[发明专利]一种竹纤维增强复合材料的风力发电机叶片及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电设备制造技术，尤其涉及一种竹纤维增强复合材料的风力发电机叶片及制造方法，其适用于所有水平轴风力发电机叶片的生产和制造。

背景技术

当前，风力发电机叶片行业普遍采用纤维增强复合材料，纤维增强复合材料包括增强纤维和基体树脂两部分。其中，增强纤维主要采用玻璃纤维及碳纤维，且以玻璃纤维为主。而基体树脂体系主要有三类：环氧体系、不饱和聚酯树脂体系和乙烯基树脂体系，但主要以环氧树脂体系为主。

图1为现有风力发电机叶片外形示意图，如图1所示，对叶片来说，其根部圆柱形部分称为叶根1，另一端称为叶尖2；叶片有两个侧边，外轮廓圆滑的一边称作前缘3、较尖锐的一边称为后缘4，叶片整体由上壳体5及下壳体6组成，以分模线7来界定上、下壳体。

如图2和图3所示，构成叶片的结构的材料有单向纤维增强复合材料梁8，其包裹在外蒙皮11及内蒙皮12内部，另外在内外蒙皮的内部还具有夹心材料9。现有叶片普遍采用内、外蒙皮的夹心结构，内、外蒙皮采用多轴向玻璃纤维增强复合材料；芯材多用发泡材料，也有使用轻木材料的。其主受力构件采用单向玻璃纤维增强复合材料梁。

主流的风力发电机叶片均采用环氧体系的玻璃纤维增强复合材料，缺点是制造出的叶片重量大，给风力发电机载荷带来不利影响，如，限制风力发电机的发电效率。而且，叶片制造中大量使用玻璃纤维和其他从石油产品得到的原料，都是不可再生的。当叶片废弃后，产生的工业垃圾既难以处理，又不易回收，如若回收也成本较高，不符合国家可持续发展战略。随着发电机容量不断扩大，玻璃纤维已经不能满足结构、载荷的要求，目前可替代的材料只有碳纤维增强复合材料，其适用范围有限，且由于其价格昂贵，难以在业内推广。

而现有采用重组竹材及层级竹材应用于风力发电机叶片的技术，虽然能大幅降低叶片的重量，但目前还存在着制作工艺复杂、材料利用率低，难以批量生产等的技术缺陷。例如：在重组竹材的粗略的加工过程中，将小径竹材直接碾压，不能有效去除竹材当中的竹青、竹黄部分，而该成分会对竹制材料的胶合性及力学性能产生负面影响，降低了竹材中的竹纤维的含量，从而导致材料强度的不足，导致采用该重组竹材或竹层级材的风力发电机叶片的强度降低，很难在大型风力发电机叶片中进行应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种竹纤维增强复合材料风力发电机叶片及制造方法，以提高风力发电机叶片的机械强度和稳定性，并通过改进的制造方法，以风力发电机叶片中铺设竹纤维增强复合材料部分或全部取代传统的玻璃纤维增强复合材料，能够进一步降低叶片的重量，以使其适用于大型风力发电设备，并可提高风力发电机的发电效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种竹纤维增强复合材料的风力发电机叶片，该叶片主要由上半壳、下半壳合模而成，所述上、下半壳之间设有起支撑作用的腹板；该叶片的根部圆柱形部分为叶根、另一端为叶尖；叶片有两个侧边，外轮廓圆滑的一边为前缘，另一边为后缘；该叶片的上半壳或下半壳，或上、下半壳中铺设有竹纤维增强复合材料/板材。

其中，所述竹纤维增强复合材料/板材为横截面/断面呈矩形的长条状。

所述竹纤维增强复合材料/板材，其两端或其中一端呈楔形或劈形，作为铺设时的搭接处。

所述竹纤维增强复合材料/板材在铺设时的搭接处的位置相互错开。

所述的上、下半壳之间起支撑作用的腹板数量为1至3个。

一种竹纤维增强复合材料的风力发电机叶片的制造方法，该方法包括：

A、模具准备的步骤，包括调整模具的地角水平、根部圆直径、合模间隙、错模的操作；

B、依次铺设脱模布、铺设外蒙皮层、玻纤布加强层、竹纤维增强复合材料/板材，以及铺设玻纤布加强层和内蒙皮层的过程；

C、灌注及预固化的过程；

D、合模后固化的过程。

其中，步骤B所述铺设竹纤维增强复合材料的过程，还包括铺设芯材。

其后进一步包括铺设横截面为矩形的长条状的竹纤维增强复合材料的板材。

所述步骤C具体为：在铺层表面铺设有孔隔离膜、导流网、布置抽气管、灌注管，安放进胶座，法兰边粘贴密封胶条，打真空袋膜，形成密闭的真空系统；抽真空保压；再打第二层真空袋膜，插进胶管，准备实施真空导注；待导注完成后，进行预估化；最后，预固化完成时，再检测叶片的固化度Tg值，然后进行叶片撕膜。