CN104832352A - 大功率水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

大功率水平轴海流能发电机的叶片，其金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定第一割网刀，金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根为与海流能发电机的轮毂连接的法兰或者螺纹孔，金属大梁的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，金属大梁的外侧面粘接外蒙皮，金属大梁的内侧面粘接内蒙皮，金属大梁的前侧面、后侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，叶片的旋转方向一侧粘接前缘金属包片，叶片表面喷涂防污涂料；优点：可以对抗潮流载荷冲击、高强度、高刚性、抗砂砾碰撞摩擦、耐磨损、叶尖耐气蚀、防渔网缠绕、防海洋生物附着。

Description

大功率水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法，该叶片适合于大功率的水平轴海流能发电机使用。

背景技术

海流能是一种清洁可再生能源，我国海流能储量丰富，其开发利用潜力巨大。相对波浪而言，海流能的变化平稳且有规律，具有能量密度大，规律性强，蕴藏量大等优点。海流能发电机将海流能转化为电能，供用户使用，叶片作为捕获海流能量的第一级机构，是海流能发电机的重要部件，其结构设计，材料选择直接影响能量捕获效率，以及机组能否长期稳定运行。

目前海流能领域的研究热点主要集中在以下方面:(1)海流机叶片的水动力设计方法；(2)叶片可调距机构的设计；(3)安装与支撑方式的设计研究；(4)叶片气蚀的研究和抑制；(5)机组布局的研究；(6)海流能发电装置新概念的设计。

对于小功率水平轴海流能发电机的叶片，叶片尺寸较小，可以直接用多轴联动机床一体加工，而对于大功率水平轴海流能发电机的叶片，叶片尺寸较长，无法采用多轴联动机床一体加工。现有的较大功率水平轴海流能发电机的叶片，有的使用与传统的水平轴风力发电机叶片类似的叶片，其制造工艺方法和传统的水平轴风力发电机叶片一样，整体是用玻璃钢制造的，玻璃钢拉伸弹性模量是19.71GPa，弹性模量较低，比钢材差10倍，由于海水的密度是空气的一千多倍，因此海流能发电机的叶片受到的载荷冲击大，这种叶片在海流能使用中容易出现严重的叶片挥舞和振摆问题，甚至发生弯折或折断的情况；

有的采用青铜材料、或者不锈钢、或者合金钢制造叶片，叶片是实心的，重量大，并且，因为大功率海流能发电机的叶片较长，青铜材料的叶片存在自身强度不足的问题，而且，也没有足够大的机床进行叶片整体加工，只能进行手工打磨，手工打磨非常费工，且精度不够，而且自身重量非常大，成本也很高。

许多海流能源丰富的海域含沙量高，例如中国舟山近海海域。传统的风力发电机复合材料叶片表面硬度低，在叶片运转过程中，受到砂砾碰撞、摩擦，极易产生凹痕或划伤。另外，水下环境中叶尖部分转速快，易产生气蚀，导致叶尖部分更易产生损伤。

另外，在海洋运行环境中，必须面对悬浮渔网绞缠的问题，海流能发电机组若无自保护措施，被渔网缠绕，将发生机组卡死，无法正常运转，甚至导致整个机组毁坏的情况。此外，不同于大气环境，海洋附着物也是必须考虑的问题，细菌、藻类，生物幼虫等的生长会导致叶片加速腐蚀损坏。

发明内容

本发明针对现有技术中的上述不足，提供一种可以对抗潮流载荷冲击、高强度、高刚性、抗砂砾碰撞摩擦、耐磨损、叶尖耐气蚀、防渔网缠绕、防海洋生物附着的大功率水平轴海流能发电机的叶片及其制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

大功率水平轴海流能发电机的叶片，包括空心的金属大梁，金属大梁自上而下逐渐变宽，金属大梁上间隔焊接有数个加强刚度的水平腹板，所述金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，按照横截面的前后次序，金属大梁的刚度依次增加，但加工工艺难度依次增加；金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定有第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，金属叶尖上再焊接第一割网刀，所述金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，金属叶根为与海流能发电机的轮毂连接的法兰或者螺纹孔；金属大梁包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位、金属大梁与金属叶根的焊接部位的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，第一混合树脂由热固性树脂与弹性体树脂配比而成，包裹第一纤维布可以增大在金属大梁外侧涂抹粘接剂的使用面积并提高粘接剂的粘接力；

包裹有第一纤维布(涂抹或浸润有第一混合树脂)之后，在金属大梁的外侧面粘接外蒙皮，金属大梁的内侧面粘接内蒙皮，金属大梁的前侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，金属大梁的后侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，泡沫填芯与金属大梁、外蒙皮、内蒙皮之间粘接，外蒙皮与内蒙皮的前端和后端的连接部位也粘接，位于金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，第二割网刀的刀刃外露于外蒙皮和内蒙皮，第一割网刀和第二割网刀均设置在叶片的旋转方向一侧，用于割断海底缠绕的渔网；所述叶片的旋转方向一侧粘接有提高叶片刚性和韧性的前缘金属包片，前缘金属包片嵌设在位于外蒙皮和内蒙皮前端的空缺部位，前缘金属包片可以减少潮水中砂砾撞击摩擦对叶片的损坏；叶片表面喷涂有防止海洋生物附着的防污涂料；

所述金属大梁采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材焊接而成，所述金属叶尖采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料，所述金属叶根采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料，所述第一割网刀和第二割网刀采用不锈钢、钛合金或其它高刚度的金属材料，所述前缘金属包片采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；

所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述外蒙皮和内蒙皮由经过热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂合模加压成型，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合，所述泡沫填芯采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合。

作为优选的一种方案，所述金属大梁采用横截面为型或型的金属大梁，型和型的金属大梁向两侧伸出肋边，可以增加叶片旋转时的扭曲刚度和弯曲刚度，进而改善叶片运行时扭转、弯曲、挥舞的问题，型金属大梁的外侧面和内侧面之间固定有连接板，可以增加金属大梁的刚度。

进一步，所述前缘金属包片的外缘与外蒙皮和内蒙皮的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。

进一步，所述第二割网刀的长度大于第一割网刀的长度，第一割网刀和第二割网刀的刀刃倾斜设置，第一割网刀的尾部为宽型，以增加和金属叶尖的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部为宽型，以增加和泡沫填芯的接触面积改善受力。

进一步，如若金属叶尖与第一割网刀焊接，金属叶尖与第一割网刀的焊接部位也可以经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。

大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，包括以下步骤：

(1)制造大梁总成，金属大梁为空心结构，金属大梁上间隔焊接数个水平腹板以加强刚度，金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀可以采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，然后再在金属叶尖上焊接第一割网刀；在金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，四轴联动机床具有空间上的四个自由度，可以一体加工出金属叶尖或者金属叶根；焊接有金属叶尖和金属叶根的金属大梁构成大梁总成；

所述金属大梁由不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材热扎、锻压、焊接而成，所述金属叶尖采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料制造而成，所述金属叶根采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料制造而成；

(2)在第一纤维布表面涂抹由热固性树脂与弹性体树脂配比的第一混合树脂，或者将第一纤维布通过该第一混合树脂进行浸润处理，在大梁总成的金属大梁包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位、金属大梁与金属叶根的焊接部位的外侧包裹该第一纤维布一圈至数圈并加热固化，其目的是，在包裹有第一纤维布的金属大梁的外侧涂抹粘接剂，可以增大粘接剂的使用面积，方便与下述的外蒙皮、内蒙皮有大接触面积粘接，另外，和直接在金属大梁的外侧涂抹粘接剂相比，在包裹有第一纤维布的金属大梁上涂抹粘接剂，后者粘接剂的粘接力更大；

所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合；

(3)制造外蒙皮和内蒙皮，在第二纤维布表面涂抹由热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂，或将第二纤维布通过该第二混合树脂进行浸润处理，之后将第二纤维布进行叠层铺设，之后将叠层铺设的第二纤维布通过外蒙皮和内蒙皮的模具合模加压成型，之后冷却环节待第二混合树脂固化后可以脱模，由此形成玻璃钢材质的外蒙皮和内蒙皮，外蒙皮和内蒙皮的前端留有嵌设前缘金属包片的空缺部位；

所述第二纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合；

(4)通过模具将泡沫填芯发泡成型，泡沫填芯采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合；

(5)按尺寸剪好前缘金属包片，前缘金属包片采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；

(6)叶片安装环节：在外蒙皮内侧涂上粘接剂，把包裹好第一纤维布的金属大梁置于外蒙皮上，金属大梁的外侧面与外蒙皮粘接接触；把泡沫填芯涂上粘接剂放在金属大梁的前后，金属大梁的前侧面与泡沫填芯粘接接触，金属大梁的后侧面与泡沫填芯粘接接触，泡沫填芯的外侧面与外蒙皮粘接接触；在位于金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，第二割网刀的根部插入泡沫填芯内，第二割网刀的刀刃外露于外蒙皮；在内蒙皮内侧涂上粘接剂，将内蒙皮覆盖到金属大梁和泡沫填芯上，金属大梁的内侧面与内蒙皮粘接接触，泡沫填芯的内侧面与内蒙皮粘接接触，外蒙皮与内蒙皮在前端和后端的连接部位粘接接触；之后在外蒙皮和内蒙皮前端的空缺部位上涂上粘接剂，粘接上前缘金属包片。

(7)在步骤(6)制造好的叶片表面喷涂防污涂料，以防止海洋生物附着，单个叶片制造完毕。

作为优选的一种方案：所述金属大梁采用横截面为型或型的金属大梁，型和型的金属大梁向两侧伸出肋边，可以增加叶片旋转时的扭曲刚度和弯曲刚度，进而改善叶片运行时扭转、弯曲、挥舞的问题，型金属大梁的外侧面和内侧面之间固定有连接板，可以增加金属大梁的刚度。

进一步，所述前缘金属包片的外缘与外蒙皮和内蒙皮的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。

进一步，所述第二割网刀的长度大于第一割网刀的长度，第一割网刀和第二割网刀的刀刃倾斜设置，第一割网刀的尾部为宽型，以增加和金属叶尖的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部为宽型，以增加和泡沫填芯的接触面积改善受力。

进一步，如若金属叶尖与第一割网刀焊接，金属叶尖与第一割网刀的焊接部位也可以经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。

本发明的有益效果是：叶片内嵌设空心的金属大梁，在保证质量轻的情况下，提高叶片的强度和刚度，增加叶片的抗弯曲、抗扭转能力；大功率水平轴海流能发电机的叶片较长，因此采用金属叶尖、金属大梁、金属叶根分别制造的方法，再将三者焊接成型，金属叶尖和金属叶根的体积较小，可以分别采用四轴联动机床一体制造；叶根用金属材料，并与金属大梁焊接，能有力的提高叶片根部的受力承载能力；叶尖用金属材料，并与金属大梁焊接，能有效地增强叶尖刚度、防止气蚀、砂砾划伤、海洋生物附着；叶体前端嵌设前缘金属包片，叶片旋转时前缘金属包片打向海流，高刚度、高韧性的特点能减少潮水中砂砾撞击摩擦对叶体的损坏；金属大梁上包裹固化有经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，包裹第一纤维布可以提高在金属大梁外侧涂抹粘接剂后的粘接力；叶体内金属大梁的外侧面粘接玻璃钢材质的外蒙皮，金属材料的内侧面粘接玻璃钢材质的内蒙皮，金属大梁的前后侧和外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，外蒙皮、内蒙皮和泡沫填芯为复合材料，使得叶片重量轻、强度大；含有复合材料(外蒙皮、内蒙皮和泡沫填芯)的叶片有较大阻尼，能够有效地吸收叶片受到的振动与冲击，使叶片能够适应潮水流速的变化波动；含有复合材料(外蒙皮、内蒙皮和泡沫填芯)的叶片有足够的精度，制造容易且成本低；金属叶尖上固定第一割网刀，金属叶尖可以和第一割网刀通过四轴联动机床一体制造，也可以将金属叶尖用四轴联动机床一体制造，再在金属叶尖上焊接第一割网刀，位于叶尖处的第一割网刀和位于叶根处的第二割网刀可以割断海底缠绕的渔网；叶片表面喷涂防污涂料，可以防止海洋生物附着。

附图说明

图1为本发明大功率水平轴海流能发电机的叶片的实施例一的结构图；

图2为本发明大功率水平轴海流能发电机的叶片的实施例二的结构图；

图3为本发明实施例一的A-A剖面图；

图4为本发明实施例二的B-B剖面图；

图5为本发明实施例一和实施例二的叶片安装环节的过程图；

图6为采用本发明实施例一的叶片的大功率水平轴潮流能发电机的结构图；

图7为本发明实施例三的金属大梁的横截面图；

图8为采用本发明实施例三的金属大梁的叶片结构图；

图9为本发明实施例四的金属大梁的横截面图；

图10为采用本发明实施例四的金属大梁的叶片结构图；

图11为本发明实施例五的金属大梁的横截面图；

图12为采用本发明实施例五的金属大梁的叶片结构图；

图13为本发明实施例一至实施例五的第一割网刀的主视图；

图14为本发明实施例一至实施例五的第一割网刀的左视图；

图15为本发明实施例一至实施例五的第二割网刀的主视图；

图16为本发明实施例一至实施例五的第二割网刀的左视图；

附图标号：10-金属大梁；101-外侧面；102-内侧面；103-前侧面；104-后侧面；105-水平腹板；106-上焊缝；107-下焊缝；108-肋边；109-连接板；11-金属叶尖；12-第一割网刀；121-第一割网刀的刀刃；122-第一割网刀的尾部；13-金属叶根；131-光孔；132-法兰盘；132a-螺栓孔；133-螺纹孔；20-外蒙皮；201-空缺部位；30-内蒙皮；40-泡沫填芯；50-第二割网刀；501-第二割网刀的刀刃；502-第二割网刀的尾部；60-前缘金属包片；70-叶片；80-轮毂；90-传动及发电系统。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例一

参照图1、图3、图5、图6、图13-16：大功率水平轴海流能发电机的叶片，包括空心的金属大梁10，金属大梁10自上而下逐渐变宽，金属大梁10上间隔焊接有数个加强刚度的水平腹板105，所述金属大梁10的横截面呈型，金属大梁10的顶端焊接金属叶尖11，金属叶尖11上固定有第一割网刀12，金属叶尖11和第一割网刀12采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖11采用四轴联动机床一体制造，金属叶尖11上再焊接第一割网刀12，所述金属大梁10的底端焊接金属叶根13，金属叶根13采用四轴联动机床一体制造，金属叶根13为与海流能发电机的轮毂80连接的法兰，法兰包括光孔131以及位于光孔131下端与光孔131一体连接的法兰盘132，法兰盘132上具有螺栓孔132a；金属大梁10包括金属大梁10与金属叶尖11的焊接部位、金属大梁10与金属叶根13的焊接部位的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，第一混合树脂由热固性树脂与弹性体树脂配比而成，包裹第一纤维布可以增大在金属大梁外侧涂抹粘接剂的使用面积并提高粘接剂的粘接力；图1中，金属大梁10与金属叶尖11的焊接部位构成上焊缝106，金属大梁10与金属叶根13的焊接部位构成下焊缝107；

图6为采用本实施例的叶片的大功率水平轴潮流能发电机的结构图，该大功率水平轴潮流能发电机包括叶片70、轮毂80、传动及发电系统90，叶片70上的法兰盘132与轮毂80上的轮毂法兰盘通过螺栓固定连接，轮毂可80转动地连接在传动及发电系统90的前端；

包裹有第一纤维布(涂抹或浸润有第一混合树脂)之后，在金属大梁10的外侧面101粘接外蒙皮20，金属大梁10的内侧面102粘接内蒙皮30，金属大梁10的前侧面103与外蒙皮20、内蒙皮30之间填置泡沫填芯40，金属大梁10的后侧面104与外蒙皮20、内蒙皮30之间填置泡沫填芯40，泡沫填芯40与金属大梁10、外蒙皮20、内蒙皮30之间粘接，外蒙皮20与内蒙皮30的前端和后端的连接部位也粘接，位于金属大梁10下端的泡沫填芯40上插设第二割网刀50，第二割网刀的刀刃501外露于外蒙皮20和内蒙皮30，第一割网刀12和第二割网刀50均设置在叶片的旋转方向一侧，叶片旋转时可以割断海底缠绕的渔网；所述叶片的旋转方向一侧粘接有提高叶片刚性和韧性的前缘金属包片60，前缘金属包片60嵌设在位于外蒙皮20和内蒙皮30前端的空缺部位201，前缘金属包片60可以减少潮水中砂砾撞击摩擦对叶片的损坏；叶片表面喷涂有防止海洋生物附着的防污涂料；

所述金属大梁10采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材焊接而成，所述金属叶尖11采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料，所述金属叶根13采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料，所述第一割网刀12和第二割网刀50采用不锈钢、钛合金或其它高刚度的金属材料，所述前缘金属包片60采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；

所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述外蒙皮20和内蒙皮30由经过热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂合模加压成型，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合，所述泡沫填芯40采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合。

所述前缘金属包片60的外缘与外蒙皮20和内蒙皮30的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。

所述第二割网刀50的长度大于第一割网刀12的长度，第一割网刀的刀刃121和第二割网刀的刀刃501倾斜设置，第一割网刀的尾部122为宽型，以增加和金属叶尖11的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部502为宽型，以增加和泡沫填芯40的接触面积改善受力。

如若金属叶尖11与第一割网刀12焊接，金属叶尖11与第一割网刀12的焊接部位也可以经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。

本发明中，所述金属大梁与金属叶尖的焊接部位(上焊缝)也要包裹经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，之后金属大梁与金属叶尖的焊接部位(上焊缝)要涂上粘结剂，粘上外蒙皮和内蒙皮，金属大梁与金属叶根的焊接部位(下焊缝)也要包裹经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，之后金属大梁与金属叶根的焊接部位(下焊缝)要涂上粘结剂，粘上外蒙皮和内蒙皮。本发明中，金属叶尖和金属叶根是外露的(不粘接外蒙皮、内蒙皮)，但金属大梁与金属叶尖的焊接部位(上焊缝)，金属大梁与金属叶根的焊接部位(下焊缝)是要包裹第一纤维布并粘接外蒙皮、内蒙皮的。

上述大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，包括以下步骤：

(1)制造大梁总成，金属大梁10为空心结构，金属大梁10上间隔焊接数个水平腹板105以加强刚度，金属大梁10的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，金属大梁10的顶端焊接金属叶尖11，金属叶尖上固定第一割网刀12，金属叶尖11和第一割网刀12可以采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖11采用四轴联动机床一体制造，然后再在金属叶尖11上焊接第一割网刀12；在金属大梁10的底端焊接金属叶根13，金属叶根13采用四轴联动机床一体制造，四轴联动机床具有空间上的四个自由度，可以一体加工出金属叶尖11或者金属叶根13；焊接有金属叶尖11和金属叶根13的金属大梁构成大梁总成；

所述金属大梁10由不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材热扎、锻压、焊接而成，所述金属叶尖11采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料制造而成，所述金属叶根13采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料制造而成；

(2)在第一纤维布表面涂抹由热固性树脂与弹性体树脂配比的第一混合树脂，或者将第一纤维布通过该第一混合树脂进行浸润处理，在大梁总成的金属大梁10包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位(上焊缝)、金属大梁与金属叶根的焊接部位(下焊缝)的外侧包裹该第一纤维布一圈至数圈并加热固化，其目的是，在包裹有第一纤维布的金属大梁的外侧涂抹粘接剂，可以增大粘接剂的使用面积，方便与下述的外蒙皮20、内蒙皮30有大接触面积粘接，另外，和直接在金属大梁的外侧涂抹粘接剂相比，在包裹有第一纤维布的金属大梁上涂抹粘接剂，后者粘接剂的粘接力更大，此外，金属大梁10和外蒙皮20、内蒙皮30都是钢性的，存在很多空隙，而第一纤维布是软性的，能填充这些空隙；

所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合；

(3)制造外蒙皮20和内蒙皮30，在第二纤维布表面涂抹由热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂，或将第二纤维布通过该第二混合树脂进行浸润处理，之后将第二纤维布进行叠层铺设，之后将叠层铺设的第二纤维布通过外蒙皮20和内蒙皮30的模具合模加压成型，之后冷却环节待第二混合树脂固化后可以脱模，由此形成玻璃钢材质的外蒙皮20和内蒙皮30，外蒙皮20和内蒙皮30的前端留有嵌设前缘金属包片60的空缺部位201；

所述第二纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合；

(4)通过模具将泡沫填芯40发泡成型，泡沫填芯40采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合；

(5)按尺寸剪好前缘金属包片60，前缘金属包片60采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；

(6)叶片安装环节：在外蒙皮20内侧涂上粘接剂，把包裹好第一纤维布的金属大梁10置于外蒙皮20上，金属大梁10的外侧面101与外蒙皮20粘接接触；把泡沫填芯40涂上粘接剂放在金属大梁10的前后，金属大梁10的前侧面103与泡沫填芯40粘接接触，金属大梁10的后侧面104与泡沫填芯40粘接接触，泡沫填芯40的外侧面与外蒙皮20粘接接触；在位于金属大梁10下端的泡沫填芯40上插设第二割网刀50，第二割网刀50的根部插入泡沫填芯40内，第二割网刀的刀刃501外露于外蒙皮20；在内蒙皮30内侧涂上粘接剂，将内蒙皮30覆盖到金属大梁10和泡沫填芯40上，金属大梁10的内侧面与内蒙皮30粘接接触，泡沫填芯40的内侧面与内蒙皮30粘接接触，外蒙皮20与内蒙皮30在前端和后端的连接部位粘接接触；之后在外蒙皮20和内蒙皮30前端的空缺部位201上涂上粘接剂，粘接上前缘金属包片60。

(7)在步骤(6)制造好的叶片表面喷涂防污涂料，以防止海洋生物附着，单个叶片制造完毕。

上述大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法中，所述前缘金属包片60的外缘与外蒙皮20和内蒙皮30的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。

所述第二割网刀50的长度大于第一割网刀12的长度，第一割网刀的刀刃121和第二割网刀的刀刃501倾斜设置，第一割网刀的尾部122为宽型，以增加和金属叶尖11的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部502为宽型，以增加和泡沫填芯40的接触面积改善受力。

如若金属叶尖11与第一割网刀12焊接，金属叶尖11与第一割网刀12的焊接部位也可以经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。

实施例二

参照图2、图4、图5、图13-16：本实施例也采用横截面呈型的金属大梁10，本实施例与实施例一的不同之处在于：金属叶根13为与海流能发电机的轮毂80连接的螺纹孔133，该螺纹孔133为内螺纹孔，该内螺纹孔与海流能发电机的轮毂80上的外螺纹孔螺纹连接。

实施例三

参照图7、图8、图13-16：本实施例与实施例一的不同之处在于：金属大梁10的横截面呈型，采用该型横截面的金属大梁的叶片的结构图如图8所示。

实施例四

参照图9、图10、图13-16：本实施例与实施例一的不同之处在于：金属大梁10的横截面呈型，采用该型横截面的金属大梁的叶片的结构图如图10所示。在型金属大梁的基础上，型金属大梁向两侧伸出肋边108，这样可以增加叶片旋转时的扭曲刚度和弯曲刚度，进而改善叶片运行时扭转、弯曲、挥舞的问题。

实施例五

参照图11-16：本实施例与实施例四的不同之处在于：金属大梁10的横截面呈型，采用该型横截面的金属大梁的叶片的结构图如图12所示。在实施例四的型金属大梁的基础上，型金属大梁的外侧面和内侧面之间还固定有连接板109，以增加金属大梁的刚度。

上述横截面呈型、型、型、型的金属大梁，按照向右的次序，金属大梁的刚度依次增加，但加工工艺难度也依次增加。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：包括空心的金属大梁，金属大梁自上而下逐渐变宽，金属大梁上间隔焊接有数个加强刚度的水平腹板，所述金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，按照横截面的前后次序，金属大梁的刚度依次增加，但加工工艺难度依次增加；金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定有第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，金属叶尖上再焊接第一割网刀，所述金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，金属叶根为与海流能发电机的轮毂连接的法兰或者螺纹孔；金属大梁包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位、金属大梁与金属叶根的焊接部位的外侧包裹固化经过第一混合树脂涂抹或浸润的第一纤维布，第一混合树脂由热固性树脂与弹性体树脂配比而成，包裹第一纤维布可以增大在金属大梁外侧涂抹粘接剂的使用面积并提高粘接剂的粘接力；

包裹有第一纤维布之后，在金属大梁的外侧面粘接外蒙皮，金属大梁的内侧面粘接内蒙皮，金属大梁的前侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，金属大梁的后侧面与外蒙皮、内蒙皮之间填置泡沫填芯，泡沫填芯与金属大梁、外蒙皮、内蒙皮之间粘接，外蒙皮与内蒙皮的前端和后端的连接部位也粘接，位于金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，第二割网刀的刀刃外露于外蒙皮和内蒙皮，第一割网刀和第二割网刀均设置在叶片的旋转方向一侧，用于割断海底缠绕的渔网；所述叶片的旋转方向一侧粘接有提高叶片刚性和韧性的前缘金属包片，前缘金属包片嵌设在位于外蒙皮和内蒙皮前端的空缺部位，前缘金属包片可以减少潮水中砂砾撞击摩擦对叶片的损坏；叶片表面喷涂有防止海洋生物附着的防污涂料；

所述金属大梁采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材焊接而成，所述金属叶尖采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料，所述金属叶根采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料，所述第一割网刀和第二割网刀采用不锈钢、钛合金或其它高刚度的金属材料，所述前缘金属包片采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；

所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述外蒙皮和内蒙皮由经过热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂合模加压成型，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合，所述泡沫填芯采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合。

2.如权利要求1所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：所述金属大梁采用横截面为型或型的金属大梁，型和型的金属大梁向两侧伸出肋边，可以增加叶片旋转时的扭曲刚度和弯曲刚度，进而改善叶片运行时扭转、弯曲、挥舞的问题，型金属大梁的外侧面和内侧面之间固定有连接板，可以增加金属大梁的刚度。

3.如权利要求1或2所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：所述前缘金属包片的外缘与外蒙皮和内蒙皮的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。

4.如权利要求3所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：所述第二割网刀的长度大于第一割网刀的长度，第一割网刀和第二割网刀的刀刃倾斜设置，第一割网刀的尾部为宽型，以增加和金属叶尖的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部为宽型，以增加和泡沫填芯的接触面积改善受力。

5.如权利要求4所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片，其特征在于：如若金属叶尖与第一割网刀焊接，金属叶尖与第一割网刀的焊接部位也可以经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。

6.如权利要求1所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制造大梁总成，金属大梁为空心结构，金属大梁上间隔焊接数个水平腹板以加强刚度，金属大梁的横截面呈型，或者型，或者型，或者型，金属大梁的顶端焊接金属叶尖，金属叶尖上固定第一割网刀，金属叶尖和第一割网刀可以采用四轴联动机床一体制造，或者，金属叶尖采用四轴联动机床一体制造，然后再在金属叶尖上焊接第一割网刀；在金属大梁的底端焊接金属叶根，金属叶根采用四轴联动机床一体制造，四轴联动机床具有空间上的四个自由度，可以一体加工出金属叶尖或者金属叶根；焊接有金属叶尖和金属叶根的金属大梁构成大梁总成；

所述金属大梁由不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属板材热扎、锻压、焊接而成，所述金属叶尖采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它有较好强度刚度并且抗气蚀、耐腐蚀的材料制造而成，所述金属叶根采用不锈钢、碳素钢、钛合金或其它有较好强度刚度的金属材料制造而成；

(2)在第一纤维布表面涂抹由热固性树脂与弹性体树脂配比的第一混合树脂，或者将第一纤维布通过该第一混合树脂进行浸润处理，在大梁总成的金属大梁包括金属大梁与金属叶尖的焊接部位、金属大梁与金属叶根的焊接部位的外侧包裹该第一纤维布一圈至数圈并加热固化，其目的是，在包裹有第一纤维布的金属大梁的外侧涂抹粘接剂，可以增大粘接剂的使用面积，方便与下述的外蒙皮、内蒙皮有大接触面积粘接，另外，和直接在金属大梁的外侧涂抹粘接剂相比，在包裹有第一纤维布的金属大梁上涂抹粘接剂，后者粘接剂的粘接力更大；

所述第一纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合；

(3)制造外蒙皮和内蒙皮，在第二纤维布表面涂抹由热固性树脂与弹性体树脂配比的第二混合树脂，或将第二纤维布通过该第二混合树脂进行浸润处理，之后将第二纤维布进行叠层铺设，之后将叠层铺设的第二纤维布通过外蒙皮和内蒙皮的模具合模加压成型，之后冷却环节待第二混合树脂固化后可以脱模，由此形成玻璃钢材质的外蒙皮和内蒙皮，外蒙皮和内蒙皮的前端留有嵌设前缘金属包片的空缺部位；

所述第二纤维布采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶或其它增强纤维的一种或一种以上的组合，所述热固性树脂采用酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、硅醚树脂或其它树脂的一种或者一种以上的组合，所述弹性体树脂采用丁腈橡胶、聚氨酯弹性体、有机硅弹性体、聚丙烯酸酯弹性体或其它改性环氧树脂的一种或者一种以上的组合；

(4)通过模具将泡沫填芯发泡成型，泡沫填芯采用PVC泡沫、PET泡沫、Nomex蜂窝或其它泡沫、蜂窝材料的一种或者一种以上的组合；

(5)按尺寸剪好前缘金属包片，前缘金属包片采用不锈钢、镍合金、钛合金或其它耐腐蚀、高韧性金属材料；

(6)叶片安装环节：在外蒙皮内侧涂上粘接剂，把包裹好第一纤维布的金属大梁置于外蒙皮上，金属大梁的外侧面与外蒙皮粘接接触；把泡沫填芯涂上粘接剂放在金属大梁的前后，金属大梁的前侧面与泡沫填芯粘接接触，金属大梁的后侧面与泡沫填芯粘接接触，泡沫填芯的外侧面与外蒙皮粘接接触；在位于金属大梁下端的泡沫填芯上插设第二割网刀，第二割网刀的根部插入泡沫填芯内，第二割网刀的刀刃外露于外蒙皮；在内蒙皮内侧涂上粘接剂，将内蒙皮覆盖到金属大梁和泡沫填芯上，金属大梁的内侧面与内蒙皮粘接接触，泡沫填芯的内侧面与内蒙皮粘接接触，外蒙皮与内蒙皮在前端和后端的连接部位粘接接触；之后在外蒙皮和内蒙皮前端的空缺部位上涂上粘接剂，粘接上前缘金属包片。

(7)在步骤(6)制造好的叶片表面喷涂防污涂料，以防止海洋生物附着，单个叶片制造完毕。

7.如权利要求6所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，其特征在于：所述金属大梁采用横截面为型或型的金属大梁，型和型的金属大梁向两侧伸出肋边，可以增加叶片旋转时的扭曲刚度和弯曲刚度，进而改善叶片运行时扭转、弯曲、挥舞的问题，型金属大梁的外侧面和内侧面之间固定有连接板，可以增加金属大梁的刚度。

8.如权利要求6或7所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，其特征在于：所述前缘金属包片的外缘与外蒙皮和内蒙皮的外缘光滑过渡连接，光滑过渡连接有利于降低叶片旋转时海流对连接部位的阻力。

9.如权利要求8所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，其特征在于：所述第二割网刀的长度大于第一割网刀的长度，第一割网刀和第二割网刀的刀刃倾斜设置，第一割网刀的尾部为宽型，以增加和金属叶尖的接触面积改善受力，第二割网刀的尾部为宽型，以增加和泡沫填芯的接触面积改善受力。

10.如权利要求9所述的大功率水平轴海流能发电机的叶片的制造方法，其特征在于：如若金属叶尖与第一割网刀焊接，金属叶尖与第一割网刀的焊接部位也可以经过打磨抛光处理以降低海流阻力和增加美观。