一种提高风力发电效率的叶片及其加工方法与流程

本发明属于风力发电，具体为一种提高风力发电效率的叶片及其加工方法。

背景技术：

1、风力发电叶片是风力发电机组的关键部件之一，其作用是将风能转化为机械能，进而驱动发电机发电，叶片按区域划分为大梁区域、叶根区域、叶尖区域、前缘区域和后缘区域，又划分为ss面(背风面)、ps面(迎风面)。

2、叶片的区域划分主要分为大梁区域、叶根区域、叶尖区域、前缘区域、后缘区域，传统的叶片制造工艺采用的是玻纤布和树脂材料一体灌注工艺，但是叶片在运行过程中，各区域所受到的荷载和磨损程度均不同，传统工艺难以针对不同区域提供个性化的耐磨保护，某些区域可能需要更高的强度来承受荷载，但一体灌注工艺可能无法满足这些区域的强度要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种提高风力发电效率的叶片及其加工方法，解决了传统工艺难以针对不同区域提供个性化的耐磨保护，某些区域可能需要更高的强度来承受荷载，但一体灌注工艺可能无法满足这些区域的强度要求的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种提高风力发电效率的叶片，包括叶根区域，叶根区域的固定连接有大梁区域、前缘区域和后缘区域，大梁区域、前缘区域和后缘区域的固定连接有叶尖区域，大梁区域、前缘区域和后缘区域为一体灌注工艺制成。

4、一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，包括：

5、叶根区域分ss面和ps面两类，采用高强度铝合金锻造工艺进行制造，其与大梁区域、前缘区域和后缘区域的相接处预留拉筋，其与主机连接处锻造连接螺栓，用于与主机相连，叶尖区域分ss面和ps面两类，采用钛合金3d打印技术进行制造，其与大梁区域、前缘区域和后缘区域的相接处预留拉筋；

6、大梁区域、前缘区域和后缘区域分为ss面和ps面两类，分别制造模具，叶根区域和叶尖区域的ss面与大梁区域、前缘区域和后缘区域的ss面模具相接，叶根区域和叶尖区域的ps面与大梁区域、前缘区域和后缘区域ps面模具相接；

7、碳纤布和玻纤布的铺设，将碳纤维布铺设在大梁区域和前缘区域，将玻纤布铺设在后缘区域，大梁区域、前缘区域和后缘区域另外铺设夹芯层；

8、树脂灌注，一次合模进行腹板安装，二次合模进行整体组装；

9、表面处理及喷漆，且喷漆整体采用陶瓷漆工艺。

10、本发明进一步的改进在于，叶根区域以及叶尖区域与大梁区域、前缘区域、后缘区域相接处预留的拉筋长度、分布密度根据叶片长度变化进行调整，具体采用如下公式：

11、拉筋长度变公式：l＝l0+k×l1；

12、其中，l表示拉筋的实际长度，l0表示初始拉筋长度，k表示长度变化系数，l1表示叶片长度的变化量；

13、拉筋密度变公式：ρ＝ρ0+m×p1；

14、其中，ρ表示拉筋的分布密度，ρ0表示初始分布密度，m表示密度变化系数，ρ1表示叶片长度的变化量。

15、本发明进一步的改进在于，碳纤布和玻纤布的铺设层数要求随叶片长度变化进行调整，具体采用如下公式：

16、碳纤布和玻纤布铺设层数变化公式：nc＝nc0+p×n；

17、其中，nc表示碳纤布和玻纤布的实际铺设层数，nc0表示初始碳纤布和玻纤布铺设层数，p表示层数变化系数，n表示叶片长度的变化量。

18、本发明进一步的改进在于，叶根区域和叶尖区域所预留的拉筋延伸至大梁区域、前缘区域和后缘区域的内部，在进行树脂灌注时密封在树脂内部。

19、本发明进一步的改进在于，叶根区域和叶尖区域所预留的拉筋进行螺纹处理。

20、本发明进一步的改进在于，碳纤布和玻纤布采用纵横交错的方式进行铺设，大梁区域与后缘区域的碳纤、玻纤布铺设采用延伸交错的方式进行铺设。

21、本发明进一步的改进在于，以碳纤布和玻纤布铺设层数为基础，在其中间部分铺设夹芯层，夹芯层采用3cmx3cm的巴沙木木块，木块通过胶水与玻纤布相连形成片状。

22、本发明进一步的改进在于，大梁区域、前缘区域和后缘区域的ss面与ps面在铺设碳纤布和玻纤布时四周对夹芯层进行密封，且利用碳纤布或玻纤布对四周进行包裹。

23、本发明进一步的改进在于，一次合模时腹板通过结构胶与ss面或ps面进行组装，二次合模时，ss面与ps面整体通过模具设备进行高温固化合模。

24、本发明至少具有以下有益的技术效果：

25、本发明提供的一种提高风力发电效率的叶片，通过分区设计以应对不同区域的受力、磨损等要求，从而提高负载传递效率，减少能量损失，通过分区设计和一体灌注，可以使叶片的各个部分更好地协同工作，增强整体结构的强度和稳定性。

26、本发明提供的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，通过根据不同区域的需求和特点来分配使用玻纤布和碳纤维增强复合材料，由于前缘区域需要承受较大的冲击力和磨损，大梁区域是叶片的主要承载部分，因此可以优先使用碳纤维增强复合材料，碳纤维具有高强度和高耐磨性，而后缘区域主要承受风的压力和弯曲力，对强度和刚度的要求相对较低，因此使用玻纤布来增强后缘区域的结构强度。

27、进一步，本发明利用铝合金锻造工艺加工叶根区域，这种制造工艺能够使叶根区域具备良好的强度和韧性，承受叶片与轮毂连接部位的巨大应力，同时还具有良好的耐腐蚀性，能够在恶劣的环境下长期使用。

28、进一步，本发明利用钛合金3d打印技术进行叶尖制造，是因为该材料具有高强度和高韧性，能够承受叶片在高速旋转过程中的巨大离心力，同时还具有良好的耐高温性能，能够在高温环境下长期使用。

29、进一步，本发明中采用碳纤维增强复合材料等高强度材料，可减轻叶片重量，降低叶片的转动惯量，从而提高风力发电效率。

1.一种提高风力发电效率的叶片，其特征在于，包括叶根区域(1)，叶根区域(1)的固定连接有大梁区域(3)、前缘区域(5)和后缘区域(4)，大梁区域(3)、前缘区域(5)和后缘区域(4)的固定连接有叶尖区域(2)，大梁区域(3)、前缘区域(5)和后缘区域(4)为一体灌注工艺制成。

2.权利要求1所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，叶根区域(1)以及叶尖区域(2)与大梁区域(3)、前缘区域(5)、后缘区域(4)相接处预留的拉筋长度、分布密度根据叶片长度变化进行调整，具体采用如下公式：

4.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，碳纤布和玻纤布的铺设层数要求随叶片长度变化进行调整，具体采用如下公式：

5.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，叶根区域(1)和叶尖区域(2)所预留的拉筋延伸至大梁区域(3)、前缘区域(5)和后缘区域(4)的内部，在进行树脂灌注时密封在树脂内部。

6.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，叶根区域(1)和叶尖区域(2)所预留的拉筋进行螺纹处理。

7.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，碳纤布和玻纤布采用纵横交错的方式进行铺设，大梁区域(3)与后缘区域(4)的碳纤、玻纤布铺设采用延伸交错的方式进行铺设。

8.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，以碳纤布和玻纤布铺设层数为基础，在其中间部分铺设夹芯层，夹芯层采用3cmx3cm的巴沙木木块，木块通过胶水与玻纤布相连形成片状。

9.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，大梁区域(3)、前缘区域(5)和后缘区域(4)的ss面与ps面在铺设碳纤布和玻纤布时四周对夹芯层进行密封，且利用碳纤布或玻纤布对四周进行包裹。

10.根据权利要求2所述的一种提高风力发电效率的叶片的加工方法，其特征在于，一次合模时腹板通过结构胶与ss面或ps面进行组装，二次合模时，ss面与ps面整体通过模具设备进行高温固化合模。