20KW垂直轴风力发电机叶片的制作方法

文档序号:11045597阅读:1363来源:国知局
20KW垂直轴风力发电机叶片的制造方法与工艺

本实用新型涉及垂直轴风力发电机技术领域,尤其是提供一种垂直轴风力发电机叶片。



背景技术:

现有技术中,垂直轴风力发电机的叶片多是由铝合金型材做蒙皮,蒙在一骨架中,如图1所示。其中的骨架为了使其强度达到设计要求,由金属制作,质量较重,结构复杂;蒙皮与骨架之间采用铆钉连接较费工时,不适合大型机械化生产,并且叶片表面不够光滑,产生较大风阻;铝合金骨架焊接工艺要求较高,制造难度大,合格率低。另外,还有一种叶片是采用框架结构,通过挤压成型的铝型材框架,一个叶片要由单矩形、双矩形、尾缘等铝型材组成,金属制作,结构复杂。



技术实现要素:

本实用新型的目的在于改进现有技术的不足,提供一种结构简单、质量轻、加工方便的20KW垂直轴风力发电机叶片。

本实用新型的目的是这样实现的:

一种20KW垂直轴风力发电机叶片,包括外壳和腹板,所述外壳构成叶片的外形,该外壳包括迎风面壳体,背风面壳体和端板,所述迎风面壳体和背风面壳体扣合固连成为叶片筒体,在该叶片筒体的上下两端固设端板;在该外壳内设置腹板,该腹板的一个侧面与所述迎风面壳体内壁固接,另一个侧面与所述背风面壳体内壁固接,所述腹板支固在所述外壳内壁上,以使得外壳得到支撑和定型;所述外壳由碳纤维材料制成。

优选地,在所述外壳内的两个所述腹板之间设有填充物,该填充物分别与所述迎风面壳体、背风面壳体以及两个腹板均接触而固定。

优选地,该填充物为内部支撑块,该内部支撑块可以是上下表面与相应的迎风面壳体和背风面壳体的表面形状相同的形状,该上下表面与迎风面壳体和背风面壳体的内表面之间设置结构胶粘接固定,内部支撑块的长度则与两个腹板之间的间距匹配,嵌设在两个开口相对的C型截面的腹板的开口的空间中固定。

所述内部支撑块优选为松木块。

优选地,所述外壳的迎风面壳体,背风面壳体和端板的碳纤维材料可以是由两层12k双向碳纤维布胶粘而成。

所述迎风面壳体和背风面壳体通过粘接固连。

具体地,所述迎风面壳体和所述背风面壳体的前缘通过搭接结构粘接固定。

在所述迎风面壳体或背风面壳体前缘的壳内壁上设置一粘接角,该粘接角与壳体前缘的端部形成一内高外低的台阶,相应的另一个壳体的前缘即搭在该台阶上粘接。

所述粘接角优选设置在所述背风面壳体上。

所述迎风面壳体和所述背风面壳体的后缘通过在两个壳体扣合部其内侧的一个三角区域内设结构胶而粘接固定。

所述端板可通过L型连接板与所述迎风面壳体和所述背风面壳体连接。

具体地,L型连接板可以是四个,其中两个在长度方向上的形状与迎风面壳体两端的端面内侧壁面吻合成为迎风面连接板,另外两个L型连接板在长度方向上的形状与背风面壳体两端的端面内侧壁吻合成为背风面连接板,四个L型连接板的断面均为L形,两个迎风面连接板通过一个直角边固定在迎风面壳体的两端,两个背风面连接板通过一个直角边固定在背风面壳体的两端,两个所述端板扣在所述叶片筒体的两端,与相应端的迎风面连接板和背风面连接板的另一个直角边即端板粘接面粘接固定。

位于叶片下端的所述端板上打雨水孔,以排出叶片外壳内由于温差变化而生成的冷凝水。

所述雨水孔的孔径优选为3mm。

在所述L型连接板与所述迎风面壳体和背风面壳体粘接时,所述L型连接板的与所述端板粘接的粘接面低于叶片端部外表面2mm,以使得端板固定之后与叶片端部外表面平齐。

所述L型连接板高度为22-30mm,宽度为22-30mm,使得粘接宽度为22-30mm,由铺层为2层12k-双向碳纤维布粘接制成。L型连接板的结构尺寸如此设计,可以使得端板与叶片筒体粘接固定稳定可靠。

所述迎风面壳体和背风面壳体与端板的粘接宽度为45-55mm。

所述粘接角与迎风面壳体可以是手糊粘接的碳纤维材料,与背风面壳体通过结构胶粘接成型,结构胶的粘接厚度为3-6mm。前缘粘接角的铺层方式为:3层12k双轴向碳纤布。

所述迎风面壳体和所述背风面壳体的后缘粘接宽度为65-75mm。

在所述叶片筒体中平行地设置两个所述腹板。

腹板与外壳可以通过结构胶粘接,粘接厚度为3-6mm。

所述腹板采用C型截面腹板,该腹板与壳体的粘接面宽度为35-45mm。

两个C型截面的所述腹板,开口相对地固定在叶片外壳内。

所述腹板为碳纤维材料制成。

优选地,在靠近叶片前缘的所述腹板为夹芯结构,C形截面的碳纤维壳体,该壳体中设置夹芯。

该夹芯材料优选为松木,密度为430-450千克/立方米。

C型截面的腹板,其中间部分的碳纤维壳体中设置所述夹芯材料。

为了使得夹芯材料松木能够与碳纤维壳体胶粘牢固,在松木夹芯材料上设置注胶孔,该注胶孔在松木夹芯材料上以矩阵形式排列,注胶孔的孔径优选为2mm,相邻注胶孔的间距为30-55mm为宜。在松木和碳纤维壳体之间以及各个注胶孔内均有胶粘剂。由此,使得碳纤维壳体与其中的所述夹芯固为一体。

所述叶片连接一叶片连接座,所述叶片连接座通过螺栓与所述叶片固定连接。

所述叶片和叶片连接座的连接结构具体地可以是:在叶片中设置两个所述腹板的位置上设穿孔,穿设螺栓,通过该螺栓将叶片和叶片连接座固连。

在所述壳体外表面和螺栓上的螺帽与螺母之间设置垫片。该垫片通过结构胶固定在叶片壳体外表面上。

本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片一改现有技术中骨架式或框架式叶片形式,将叶片做成壳体形式,在壳体中设置腹板支撑定型,加上叶片的壳体采用碳纤维材料制作,从而使得本叶片具有如下优点:

1.碳纤维壳体结构更为简洁,受力更合理。

2.只需用松木填充预制碳纤维腹板1、腹板2和两片壳体,更有利于工业化生产,简单环保。

下面通过附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为现有技术中的垂直轴风力发电机上的叶片的结构示意图。

图2为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片的横截面的结构示意图。

图3为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片的俯视结构示意图。

图4为图3中B部的局部放大结构示意图。

图5为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片中端板的主视结构示意图。

图5a为图5的侧视结构示意图。

图6为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片中迎风面壳体0米端L型连接板的主视结构示意图。

图6a为图6的侧视结构示意图。

图7为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片中迎风面壳体10米端L型连接板的主视结构示意图。

图7a为图7的侧视结构示意图。

图8为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片中背风面壳体0米端L型连接板的主视结构示意图。

图8a为图8的侧视结构示意图。

图9为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片中背风面壳体10米端L型连接板的主视结构示意图。

图9a为图9的侧视结构示意图。

图10为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片固定在叶片支座上的结构示意图。

图11为设置在叶片内的内部支撑块的结构示意图。

具体实施方式

如图2和图3所示,为本实用新型提供的20KW垂直轴风力发电机叶片的一个实施例,包括外壳和腹板,所述外壳构成叶片的外形,外壳包括迎风面壳体1,背风面壳体2和端板3(见图5和图5a),所述迎风面壳体1和背风面壳体2扣合固连成为叶片筒体,在该叶片筒体的上下两端固设端板3;在该外壳内设置两个腹板,靠近叶片前缘的为第一腹板4,后面一个为第二腹板5,两个腹板的一个侧面与迎风面壳体1内壁固接,另一个侧面与背风面壳体2内壁固接,两个腹板支固在所述外壳内壁上,以使得外壳得到支撑和定型。

所述外壳由碳纤维材料制成。具体地,迎风面壳体1,背风面壳体2和端板3的碳纤维材料是由若干层碳纤维布粘接而成。在本实施例中,是由两层12k双向碳纤维布P5在模具的阳模上胶粘,再将阴模扣在阳模上压合而成。

迎风面壳体1和背风面壳体2通过粘接固连。具体地,迎风面壳体1和背风面壳体2的前缘通过搭接结构粘接固定。如图2所示,在背风面壳体2前缘的壳内壁上设置一粘接角21,该粘接角21与背风面壳体2前缘的端部形成一内高外低的台阶,相应的迎风面壳体的前缘搭在该台阶上,通过结构胶粘接。

粘接角21可以是在制作背风面壳体2时,在背风面壳体2的前缘内侧面上粘接碳纤维布块的方式构成。粘接角21与迎风面壳体可以是手糊粘接的碳纤维材料,与背风面壳体通过结构胶粘接成型,结构胶的粘接厚度为3-6mm。前缘的粘接角21的铺层方式为:3层12k双轴向碳纤布。迎风面壳体1和背风面壳体2的后缘通过在两个壳体扣合部其内侧的一个三角区域内设结构胶J而粘接固定。迎风面壳体和背风面壳体的后缘粘接宽度为70±5mm。

端板3可通过L型连接板与迎风面壳体和背风面壳体连接。

如图3至图9a所示,L型连接板可以是四个,其中两个在长度方向上的形状与迎风面壳体两端的端面内侧壁面吻合成为迎风面连接板(见图6、图6a以及图7和图7a),另外两个L型连接板在长度方向上的形状与背风面壳体两端的端面内侧壁吻合成为背风面连接板(见图8、图8a以及图9和图9a),四个L型连接板的断面均为L形,两个迎风面连接板通过一个直角边固定在迎风面壳体的两端,两个背风面连接板通过一个直角边固定在背风面壳体的两端,两个端板3扣在所述叶片筒体的两端,与相应端的迎风面连接板和背风面连接板的另一个直角边即端板粘接面粘接固定。

位于叶片下端的端板3上打雨水孔31,雨水孔31的孔径为3mm。

在所述L型连接板与迎风面壳体1和背风面壳体2粘接时,所述L型连接板的与端板3粘接的粘接面低于叶片端部外表面2mm,以使得端板固定之后与叶片端部外表面平齐。

L型连接板两个直角边的宽度为25mm。即L型连接板高度为25mm,宽度为25mm,使得粘接宽度为25mm,由铺层为2层12k-双向碳纤维布P5粘接制成。L型连接板的结构尺寸如此设计,可以使得端板与叶片筒体粘接固定稳定可靠。

迎风面壳体和背风面壳体与端板的粘接宽度为50±5mm。

如图2和图3所示,C型腹板的所述腹板,该腹板与壳体的粘接面宽度为40mm。

如图2所示,两个腹板与叶片壳体通过结构胶J粘接,粘接厚度为3-6mm。

两个C型截面的腹板,开口相对地固定在叶片外壳内。

所述腹板为碳纤维材料制成。在如图2所示的实施例中,在靠近叶片前缘的第一腹板4为夹芯结构,即包括一个C形截面的碳纤维壳体,该壳体中设置夹芯。

该夹芯材料为松木,密度为430-450K千克/立方米。

如图2所示,第一腹板4,其中间部分的碳纤维壳体中设置所述夹芯材料。

为了使得夹芯材料松木能够与碳纤维壳体胶粘牢固,在松木夹芯材料上设置注胶孔,该注胶孔在松木夹芯材料上以矩阵形式排列,例如沿叶片的长度方向上,相邻注胶孔的间距为50mm,在于长度方向垂直的方向上,相邻注胶孔的间距为25-45mm,注胶孔的孔径优选为2mm。注胶孔使得C形截面的碳纤维壳体中注胶使得所述夹芯与壳体固为一体。

如图10和图11所示,在叶片中设置内部支撑块6。内部支撑块6的上下表面与相应的迎风面壳体1和背风面壳体2的表面形状相同的形状,该上下表面与迎风面壳体和背风面壳体的内表面之间设置结构胶粘接固定,内部支撑块6的宽度则与两个腹板之间的间距匹配,嵌设在两个开口相对的C型截面的腹板的开口的空间中固定。

所述叶片连接一叶片连接座7,通过叶片连接座7将叶片连接在风力发电机风轮的支撑杆上。叶片连接座7通过螺栓8与叶片固定连接。

所述叶片和叶片连接座的连接结构如图10所示。在叶片中设置两个腹板的位置上设穿孔,穿设螺栓8,通过螺栓8将叶片和叶片连接座固连。在所述壳体外表面和螺栓上的螺帽与螺母之间设置垫片9,垫片9通过结构胶J固定在叶片壳体外表面上。

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