一种风电叶片用轻量化主梁、主梁制作方法、风电叶片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种风电叶片用轻量化主梁、主梁制作方法、风电叶片及其制作方法。风电叶片轻量化主梁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；风电叶片包括风电叶片轻量化主梁结构组合，制作方法为固接主梁与上下壳体、在下壳体上安装腹板和吊装上壳体。本发明专利技术优化了更轻的风电叶片主梁材料及其铺层方式，并提供了相应的制作方法及风电叶片，综合实现了风电叶片轻量化。综合实现了风电叶片轻量化。综合实现了风电叶片轻量化。

【技术实现步骤摘要】
一种风电叶片用轻量化主梁、主梁制作方法、风电叶片及其制作方法


[0001]本专利技术属于风力发电
，尤其涉及一种风电叶片用轻量化主梁、主梁制作方法、风电叶片及其制作方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]传统的风电叶片有以下几个弊端：1)传统的风电叶片主梁的增强材料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。
[0004]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

[0005]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，从气动<br/>‑
结构
‑
工艺
‑
材料几个方面提供一种风电叶片用轻量化主梁、主梁制作方法、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：
[0006]一种风电叶片轻量化主梁，所述轻量化主梁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；
[0007]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最终呈现梯形状。
[0008]增强纤维布叠加成的增强体为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结构增强体，为轻量化主梁提供刚度和强度，在相同的抗弯刚度下，风电叶片用轻量化主梁比矩形结构增强体重量更轻，可实现叶片轻量化目的。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种风电叶片用轻量化主梁的制作方法，包括以下步骤：
[0012](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；
[0013](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，使所述支撑部一侧包覆住所述增强体的梯形侧面，得到增强材料复合体；
[0014](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。
[0015]优选的，所述铺设中间连接部的增强材料的方法具体包括：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，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。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。
[0016]在同一个技术构思下，本专利技术还提供一种轻量化风电叶片，包括上壳体、下壳以及风电叶片主梁结构组合，所述风电叶片主梁结构组合的一端连接上壳体，另一端连接下壳体，所述风电叶片主梁结构组合与上壳体、下壳体固接成一整体；所述上壳体和下壳体的两端对应连接形成前缘及后缘；
[0017]所述风电叶片主梁结构组合包括腹板与两根上述的轻量化主梁，所述轻量化主梁包括布置在上壳体上的上主梁、布置在下壳体上的下主梁；
[0018]所述上壳体、下壳体采用抗压、抗剪力学的复合材料，所述复合材料包括芯材及其上表面和下表面粘敷的玻纤织物；所述芯材将夹芯板材作为支持体，在夹芯板材内开辟路径放置纤维束，通过浸胶工艺，在夹芯板材内形成垂向纤维胶柱、斜向纤维胶柱、纵向纤维胶筋和横向纤维胶筋，且斜向纤维胶柱、纵向纤维胶筋和横向纤维胶筋在夹芯板材内形成纵横交织一体粘接的井字形栅围；所述夹芯板材上表面和下表面粘敷的玻纤织物)与垂向纤维胶柱(81)、井字形栅围粘接形成一整体架构。
[0019]优选的，所述夹芯板材主要由BALSA木、PVC、PET、HPE中的任意一种或多种组成；所述玻纤织物主要采用碳玻复合材料，所述碳玻复合材料由碳纤维和玻纤混杂设计，质量比为10
‑
90∶90
‑
10。
[0020]优选的，所述腹板和后缘组成的后缘腔体内布置有后缘腹板。
[0021]优选的，所述后缘腹板的高度小于所述腹板的高度，且与腹板基本平行，所述后缘腹板沿叶片长度方向的两端抵靠在所述上壳体或下壳体的内表面。
[0022]优选的，在上主梁和下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上主梁和下主梁的定位结构连接，并与上主梁和下主梁固接成整体。
[0023]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。
[0024]优选的，所述凹槽配合定位方式选用以下任意一种：
[0025]所述定位槽为一设置在上主梁和下主梁上的梯形凹槽，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；
[0026]所述定位槽为一设置在上主梁和下主梁上的V形槽，且所述插入件为一设置在腹板两端的定位凸筋。
[0027]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。
[0028]优选的，所述风电叶片还包括轻量化防雷系统，所述防雷系统包括覆盖在叶片壳体表面的碳纤维布层、至少一层的金属带和连接整机防雷系统的引下线，所述碳纤维布层通过至少一层的附加碳纤维布层将雷电导流至所述至少一层的金属带，所述金属带通过导线与所述引下线连接。
[0029]本专利技术将碳纤维布应用于防雷系统，通过在叶片表面铺设碳纤维布层，碳纤维布通过下引线连接到防雷系统根部导线，在叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片用轻量化主梁，其特征在于，所述轻量化主梁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；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。2.一种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，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，最终制备成型出风电叶片用轻量化主梁。3.根据权利要求2所述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。4.一种轻量化风电叶片，其特征在于，包括上壳体(1)、下壳体(2)以及风电叶片主梁结构组合，所述风电叶片主梁结构组合的一端连接上壳体(1)，另一端连接下壳体(2)，所述风电叶片主梁结构组合与上壳体(1)、下壳体(2)固接成一整体；所述上壳体(1)和下壳体(2)的两端对应连接形成前缘(6)及后缘(7)；所述风电叶片主梁结构组合包括腹板(5)与两根权利要求1所述的轻量化主梁，所述轻量化主梁包括布置在上壳体(1)上的上主梁(3)和布置在下壳体(2)上的下主梁(4)；所述上壳体(1)、下壳体(2)采用抗压、抗剪力学的复合材料，所述复合材料包括芯材及其上表面和下表面粘敷的玻纤织物(86)；所述芯材将夹芯板材(9)作为支持体，在夹芯板材(9)内开辟路径放置纤维束，通过浸胶工艺，在夹芯板材(9)内形成垂向纤维胶柱(81)、斜向纤维胶柱(82)、纵向纤维胶筋(83)和横向纤维胶筋(84)，且斜向纤维胶柱(82)、纵向纤维胶筋(83)和横向纤维胶筋(84)在夹芯板材(9)内形成纵横交织一体粘接的井字形栅围(85)；所述夹芯板材(9)上表面和下表面粘敷的玻纤织物(86)与垂向纤维胶柱(81)、井字形栅围(85)粘接形成一整体架构。5.如权利要求4所述的轻量化风电叶片，其特征在于，所述夹芯板材(9)主要由BALSA木、PVC、PET、HPE中的任意一种或多种组成；所述玻纤织物(86)主要采用碳玻复合材料，所述碳玻复合材料由碳纤维和玻纤混杂设计，质量比为10
‑
90∶90
‑
10。6.如权利要求4所述的轻量化风电叶片，其特...

【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，梁鹏程，胡杰桦，张文伟，
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：