一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片及制备方法与流程

本发明属于风力发电机，具体的说，涉及一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片及制备方法。

背景技术：

1、为了更好的利用风能，人们设计了多种形式的风力发电系统，从结构形式上看主要有风力机旋转轴在空间为水平方向的水平轴风力机和旋转轴在空间为垂直方向的垂直轴风力机，对于垂直轴风力发电机的垂直轴风轮而言，可分为二大类，一类是升力型风轮，另一类是阻力型风轮，它们驱动风轮转动的原理是不同的；虽然升力型和阻力型风轮同为垂直轴风轮，但风驱动风轮转动的原理不仅完全不同，其效果也大相径庭。

2、阻力型风轮的叶片可以是一块门板；由于风轮左、右二面的阻力系数不同，阻力系数较大的一面获得的风压较大，风压差使风轮旋转。

3、现有的风轮叶片的整体结构多种多样，如专利申请号为：cn201019114068.1，公开了垂直轴风力发电机风轮的叶片结构，其包括构成叶片形状的骨架和固定在该骨架外面的蒙皮，该叶片的形状为一垂直的柱状体，其水平截面为飞机机翼的断面形状，即叶片朝外的外侧表面为流线形状弧面，该外侧表面与相对的内侧表面之间的圆滑过渡，形成较大的迎风端即叶片的头部和较小的尾部。

4、上述该类现有的叶片结构其整体结构稳定性差，并且强度低，降低使用效果，并且现有的垂直轴风轮上的叶片均采用玻璃纤维树脂（玻璃钢）或碳纤维树脂材料制造，生产制造过程中和后期报废处理时均存在环境的污染。

5、并且采用玻璃钢制造的叶片不仅重量很重，不利于风轮的微风启动和高效率的旋转做工；而且易老化，工作寿命较短；采用碳纤维制造的叶片虽然重量很轻和工作寿命较长，但存在制造成本昂贵的问题，性价比不高。

技术实现思路

1、本发明要解决的主要技术问题是提供一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片及制备方法，对风速要求低，微风环境下即可启动，低风速区域发电量大幅增加，并且具有高强度和良好的热处理性能，整体重量轻，能够提高机械强度，提高了产品的精度和一致性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，包括前缘型材和后缘型材，前缘型材和后缘型材为间隔布设，前缘型材和后缘型材之间设置有支撑骨架，支撑骨架的外表面上覆盖有外蒙板，前缘型材、后缘型材和支撑骨架上均设置有卡槽，外蒙板的两侧边分别固定安装在相对应的卡槽内，外蒙板与支撑骨架为固定连接用于将支撑骨架覆盖在内部。

4、以下是本发明对上述技术方案的进一步优化：

5、所述前缘型材采用高性能铝合金材料一体制成，所述前缘型材的外表为圆弧面，所述前缘型材的内部为中空结构，且前缘型材的内部设置有多道第一加强筋。

6、进一步优化：所述前缘型材靠近支撑骨架的一侧面为平面，且该平面上设置有多道定位凸起，该平面上且靠近其上下两侧位置处均一体连接有第一定位板，第一定位板的外侧面与前缘型材的外表面之间形成第一定位部。

7、进一步优化：所述后缘型材采用高性能铝合金材料一体制成，后缘型材的内部为中空结构，且后缘型材的内部设置有多道第二加强筋。

8、进一步优化：所述后缘型材靠近支撑骨架的一侧面为倾斜面，倾斜面上且靠近其上下两侧位置处均一体连接有第二定位板，第二定位板的外侧面与后缘型材的上下外表面之间形成第二定位部。

9、进一步优化：所述支撑骨架包括多个平行且间隔布设的龙骨支架，龙骨支架的两端分别与相对应的前缘型材和后缘型材固定连接；龙骨支架上开设有多个减重槽，两相邻的减重槽之间设置有第三加强筋。

10、进一步优化：所述龙骨支架靠近前缘型材的一端部上开设有定位凹槽，定位凹槽与相对应的定位凸起配合使用；龙骨支架靠近后缘型材的一端部位倾斜面，且倾斜面与后缘型材上的倾斜面相匹配。

11、进一步优化：所述龙骨支架的上下外表面上均开设有多个安装槽，多个龙骨支架上位于同一直线上的安装槽内固定安装有一根龙骨型材，龙骨型材的上端面靠近其两侧位置处分别设置有定位槽。

12、进一步优化：所述龙骨支架上靠近其上下外表面的位置处开设有多个圆形孔，多个龙骨支架上位于同一直线上的圆形孔内固定安装有一根管柱。

13、本发明还提供一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片的制备方法，用于制备上述垂直轴微风发电机用轻量化叶片，该制备方法包括如下步骤：

14、s1、首先设计待生产的垂直轴微风发电机用轻量化叶片的生产图纸，并且确定前缘型材、后缘型材、龙骨型材、龙骨支架；外蒙板、管柱的具体生产图纸；

15、s2、所述前缘型材、后缘型材和龙骨型材根据其生产图纸采用铝合金材料一体制成；

16、s3、龙骨支架和外蒙板根据其生产图纸采用激光切割机高精度切割制造而成；

17、s4、首先根据生产图纸上两相邻龙骨支架之间的间距进行布设龙骨支架，多个龙骨支架为平行布设，然后在多个龙骨支架上位于同一直线上的圆形孔内穿设一根管柱，管柱与龙骨支架之间采用激光焊接机进行焊接固定；

18、s5、然后在多个龙骨支架上位于同一直线上的安装槽内穿设一根龙骨型材，龙骨型材与龙骨支架之间采用激光焊接机进行焊接固定；

19、s6、将前缘型材布设在多个龙骨支架的前侧，且前缘型材上的定位凸起与定位凹槽对接，采用激光焊接机对前缘型材与龙骨支架的连接处进行焊接固定；

20、s7、将后缘型材布设在多个龙骨支架的后侧，且龙骨支架上的倾斜面与后缘型材上的倾斜面对接，然后采用激光焊接机对两者的连接处进行焊接固定；

21、s8、前缘型材与相对应的龙骨型材之间设置有外蒙板；两相邻的龙骨型材之间设置有外蒙板；后缘型材与相对应的龙骨型材之间设置有外蒙板，外蒙板与相对应的前缘型材、龙骨型材和后缘型材固定连接。

22、本发明采用上述技术方案，构思巧妙，结构合理，该垂直轴微风发电机用轻量化叶片整体采用高性能铝合金材料制成，使具有具有高强度和良好的热处理性能，采用高性能铝合金材料制成的该轻量化叶片能够极大地减轻了垂直轴风轮的整体重量，提高了机械强度，提高了产品的精度和一致性，使垂直轴风轮能够实现微风启动，提高了发电量和发电效率，极大的提高了垂直轴风轮的平稳性、安全运行和使用寿命（设计使用寿命在30年以上）。

23、所述该轻量化叶片内各个型材与型材在件采用卡接的方式进行组装，使组装安装方便，组装完成后采用激光焊接的方式对各个连接处进行焊接作业，能够提高其整体结构强度，并外蒙板15的两侧边分别固定安装在相对应的卡槽内，使该轻量化叶片的外表面平整。

24、本发明采用上述技术方案，能够使制备出的该轻量化叶片其机械强度高，几何尺寸精度高；同比玻璃钢材料重量降低70%、强度提高2倍以上、精度提高3-5倍、使用寿命提高5倍以上。

25、下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

技术特征：

1.一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：包括前缘型材（11）和后缘型材（12），前缘型材（11）和后缘型材（12）为间隔布设，前缘型材（11）和后缘型材（12）之间设置有支撑骨架，支撑骨架的外表面上覆盖有外蒙板（15），前缘型材（11）、后缘型材（12）和支撑骨架上均设置有卡槽，外蒙板（15）的两侧边分别固定安装在相对应的卡槽内，外蒙板（15）与支撑骨架为固定连接用于将支撑骨架覆盖在内部。

2.根据权利要求1所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述前缘型材（11）采用高性能铝合金材料一体制成，所述前缘型材（11）的外表为圆弧面，所述前缘型材（11）的内部为中空结构，且前缘型材（11）的内部设置有多道第一加强筋（17）。

3.根据权利要求2所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述前缘型材（11）靠近支撑骨架的一侧面为平面，且该平面上设置有多道定位凸起（18），该平面上且靠近其上下两侧位置处均一体连接有第一定位板（19），第一定位板（19）的外侧面与前缘型材（11）的外表面之间形成第一定位部。

4.根据权利要求3所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述后缘型材（12）采用高性能铝合金材料一体制成，后缘型材（12）的内部为中空结构，且后缘型材（12）的内部设置有多道第二加强筋（20）。

5.根据权利要求4所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述后缘型材（12）靠近支撑骨架的一侧面为倾斜面，倾斜面上且靠近其上下两侧位置处均一体连接有第二定位板（21），第二定位板（21）的外侧面与后缘型材（12）的上下外表面之间形成第二定位部。

6.根据权利要求5所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述支撑骨架包括多个平行且间隔布设的龙骨支架（14），龙骨支架（14）的两端分别与相对应的前缘型材（11）和后缘型材（12）固定连接；龙骨支架（14）上开设有多个减重槽（22），两相邻的减重槽（22）之间设置有第三加强筋。

7.根据权利要求6所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述龙骨支架（14）靠近前缘型材（11）的一端部上开设有定位凹槽（23），定位凹槽（23）与相对应的定位凸起（18）配合使用；龙骨支架（14）靠近后缘型材（12）的一端部位倾斜面，且倾斜面与后缘型材（12）上的倾斜面相匹配。

8.根据权利要求7所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述龙骨支架（14）的上下外表面上均开设有多个安装槽（24），多个龙骨支架（14）上位于同一直线上的安装槽（24）内固定安装有一根龙骨型材（13），龙骨型材（13）的上端面靠近其两侧位置处分别设置有定位槽（25）。

9.根据权利要求8所述的一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：所述龙骨支架（14）上靠近其上下外表面的位置处开设有多个圆形孔（26），多个龙骨支架（14）上位于同一直线上的圆形孔（26）内固定安装有一根管柱（16）。

10.一种垂直轴微风发电机用轻量化叶片的制备方法，用于制备上述权利要求9所述的垂直轴微风发电机用轻量化叶片，其特征在于：该制备方法包括如下步骤：

技术总结
本发明属于风力发电机技术领域，公开了一种垂直轴发电机用轻量化叶片及制备方法，其中垂直轴发电机用轻量化叶片，包括前缘型材和后缘型材，前缘型材和后缘型材为间隔布设，前缘型材和后缘型材之间设置有支撑骨架，支撑骨架的外表面上覆盖有外蒙板，前缘型材、后缘型材和支撑骨架上均设置有卡槽，外蒙板的两侧边分别固定安装在相对应的卡槽内，外蒙板与支撑骨架为固定连接用于将支撑骨架覆盖在内部，本发明对风速要求低，微风环境下即可启动，低风速区域发电量大幅增加，并且具有高强度和良好的热处理性能，整体重量轻，能够提高机械强度，提高了产品的精度和一致性。

技术研发人员：汤善朋
受保护的技术使用者：华创机器人制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16