充气骨架结构叶片的制作方法

专利名称：充气骨架结构叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械工程，特别涉及一种风力发电机。
背景技术：
现有技术中，风力发电机的叶片，是由玻璃纤维复合材料或碳素纤维复合材料制成，虽 然碳素纤维强度高重量轻，但由于采用的是梁架结构，并没有显示出碳素纤维材料抗拉强度 高的优势，叶片仍显得笨重，特别是现代风力发电机的功率越来越大，为满足现代大功率风 力发电机的需求，叶片的长度和受风面积越来越大，叶片的结构也越来越复杂，制造叶片的 技术难度越来越大，叶片的重量也变得越来越重，叶片的制造成本也越来越高。发明内容为克服现有技术的风轮式风力发电机，梁架结构叶片存在结构复杂，重量大，制造技术 难度大，制造成本高等方面的不足，本发明提供一种结构简单、重量轻，容易制造，制造成本低，机械强度高，能充分发挥碳素纤维材料抗拉强度高的充气骨架结构叶片。充气骨架结 构叶片，可制成超长、超大、超轻的高强度风力发电机叶片，它不但适合在摆动式风力发电 机上工作，也适合在风轮式风力发电机上工作。本发明解决其技术问题的技术方案是由一根以上的充气骨架，根据叶片翼型及工程 结构的需要，粘接组合或焊接组合成充气骨架结构1,在充气骨架结构1的外表面，粘接或焊接安装上叶片蒙皮2，从而组成充气骨架结构叶片的叶片主体6，在充气骨架结构l头部一 端，安装上支座衬垫3和叶片支座4与叶片轴5，将压縮空气充入充气骨架结构1的充气骨 架的气密内腔中，在压縮空气的作用下，充气骨架膨胀坚挺起来，产生相应的环向拉应力和 轴向拉应力，所有充气骨架中的环向拉应力的合力和轴向拉应力的合力，使充气骨架结构1 产生强大的机械强度，支撑起叶片蒙皮2，形成一个既长又大，既轻强度又高的充气骨架结 构叶片。下面结合图1对充气骨架结构叶片的基本结构进一步进行说明。 图1是对称翼型充气骨架结构叶片的基本结构图a叶片，是风力发电机在流动的空气中获取风能的最主要部件。风力发电机叶片的翼型结 构有多种，如对称翼型、双凸翼型、平凸翼型、凹凸翼型、S形翼型和特种翼型等。在风力 发电机中，可将其分为对称翼型与非对称翼型两大类。对称翼型充气骨架结构叶片，其翼型的上下弧线对称，叶片的中弧线是一根与翼型弦线 重合的直线，这种叶片的阻力系数较小，但升阻比也小。虽然对称翼型充气骨架结构叶片的 阻力系数较小，但升阻比也小，但其左右两个叶面的空气动力特性都很好，都可以使叶片获 得较好的空气动力。摆动式风力发电机的叶片，正是利用叶片的左右两个惻面交替地向风， 以获取叶片左右摆动的空气动力，因此，对称翼型充气骨架结构叶片，非常适合在摆动式风 力发电机工作。非对称翼型充气骨架结构叶片，叶片的升阻比较大，但非对称翼型的叶片，只有一个侧 面向风才能获得较理想的升阻比，因此，它只适应在风轮式风力发电机上工作。充气骨架结构叶片，是由充气骨架结构l、叶片蒙皮2、支座衬垫3、叶片支座4和叶片 轴5组成，其特征是充气骨架结构l，是由1根以上的刚性充气骨架或柔性充气骨架，根 据叶片翼型及工程结构的需要，粘接组合或焊接组合成的工程结构；刚性充气骨架，是由刚 性受力外腔和装配在其腔内，并与之内腔相匹配的刚性气密内腔或柔性气密内腔组成的充气
骨架，由刚性充气骨架组成的充气骨架结构1，是刚性充气骨架结构；柔性充气骨架，是由 柔性受力外腔和装配在其腔内，并与之内腔相匹配的柔性气密内腔组成的充气骨架，由柔性 充气骨架组成的充气骨架结构1，是柔性充气骨架结构；刚性充气骨架的受力外腔或柔性充 气骨架的受力外腔，是一个薄壁封闭园筒受力腔体工程结构，受力外腔能承受其腔内的气密 内腔传给的额定压縮空气压力，并在压缩空气的压力作用下，膨胀坚挺起来，在受力外腔中 产生相应的环向拉应力与轴向拉应力，充气骨架在受力外腔的环向拉应力的合力和轴向拉应 力的合力的共同作用下，产生额定的机械强度，充气骨架的直径越大，压缩空气的压力越高, 充气骨架的数量越多，充气骨架结构1的机械强度就越高刚性充气骨架的气密内腔或柔性 充气骨架的气密内腔，是一个薄壁封闭园筒气密腔体工程结构，气密内腔将腔内压縮空气的 压力传给受力外腔，并在受力外腔的环向拉应力与轴向拉应力的作用下，长久密闭和长久储 存压缩空气，以长久保持充气骨架的机械强度；充气骨架的受力外腔与装配在其腔内的气密 内腔，可以是同一材质的材料组成，也可以是不同材质的材料组成，可以是一个整体的工程 结构，也可以是分体的工程结构；每一个独立的气密内腔工程结构，都有一套充气装置，压 縮空气经此充气装置进入充气骨架的气密内腔中；叶片蒙皮2,是粘貼或焊接在充气骨架结 构1外表面，或安装在充气骨架结构1的充气骨架之间的刚性薄型材料或柔性薄型材料，叶 片蒙皮2与充气骨架结构1 一起，组成充气骨架结构叶片的叶片主体6;刚性薄型材料的叶 片蒙皮2，是由有一定刚度的金属薄板材料或有一定刚度的复合薄板材料组成；柔性薄型材 料的叶片蒙皮2，是由一定柔度的编织材料或有一定柔度的薄膜材料组成；刚性的充气骨架 结构1和刚性的叶片蒙皮2，组成的充气骨架结构叶片，是刚性充气骨架结构叶片；柔性的 充气骨架结构1和柔性的叶片蒙皮2，组成的充气骨架结构叶片，是柔性充气骨架结构叶片； 支座衬垫3，是由具有一定弹性的材料制成，支座衬垫3，安装在充气骨架结构1头部一端与 叶片支座4之间，支座衬垫3的内侧形状尺寸，与充气骨架结构1头部一端的外侧皿尺寸 相匹配，支座衬垫3的外侧形状尺寸，与叶片支座4的内侧形状尺寸相匹配，支座衬垫3的 轴向长度，与充气骨架结构1的轴向长度相适应；叶片支座4，是由带加强筋的支座底板与4 块带加强筋的支座侧板组成的无盖箱体结构，4块侧板中，3块侧板与底板焊接成一体，另一 块侧板是活动俩板可以装卸，以方便叶片支座4与充气骨架结构1的组装，叶片支座4安装 在骨架衬垫3的外侧，叶片支座4的轴向长度要与充气骨架结构1的轴向长度相适应；叶片 轴5，是充气骨架结构叶片头部一端上的叶柄，叶片轴5与充气骨架结构叶片之间采用动配 合或静配合装配，充气骨架结构叶片，围挠着叶片轴5转动或与叶片轴5—起转动改变叶片 的攻角，叶片轴5的一端，安装在叶片支座4上，另一端制成与风力发电机相配套的结构， 叶片轴5的结构，要与充气骨架结构叶片的大小和风力发电机的结构相适应。充气骨架结构1，是由1根以上的刚性充气骨架或柔性充气骨架，根据叶片翼型及工程 结构的需要，粘接组合或焊接组合成的充气骨架工程结构。充气骨架结构1，是靠充气骨架 中压縮空气的压力，使充气骨架膨胀坚挺起来，在充气骨架中产生相应的环向拉应力和轴向 拉应力，充气骨架中的环向拉应力的合力和轴向拉应力的合力，使充气骨架产生额定的机械 强度，充气骨架的直径越大，压縮空气的压力越高，充气骨架的数量越多，充气骨架结构1 的机械强度就越高。充气骨架的截面结构，根据机械工程和其他工程的需要，可制成各种几 何形状的截面结构，但单根充气骨架采用园环形截面结构，最能发挥抗拉强度高的受力外腔 的材料优势。在同一根充气骨架中，根据机械工程和其他工程的需要，可制成同一几何形状 截面结构的骨架，也可制成不同几何形状结构截面的骨架，可制成同一直径截面的骨架，也 可制成不同直径截面的骨架。为满足机械工程以及其他工程的需要，在2根充气骨架之间， 加装上一个与骨架外側形状尺寸相吻合的双曲面的加强支架8，以增加充气骨架之间的焊接 或粘接面积，提高充气骨架结构1的粘接或焊接的强度。如图2所示。充气骨架结构1中的充气骨架，分刚性充气骨架与柔性充气骨架两大类。 刚性充气骨架，是指充气骨架气密内腔的空气与大气相通并气压相等后，充气骨架在没 有外力作用的情况下，能保持充气骨架在气密内腔有气压时的横截面不变形，并具有一定刚
度的充气骨架，如金属材料充气骨架、塑料材料充气骨架、复合材料充气骨架，以及上述材 料组合成的复合材料充气骨架等，由刚性充气骨架组合成的充气骨架结构1,是刚性充气骨架结构。柔性充气骨架，是指充气骨架气密内腔的空气与大气相通并气压相等后，充气骨架在没 有外力作用的情况下，不能保持充气骨架在气密内腔有气压时的横截面不变形，并具备一定 柔度的充气骨架，如纤维编织材料充气骨架、弹性薄膜材料充气骨架、复合薄膜材料充气骨 架、以及上述材料组合成的复合材料充气骨架等，由柔性充气骨架组合成的充气骨架结构l， 是柔性充气骨架结构。充气骨架结构1中的充气骨架，不论是刚性充气骨架，还是柔性充气骨架，都必需具有 受力外腔和气密内腔两种腔体工程结构。刚性充气骨架或柔性充气骨架的受力外腔，是一个 薄壁封闭园筒受力腔体工程结构。刚性充气骨架或柔性充气骨架的气密内腔，是一个薄壁封 闭园筒气密腔体工程结构。充气骨架的受力外腔与装配在其腔内并与之内腔相匹配的气密内 腔，可以是一个整体的工程结构，也可以是分体的工程结构。充气骨架的受力外腔，是一承受压縮空气膨胀压力的薄壁封闭园筒腔体工程结构，其主 要功能是承受其腔内的气密内腔传给的压缩空气的膨胀压力，在气密内腔内中的压縮空气作 用下，受力外腔膨胀坚挺起来，在受力外腔的腔壁中产生环向拉应力与轴向拉应力，受力外 腔中的环向拉应力的合力与轴向拉应力的合力，使充气骨架产生强大的机械强度。在充气骨 架中，同一直径的受力外腔和气密内腔中，压缩空气压力越高，受力外腔产生的环向拉应力 与轴向拉应力就越大，充气骨架的机械强度就越高，因此，受力外腔应选用抗拉强度高的材 料制造。实际应用中，一般都选用重量轻抗拉强度高的碳素材料，或碳素纤维复合材料制造充气骨架。由于充气骨架的环向拉应力是轴向拉应力的2倍，在设计和制造充气骨架时，应 根据应力分布的特点采取一些相应措施以增强充气骨架的环向强度，如采用碳素纤维丝线环 向缠绕技术等加强措施。充气骨架的受力外腔，分刚性受力外腔和柔性受力外腔两大类。刚性受力外腔，是指气密腔内腔的空气与大气相通并气压相等后，受力外腔在没有外力 作用的情况下，能保持受力外腔在气密内腔有气压时的横截面不变形，并具有一定刚度的受力外腔，如金属材料受力外外腔、塑料材料受力外腔、复合材料受力外腔等a柔性受力外腔，是指气密内腔的空气与大气相通并气压相等后，受力外腔在没有外力作 用的情况下，不能保持受力外腔在气密内腔有气压时的横截面不变形，并具备一定柔度的受 力外腔，如纤维编织材料受力外腔、薄膜橡胶材料受力外腔、薄膜塑料材料受力外腔、复合 薄膜材料受力外腔等。充气骨架的气密内腔，是一个密闭和储存压縮空气的薄壁封闭园筒腔体工程结构，气密 内腔装配在受力外腔的腔体内，并与受力外腔的内腔相匹配的腔体。充气骨架的气密内腔， 其主要功能，是将压縮空气施加在其四壁上的膨胀压力，传给受力外腔的四壁，利用受力外 腔中的环向拉应力和轴向拉应力，长久密闭和储存气密内腔中的压缩空气，使之不产生任何 慢泄气现象，并长久稳定压缩空气的压力，确保充气骨架的强度。充气骨架的气密内腔，分刚性气密内腔和柔性气密内腔两大类。刚性气密内腔，是指气密内腔的空气与大气相通并气压相等后，气密内腔在没有外力作 用的情况下，能保持气密内腔在有气压时的横截面不变形，并具有一定刚度的气密内腔，如 金属材料气密内腔、塑料材料气密内腔、复合材料气密内腔等，刚性气密内腔一般情况下， 与刚性受力外腔的材质相同，实际上材质相同的受力外腔与气密内腔是一个整体或组合体， 是不可以分开的。如刚性受力外腔的材质和刚性气密内腔的材质不同，两者也应组合为一体。柔性气密腔，是指气密内腔的空气与大气相通并气压相等后，气密内腔在没有外力作用 的情况下，不能保持气密内腔在有气压时的横截面不变形，并具备一定柔度的气密内腔，如 弹性薄膜橡胶材料气密内腔、弹性薄膜塑料材料气密内腔、复合薄膜材料气密内腔等。柔性 气密内腔，是以刚性受力外腔或以柔性受力外腔，作为坚强的后盾，将压缩空气密封和储存
在气密内腔中。柔性气密内腔，可以独立组成一气密工程结构腔体，也可以和刚性受力外腔 或柔性受力外腔组合成一气密工程结构腔体，柔性气密内腔应选用密实性好和具有一定弹性 的材料制造。刚性受力外腔，与刚性气密内腔或柔性气密内腔组合成的充气骨架，是刚性充气骨架。 在刚性充气骨架中，如受力外腔和气密内腔都是刚性的腔体，且受力外腔的材质与气密内腔 的材质相同，两者实际上是一个整体或组合体，是不可以分开的，如金属材料受力外腔和金 属材料气密内腔、塑料材料受力外腔和塑料材料气密内腔、复合材料受力外腔和复合材料气 密内腔等。这种刚性受力外腔与刚性气密内腔为一体的充气骨架，其内腔应作气密性处理， 以堵塞刚性受力外腔与刚性气密内腔的材质，可能存在大于气体分子的微小缝隙，确保刚性 充气骨架气密内腔中的压缩空气不会造成慢泄漏；在刚性充气骨架中，如采用柔性气密内腔， 由于柔性气密内腔材料的密封性较好， 一般情况下可不作气密性处理，但柔性气密内腔必须 与刚性受力外腔的内腔相匹配。柔性受力外腔，与柔性气密内腔组合成的充气骨架，是柔性充气骨架。在柔性充气骨架 中，如受力外腔是纤维编织材料受力外腔，而气密内腔是弹性薄膜橡胶材料气密内腔，或是 弹性薄膜塑料材料气密内腔时，由于纤维编织材料受力外腔中，存在大量的纤维编织物的缝 隙，需在纤维编织材料受力外腔与柔性气密内腔中间，加装一层垫层或涂装上一层垫层材料。 如采用纤维编织材料的柔性受力外腔，最好直接采用复合薄膜材料气密内腔。柔性充气骨架 中，柔性受力外腔和柔性气密内腔在结构上，必需相互匹配。充气骨架结构叶片中的每一根充气骨架，都有其独立的压缩空气密闭系统，都具有长久 保持压縮空气正常压力的能力，这样，充气骨架结构1才能长久保持其机械强度。在长期不 需要补充压缩空气的充气骨架结构1，每一根充气骨架头部一端，都设置一套充气装置，充 气装置中，设置有一个以上串联的单向迸气阀，这些单向进气阀，可暂时封堵住充气骨架内 的压縮空气，充气装置的外端，设置一个螺栓堵头，严密堵塞压缩空气通道，以长久保持充 气骨架内的空气压力，长久保持充气骨架的机械强度和充气骨架结构1的机械强度。在一定 时间内，需要补充压縮空气的充气骨架结构1中，每一根充气骨架头部一端，都设置一套自 动充气装置，充气装置中，设置有一个以上串联的单向进气阀，这些单向进气阀，可封堵住 充气骨架内的压缩空气，充气装置的外端，没有设置螺栓堵头，而是设置一根高压气管，与 高压储气设备的减压调节阀相联通，将减压调节阀的额定压力，调节到与充气骨架结构1的 额定压力相等。当充气骨架内的压缩空气压力低于额定压力时，高压储气设备中的高压压缩 空气经过减压调节阀自动对充气骨架进行充气，这样，充气骨架结构1就会在相当的时期内， 保持着充气骨架结构内的压縮空气的额定压力，从而，保持着充气骨架结构1的额定机械强 度。在需要补充压縮空气的充气骨架结构1中，充气骨架中的压縮空气都是一个压力等级， 则用一个减压调节阀的压縮空气自动补充系统，如是2个压力等级，侧用具有2个减压调节 阀的压縮空气自动补充系统，有几个压力等级，就需用几个减压调节阀的压縮空气自动补充 系统。当高压储气设备的压力，低于充气骨架结构1的额定压力时，报警器发出警报，管理 人员就可及时更换高压储气设备，以确保充气骨架结构1的机械强度。如高压储气设备中， 高压压縮空气的压力下降的速度不正常，说明某一充气骨架漏气，需要及时进行维修。充气骨架结构叶片的每一根充气骨架，可充入压力相等的压缩空气，也可充入不等压力 的压缩空气，或根据叶片各部位荷载的不同，充入相应压力的压縮空气，总之，在同一充气 骨架中，充入的压缩空气的压力越高，充气骨架的强度就越大。在空气压力不等的充气骨架 结构中，空气压力较高的充气骨架，是主充气骨架，主充气骨架的结构强度是叶片的主结构 强度，空气压力相对较低的充气骨架，是副充气骨架，副充气骨架的结构强度是叶片的副结 构强度。主充气骨架的结构强度和副充气骨架的结构强度， 一起构成充气骨架结构叶片的整 体结构强度。另外，充气骨架结构1中，还有空气压力低的充气骨架，这是构造充气骨架， 构造充气骨架的主要作用，是塑造叶片的外形结构，使叶片具有良好的空气动力翼形。充气骨架结构1中的充气骨架，一般采用同径管材或异径管材制成。充气骨架的两端应
制造成半球形，以承受更高的压缩空气压力。在批量生产中，可将充气骨架的气密内腔和受 力外腔的头尾两个端部，制成相应的象胶囊结构的封底薄壁园筒配件，以便于充气骨架的粘 接或焊接以及其他方式的组装。
在刚性充气骨架中，如刚性受力外腔与刚性气密内腔都是同一材质时，刚性受力外腔与 刚性气密内腔是一整体，这样充气骨架两端的端部配件就各为一个配件，端部配件的材质一 般都与腔体的材质相同，端部配件的尺寸必需要与腔体两端的尺寸相匹配。在充气骨架头部 —端的配件上安装上充气装置，将两端相应的端部配件，用粘接装配、焊接装配或其它方式,安装在充气骨架主体的两端，就构成一根完整的充气骨架。
在柔性充气骨架中，由于受力外腔与气密内腔一般都是分离的两个腔体，这样两个腔体 的端部配件必需分开制作，充气骨架头部一端气密内腔的端部配件上，要预先装配上充气装 置，这一充气装置要穿过受力外腔显露在充气骨架外面，在制作受力外腔端部配件时，应预 设充气装置的装配孔。在组装柔性充气骨架时，要先装配好气密内腔，并将气密内腔装进受 力外腔的腔体中，再将受力外腔两端的配件依次粘接或采用其他方式装配上去，这样就组成 完整的柔性充气骨架。在柔性充气骨架中，由于受力外腔与气密内腔一般都是分离的两个腔 体，为便于维修气密内腔，受力外腔下方根部一端的端头配件，应采用可装卸的装配方式， 以便拉出柔性气密内腔进行维修。充气骨架结构1,根据机械工程和其他工程的需要，粘接组合或焊接组合成所需的工程 结构。由充气骨架结构1组成的充气骨架结构叶片，由于叶片越靠近头部应力就越大，充气 骨架结构叶片头部一端的充气骨架的壁厚或直径，应适当加大，以加强叶片头部的机械强度。 特别是摆动式风力发电机的充气骨架结构叶片，由于叶片是摆动方式运行，叶片头部一端的 应力就更大，这样叶片头部一端的充气骨架的壁厚或直径，不但需要应适当加大，还需要将摆动行程控制拉杆7的位置，伸高到叶片支座4以上的叶片主体6的部位，利用充气骨架结 构叶片的机械强度，克服摆动行程控制拉杆7部位的摆动应力集中问题，使充气骨架结构叶 片，充分发挥其结构简单，重量轻，机械强度高的优势。
叶片蒙皮2,是由粘贴或焊接安装在充气骨架结构1外表面的薄型材料组成，其主要作 用，是与充气骨架结构1构成充气骨架结构叶片的叶片主体6，并与之共同塑造出良好的翼型结构，使风力发电机的叶片获得良好的空气动力。
叶片蒙皮2，分刚性的叶片蒙皮2和柔性的叶片蒙皮2两大类。
刚性的叶片蒙皮2，是指由一定刚度的薄型材料组成的叶片蒙皮，如金属薄板材料，复 合玻璃钢薄板材料，复合工程塑料薄板材料等。刚性的叶片蒙皮2，能够较好地塑造出充气 骨架结构叶片的翼形结构，从而获得较好的空气动力特性。刚性的充气骨架结构1与刚性薄 型材料的叶片蒙皮2组合成的叶片，是刚性充气骨架结构叶片。刚性充气骨架结构叶片，可 以在工厂整体制造，为便于运输，也可以分段制造，分段制造的刚性充气骨架结构叶片，两 段相连接的充气骨架结构叶片中，充气骨架必需设置有一定长度的相互匹配的承插口，以便 刚性充气骨架结构叶片的粘接组装或焊接组装。
柔性的叶片蒙皮2，是指由一定柔度的薄膜材料组成的叶片蒙皮，如纤维纺织布材料， 复合材料薄膜材料，塑料薄膜材料等。柔性的充气骨架结构1与柔性的叶片蒙皮2组合成的叶片，是柔性充气骨架结构叶片a柔性充气骨架结构叶片，在没有给充气骨架结构充气前， 可将叶片巻成数巻或折迭成数叠整体运输，因此，柔性充气骨架结构叶片特别适合在工厂整 体制造。
刚性的充气骨架结构1与柔性薄膜的叶片蒙皮2组合成的充气骨架结构叶片，是刚柔性 充气骨架结构叶片。柔性的充气骨架结构1与刚性的叶片蒙皮2组成的充气骨架结构叶片， 是柔刚性充气骨架结构叶片。在实际应用中， 一般较少采用这两种结构的充气骨架结构叶片。
充气骨架结构叶片的叶片蒙皮2，不论是刚性的叶片蒙皮2或是柔性的叶片蒙皮2，都应 作抗紫外线处理，以增强叶片的抗紫外线能力，提高叶片的使用寿命。
支座衬垫3,是支护在充气骨架结构1头部一端与叶片支座4之间，具有一定弹性的衬垫护套，支座衬垫3的内侧形状尺寸，与充气骨架结构根1头部一端的外侧形状尺寸相吻合， 支座衬垫3的外侧形状尺寸，与叶片支座4的内侧形状尺寸相吻合，支座衬垫3，使充气骨 架结构1头部一端骨架的表面，与叶片支座4保持良好的接触，这样既能被免充气骨架结构 1头部一端的应力过分集中，所造成的局部超荷载，又能更好地将叶片的机械能传递给叶片 支座4。叶片支座4，是与充气骨架结构1头部一端，充气骨架的外形尺寸相匹配的钢结构件， 它由底座和4块侧板构成，叶片支座4是一个承上传下的部件，叶片支座4的轴向尺寸，要 与充气骨架结构叶片的长短、大小相匹配，充气骨架结构叶片在运动中，叶片支座4要与充 气骨架结构1必需保持紧密的联接,确保叶片上产生的机械能通过叶片支座4，传给叶片轴5。 叶片支座的4块側板，与充气骨架结构1头部一端紧密联接在一起，侧板的内侧形状尺寸， 与充气骨架衬垫3的外侧形状尺寸相吻合，侧板的外侧设有加强筋结构，以加强其机械强度。 为方便装拆充气骨架结构1， 4块侧板中，有3块侧板是焊接在叶片支座的底板上，另一块 活动侧板是用螺栓与底板和两端侧板联接成一体的。在装配充气骨架结构叶片时，将充气骨 架的支座衬垫3，安装在充气骨架结构1头部一端，再将叶片支座4安装在支座衬垫3的外 侧，用螺栓上紧活动侧板，就完成充气骨架结构叶片的组装。叶片轴5，是充气骨架结构叶片头部一端上的叶柄，叶片轴5，是充气骨架结构叶片头部 一端上的叶柄，叶片轴5与充气骨架结构叶片之间采用动配合或静配合装配。作动配合装配 的充气骨架结构叶片与叶片轴5，两者是可以相对转动的，这样叶片就可以相对地围挠着叶 片5转动，而转变叶片的攻角。作静配合装配的充气骨架结构叶片与叶片轴5, —般是采用 焊接装配，两者不能相对转动，这样叶片与叶片轴5—起转动改变叶片的攻角。叶片轴5的 一端，安装在叶片支座4上，另一端制成与风力发电机相配套的结构，叶片轴5的结构，要 与充气骨架结构叶片的大小和风力发电机的结构相适应。定桨距叶片的叶片轴5,—般安装 在叶片纵向重心线的叶片支座4上，变桨距叶片的叶片轴5, —般安装在叶片纵向中心线靠 风头一端的叶片支座4上。叶片轴5，是充气骨架结构叶片应力集中的部件，特别是摆动式风力发电机上的充气骨 架结构叶片的叶片轴5。如摆动式风力发电机的叶片行程控制装置的摆动控制拉杆7，安装在 这一段叶片轴5上，叶片在摆动行程的终点处产生的摆动应力，全集中在叶片轴5上，这需 要加强叶片轴5的机械强度。在结构上，解决摆动式风力发电机充气骨架结构叶片的叶片轴5, 应力集中的另一方法，是将安装叶片行程控制装置的摆动控制拉杆7的这段叶片轴5，伸 高至叶片支座4以上的叶片主体6的位置，借用充气骨架结构叶片的强度，解决摆动风力发电机叶片轴5的摆动应力集中的问题。在工厂整体制造的刚性充气骨架结构叶片，出厂前就必需充入额定压力的压缩空气，使 叶片具有额定的机械结构强度，以利于叶片的运输与安装。在工厂分段制造的刚性充气骨架 结构叶片，可以分段运到风力发电机安装现场，粘接或焊接组装好后再进行充气。分段制造 的刚性充气骨架结构叶片，在运输过程中，应保护好充气骨架的承揷部份完好整洁，以确保 充气骨架结构叶片组装的工程质量。柔性的充气骨架结构叶片，在没有给充气骨架结构充气 前，可将叶片巻成数巻或折迭成数叠，采取将叶片运输到现场后，再充入额定压力的压缩空 气方式，安装柔性充气骨架结构叶片比较方便。分段制造的刚性充气骨架结构叶片与柔性充 气骨架结构叶片，解决了超长超大叶片的运输难度，极大地降低了叶片的运输成本。


图1是对称翼型充气骨架结构叶片的基本结构图1、充气骨架结构2、叶片蒙皮3、支座衬垫4、叶片支座5、叶片轴6、 叶片主体7、摆动控制拉杆
图2是加强翼型充气骨架结构叶片基本结构图 1、充气骨架结构2、叶片蒙皮3、支座衬垫 6、叶片主体 8、加强支架图3是射线翼型充气骨架结构叶片基本结构图 1、充气骨架结构2、叶片蒙皮3、支座衬垫 6、叶片主体图4是蜻蜓翼型充气骨架结构叶片基本结构图 1、充气骨架结构2、叶片蒙皮3、支座衬垫 6、叶片主体7、摆动控制拉杆图5是半弓型充气骨架结构叶片基本结构图 1、充气骨架结构2、叶片蒙皮3、支座衬垫 6、叶片主体7、摆动控制拉杆9、弓弦图6是组合弓型充气骨架结构叶片基本结构图 1、充气骨架结构2、叶片蒙皮3、支座衬垫 6、叶片主体9、弓弦图7是连续弓型充气骨架结构叶片基本结构图 1、充气骨架结构2、叶片蒙皮3、支座衬垫 6、叶片主体員体实施方式实施例l:加强翼型充气骨架结构叶片(如图2所示)加强翼型充气骨架结构叶片，与图1的对称翼型充气骨架结构叶片的基本结构相同，它 们的充气骨架结构1，都是由充气骨架粘接组合或焊接组合而成，都可以制成对称翼型的充 气骨架结构叶片，与非对称翼型的充气骨架结构叶片；可以制成刚性充气骨架结构叶片，也 可以制成柔性充气骨架结构叶片；所不同的是，为加强充气骨架之间的连接强度，在2根充 气骨架之间，加装一个双弧形曲面的加强支架8，以增加充气骨架之间的粘接或焊接面积， 加强充气骨架结构1的机械强度。另一方面，加强翼型充气骨架结构叶片中，充气骨架的直 径是由大到小变化的，越到叶尖，充气骨架的直径越小，将直径由大到小的充气骨架，粘接 组合或焊接组合成加强翼型的充气骨架结构1后，在充气骨架结构1的外表面粘接或焊接上 叶片蒙皮2，并安装上支座衬垫3与叶片支座4和叶片轴5，这样就完成加强翼型充气骨架结 构叶片的组装。加强翼型充气骨架结构叶片，其充气骨架结构1头部一端的充气骨架直径大，充气骨架 的环向应力与轴向应力就大，而充气骨架结构1,头部一端的环向应力的合力与轴向应力的 合力就大，这段叶片的机械强度就越高。另一方面，由于充气骨架结构中，两根充气骨架之 间增加了 1根加强支架8，加强翼型充气骨架结构叶片的整体工程结构强度得以大大提高， 这种具有加强支架8的叶片结构，最适合制造成超长超大的充气骨架结构叶片。加强翼型充 气骨架结构叶片，不管是对称翼型或是非对称翼型，也不管是刚性叶片或是柔性叶片，它们 都可以获得良好的空气动力特性与良好的叶尖气流特性。加强翼型充气骨架结构叶片，是一 种优良结构的叶片，它非常适合在摆动式风力发电机上工作，也非常适合在风轮式风力发电 机上工作。4、叶片支座 5、叶片轴4、叶片支座 5、叶片轴4、叶片支座 5、叶片轴4、叶片支座 5、叶片轴4、叶片支座 5、叶片轴4、叶片支座 5、叶片轴
实施例2:射线翼型充气骨架结构叶片(如图3所示)射线翼型充气骨架结构叶片，其充气骨架有点象鸟张开翅膀时，翅膀的不对称大羽 毛骨架的结构，它们也是射线分布。射线翼型充气骨架结构1的头部一端，充气骨架可以粘 接或焊接在一起，组合成一个整体充气骨架结构，以固定射线翼型充气骨架结构每一根充气 骨架的结构位置。由于充气骨架射线结构越靠近叶尖，骨架之间的距离就越大，每一根充气 骨架所支撑的叶片面积也就越大，每一根充气骨架的结构强度，靠本身的强度外，还要靠充 气骨架结构头部一端的整体结构支撑。充气骨架结构1中的充气骨架，直径由大到小，越到 叶尖部位，充气骨架的直径就越小，叶片的叶尖部位也就越薄。射线充气骨架结构叶片的叶片蒙皮2,可以是刚性叶片蒙皮，也可以是柔性叶片蒙皮。 叶片蒙皮2，可以单面粘贴或焊接，也可以双面粘贴或焊接，双面焊接或粘貼叶片蒙皮2的 射线翼型充气骨架结构叶片，适合在摆动式风力发电机工作，而单面焊接或粘贴叶片蒙皮2 的射线翼型充气骨架结构叶片，适合在风轮式风力发电机上工作。射线充气骨架结构叶片的支座衬垫3、叶片支座4与叶片轴5，要与充气骨架结构叶片头部_^端相匹配。射线充气骨架结构叶片，可以制成刚性充气骨架结构叶片，也可以制成柔性充气骨架结 构叶片，可以制成对称翼型充气骨架结构叶片，也可以制成非对称翼型充气骨架结构叶片。 射线充气骨架结构叶片，适合在摆动式风力发电机和在风轮式风力发电机上工作。实施例3:蜻蜓翼型充气骨架结构叶片(如图4所示)蜻蜓翼型充气骨架结构叶片，是指象蜻蜓翼一样结构的薄型叶片。蜻蜓翼型充气骨架结 构叶片，是一种由复合薄膜材料制成的柔性充气骨架结构叶片。当然，也可以由刚性复合薄 型材料制成刚性充气骨架结构叶片。叶片的充气骨架结构1,不是由一根根直的充气骨架组成，而是一个相互关联的网络状 充气骨架结构，充气骨架结构1如仿真的话，骨架的结构较为复杂，但由于采用粘胶印刷的 方法，生产蜻蜓翼型充气骨架结构叶片并不难，所以蜻蜓翼型充气骨架结构叶片的充气骨架 结构l，有蜻蜓翼骨架结构的充气骨架结构l,有两格状骨架结构的充气骨架结构1，有其他 几何图形骨架结构的充气骨架结构1。由于蜻蜓翼型充气骨架结构的复杂性，必需采用独特的粘胶印刷方法，在复合薄膜材料 上，用高强度粘胶印刷出闭合的叶片外轮廓边线，然后在叶片外轮廓边线的范围内，印刷出 所需的几何形状两络骨架的边线，骨架的边线要有一定的宽度，以确保边线粘合的强度和严 密性，网络骨架的众多边线，各自组成一定几何图形的闭合边线，2个闭合边线之间的距离， 就是充气骨架内腔边线的距离，2个闭合边线的距离越大，它们之间骨架的直径就越大，众 多闭合边线外的区域，就形成相互贯通的网络充气骨架结构的网络线，将同样大小和同一材 质的复合材料薄膜，用滚筒将其与印刷有网络线的复合材料薄膜压合在一起，就形成婧蜓翼 型充气骨架结构。当在相互贯通的网络充气骨架结构中，充入压縮空气时，蜻蜓翼型充气骨 架结构叶片，就膨胀坚挺起来，张开又大又轻又坚挺的翅翼。为获得更理想的叶面空气动力 特性，可在额定压力的蜻蜓翼型充气骨架结构的外表面，粘贴上薄膜的叶片蒙皮2。这种有 闭合边线的充气骨架结构1，闭合边线内是没有压縮空气的，当充气骨架结构1充气时，只 有充气骨架结构1在压缩空气的作用下膨胀坚挺起来，而闭合边线内的2张薄膜，只起到构 造蒙皮的作用，如印刷闭合边线时，不将边线闭合，而留有一条小口，也就是不闭合边线， 当充气骨架结构1充气时，不闭合边线内的薄膜，也随着充气骨架结构1—起膨胀坚挺起来， 这非常有利于叶片的造形，如不闭合边线的内腔过大，充气时其直径可能超过充气骨架的直 径，可将其分割为多个不闭合边线内腔，以利于叶片的造形，这种结构的蜻蜓翼型充气骨架 结构叶片，基本不粘貼薄膜的叶片蒙皮2，就具有很好的空气动力特性，当然，粘贴上薄膜 的叶片蒙皮2效果会更好。在蜻蜓翼型充气骨架结构叶片头部一端，安装上与之相匹配的支座衬垫3与叶片支座4
和叶片轴5，蜻蜓翼充气骨架结构叶片，就可安装在风力发电机上工作。由于柔性蜻蜓翼充 气骨架结构叶片，在结构与材料和制造等方面的限制，其充气骨架结构1中，压缩空气的压 力不是很高，所以其机械强度受到一定的限制， 一般情况下柔性蜻蜓翼充气骨架结构叶片， 只制成宽大的帆式叶片，而不制成窄长的高速叶片，但刚性蜻蜓翼充气骨架结构叶片，由于 采用的材料和制造工艺的关系，充气骨架结构可承受较高的空气压力，因此，它可制成窄长 的高速叶片。刚性蜻蜓翼型充气骨架结构叶片的制造，需要先制作好柔性的蜻蜓翼型充气骨架结构的 气密内腔后，在气密内腔中充入一定压力的压縮空气，使蜻蜓翼型充气骨架结构的气密内腔 膨胀坚挺起来，然后，再在蝉翅翼型充气骨架结构的气密内腔外，缠挠与浇灌复合材料，制 成刚性蝉翅翼型充气骨架结构，在刚性蝉翅翼型充气骨架结构的外表，粘貼刚性叶片蒙皮， 就可制成刚性蝉翅翼型充气骨架结构叶片。另一方面，蝉翅翼型的充气骨架结构1，可制成高强度的柔性充气屋顶，多块超长的蝉 翅翼型充气骨架结构，可组成大型与超大型的高强度的柔性充气屋顶，也可制成高强度的柔 性野外充气帐蓬等建筑物。实施例4:半弓型充气骨架结构叶片(如图5所示)半弓型充气骨架结构叶片，顾名思义，其充气骨架结构1似一张大弓的一半。半弓型的充气骨架结构l，主要由半张弓形充气骨架与1根钢丝绳弓弦9组成。半弓形充气骨架，可以采用直径相同的充气骨架，也可以采用头部直径大，而尾端直径 慢慢变小的充气骨架。半弓形充气骨架结构，可以采用刚性充气骨架，制成刚性的充气骨架 结构l，也可以采用柔性充气骨架，制成柔性的充气骨架结构l。为改善半弓型充气骨架结构 叶片的气流特性，应在主弓型充气骨架的前边，粘接或焊接上构造性质的充气骨架，使充气 骨架结构叶片具有更好的翼型结构。半弓型充气骨架结构叶片的蒙皮2，是由纺织材料或复合薄膜材料组成，这些材料都是 柔性的薄型材料，将其绷紧在半弓形的充气骨架与钢丝绳的弓弦9上，就组成一个超轻型的 弓型充气骨架结构叶片。这种叶片蒙皮，虽然只是一块布或是一块薄膜，但在风力的作用下， 向风一面的蒙皮2会产生一个翼型弧面，使半弓型充气骨架结构叶片，形成一个不对称翼型 的叶片，如局部调整叶片蒙皮2的松紧度，可获得更好的翼型弧线，这一翼型弧面，可获得 良好的空气动力特性。半弓型充气骨架结构叶片，其支座衬垫3，叶片支座4要与半弓形充气骨架结构相匹配， 叶片轴5安装在叶片支座的前端，图5中的叶片轴5的轴线，与直线部份的半弓型骨架的轴 线重合，当然叶片轴5的轴线，也可以与钢丝绳弓弦9的轴线重合。半弓型充气骨架结构叶片，可以制成整张弓型的充气骨架结构叶片。 半弓型充气骨架结构叶片，可制成柔性充气骨架结构叶片，也可制成刚性充气骨架结构 叶片，它适合在摆动式风力发电机上工作，也适合在风轮式风力发电机上工作。实施例5:组合弓型充气骨架结构叶片(如图6所示)组合弓型充气骨架结构叶片，是由一张以上的整张弓形充气骨架，或一张以上的半弓形 充气骨架组合而成。组合弓型充气骨架结构叶片，充气骨架的结构更合理，叶片的高度可以更高》 叶片的面积可以更大o^6中组合4型的充气°骨架结构1,是由2个整张弓形的充气骨架，背靠背粘接或焊接 在一起组成，2根钢丝绳弓弦9，两端分别与自己的弓稍联接，2个弓形平面处于一平面上， 两个弓型充气骨架的下端，配置上支座衬垫3后安装在叶片支座4上，叶片支座4的形状尺 寸，要与组合弓型的充气骨架结构1相匹配，充气骨架结构1的2个弓稍，有一根叶稍钢丝 绳联接，其实，这2个整张弓形的充气骨架，也可以面对面组合成充气骨架结构1，或同向 组合成充气骨架结构l。
组合弓型充气骨架结构叶片，有4块由纺织材料或复合薄膜材料制成的叶片蒙皮2，此4 块叶片蒙皮2的外形尺寸，要与蒙皮装配的位置相吻合，它们各自安装在3根钢丝绳与2根 充气骨架构成的4个空间中。组合弓型充气骨架结构叶片，其支座衬垫3，叶片支座4要与弓形充气骨架结构相匹配， 叶片轴5，根据不同风力发电机的叶片结构，装配在叶片支座4的适当位置。实施例6:连续弓型充气骨架结构叶片(如图7所示)图7中的连续弓型的充气骨架结构1，是由一根多个左向与右向连续弓形的柔性充气骨 架，与左右两边的2根作为弓弦的直型柔性充气骨架粘接组成。在图中可以看出，连续弓型充气骨架，是由相连的左向与右向2个弓形充气骨架，相互 交联在一起的充气骨架。在此连续弓型的充气骨架中，第1个左向弓形骨架的上臂，是第1 个右向弓形充气骨架的下臂。第1个右向弓形充气骨架的上臂，也是第2个左向弓形充气骨 架的下臂。第l个左向弓形充气骨架的上臂，与第2个左向弓形充气骨架的下臂的连接处， 是第l个右向弓形充气骨架的弓顶。而第l个右向弓形充气骨架的上臂，与第2个右向弓形 充气骨架下弓臂的连接处，是第2个左向弓形充气骨架的弓顶。显然，左右两个方向的弓形 充气骨架，共用一个弓臂，这一弓臂，就是这一根多个连续左右弓形的连弓型充气骨架。左 向弓形充气骨架的弓弦，是左边的一根直型充气骨架，此充气骨架的侧面，与左向弓形充气 骨架的2个弓臂未端的侧面粘接在一起，其实，也就是与右向弓形充气骨架的弓顶粘接在一 起。右向弓形充气骨架的弓弦，是右边的一根直型充气骨架，此充气骨架的侧面，与右向弓 形充气骨架的2个弓臂未端的侧面粘接在一起，其实，也就是与左向弓形充气骨架的弓顶粘 接在一起。在连续弓型的充气骨架结构l中，多个连续左右弓形的充气骨架，与2根弓弦的直型充气骨架，是相互牵联，相互支撑的a当充气骨架结构1中充入压缩空气时，处于叶片纵向中 间位置，有多个左向与右向连续弓形的充气骨架，产生强大的环向拉应力与轴向拉应力，在 环向拉应力的合力与轴向拉应力的合力作用下，推动此充气骨架往轴向伸直，但由于左边和 右边副充气骨架的弓弦作用，充气骨架不能再往轴向伸展，只能往横向发展，由于充气骨架结构l,是由一根连续弓型充气骨架和2根直型交联在一起的，这样，压缩空气就将整个充 气骨架结构1膨胀坚挺舒展开来。在舒展开来的充气骨架结构1上，粘貼上叶片蒙皮2，安 装上与充气骨架结构头部一端相匹配的支座衬垫3，与叶片支座4和叶片轴5，就是一个完整 的连续弓型充气骨架结构叶片。在连续弓型充气骨架结构中，可以增加些构造充气骨架，以改善叶片的空气动力特性。 也可将弓弦的充气骨架改为编织带，或增加多组多个连续左右弓形的充气骨架结构1，以增 加叶片的面积。
权利要求
1、充气骨架结构叶片，是由充气骨架结构1、叶片蒙皮2、支座衬垫3、叶片支座4和叶片轴5组成，其特征是充气骨架结构1，是由1根以上的刚性充气骨架或柔性充气骨架，根据叶片翼型及工程结构的需要，粘接组合或焊接组合成的工程结构；刚性充气骨架，是由刚性受力外腔和装配在其腔内，并与之内腔相匹配的刚性气密内腔或柔性气密内腔组成的充气骨架，由刚性充气骨架组成的充气骨架结构1，是刚性充气骨架结构；柔性充气骨架，是由柔性受力外腔和装配在其腔内，并与之内腔相匹配的柔性气密内腔组成的充气骨架，由柔性充气骨架组成的充气骨架结构1，是柔性充气骨架结构；刚性充气骨架的受力外腔或柔性充气骨架的受力外腔，是一个薄壁封闭园筒受力腔体工程结构，受力外腔能承受其腔内的气密内腔传给的额定压缩空气压力，并在压缩空气的压力作用下，膨胀坚挺起来，在受力外腔中产生相应的环向拉应力与轴向拉应力，充气骨架在受力外腔的环向拉应力的合力和轴向拉应力的合力的共同作用下，产生额定的机械强度，充气骨架的直径越大，压缩空气的压力越高，充气骨架的数量越多，充气骨架结构1的机械强度就越高；刚性充气骨架的气密内腔或柔性充气骨架的气密内腔，是一个薄壁封闭园筒气密腔体工程结构，气密内腔将腔内压缩空气的压力传给受力外腔，并在受力外腔的环向拉应力与轴向拉应力的作用下，长久密闭和长久储存压缩空气，以长久保持充气骨架的机械强度；充气骨架的受力外腔与装配在其腔内的气密内腔，可以是同一材质的材料组成，也可以是不同材质的材料组成，可以是一个整体的工程结构，也可以是分体的工程结构；每一个独立的气密内腔工程结构，都有一套充气装置，压缩空气经此充气装置进入充气骨架的气密内腔中；叶片蒙皮2，是粘贴或焊接在充气骨架结构1外表面，或安装在充气骨架结构1的充气骨架之间的刚性薄型材料或柔性薄型材料，叶片蒙皮2与充气骨架结构1一起，组成充气骨架结构叶片的叶片主体6；刚性薄型材料的叶片蒙皮2，是由有一定刚度的金属薄板材料或有一定刚度的复合薄板材料组成；柔性薄型材料的叶片蒙皮2，是由一定柔度的编织材料或有一定柔度的薄膜材料组成；刚性的充气骨架结构1和刚性的叶片蒙皮2，组成的充气骨架结构叶片，是刚性充气骨架结构叶片；柔性的充气骨架结构1和柔性的叶片蒙皮2，组成的充气骨架结构叶片，是柔性充气骨架结构叶片；支座衬垫3，是由具有一定弹性的材料制成，支座衬垫3，安装在充气骨架结构1头部一端与叶片支座4之间，支座衬垫3的内侧形状尺寸，与充气骨架结构1头部一端的外侧形状尺寸相匹配，支座衬垫3的外侧形状尺寸，与叶片支座4的内侧形状尺寸相匹配，支座衬垫3的轴向长度，与充气骨架结构1的轴向长度相适应；叶片支座4，是由带加强筋的支座底板与4块带加强筋的支座侧板组成的无盖箱体结构，4块侧板中，3块侧板与底板焊接成一体，另一块侧板是活动侧板可以装卸，以方便叶片支座4与充气骨架结构1的组装，叶片支座4安装在骨架衬垫3的外侧，叶片支座4的轴向长度要与充气骨架结构1的轴向长度相适应；叶片轴5，是充气骨架结构叶片头部一端上的叶柄，叶片轴5与充气骨架结构叶片之间采用动配合或静配合装配，充气骨架结构叶片，围挠着叶片轴5转动或与叶片轴5一起转动改变叶片的攻角，叶片轴5的一端，安装在叶片支座4上，另一端制成与风力发电机相配套的结构，叶片轴5的结构，要与充气骨架结构叶片的大小和风力发电机的结构相适应。
全文摘要
充气骨架结构叶片，涉及一种机械工程，特别涉及一种风力发电机。充气骨架结构叶片是由充气骨架结构1、叶片蒙皮2、支座衬垫3、叶片支座4和叶片轴5组成。在充气骨架结构1的充气骨架中充入压缩空气，充气骨架就膨胀坚挺起来，在充气骨架中产生的环向拉应力和轴向拉应力，充气骨架结构1，在充气骨架环向拉应力的合力与轴向拉应力的合力作用下，产生强大的机械强度，支撑起叶片蒙皮，形成一个既长又大，既轻强度又高的充气骨架结构叶片。充气骨架结构叶片分刚性充气骨架结构叶片和柔性充气骨架结构叶片两大类。图1是对称翼型充气骨架结构叶片基本结构图。
文档编号F03D1/06GK101158332SQ20071007800
公开日2008年4月9日 申请日期2007年11月8日 优先权日2007年11月8日
发明者欧子文 申请人:欧子文