风力发电机叶片半模涂胶机的设计

蔺吉顺， 陈 伟， 王 晶， 廉吉德

（1.内蒙古民族大学机械工程学院，内蒙古 通辽 028000；2.康迪泰克大洋管件（长春）有限公司，吉林 长春 130011；3.吉林东光友成机工有限公司，吉林 长春 130022；4.长春东煤高技术股份有限公司，吉林 长春 130012）

引言

风力发电机由叶片、转子和定子等部件构成，安装在高架上面，在风力的带动下转动而发电［1－3］。目前常见的风力发电机的叶片长达40～55m，是由玻璃纤维或碳纤维与树脂在模具上成型。一般来说，叶片的面模具有两片，分别为成型叶片的一半，再把两个半模合在一起，成为整个叶片［4］。在两个半模合并之前，要在两个半模的叶片边缘涂抹黏合剂，用的较多的是环氧树脂。由于环氧树脂黏度较大，加之半模的边缘又窄又长，且多弯曲，目前还没有适用的涂胶机具，只能由人手工涂胶。手工涂胶的工人一手端起盛胶的托板，另一手用刮板把树脂堆放在半模的边缘上，并且用刮板把树脂堆抹成断面为三角形的胶棱，合模以后树脂即可把两半叶片黏合在一起［5－6］。显然，这种手工操作的效率很低，所配制的树脂也必须具有较长的凝固时间，整个成型的过程都会相应延长，而且树脂中的挥发物还会增加，对作业环境造成一定的不良影响。此外，手工操作的劳动强度也比较大，尽管成型车间的温度很高，操作者也必须佩带口罩，十分艰苦。手工操作的涂胶量也很难掌握，多则浪费，少则降低产品质量，对操作者的经验和技能要求较高。

1 设计思路

本设计的目的是提供一种可替代手工劳动进行风力发电机叶片半模的涂胶作业，且效率高、质量好，可大幅缩短合模工时，减轻环境污染的风力发电机叶片半模涂胶机。

上述目的是由以下技术方案实现的：研制一种风力发电机叶片半模涂胶机，其特点是在一个拖架上安装一个盛胶桶，盛胶桶下端设有排胶口，排胶口的下面设有抹胶板，在排胶口的上方设有排胶叶轮，排胶桶内的中上部配有与桶内壁配合的活塞，活塞上面的活塞杆上端与杠杆的小端相铰连，杠杆的支点铰连在立柱上，立柱安装在拖架上，杠杆的大端前伸且设有牵拉的手柄，拖架两侧安装有两个行走轮，两个行走轮的间距与叶片半模需要涂胶的边缘相配合，行走轮的轴端装有链轮，且与盛胶桶下部排胶叶轮的轮轴上的链轮通过链条相传动。其中盛胶桶上中部为圆筒，下部为小端向下的锥形筒，且下部外侧设有灌胶口，灌胶口上设有密封盖。立柱的高度超过杠杆的支点，其上部通过拉簧与杠杆大端相拉。其中行走轮的间距可调，拉簧设有长度可变的调压杆，活塞杆上端通过销轴与杠杆的长孔相铰连。所述抹胶板有两片刮板，固定在排胶口下方两侧，且后延伸，延伸段两片刮板上边对接呈三角边。

2 设计基本方法和步骤

风力发电机叶片半模涂胶机的结构如图1所示，这里所说的半模包括模具及上面成型的半片叶片。所述半模涂胶机有一个拖架，拖架上安装一个盛胶桶，盛胶桶的水平断面可以是多种形状，最好为圆形。盛胶桶上中部为圆筒，下部为小端向下的锥形筒。盛胶桶下端设有排胶口，排胶口的下面设有抹胶板，在排胶口的上方设有排胶叶轮，盛胶桶的内中上部配有与桶内壁配合的活塞，活塞上面的活塞杆上端与杠杆的小端相铰连，杠杆的支点铰连在立柱上，立柱安装在拖架上，杠杆的大端前伸且设有手柄。拖架两侧安装有两个行走轮，两个行走轮的间距与叶片半模需要涂胶的边缘相配合，行走轮的轴端装有链轮，且与盛胶桶下部排胶叶轮的轮轴上的链轮通过链条相传动。

图1 风力发电机叶片半模涂胶机结构示意图

工作时，把树脂装入盛胶桶，把两个行走轮卡在风力发电机叶片半模的边缘上，由人牵拉杠杆大端的手柄即可行走，同时杠杆在上拉的过程中，其小端即可对活塞施加向下的压力，通过活塞向下推压树脂，下面的排胶叶轮进一步向下搅动，使树脂强制排出。随后被抹胶板堆放在半模边缘上。

这里的行走轮的间距应与半模需要涂胶的边缘的平台宽度相一致。最好采用间距可调的行走轮，根据需要调整行走轮的间距。活塞杆上端与杠杆小端的连接方式可有多种，图中介绍的是通过销轴与杠杆小端的长孔相铰连。

如图2抹胶板结构示意图所示，这里的抹胶板有两片刮板，固定在排胶口下方两侧，且向后延伸，向后延伸段两片刮板上边对接呈三角边。这样，排出的树脂经过抹胶板即如图3排胶状态图所示堆放在半模边缘的平台上面，形成断面为三角形的树脂胶条。盛胶桶填装树脂的方式也有多种，例如拉出桶内的活塞，即可从上口向内填装，装完后再把活塞装回桶内即可。为了更加方便，推荐在盛胶桶的下部外侧设灌胶口，灌胶口上设密封盖。打开密封盖，即可向桶内灌装树脂，然后关闭密封盖，即可作业。

图2 抹胶板结构示意图

图3 排胶状态图

为了加大杠杆对活塞的作用力，支撑杠杆的立柱高度超过杠杆的支点，立柱上部通过拉簧与杠杆大端相拉。这样，不仅可以通过提拉杠杆对活塞施加向下的压力，还可以通过拉簧加大杠杆大端向上的力矩，从而加大小端对活塞向下的压力。由于树脂的粘度等相关物理性状会有变化，活塞的压力需求会随之变化，因而活塞的压力调解范围要尽可能大。调整活塞压力的方式很多，可以通过操作者提拉杠杆来调整，或者改变拉簧的拉力等。本例推荐采用长度可变的调压杆，把调压杆连接在拉簧上，通过调整调压杆的长度改变活塞的压力。本文介绍的是一种最简单的调压杆，有两段螺杆与一段螺管相配合，转动螺管即可改变螺杆的距离，改变调压杆的长度。

3 结语

本文设计了一种风力发电机叶片合模工具，即风力发电机叶片半模涂胶机。该机器在一个拖架上安装一个盛胶桶，盛胶桶下端设有排胶口，排胶口的下面设有抹胶板，在排胶口的上方设有排胶叶轮，把树脂装在桶内，由人牵拉，即可沿半模边缘行走，同时把树脂强制排出，可代替大部分人力，效率高，质量好，可减少污染，可在行业中普遍推广。

［1］ 刘伟亮.锥形永磁同步风力发电机的研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012：1－17.

［2］ 郭旭东.离网型双馈风力发电系统控制策略研究［D］.长沙：中南大学，2013：2－7.

［3］ 葛俊旭.兆瓦级垂直轴风力发电机组的关键技术研究［D］.杭州：浙江大学，2010：12－21.

［4］ 潘艺，周鹏展，王进.风力发电机叶片技术发展概述［J］.湖南工业大学学报，2007，21（3）：48－51.

［5］ 朱蕾.复合材料风力发电机叶片结构优化设计［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007：48－53.

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