一种竹制复合材料叶片根部结构及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种竹制复合材料叶片根部结构及其制造方法，包括玻璃纤维、螺栓套和竹材，所述叶片根部结构还包含有经过根部法兰工装定位后预埋在叶片根部的螺栓套，叶片根部壳体内的玻璃纤维与螺栓/螺栓套之间砸压有竹制楔形条、螺栓套上缠绕有纤维丝，螺栓套与螺栓套之间嵌入竹制楔形条，该螺栓套的端部还铺设有泡沫楔形条。将带有螺栓套的模具根部定位法兰与模具实施定位连接，通过安装孔将根部定位法兰安装在模具上，同时使根部定位法兰达到设计精度及要求；并根据技术要求将加工好的竹制楔形条砸压在螺栓套之间，使根部达到足够的强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及风力发电机叶片的制造技术，尤其涉及，同时还涉及叶根螺栓预埋及壳体一次灌注成型的制造方法，其适用于所有水平轴发电机叶片的生产制造。
技术介绍
目前，市面上主要存在三类复合材料的风力发电机叶片，分别是不饱和聚酯树脂玻璃钢叶片、环氧树脂玻璃钢叶片和碳纤维玻璃钢叶片。其中，不饱和聚酯树脂玻璃钢叶片，其特点是设计难度大，产品收缩率高，模具不需要加热系统。环氧树脂玻璃钢叶片，其特点是设计中普遍采用，工艺适应性强，模具需要进行加热。碳纤维玻璃钢叶片，其特点是材料成本高，性价比低，设计复杂，模具需要加热。在上述的三类叶片中，环氧树脂玻璃钢叶片约占市场份额的80 %左右，在目前生产的叶片中占主导地位。但是，随着当前竹制复合材料叶片的试验成功，给风力发电机叶片带来了新的技术革命，这种新型的风力发电机(简称“风机”)叶片，根据结构设计优化，竹材料的用量可以占到叶片总重量的30% 80%，因此，可节省大量的玻纤、环氧树脂和芯材的用量，能缓解或避免进口原材料的供应紧张的问题，并能有效保证叶片制造的成本空间，还可以缓解新能源与石油、矿产资源等不可再生资源之间的矛盾，对环境保护方面有着积极的意义。就该竹制复合材料叶片的设计而言，叶片的叶根是叶片结构设计的重要环节之一，而现有的叶片与轮毂的连接是靠螺栓或螺栓套与其连接实现的，轮毂为连接三个叶片的承载体，因此叶片所受的载荷最终会通过叶根传递到风力发电机组轮毂上，所以叶根是整个叶片结构中受力最大、结构最复杂的部件。而在实际的生产当中，大部分的叶片都是通过后打孔工艺来实现螺栓和轮毂的连接，这种后打孔工艺存在着很大的风险，在叶片打孔的过程中，打孔机精度出现任何失误， 都有可能造成生产的叶片报废。同时，由于后打孔的工艺会造成叶根原有结构层的加工损伤，因此就要求叶根结构设计具有较高的安全系数。由于风机叶片的造价较高(每个叶片造价约在几万到十几万元之间)，一旦报废会带来很大的经济损失。故，研究一种能避免叶片根部出现加工损伤的技术，意义重大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供，能够通过叶片根部预埋螺栓套的方式实现叶片根部螺栓与轮毂的连接，并通过叶片根部的定位工装保证螺栓位置的精度，以保证叶片根部的安全系数。同时，还解决风力发电机叶片壳体内的玻璃纤维与螺栓/螺栓套的连接、以及玻璃纤维与竹制复合材料之间的连接问题，进一步降低叶片的制造成本。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一种竹制复合材料叶片根部结构，包括玻璃纤维、螺栓套和竹材，所述叶片根部结构还包含有经过根部法兰工装定位后预埋在叶片根部的螺栓套，叶片根部壳体内的玻璃纤维与螺栓/螺栓套之间砸压有竹制楔形条、螺栓套上缠绕有纤维丝，螺栓套与螺栓套之间嵌入竹制楔形条，该螺栓套的端部还铺设有泡沫楔形条。其中，所述根部法兰工装上开设有螺栓孔，用于定位和固定螺栓套。所述根部法兰工装上开设有能够将其安装到模具上的安装孔，以及还开设有用于定位该根部法兰工装、保证法兰工装位置准确性的定位孔。所述螺栓套为带内螺纹的钢管，其通过螺栓将该螺栓套连接在根部法兰工装上， 所述螺栓孔的周边设有一个半圆槽，用于安放密封圈，该密封圈用以对该螺栓和根部法兰工装之间实施密封。其中，竹材用于铺设时，进一步用两轴布进行捆绑，以增加竹条与玻璃钢层的结合力。所述竹制楔形条、泡沫楔形条的断面为斜面接口，且通过黏结剂粘结为一体。一种竹制复合材料叶片根部结构的制造方法，该方法包括A、模具准备的步骤包括调整模具的地角水平、根部圆直径、合模间隙、错模；B、第一铺设过程包括依次铺设脱模布、铺设外蒙皮层、玻纤布加强层、芯材及长条状竹材；C、叶片根部结构的定位连接过程，具体为将带有螺栓套的模具根部定位法兰与模具实施定位连接，通过安装孔将根部定位法兰安装在模具上，同时使根部定位法兰达到设计精度及要求；并根据技术要求将加工好的竹制楔形条砸压在螺栓套之间，使根部达到足够的强度。步骤C之后进一步包括D、第二铺设过程，包括铺设玻纤布加强层和内蒙皮层；E、灌注及预固化的过程；以及F、合模后固化的过程。本专利技术所提供的竹制复合材料叶片根部结构及其制造方法，具有以下优点在叶片根部，所述叶片的壳体在距叶片叶根10米内的部分至少包括螺栓套、玻璃纤维和竹材，其中所述竹材为长条状结构且并排排列，其相邻两条竹条的接触面相互平行， 能保障所有竹条纤维方向基本一致以共同承担叶片载荷。而且，所述玻璃纤维与所述螺栓套和/或所述长条状竹材之间的连接全部或部分通过斜接的方式通过胶黏剂粘结为一体， 其中，玻璃纤维与螺栓套和/或长条状竹材和/或所述泡沫楔形条之间采用斜接方式，通过增加竹条与玻璃纤维、竹条与竹条的楔形面的面积，可增大玻璃纤维与螺栓或螺栓套和/ 或长条状竹材之间的粘接面积，继而提高玻璃纤维与螺栓或螺栓套和/或所述长条状竹材之间的粘接强度。附图说明图1为本专利技术叶片根部结构的法兰工装构成示意图；图2为图1所示法兰工装与螺栓、螺栓套连接结构示意图；图3为本专利技术叶片根部结构及竹条17在叶片上的位置示意图；图4为图3所示叶片上的竹条17的形状及分布示意图5A为叶片根部螺栓套11与第一竹制楔形条15连接方式示意图；图5B为叶片的第二竹制楔形条16与第一竹制楔形条15连接方式示意图；图6为采用了本专利技术叶片根部结构的叶片的外形示意图；图6A为图6所示叶片的纵向(A-A向)剖面示意图；图7为本专利技术竹制复合材料叶片根部结构的制造方法流程图。主要部件/组件符号说明1 螺栓孔2 定位孔3 安装孔4 半圆定位槽5 定位圆柱6:固定挡板7 密封槽8:根部法兰工装9 六角螺栓10 橡胶塞11 螺栓套12’ 泡沫楔形条12 密封圈13 玻璃钢层14:斜面接口15 第一竹制楔形条16 第二竹制楔形条17:竹条18:叶片根部(即叶根)19:叶片轴线方向20:叶中21 叶尖22 竹条起始端23 竹条中部24 竹条终端25:叶片芯材26 抗剪腹板27:竹条断面28 负压面29 压力面。具体实施例方式下面结合附图及本专利技术的实施例对本专利技术的叶片根部结构及制造方法作进一步详细的说明。在风力发电机的叶片根部，叶片的壳体在距叶片叶根10米内的部分至少包括螺栓套、玻璃纤维和竹材，其中竹材为长条状结构且并排排列，其相邻两条竹条的接触面相互平行，能保障所有竹条纤维方向基本一致以共同承担叶片载荷。而且，所述玻璃纤维与所述螺栓套和/或所述长条状竹材之间的连接全部或部分通过斜接的方式由胶黏剂粘结为一体，其中的玻璃纤维与螺栓套和/或长条状竹材和/或所述泡沫楔形条12’之间均可采用斜接方式，所述斜接方式是指竹条两端某一长度切割成楔形后和铺放成带有楔形角度的玻璃纤维的两个楔形面的连接；将带有楔形角度的泡沫楔形条12’和铺放成带有楔形角度的玻璃纤维的两个楔形面的连接。由此，这里可全部或部分采用斜接方式进行粘接，可增大玻璃纤维与螺栓或螺栓套和/或长条状竹材之间的粘接面积，继而提高玻璃纤维与螺栓或螺栓套和/或所述长条状竹材之间的粘接强度。如果长条状竹条横截面为矩形，则相邻两长条结构竹条之间的接触面垂直于叶片壳体外表面。长条状竹材的横截面也可根据特殊产品的需要设计成梯形、平行四边形或其他类似形状。图1为本专利技术叶片根部结构的法兰工装构成示意图，图中只示出该法兰工装的一半，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种竹制复合材料叶片根部结构，包括玻璃纤维、螺栓套和竹材，其特征在于，所述叶片根部结构还包含有经过根部法兰工装定位后预埋在叶片根部的螺栓套，叶片根部壳体内的玻璃纤维与螺栓／螺栓套之间砸压有竹制楔形条、螺栓套上缠绕有纤维丝，螺栓套与螺栓套之间嵌入竹制楔形条，该螺栓套的端部还铺设有泡沫楔形条。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱玉亮，刘海东，王文启，
申请(专利权)人：北京世纪威能风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：11