[发明专利]一种竹木质风力发电机叶片根部结构设计

说明书

技术领域

本发明涉及一种风力发电机叶片的叶根结构及其制造方法，尤其涉及一种新型的以长条状木材和长条状竹材为主的复合材料风力发电机叶片的叶根结构及其制造方法，它适用于预埋螺栓套风力发电机叶片的生产制造。

背景技术

传统的风力发电机叶片主要为玻璃钢叶片。其价格约占整个风力发电机造价的1/3，原因是其原材料价格昂贵；而且该产品在使用期限结束后很难回收再利用、也不方便处理。而竹木质叶片与之相比其原材料成本降低20％以上。同时，相比传统叶片制造技术，该产品易于回收再利用，且生产过程所带来的碳排放量大大降低，是高性价比、环保、代表低碳经济的新一代叶片技术。

就整个叶片的设计来讲，叶片叶根设计是叶片结构设计的重要环节之一，而叶片与轮毂的连接是靠螺栓套与其连接来实现的，轮毂为连接3只叶片的承载体，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、结构最复杂的部位。

而在实际生产当中较为常见的一种应用于玻璃钢叶片叶根的制造工艺为后打孔工艺。后打孔工艺是一种风电机叶片采用钻孔组装螺栓套的结构成型工艺，即在叶片成型后，用专用钻床和工装在距叶根端面一定距离处叶片根部玻璃钢上钻孔，并嵌入螺栓套，从而实现叶片与轮毂的连接。由于后打孔工艺是在叶片成型之后再进行钻孔，会导致对叶根原有结构层的加工损伤，因此需要叶根结构设计具有较高的安全系数，造成很大的资源浪费和成本的提高。

另一种常见的应用于玻璃钢叶片叶根的制造工艺是螺栓套预埋工艺。螺栓套预埋工艺是一种在叶片壳体进行树脂导入成型之前，在叶片模具叶根位置均匀的放入螺栓套并固定，在树脂导入之后，使螺栓套与叶片其他结构材料粘结为一体，从而实现在不损伤叶片结构层的情况下，将螺栓套与叶片叶根连接在一起，使得叶片能够直接与轮毂连接。该方法完全避免了后打孔工艺对叶片结构层的损伤，使用性能和安全性能更好，而且还会节省某些设备和原材料成本，在一定程度上降低产品价格。

本专利涉及的是一种螺栓套预埋工艺的竹木复合材料风力发电机叶片根部结构设计及制造方法，所以需要考虑如何把螺栓套与叶片壳体内的结构材料相连接。螺栓套与玻璃纤维连接的工艺相对成熟，但如叶片结构材料引入木材和竹材则需要进行特殊的叶根结构设计，以完成螺栓套与木材、木材与竹材之间的连接。本发明解决了竹木质风力发电机叶片壳体内螺栓套与木材和木材与竹材之间的连接问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型竹木质风力发电机叶片叶根结构，通过在结构和材料上的变革，探索出一种更加有利于保护竹木质叶片叶根结构安全性的新型连接结构及其生产制造工艺，包括所述螺栓套与所述长条状木材和所述长条状木材与所述长条状竹材之间的连接方法及其制造工艺。

为了实现上述目的，本发明提供一种风力发电机叶片，所述叶片的壳体在距叶片根部5米内的部分至少包括所述长度方向和/或纤维方向与所述叶片轴线方向平行的所述螺栓套、所述木材和所述竹材，其中所述木材和所述竹材为带有斜接的长条状结构且并排排列，其相邻两根木条和/或竹条的接触面相互平行，以保障所有木材和竹材的纤维方向基本一致，并使其平行于叶片轴线方向，以共同承担叶片载荷；同时，所述螺栓套与所述长条状木材、所述长条状木材与所述长条状竹材之间的连接是全部或部分通过斜接的方式由胶粘剂粘结为一体的；其中所述螺栓套与所述长条状木材之间的斜接方式是指将所述木条一端某一长度切割成楔形面后和带有楔形角度的所述螺栓套的连接；所述长条状木材与所述长条状竹材之间的斜接方式是指将所述木条另一端切割成与所述竹条相同的楔形面后和所述竹条一端相同尺寸的楔形面的连接。

其中所述螺栓套是带有楔形角度的；所述长条状木材和/或所述长条状竹材横截面如果为矩形，则相邻两长条状木材和/或长条状竹材之间的接触面(此处木材不区分上下部分)垂直于叶片壳体外表面。所述长条状木材和/或所述长条状竹材的横截面通常为矩形，但也可根据特殊产品需要设计为梯形、平行四边形或其他类似形状。

使用本发明所述的叶根结构可以采用叶片制造行业普遍采用的真空导入工艺进行叶片叶根和/或叶片壳体的整体成型。需要特别说明的是，在进行叶片叶根和/或叶片壳体的铺层时，所述螺栓套的长度方向和所述单向玻璃纤维、所述木材和/或所述竹材的纤维方向必须平行于叶片的轴线方向，因为叶片在运行过程中，主要的力是从螺栓套向叶尖方向传导，将所述螺栓套的长度方向和所述单向玻璃纤维、所述木材和/或所述竹材的纤维方向平行于叶片的轴线方向，更有利于力的传导，更能有效的保证叶片的安全性。

附图说明