CN108869167A - 风机叶片大梁及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风机叶片大梁及其制备方法，风机叶片大梁包括多层片材层，每层片材层均包括并排设置的多个片材，每个片材的截面均为六边形，多层片材层的横向长度和纵向长度由外到内呈梯度递减，且至少有一层片材层的纵向长度与叶片的纵向长度相等，多个片材层通过树脂固化成型。本发明通过采用拉挤工艺制备截面为六边形的单向纤维片材，片材的铺设方式简易、灵活且该铺设方式有利于树脂的流动性和气泡的排出，提高了片材的浸润质量和效率，使大梁可以承受更大的弯矩，本发明的工艺设计合理，可操作性强，可有效克服传统工艺单向纤维布相互交错、浸润困难、出现褶皱、气泡等质量问题。
Description
技术领域
本发明属于用于风能发电的风机技术领域，特别涉及一种风机叶片大梁及其制备方法。
背景技术
风能是一种清洁的可再生资源。开发和利用风能资源，不仅可以寻找新型的替代能源，而且可以防止环境的人为破坏。
叶片是风力机的关键部件之一，风能开发中所用的叶片的设计和采用的材料决定风力发电装置的性能和功率，也决定风力发电机组的成本，而大梁的材质强度是风力发电机组性能优劣的关键。大梁是风电叶片最重要的部件，它承担了整个风阻力，更刚性的大梁意味着更好的风电输出。
叶片运行时，会由于重力而产生交变荷载，使叶片本身及机组产生疲劳，随着叶片长度的增加，对风机叶片大梁的刚度和层间剪切强度等性能提出了更高的要求。树脂浸渍纤维丝束成型风机大梁在大型复合材料叶片大梁制造中逐渐显现出性能方面的不足，叶片的一次性投入大，纤维浸润比较困难，容易出现浸润不完全、褶皱、气泡等问题，此外纤维在纤维铺层方向上非常敏感，对工艺要求较高。为了保证在极端风载下叶尖不碰塔架，叶片必须具有足够的刚度。减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，有效的办法是采用纤维拉挤型材。
纤维拉挤型材可以承受更高的弯矩、且更利于树脂的流动性，公告号为GB2497578A的专利提出了一种拉挤型材的风机叶片大梁的制备方法，此方法的主要不足之处在于，拉挤片材平铺，层间之间相互作用较大，容易出现层间剪切破坏。
发明内容
针对现有技术中存在的传统风机叶片大梁存在的不能同时满足减轻重量又能满足强度与刚度要求，且现有的拉挤型材叶片的铺设方式导致容易出现层间剪切破坏的技术问题，本发明提供一种风机叶片大梁及其制备方法，可解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种风机叶片大梁，包括多层片材层，每层所述片材层均包括并排设置的多个片材，每个所述片材的截面均为六边形，多层所述片材层的横向长度和纵向长度由外到内呈梯度递减，且至少有一层片材层的纵向长度与叶片的纵向长度相等，多个所述片材层通过树脂固化成型。
作为优选，所述片材的横截面为六边形。
作为优选，所述片材的横截面的高度为1mm-100mm,宽度为1mm-8mm,锐角的夹角为30°-90°。
作为优选，所述片材的材质为单向碳纤维。
作为优选，所述片材的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、kevalr纤维或混合纤维。
作为优选，所述树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂。
一种如上所述的风机叶片大梁的制备方法，包括如下的步骤：
1)采用拉挤工艺制备横截面为六边形的单向纤维片材，收卷存储；
2)将拉挤出的片材，按一定长度切断，按照多层片材层的横向长度和纵向长度由外到内呈梯度递减的铺层方式在叶片大梁模具里铺设片材，且至少有一层片材层的纵向长度与叶片的纵向长度相等；
3)多层片材层的末端经过倒角处理；
4)顶层的所述片材层从下到上依次铺设脱模布、导气管、带孔薄膜、VPN薄膜、吸胶毡、导流网、导流槽和真空薄膜；
5)采用真空辅助向导流系统内注入树脂，使树脂进入叶片大梁模具并浸满片材；
6)加热固化成型、脱模、修整，得到风机叶片大梁。
作为优选，所述片材的侧面与叶片大梁模具的底面垂直铺设或平行铺设，相邻片材之间的缝隙填充纤维或者与缝隙的横截面配合的拉挤型材。
作为优选，所述树脂从叶片大梁模具的底部注入，使树脂从下到上依次流过多层片材层。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过采用拉挤工艺制备截面为六边形的单向纤维片材，片材的铺设方式简易、灵活且该铺设方式有利于树脂的流动性和气泡的排出，提高了片材的浸润质量和效率，使大梁可以承受更大的弯矩，本发明的工艺设计合理，可操作性强，可有效克服传统工艺单向纤维布相互交错、浸润困难、出现褶皱、气泡等质量问题。
附图说明
图1为本发明中的应用风机叶片大梁的叶片的结构示意图；
图2为本发明中的应用风机叶片大梁的叶片的横截面剖视结构示意图；
图3为本发明中的风机叶片大梁的片材的立体结构示意图；
图4为本发明中的风机叶片大梁的片材的横截面示意图；
图5为本发明中的风机叶片大梁铺层的立体结构示意图；
图6为本发明中实施例一的风机叶片大梁的片材层的铺层的立体结构示意图；
图7为本发明中实施例二的风机叶片大梁的片材层的铺层的立体结构示意图；
图8为本发明中的片材层浸入树脂的结构示意图；
图9为本发明中的风机叶片大梁的拉挤装置的结构示意图。
图中箭头所示为树脂的流动方向。
具体实施方式
使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
如图1至图7所示，本发明的实施例公开了一种风机叶片大梁8，应用于风机叶片9，风机叶片大梁8包括多层片材层1，每层片材层1均包括并排设置的多个片材101，每个片材101的截面均为六边形，多层片材层1的横向长度和纵向长度由外到内呈梯度递减，且至少有一层片材层1的纵向长度与叶片的纵向长度相等，多个片材层1通过树脂固化成型。树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂。
本实施例中，片材101的横截面为正六边形，片材101的横截面的高度为1mm-100mm,宽度为1mm-8mm,锐角的夹角为30°-90°，以适应不同的叶片要求。
本实施例中，片材101的材质为单向碳纤维。片材101的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、kevalr纤维或混合纤维。
本发明还公开了一种风机叶片大梁的其制备方法，下面以两个实施例展开说明。
实施例一
一种风机叶片大梁的其制备方法，包括如下步骤：
1)采用拉挤装置工艺制备横截面为六边形的单向纤维片材，收卷存储，有利于运输且易切割为不同的长度。拉挤装置如图1所示，包括纱架2、浸胶槽3、成型装置4、牵引装置5和收卷装置6，纤维卷7设于纱架2上，单个纤维依次经过浸胶槽3、成型装置4和牵引装置5后通过收卷装置6进行收卷存储。在成型时可以通过调整片材的高度,宽度和锐角的夹角，片材101的横截面的高度h为1mm-100mm,宽度b为1mm-8mm,锐角的夹角θ为30°-90°，如图3所示，进行片材的调整，以适应不同要求的大梁设计。六边形片材可以收卷，易切割为不同的长度且截面尺寸可设计性强。
2)将拉挤出的片材，按一定长度切断，按照多层片材层的横向长度和纵向长度由外到内呈梯度递减的铺层方式在叶片大梁模具里铺设片材，且至少有一层片材层的纵向长度与叶片的纵向长度相等。这样铺设片材层的目的是为了减少应力集中、防止铺层分裂。在进行片材层的铺设时，片材的侧面与叶片大梁模具的底面垂直铺设，相邻片材之间的缝隙填充纤维或者与缝隙的横截面配合的拉挤型材，相邻的片材层1之间无缝衔接，相互制约，有效提高了大梁的刚度和层间抗剪切性能，提升了叶片的稳定程度。另外可，这样还有利于树脂在浸润过程中的流动性，利于气泡的排出，能够改善树脂对片材的浸润质量和效率，以有效避免死角的出现。
3)多层片材层的末端经过倒角处理。
4)顶层的片材层从下到上依次铺设脱模布、导气管、带孔薄膜、VPN薄膜、吸胶毡、导流网、导流槽和真空薄膜。
5)采用真空辅助向导流系统内注入树脂，使树脂进入叶片大梁模具并浸满片材。通过真空辅助RTM成型，该成型方式是一种常规的成型方式，在此不再赘述。
6)加热固化成型、脱模、修整，得到风机叶片大梁。
树脂从叶片大梁模具的底部注入，使树脂从下到上依次流过多层片材层，有利于树脂在浸润过程中的流动性，利于气泡的排出，改善树脂对片材的浸润质量和效率，有效避免死角的出现。
实施例二
该实施例与实施例一的不同之处在于，在进行片材层的铺设时，片材的侧面与叶片大梁模具的底面平行铺设，相邻片材之间的缝隙填充纤维或者与缝隙的横截面配合的拉挤型材，相邻的片材层1之间无缝衔接，相互制约，有效提高了大梁的刚度和层间抗剪切性能，提升了叶片的稳定程度。另外可，这样还有利于树脂在浸润过程中的流动性，利于气泡的排出，能够改善树脂对片材的浸润质量和效率，以有效避免死角的出现。
本发明采用拉挤工艺制备截面为六边形的单向纤维片材，片材101的铺设方式简易、灵活且该铺设方式有利于树脂的流动性和气泡的排出，提高了片材101的浸润质量和效率，使大梁可以承受更大的弯矩，本发明的工艺设计合理，可操作性强，可有效克服传统工艺单向纤维布相互交错、浸润困难、出现褶皱、气泡等质量问题。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种风机叶片大梁，其特征在于，包括多层片材层，每层所述片材层均包括并排设置的多个片材，每个所述片材的截面均为六边形，多层所述片材层的横向长度和纵向长度由外到内呈梯度递减，且至少有一层片材层的纵向长度与叶片的纵向长度相等，多个所述片材层通过树脂固化成型。
2.根据权利要求1所述的风机叶片大梁，其特征在于，所述片材的横截面为六边形。
3.根据权利要求1或2所述的风机叶片大梁，其特征在于，所述片材的横截面的高度为1mm-100mm,宽度为1mm-8mm,锐角的夹角为30°-90°。
4.根据权利要求1所述的风机叶片大梁，其特征在于，所述片材的材质为单向碳纤维。
5.根据权利要求4所述的风机叶片大梁，其特征在于，所述片材的材质为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、kevalr纤维或混合纤维。
6.根据权利要求1所述的风机叶片大梁，其特征在于，所述树脂为环氧树脂或聚氨酯树脂。
7.一种如权利要求1至6任一项权利要求所述的风机叶片大梁的制备方法，包括如下的步骤：
1)采用拉挤工艺制备横截面为六边形的单向纤维片材，收卷存储；
2)将拉挤出的片材，按一定长度切断，按照多层片材层的横向长度和纵向长度由外到内呈梯度递减的铺层方式在叶片大梁模具里铺设片材，且至少有一层片材层的纵向长度与叶片的纵向长度相等；
3)多层片材层的末端经过倒角处理；
4)顶层的所述片材层从下到上依次铺设脱模布、导气管、带孔薄膜、VPN薄膜、吸胶毡、导流网、导流槽和真空薄膜；
5)采用真空辅助向导流系统内注入树脂，使树脂进入叶片大梁模具并浸满片材；
6)加热固化成型、脱模、修整，得到风机叶片大梁。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述片材的侧面与叶片大梁模具的底面垂直铺设或平行铺设，相邻片材之间的缝隙填充纤维或者与缝隙的横截面配合的拉挤型材。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述树脂从叶片大梁模具的底部注入，使树脂从下到上依次流过多层片材层。
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