一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁及制作、主梁结构组合、风电叶片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁及制作、主梁结构组合、风电叶片及其制作方法，带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁整体呈凹槽状，包括位于轻量化主梁两翼的支撑部和连接两支撑部的中间连接部；制作方法包括铺设中间连接部增强体和支撑部支撑材料及树脂灌注；主梁结构组合包括腹板和轻量化主梁，腹板的两端分别通过一定位配合结构与所述压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁连接；以及包括轻量化主梁结构组合的风电叶片及该风电叶片的制作方法。本发明专利技术综合多种因素减轻风电叶片的重量，提升风电叶片的材料利用率，实现了风电叶片的轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁及制作、主梁结构组合、风电叶片及其制作方法
本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁及制作、主梁结构组合、风电叶片及其制作方法。
技术介绍
风力发电机主要靠风电叶片捕获风能，风电叶片的长度直接影响风力发电机捕获风能的能力和风力发电机组的输出功率，风电叶片因性能改进的需求越来越长。叶片延长后，重量会呈指数增加、重心也会向叶尖偏移，从而导致重力疲劳载荷和离心载荷显著增大，叶片与机组可靠性降低、成本增加。因此，推广叶片族系延长设计技术必须实现叶片轻量化。传统的风电叶片有以下几个弊端：1)传统的风电叶片主梁结构为矩形梁，矩形梁在同等抗弯刚度下，材料利用率无法达到最大化；2)传统风电叶片上壳体和下壳体合装时，需要根据理论腹板位置进行划线，并在对应位置粘接羊角或者木块进行限位，受测量方式和操作人员影响，腹板的定位依然不够准确，且需要进行羊角或木块的粘接及去除工作，大大增加了作业内容，粘接结构同时增加了风电叶片的重量；3)传统的风电叶片的双腹板或三腹板结构重量较重；4)传统的风电叶片的板材和芯材较重且力学承受力不佳；5)传统的风电叶片防雷系统含有铜线，固定铜线的玻纤布，铜基座，玻璃钢支架，接闪器，粘接胶等，结构复杂，重量比较大。因此，如何综合上述因素减轻风电叶片的重量，是本领域人员在叶片轻量化工程研究中亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是风电叶片的轻量化，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁及制作、主梁结构组合、风电叶片及其制作方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，所述轻量化主梁整体呈凹槽状，包括位于轻量化主梁两翼的支撑部和连接两支撑部的中间连接部；所述支撑部和中间连接部连接形成的一个拼接面为一整体平面，该整体平面的形状配置成与风电叶片的上壳体或下壳体的内侧保持一致以形成抵靠；所述支撑部和中间连接部连接形成的另一个拼接面为一凹槽状非连续平面，该凹槽状非连续平面形成的定位槽配置成与风电叶片的腹板的端部保持一致以形成抵靠嵌套。优选的，所述中间连接部的截面呈梯形状，其增强体是多层增强纤维布由梯形的上底面到下底面依次叠加而成，且各增强纤维布叠加后形成的增强体的横截面呈现梯形状。增强纤维布叠加成的增强体为凹型主梁提供刚度和强度。作为主承力结构的中间连接部为梯形梁结构，为轻量化主梁提供刚度和强度，相对于矩形主梁风电叶片用轻量化主梁拥有更大的面积矩，在相同的抗弯刚度下，风电叶片用轻量化主梁比矩形主梁重量更轻，可实现叶片轻量化目的。优选的，所述增强纤维布为碳纤维布层，增强体是由幅宽相等的碳纤维布错层铺设而形成梯形状截面。选用幅宽相等的碳纤维布层，铺设出来的中间连接部更加齐整，加工过程更加容易。优选的，所述支撑部厚度大于中间连接部，且将中间连接部的侧面包覆形成一倒梯形凹槽。支撑部结构根据中间连接部设计，有助于主梁内部结构的结合，提高轻量化主梁稳定性，并且方便形成凹型槽，定位腹板。优选的，所述支撑部的外侧拐角处设置有一斜面，且该斜面与所述中间连接部的梯形侧面保持基本平行。拐角斜面便于与旁边的结构平顺过渡不至于存在厚度台阶，进而造成叶片应力集中，支撑部与中间连接部、旁边结构通过树脂粘接成为一体。优选的，所述支撑部的增强材料主要由密度小的BALSA木、PVC、PET、HPE中的任意一种或多种组成，所述支撑部与中间连接部通过树脂灌注一体成型。采用树脂灌注连接支撑部与中间连接部，不需额外用胶粘接，也不需预留粘接间隙，成型简单，操作便捷；中间连接部、支撑部常用材料中本身就含有树脂，再使用树脂灌注成型，树脂与芯材和增强层的粘接性会更好，制得的轻量化主梁强度更高。在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁的制作方法，包括以下步骤：(1)在主梁模具上铺设中间连接部的增强材料，所述中间连接部的增强体结构呈现梯形状，使增强体的梯形下底面抵靠在主梁模具面上；(2)在所述中间连接部的增强体的两侧放置支撑部的增强材料，使所述支撑部的增强材料包覆住所述增强体的梯形侧面，进而形成一能与后期的风电叶片腹板的端部相配合的定位槽，得到增强材料复合体；(3)通过树脂灌注工艺，将上述步骤得到的增强材料复合体进行一体灌注，形成风电叶片轻量化主梁。优选的，所述铺设中间连接部的增强材料的方法包括：由幅宽相等的碳纤维布层错层铺设；所述每层碳纤维布错层尺寸为L，第一层距主梁模具左端距离为D，第二层距主梁模具左端距离为D+L，直至错层至第N+1层时，第N+1层距主梁模右端距离为D，以此循环实现中间连接部的铺层结构。碳纤维布的幅宽表示为A，该碳纤维布层错层铺设方法，形成了中间连接部所需要的梯形结构，同时比普通板材更减轻主梁结构的重量。主梁模具上设置导流系统和抽气系统，制作过程中持续加热。导流系统和抽气系统为方便树脂的导入，抽气系统采用真空压力的方法将树脂抽入主梁模具中。加热温度通过程序控制，有助于中间连接部、支撑部和树脂的固化和定型。在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种风电叶片用的轻量化主梁结构组合，包括腹板和两根风电叶片用轻量化主梁，所述风电叶片用轻量化主梁为凹形主梁，两根凹形主梁包括压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁。在所述压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁上的一侧均设置有定位结构，所述腹板的两端分别通过一定位配合结构与所述压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁的定位结构连接，并与压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁固结成一整体。优选的，所述定位结构和定位配合结构选用凹槽配合定位方式，所述定位结构和定位配合结构中其中一个设置为定位槽，另一个则设置为与定位槽配合的插入件。优选的，所述凹槽配合定位方式选用以下任意一种：所述定位槽为一设置在压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁上的梯形凹槽，且所述插入件为一设置在腹板两端且与所述梯形凹槽相配合的上脚板和下脚板；所述定位槽为一设置在压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁上的V形槽，且所述插入件为一设置在腹板两端的定位凸筋。优选的，所述腹板为工字型，包括位于上、下两端且与所述梯形凹槽相配合的上脚板和下脚板。优选的，所述压力面轻量化主梁和吸力面轻量化主梁均呈凹槽状，包括位于轻量化主梁两翼的支撑部和连接两支撑部的中间连接部；所述支撑部和中间连接部连接形成的一个拼接面为一整体平面，该整体平面的形状配置成与风电叶片的上壳体或下壳体的内侧保持一致以形成抵靠；所述支撑部和中间连接部连接形成的另一个拼接面为一凹槽状非连续平面，该凹槽状非连续平面形成的定位槽配置成与风电叶片的腹板的端部保持一致以形成抵靠嵌套。一个总的技术构思下，本专利技术还提供一种轻量化风电叶片，包括上壳体、下壳体以及所述的风电叶片轻量化主梁结构组合，所述风电叶片轻量化主梁结构组合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述轻量化主梁整体呈凹槽状，包括位于轻量化主梁两翼的支撑部(32)和连接两支撑部(32)的中间连接部(36)；/n所述支撑部(32)和中间连接部(36)连接形成的一个拼接面为一整体平面，该整体平面的形状配置成与风电叶片的上壳体(1)或下壳体(2)的内侧保持一致以形成抵靠；/n所述支撑部(32)和中间连接部(36)连接形成的另一个拼接面为一凹槽状非连续平面，该凹槽状非连续平面形成的定位槽(34)配置成与风电叶片的腹板(5)的端部保持一致以形成抵靠嵌套。/n

【技术特征摘要】
20200707 CN 20201064397321.一种带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述轻量化主梁整体呈凹槽状，包括位于轻量化主梁两翼的支撑部(32)和连接两支撑部(32)的中间连接部(36)；
所述支撑部(32)和中间连接部(36)连接形成的一个拼接面为一整体平面，该整体平面的形状配置成与风电叶片的上壳体(1)或下壳体(2)的内侧保持一致以形成抵靠；
所述支撑部(32)和中间连接部(36)连接形成的另一个拼接面为一凹槽状非连续平面，该凹槽状非连续平面形成的定位槽(34)配置成与风电叶片的腹板(5)的端部保持一致以形成抵靠嵌套。


2.根据权利要求1所述的带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述中间连接部(36)的截面呈梯形状，其增强体是多层增强纤维布由梯形的上底面到下底面依次叠加而成，且各增强纤维布叠加后形成的增强体的横截面呈现梯形状。


3.根据权利要求2所述的带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述增强纤维布为碳纤维布，增强体是由幅宽相等的碳纤维布错层铺设而形成梯形状截面。


4.根据权利要求1所述的带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述支撑部(32)的厚度大于中间连接部(36)，且将中间连接部(36)的侧面包覆形成一倒梯形凹槽。


5.根据权利要求2所述的带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述支撑部(32)的外侧拐角处设置有一斜面(37)。


6.根据权利要求1-5任一项所述的带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述支撑部(32)的增强材料主要由BALSA木、PVC、PET、HPE中的任意一种或多种组成，所述支撑部(32)、中间连接部(36)通过树脂灌注一体成型。


7.一种如权利要求1-6任一项所述的带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：在主梁模具上铺设中间连接部(36)的增强材料，使所述中间连接部(36)的增强体呈现梯形状，使增强体的梯形下底面抵靠在主梁模具面上；
第二步：在所述中间连接部(36)的增强体的两侧放置支撑部(32)的增强材料，使所述支撑部(32)的增强材料包覆住所述增强体的梯形侧面，进而形成一能与后期的风电叶片腹板(5)的端部相配合的定位槽(34)，得到增强材料复合体；
第三步：通过树脂灌注工艺，将上述步骤得到的增强材料复合体进行一体灌注，最终制作成型出风电叶片用轻量化主梁。


8.根据权利要求7所述的带凹型结构的风电叶片用轻量化主梁的制作方法，其特征在于，所述铺设中间连接部(36)的增强材料的方法具体包括：由幅宽相等的碳纤维布层(91)错层铺设；每层碳纤维布错层的尺寸为L，第一层距主梁模具左端(33)的距离为D，第二层距主梁模具左端(33)的距离为D+L，直至错层至第N层时，第N层距主梁模具右端(35)的距离回到D。


9.一种风电叶片用的轻量化主梁结构组合，其特征在于，包括腹板(5)与两根风电叶片用轻量化主梁，所述风电叶片用轻量化主梁为凹形主梁，两根凹形主梁包括压力面轻量化主梁(3)和吸力面轻量化主梁(4)：
在所述压力面轻量化主梁(3)和吸力面轻量化主梁(4)上的一侧均设置有纵向的定位结构，所述腹板(5)的两端分别通过一定位配合结构与所述压力面轻量化主梁(3)和吸力面轻量化主梁(4)的定位结构连接，并与压力面轻量化主梁(3)和吸力面轻量化主梁(4)固接成一整体。


10.根据权利要求9所述的轻量化主梁结构组合，其特征在于，所述定位结构和定位配合结构选用凹槽配合定位方式，所述定位结构和定位配合结构中其中一个设置为定位槽(34)，另一个则设置为与定位槽(34)配合的插入件。


11.根据权利要求10所述的轻量化主梁结构组合，其特征在于，所述凹槽配合定位方式选用以下任意一种：
所述定位槽(34)为一设置在压力面轻量化主梁(3)和吸力面轻量化主梁(4)上的梯形凹槽，且所述插入件为一设置在腹板(5)两端且与所述梯形凹槽相配合的上脚板(51)和下脚板(52)；
所述定位槽(34)为一设置在压力面轻量化主梁(3)和吸力面轻量化主梁(4)上的V形槽，且所述插入件为一设置在腹板(5)两端的定位凸筋。


12.一种轻量化风电叶片，其特征在于，包括上壳体(1)、下壳体(2)以及权利要求9-11任一项所述的轻量化主梁结构组合，所述风电叶片轻量化主梁结构组合的一端连接上壳...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，彭超义，冯学斌，侯彬彬，邓航，胡杰桦，梁鹏程，赵建刚，张满闯，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43