防霜机叶片的生产工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种防霜机叶片的生产工艺，包括如下步骤：1)玻璃纤维布的准备；2)模具的准备；3)树脂混合物的准备；4)叶片铺层；5)固化；6)冷却；7)脱模；本发明防霜机叶片的生产工艺通过在材质和翼型上的改良，生产的翼型叶片，弹性模量高，制品刚度高，重量轻，风力足，覆盖范围内风速不低于1.5米/秒，吹风范围在40～60米左右，结构简单、投资小，效率高，能够适用于广大中小农户的要求。
【专利说明】
防霜机叶片的生产工艺
技术领域
[0001] 本发明属于玻璃纤维或细丝的成分的技术领域，具体是涉及一种防霜机叶片的生 产工艺。
【背景技术】
[0002] 在早春和深秋季节里，由于冷空气频繁入侵导致气温骤降，尤其在晴朗无风的夜 间或清晨，辐射散热增多，地面和植物表面温度迅速下降，当植物体温降至〇°c以下时就 会遭受霜冻危害，体内细胞会脱水结冰，使植物组织受伤，日落后，园地垂直方向会产生上 空气温明显高于下层气温的逆温现象，离地6-10米处上空的气温比近地面植物温度高 5-KTC，日出后，会产生相反的逆温现象。采用设置在离地面较高处的风扇朝地面投送风力 的物理干扰方法，混合小环境内的上下层空气，调节局部气温，提高近地层空气、土壤或地 面植物特别是植物冠面的温度，达到防御农作物受霜冻或低温的危害及促进芽梢生育的目 的，目前小型电风扇机型防霜面积小（电机扇吹风范围在10~20米左右），目前国外的大 型防霜机型普遍价格昂贵（电机扇吹风范围在60~70米左右），并不适用国内的中小农 户。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防霜机叶片的生产工艺，该防霜机叶片的 生产工艺生产的翼型叶片，弹性模量高，制品刚度高，重量轻，风力足，覆盖范围内风速不低 于1. 5米/秒，吹风范围在40~60米左右，结构简单、投资小，效率高，能够适用于广大中 小农户的要求。
[0004] 为了达到上述目的，本发明一种防霜机叶片的生产工艺，包括如下步骤：
[0005] 1)玻璃纤维布的准备：由以下重量百分比的成分组成：Si02 :58. 0-62. 2% ;Ti02 : 0? 3-1. 5% ;A1203 :12. 0-14. 0% ;Fe203 :0? 2-0. 4% ;CaO :22. 0-23. 0% ;Li02 :0? 1-0. 5% ; MgO ：2. 5-2. 8% ；W03 ：〇-l. 0% ；Na20 ：0. 35% ；K20 ：0. 15% ；Ce02 ：0. 2-0. 5% ；
[0006] 2)模具的准备：制备叶片翼型模型，采用数控机床加工出叶片模具；
[0007] 3)树脂混合物的准备：将活性碳纤维吸波剂加入环氧树脂中搅拌，加入固化剂搅 拌；
[0008] 4)叶片铺层：向用刷子在下模具内刷一层树脂透波层，将玻璃纤维布平铺在模具 上，刷上树脂混合物，用胶辊将玻璃纤维布压平，重复上述步骤铺20~30层玻璃纤维布；
[0009] 5)固化：合上上模具，将模具放入烘箱中，进行梯度式加热；
[0010] 6)冷却：自然冷却；
[0011] 7)脱模：分离叶片和模具，对叶片边缘进行修整；
[0012] 进一步，在步骤1)中，该玻璃纤维布的弹性模量> 90Gpa。
[0013] 进一步，在步骤4)中，所述树脂纤维玻璃层的固化成型温度为90°C~110°C，固化 成型时间为3~4h。
[0014] 进一步，在步骤2)中，其中制备叶片翼型模型的方法，包括如下步骤：
[0015] a、防霜机功率及风量要求，设计出叶轮的直径及转速；
[0016] 根据动能定理：
[0017] 风机全压P :风机静压pst、风机动压pd2，
[0018] 根据相似定律：
[0021] 其中：叶轮外径表示的几何比例
叶轮出口牵连速度
引入叶轮 圆盘面积
分别对上面3个定律的表达式进行无量纲化，并考虑到A、u2、和八 2的 关系，得到风机的无量纲性能系数，
[0022] 根据流量相似定律：
[0023] 流量系数3
[0026] 压力系数7
[0029] 功率系数及
[0033] 效率 G
[0034] 效率本身就是一个无量纲数，根据上述关系有
[0036] b、利用叶素定理设计出翼型叶片；
[0037] 叶片相对合速度为VI相对合速度与旋转面之间的夹角是小，则
[0039] 每个叶片在顺翼展方向长度为Sr，垂直于方向VI的升力为
平 行于VI的阻力为
[0040] N个叶素上的空气动力（升力、阻力）在风力机旋转轴和风轮平面上的分量SN、 ST为
[0043] 对于单位长度上垂直于旋转平面和风轮平面内叶片运动方向上的力，其分别为风 轮平面外和平面内的作用力：
[0044] 单位长度平面外的作用力：
[0046] 单位长度平面内的作用力：
[0048] c、最后用CFD软件进行校核修正，设计出叶片外形后再进行载荷计算；
[0049] d、再进行结构设计。
[0050] 本发明的有益效果在于：
[0051] 本发明防霜机叶片的生产工艺生产的翼型叶片，弹性模量高，制品刚度高，重量 轻，风力足，覆盖范围内风速不低于1. 5米/秒，吹风范围在40~60米左右，结构简单、投 资小，效率高，能够适用于广大中小农户的要求
【附图说明】
[0052] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0053] 图1为本发明防霜机叶片的生产工艺中叶片的结构示意图；
[0054] 图2为图1中叶片每隔100mm的节点剖视图；
[0055] 图3为图1中叶片的翼型速度分析图；
[0056] 图4为图1中叶片的翼型上作用力分析图；
[0057] 图5为图1中叶片的载荷分析图；
[0058] 图6为图1中叶片截面弹性模量分析图；
[0059] 图7为图1中叶片截面受力分析图。
【具体实施方式】
[0060] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0061] 如图1所示为本发明防霜机叶片的生产工艺中叶片的结构示意图；如图2所示为 图1中叶片每隔100mm的节点剖视图，本发明一种防霜机叶片的生产工艺，包括如下步骤：
[0062] 1)玻璃纤维布的准备：由以下重量百分比的成分组成：Si02 :58. 0-62. 2% ;Ti02 : 0? 3-1. 5% ;A1203 :12. 0-14. 0% ;Fe203 :0? 2-0. 4% ;CaO :22. 0-23. 0% ;Li02 :0? 1-0. 5% ; MgO ：2. 5-2. 8% ；W03 ：〇-l. 0% ；Na20 ：0. 35% ；K20 ：0. 15% ；Ce02 ：0. 2-0. 5% ；
[0063] 2)模具的准备：制备叶片翼型模型，采用数控机床加工出叶片模具；
[0064] 3)树脂混合物的准备：将活性碳纤维吸波剂加入环氧树脂中搅拌，加入固化剂搅 拌；
[0065] 4)叶片铺层：向用刷子在下模具内刷一层树脂透波层，将玻璃纤维布平铺在模具 上，刷上树脂混合物，用胶辊将玻璃纤维布压平，重复上述步骤铺20~30层玻璃纤维布； [0066] 5)固化：合上上模具，将模具放入烘箱中，进行梯度式加热；
[0067] 6)冷却：自然冷却；
[0068] 7)脱模：分离叶片和模具，对叶片边缘进行修整；
[0069] 本发明防霜机叶片的生产工艺通过在材质和翼型上的改良，生产的翼型叶片，弹 性模量高，制品刚度高，重量轻，风力足，覆盖范围内风速不低于1. 5米/秒，吹风范围在 40~60米左右，结构简单、投资小，效率高，能够适用于广大中小农户的要求。
[0070] 进一步，在步骤1)中，该玻璃纤维布的弹性模量> 90Gpa。
[0071] 进一步，在步骤4)中，所述树脂纤维玻璃层的固化成型温度为90°C~110°C，固化 成型时间为3~4h。
[0072] 进一步，在步骤2)中，其中制备叶片翼型模型的方法，包括如下步骤：根据防霜机 功率及风量要求，设计出叶轮的直径及转速，再根据叶素定理设计出翼型叶片，最后用CFD 软件进行校核修正，设计出叶片外形后再进行载荷计算，再进行结构设计。
[0073] 其中叶轮整体设计：
[0074] a、根据动能定理：
[0076] 即风机全压p等于风机出口全压p2与进口全压Pl之差。风机进出口全压分别等 于各自的静压&,2与动压
之和，
[0077] 风机的全压p是由静压pst和动压p d两部分组成。风机的动压定义为风机出口动 压，即
[0079] 风机的静压定义为风压的全压减去出口动压，即
[0081] 风机的全压等于风机的静压与动压之和，即
[0082] P = Ps,+Pd2 (N/m2),
[0083] 根据相似定律，
[0087] 以叶轮外径表示的几何比尺 叶轮出口牵连速度 引入叶轮圆 | 9
盘面积 分别对上面3个定律的表达式进行无量纲化，并考虑到入、u2、和A2的关 〇 系，得到风机的无量纲性能系数；
[0088] 流量系数&
[0089] 由流量相似定律表达式有
[0092] 压力系数；7
[0095] 功率系数及
[0099] 效率 0
[0100] 效率本身就是一个无量纲数，根据上述关系有
9
[0106] b、叶片翼型设计：
[0107] 如图3所示为图1中叶片的翼型速度分析图；如图4所示为图1中叶片的翼型上 作用力分析图；根据叶素-动量理论假定作用于叶素上的力可以通过用元截面上入射合速 度测定的攻角的二维翼型特性计算得出，即作用于叶素上的力仅与通过叶素扫过的圆环的 气体的动量变化有关。因此，假定通过邻近圆环的气流之间不发生径向相互作用。因而忽 略顺翼展方向的速度分量，也忽略三维效应。在叶片的某一径向位置上的速度分量用风速 来表示，知道了攻角和升、阻系数以及每个叶素上的轴、切向诱导因子，进而求出作用于叶 片上的力中得到的叶片相对合速度为VI，
[0108] 相对合速度与旋转面之间的夹角是则
[0110] 所以每个叶片在顺翼展方向长度为S r，垂直于方向VI的升力为：
平行于VI的阻力为 9
[0111] N个叶素上的空气动力（升力、阻力）在风力机旋转轴和风轮平面上的分量SN、 ST为：
[0114] 对于单位长度上垂直于旋转平面和风轮平面内叶片运动方向上的力，其分别为风 轮平面外和平面内的作用力：
[0115] 单位长度平面外的作用力：
[0117] 单位长度平面内的作用力：
[0119] c、翼型选择：，使用ProfoiL软件计算翼型升力，阻力系数等，
[0120] 叶片载荷：
[0121 ] 如图5所示为图1中叶片的载荷分析图；使用CFD的方法计算出叶片表面压力，及 叶轮中心载荷。将表面压力导入有限元软件，进行结构分析：
[0122] Table 12. blade load
[0123] fx 6.623e+03 [N] fy -1.154e+00 [N] fz 5.812e+02 [N] torquex -4.112e+03 [J] torquey 8.025e+04 [J] torquez -3.583e+02 [J]；
[0124] d、叶片结构设计：
[0125] 如图6所示为图1中叶片截面弹性模量分析图；如图7所示为图1中叶片截面受 力分析图，
[0126] 使用Excel编程进行理论计算，使用材料力学方法，梁单元强度理论，进行计算：
[0127] 静矩：叶片截面弹性模量对某坐标轴的一次矩，（图中坐标系与GL规范中的弦线 坐标系一致）：
[0128] 定义式：
[0129] ESX= / AE(x, y)ydA, ESy= / AE(x, y)xdA,
[0130] 由此可得叶片截面中性轴的坐标5^为：
[0132] 所以中性轴坐标：
[0134] 主惯性矩的计算公式：
[0136] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种防霜机叶片的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤： 1) 玻璃纤维布的准备：由以下重量百分比的成分组成：Si02 :58. 0-62. 2 % ;Ti02 : 0· 3-1. 5% ;A1203 :12. 0-14. 0% ;Fe203 :0· 2-0. 4% ;CaO :22. 0-23. 0% ;Li02 :0· 1-0. 5% ; MgO ：2. 5-2. 8% ；W03 ：〇-l. 0% ；Na20 ：0. 35% ；K20 ：0. 15% ；Ce02 ：0. 2-0. 5% ； 2) 模具的准备：制备叶片翼型模型，采用数控机床加工出叶片模具； 3) 树脂混合物的准备：将活性碳纤维吸波剂加入环氧树脂中搅拌，加入固化剂搅拌； 4) 叶片铺层：向用刷子在下模具内刷一层树脂透波层，将玻璃纤维布平铺在模具上， 刷上树脂混合物，用胶辊将玻璃纤维布压平，重复上述步骤铺20~30层玻璃纤维布； 5) 固化：合上上模具，将模具放入烘箱中，进行梯度式加热； 6) 冷却：自然冷却； 7) 脱模：分离叶片和模具，对叶片边缘进行修整。2. 如权利要求1所述的一种防霜机叶片的生产工艺，其特征在于：在步骤1)中，该玻 璃纤维布的弹性模量> 90Gpa。3. 如权利要求1所述的一种防霜机叶片的生产工艺，其特征在于：在步骤4)中，所述 树脂纤维玻璃层的固化成型温度为90°C~IKTC，固化成型时间为3~4h。4. 如权利要求1所述的一种防霜机叶片的生产工艺，其特征在于：在步骤2)中，其中 制备叶片翼型模型的方法，包括如下步骤： a、防霜机功率及风量要求，设计出叶轮的直径及转速； 根据动能定理其中风机全压P :风机静压Pst、风机动压Pd2， 根据相似定律其中：叶轮外径表示的几何比例叶轮出口牵连速度引入叶轮圆盘面I 分别对上面3个定律的表达式进行无量纲化，并考虑到λ、u2、和A2的关 9 系，得到风机的无量纲性能系数， 根据流量相似定律： 流量系数gb、利用叶素定理设计出翼型叶片； 叶片相对合速度为Vl相对合速度与旋转面之间的夹角是Φ，则9 每个叶片在顺翼展方向长度为Sr,垂直于方向Vl的升力为：：平行于 Vl的阻力为N个叶素上的空气动力（升力、阻力）在风力机旋转轴和风轮平面上的分量δΝ、δΤ为对于单位长度上垂直于旋转平面和风轮平面内叶片运动方向上的力，其分别为风轮平 面外和平面内的作用力： 单位长度平面外的作用力： 单位长度平面内的作用C、最后用CFD软件进行校核修正，设计出叶片外形后再进行载荷计算； d、再进行结构设计。
【文档编号】B29L31/08GK105881927SQ201410478728
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年9月19日
【发明人】都百六, 都百乐
【申请人】重庆海光玻璃钢制品有限公司