一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片的制作方法

本实用新型涉及风力发电机叶片，特别指一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片。
背景技术：
：风力发电机作为一种绿色能源有着改善能源结构、经济环保等方面的优势，也是未来能源电力发展的一个趋势。叶轮是风力发电机最重要、最昂贵的部件，单个部件约占整个风力发电机成本的20％，而叶轮的关键则是叶片。风力发电机是一种将风能转化为机械能，再由机械能转化为电能的机组和系统，要获得较大的风力发电功率，其关键在于要具有能轻快旋转的叶片。所以，风力发电机叶片技术是风力发电机组的核心技术。首先，叶片的外形决定了整个机组的空气动力性能，一个具有良好空气动力外形的叶片，可以使机组的能量转换效率更高，获得更多的风能。其次，叶片又承受着很大的载荷(风力和质量力)，自然界中的风况复杂多变，叶片上承载的载荷较复杂，所以对叶片要求必须具有足够的强度和刚度。由此可见，叶片的材料、结构和制作工艺是非常关键的。材料和结构保证叶片的强度和刚度，并且重量要轻，还要有规范、简易的制作工艺和方法，保证能够做出带有符合空气动力学外形的叶片构件，并且有效地降低叶片制作成本。目前，在制作中小型风力发电机叶片中，大多使用木材、合金钢和铝合金、纤维增强复合材料、玻璃钢、碳纤维等复合材料。实践证明，除木材外，其他合金钢和铝合金、玻璃钢、碳纤维等复合材料制成的风力发电机叶片存在着制造工艺复杂，成型工艺繁琐，需要建模，对模型加工和操作的技术条件要求高，价格昂贵，增加了风力发电机制造成本，例如玻璃钢叶片制作是：先加工上下模具，在上下模具上涂脱模剂，再一层一层地粘贴玻璃纤维布，然后放置泡沫芯，再上下合模，加热定型。如合模不好，容易出现涨箱、空穴(缺少树脂)等缺陷。中小型风力发电机主要用户是离网家庭使用，所以，如何减轻叶片重量，延长使用寿命，降低造价成本是今后制作中小型风力发电机中叶片的发展趋势。技术实现要素：本实用新型要解决的技术问题是提供一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片，从选材到加工工艺，达到制作叶片重量轻，使用寿命长，加工制造过程简便，造价更低廉之目的。本实用新型要解决的技术问题由以下结构实现：一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片，主要包括木芯、S-玻璃纤维组成；所述木芯由樟子松板材粘接原料制成；木材选料：精选上好的樟子松板材粘接作原料，要求板材上的每个节子直径小于2cm，裂纹长度不超过10cm；原料先经高压蒸汽干燥处理，要求成品水分小于10％；所述木芯叶片获取各截面叶素数据，计算弦长和安装角等主要参数，然后基于点的坐标的几何变换求出叶片各截面在空间实际位置的三维坐标，最后基于3D建模理论完成叶片计算机3D绘图。发电功率50～5000W风力发电机木芯叶片：外形尺寸长(L)200～2500mm，弦长M为50～300mm，安装角(α)为2°～16°。发电功率5000～20000W风力发电机木芯叶片：外形尺寸长(L)2000～5000mm，弦长(M)为200～1000mm，安装角(α)为2°～16°。其主体翼型截面由机械铣削加工一次成型：首先，根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将原料放置在专用三维数控铣床上，沿长度方向按输入的翼型截面程序放置，通过真空负压吸合在工作台上，先铣削A面，本发明工序可同时加工3～5个叶片；其次，铣削B面：同上，首先，根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将铣削过A面半成品叶片放在凹形A面模具上，通过真空负压吸合在模具上，铣削B面；所述蒙皮，由厚度为δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维布、厚度为δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维组成。经在木芯叶片表面连续缠绕成型，具体如下：a.先在木芯叶片毛坯表面刷保护材料，保护材料由固化剂与环氧树脂按1∶3重量比组成；b.用厚度δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维布按45°方向交叉粘2～3层，叶片根部粘3～4层；c.再用厚度δ＝0.1mm无硷平纹玻璃纤维布连续缠绕叶片粘贴1～2层，每层先刷匀保护材料，保护材料由固化剂与环氧树脂按1∶7重量比组成，在成型过程中，按0°、90°和±45°的方向连续交替铺设玻璃纤维布；然后，将粘好的叶片吊在专用夹具上进行干燥，经干燥后进行修型去掉多余布边，最后用角磨机打磨叶片至光滑为止；所述连接孔，位于叶片根部，其作用通过螺栓将叶片与电动机相连，所述连接孔是用专用钻模制成；本实用新型一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片优点在于：1.叶片重量轻，使用寿命长。由于选用S-径编织物玻璃纤维，可以保证径向纤维处于伸直状态，在受力时不受剪切作用，从而最大限度发挥增强纤维的效能；而且在成型过程中，玻璃纤维按0°、90°和±45°方向交替连续缠绕，可承受扭矩和剪力，更增强了叶片强度和刚度，保证布层在运行时不开裂，叶片运行平稳，实验证明，其强度和刚度比聚苯乙稀叶片高；2.成型容易。加工制造过程简便，投资小，节省制模复杂工序和时间，与玻璃钢叶片制作工艺相比，本发明减少上下模具的建模、制模、涂脱模剂、一层层粘贴玻璃纤维布、安装泡沫芯、上下合模、加热定型等工序，大大减少各种工装设备及投资，加快叶片制作工期，提高生产率；3.采用数控铣床按翼型截面一次加工成型，成型效率高，易于保证产品质量，废品率低，造价低廉，有效地降低风力发电机制作成本；4.玻璃纤维(GF)是风机叶片上广泛使用的增强材料。本发明采用S-玻璃纤维，成本较低，与现有树脂匹配良好，工艺成熟，经过改进的S-玻璃纤维比E-玻璃纤维有更高的强度和模量，具有良好的发展前景；5.木芯叶片是易于回收的环保型材料，与聚氨酯芯、聚苯乙稀芯相比，不产生污染，是大批量产业化生产最为环保的材料；6.本实用新型可在50W～20000W各种中小型风力发电机叶片制作中应用。附图说明图1一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片主视图。图2一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片侧视图。图3一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片截面翼形示意图。图4木芯玻璃纤维叶片结构示意图(图中F-F为A和B面分界面)。图5一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片安装角示意图。图例说明1木芯叶片2蒙皮3连接孔4根部V来流速度α安装角θ攻角dL升力dD阻力d合力Ω叶轮轴P叶轮旋转平面具体实施方式为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图对本实用新型做一详细阐述，以使本实用新型的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为明确的界定。如图1、图2、图4所示，本实用新型要解决的技术问题由以下结构实现：一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片，主要由木芯叶片1、蒙皮2组成。所述木芯叶片1由樟子松板材粘接原料制成。木材选料：精选上好的樟子松板材粘接作原料，要求板材上的每个节子直径小于2cm，裂纹长度不超过10cm；原料先经高压蒸汽干燥处理，要求成品水分小于10％；以5000W风力发电机木芯叶片为例，如图3、图5和表1-表6所示，木芯叶片为翼型叶片，所述木芯叶片获取各截面叶素数据，计算弦长和安装角等主要参数，然后基于点的坐标的几何变换求出叶片各截面在空间实际位置的三维坐标，最后基于3D建模理论完成叶片计算机3D绘图。其主体A-A、B-B、C-C、D-D、E-E各翼型截面尺寸如下表所列，由数控机床一次铣削加工成型：表5表6截面A-AB-BC-CD-DE-E弦长(M)125170205241280安装角(α)2°4°7°8.6°10.5°首先，铣削木芯叶片1的A面：根据图3所示设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将原料放置在专用三维数控铣床上，沿长度方向按输入的翼型面程序放置，通过真空负压吸合在工作台上，先铣削A面，本发明工序可同时加工3～5个叶片；其次，铣削木芯叶片1的B面：同上，首先，根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将铣削过A面半成品叶片放在凹形A面模具上，通过真空负压吸合在模具上，铣削B面；所述蒙皮2，由厚度为δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维布、厚度为δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维布组成。经在木芯叶片表面连续缠绕成型，具体如下：a.先在木芯叶片1毛坯表面刷保护材料，保护材料由固化剂与环氧树脂按1∶3重量比组成；b.用厚度δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维布按45°方向交叉粘2层，叶片根部4粘3层；c.再用厚度δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维布连续缠绕叶片粘贴1～2层，每层先刷匀保护材料，保护材料由固化剂与环氧树脂按1∶7重量比组成，在成型过程中，按0°、90°和±45°的方向连续交替铺设玻璃纤维布；然后，将粘好的叶片吊在专用夹具上进行干燥，经干燥后进行修型去掉多余布边，最后用角磨机打磨叶片至光滑为止；再喷双组份环氧白漆并干燥。如图1所示，所述连接孔3：位于叶片根部4，并用专用钻模钻制。当前第1页1 2 3