金属大梁与金属叶根的焊接部位的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，第一混合树脂由热固性树脂与弹性体树脂配比而成，包裹第一纤维布可以增大在金属大梁外侧涂抹粘接剂的使用面积并提高粘接剂的粘接力；包裹有第一纤维布之后，在金属大梁的外侧面粘接外蒙皮，金属大梁的内侧面粘接内蒙皮，金属大梁的前侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，金属大梁的后侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，泡沫填芯与金属大梁、外蒙皮、内蒙皮之间粘接，外蒙皮与内蒙皮的前端和后端的连接部位也粘接，位于金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，第二割网刀的刀刃外露于外蒙皮和内蒙皮，第一割网刀和第二割网刀均设置在叶片的旋转方向一侧，用于割断海底缠绕的渔网；所述叶片的旋转方向一侧粘接有提高叶片刚性和韧性的前缘金属包片，前缘金属包片嵌设在位于外蒙皮和内蒙皮前端的空缺部位，前缘金属包片可以减少潮水中砂砾撞击摩擦对叶片的损坏；叶片表面喷涂有防止海洋生物附着的防污涂料；所述金属大梁采用包括不锈钢、碳素钢、钛合金在内的有较好强度刚度的金属板材焊接而成，所述金属叶尖采用包括不锈钢、镍合金、钛合金在内的有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料，所述金属叶根采用包括不锈钢、碳素钢、钛合金在内的有较好强度刚度的金属材料，所述第一割网刀和第二割网刀采用包括不锈钢、钛合金在内的高刚度的金属材料，所述前缘金属包片采用包括不锈钢、镍合金、钛合金在内的耐腐蚀、高韧性金属材料；所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶中的一种或一种以上的组合，所述外蒙皮和内蒙皮由经过热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂合模加压成型，所述热固性树脂采用酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、硅醚树脂中的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体中的一种或者一种以上的组合，所述泡沫填芯采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝中的一种或者一种以上的组合。2.如权利要求1所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：所述金属大梁采用横截面为型或型的金属大梁，型和型的金属大梁向两侧伸出肋边，可以增加叶片旋转时的扭曲刚度和弯曲刚度，进而改善叶片运行时扭转、弯曲、挥舞的问题，型金属大梁的外侧面和内侧面之间固定有连接板，可以增加金属大梁的刚度。3.如权利要求1或2所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：所述前缘金属包片的外缘与外蒙皮和内蒙皮的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。4.如权利要求3所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：所述第二割网刀的长度大于第一割网刀的长度，第一割网刀和第二割网刀的刀刃倾斜设置，第一割网刀的尾部为宽型，以增加和金属叶尖的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部为宽型，以增加和泡沫填芯的接触面积改善受力。5.如权利要求4所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：如若金属叶尖与第一割网刀焊接，金属叶尖与第一割网刀的焊接部位经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。6.如权利要求1所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：(1)制造大梁总成，金属大梁为空心结构，金属大梁上间隔焊接数个水平腹板以加强刚度，金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀可以采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，然后再在金属叶尖上焊接第一割网刀；在金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾海港，李伟，林勇刚，顾亚京，刘宏伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33