[发明专利]一种竹制复合材料叶片根部结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机叶片的制造技术，尤其涉及一种竹制复合材料叶片根部结构及其制造方法，同时还涉及叶根螺栓预埋及壳体一次灌注成型的制造方法，其适用于所有水平轴发电机叶片的生产制造。

背景技术

目前，市面上主要存在三类复合材料的风力发电机叶片，分别是不饱和聚酯树脂玻璃钢叶片、环氧树脂玻璃钢叶片和碳纤维玻璃钢叶片。其中，不饱和聚酯树脂玻璃钢叶片，其特点是设计难度大，产品收缩率高，模具不需要加热系统。环氧树脂玻璃钢叶片，其特点是设计中普遍采用，工艺适应性强，模具需要进行加热。碳纤维玻璃钢叶片，其特点是材料成本高，性价比低，设计复杂，模具需要加热。在上述的三类叶片中，环氧树脂玻璃钢叶片约占市场份额的80％左右，在目前生产的叶片中占主导地位。

但是，随着当前竹制复合材料叶片的试验成功，给风力发电机叶片带来了新的技术革命，这种新型的风力发电机(简称“风机”)叶片，根据结构设计优化，竹材料的用量可以占到叶片总重量的30％～80％，因此，可节省大量的玻纤、环氧树脂和芯材的用量，能缓解或避免进口原材料的供应紧张的问题，并能有效保证叶片制造的成本空间，还可以缓解新能源与石油、矿产资源等不可再生资源之间的矛盾，对环境保护方面有着积极的意义。

就该竹制复合材料叶片的设计而言，叶片的叶根是叶片结构设计的重要环节之一，而现有的叶片与轮毂的连接是靠螺栓或螺栓套与其连接实现的，轮毂为连接三个叶片的承载体，因此叶片所受的载荷最终会通过叶根传递到风力发电机组轮毂上，所以叶根是整个叶片结构中受力最大、结构最复杂的部件。

而在实际的生产当中，大部分的叶片都是通过后打孔工艺来实现螺栓和轮毂的连接，这种后打孔工艺存在着很大的风险，在叶片打孔的过程中，打孔机精度出现任何失误，都有可能造成生产的叶片报废。同时，由于后打孔的工艺会造成叶根原有结构层的加工损伤，因此就要求叶根结构设计具有较高的安全系数。由于风机叶片的造价较高(每个叶片造价约在几万到十几万元之间)，一旦报废会带来很大的经济损失。故，研究一种能避免叶片根部出现加工损伤的技术，意义重大。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种竹制复合材料叶片根部结构及其制造方法，能够通过叶片根部预埋螺栓套的方式实现叶片根部螺栓与轮毂的连接，并通过叶片根部的定位工装保证螺栓位置的精度，以保证叶片根部的安全系数。同时，还解决风力发电机叶片壳体内的玻璃纤维与螺栓/螺栓套的连接、以及玻璃纤维与竹制复合材料之间的连接问题，进一步降低叶片的制造成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种竹制复合材料叶片根部结构，包括玻璃纤维、螺栓套和竹材，所述叶片根部结构还包含有经过根部法兰工装定位后预埋在叶片根部的螺栓套，叶片根部壳体内的玻璃纤维与螺栓/螺栓套之间砸压有竹制楔形条、螺栓套上缠绕有纤维丝，螺栓套与螺栓套之间嵌入竹制楔形条，该螺栓套的端部还铺设有泡沫楔形条。

其中，所述根部法兰工装上开设有螺栓孔，用于定位和固定螺栓套。

所述根部法兰工装上开设有能够将其安装到模具上的安装孔，以及还开设有用于定位该根部法兰工装、保证法兰工装位置准确性的定位孔。

所述螺栓套为带内螺纹的钢管，其通过螺栓将该螺栓套连接在根部法兰工装上，所述螺栓孔的周边设有一个半圆槽，用于安放密封圈，该密封圈用以对该螺栓和根部法兰工装之间实施密封。

其中，竹材用于铺设时，进一步用两轴布进行捆绑，以增加竹条与玻璃钢层的结合力。

所述竹制楔形条、泡沫楔形条的断面为斜面接口，且通过黏结剂粘结为一体。

一种竹制复合材料叶片根部结构的制造方法，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；

B、第一铺设过程：包括依次铺设脱模布、铺设外蒙皮层、玻纤布加强层、芯材及长条状竹材；

C、叶片根部结构的定位连接过程，具体为：将带有螺栓套的模具根部定位法兰与模具实施定位连接，通过安装孔将根部定位法兰安装在模具上，同时使根部定位法兰达到设计精度及要求；并根据技术要求将加工好的竹制楔形条砸压在螺栓套之间，使根部达到足够的强度。

步骤C之后进一步包括：

D、第二铺设过程，包括铺设玻纤布加强层和内蒙皮层；

E、灌注及预固化的过程；以及

F、合模后固化的过程。

本发明所提供的竹制复合材料叶片根部结构及其制造方法，具有以下优点：