CN108979951A - 一种采用预制板材生产风电叶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种采用预制板材生产风电叶片的方法,涉及风电叶片生产领域,包括如下步骤:制备预制板材;对预制板材的端部进行机械加工,形成端部倒角;在平台上沿预制板材的厚度方向叠放若干层预制板材,形成堆叠单元;两个堆叠单元通过对接后进行捆绑,形成预制单元;准备芯材并加工截面呈梯形的中心芯材;在风电叶片模具内铺放外蒙皮,并将中心芯材吊运至风电叶片模具的指定位置,中心芯材使用喷胶粘贴在外蒙皮上;吊运预制单元至中心芯材的两侧;在预制单元的两侧放置填满风电叶片模具的芯材;铺放内蒙皮。本发明通过拉挤成型制造出的预制板材制作风电叶片,减少碳纤维复合材料的使用量,节省了费用和时间,提高了叶片的制作效率。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片生产领域,具体涉及一种采用预制板材生产风电叶片的方法。
背景技术
随着风电相关产业的技术不断升级,目前风电叶片的长度越来越长,而叶片减重需求也日趋迫切。同时迫于市场竞争压力,叶片的成型成本也受到了巨大的挑战。
目前大型复合材料风电叶片主要是以玻璃纤维作为增强材料,然而叶片大型化发展对叶片强度、刚度的要求越来越高,叶片长度和自重也越来越大,以至玻璃纤维复合材料难以承受。基于叶片大型化发展的要求,轻质高强、能有效增加叶片临界长度,保证叶片在极端风载下叶尖不碰触塔架,碳纤维及其复合材料是优选材料。碳纤维的刚度比玻璃纤维大,碳纤维的加入能够获得较高的刚度和较轻的重量。然而,由于碳纤维的价格要远比玻璃纤维昂贵,该缺点限制了碳纤维在大型复合材料风电叶片上的广泛使用。理想状况是,风电叶片尽可能轻,并且风电叶片的外壳将因此通常包括相对少量的树脂基复合材料层,叶片的内部增强提供了承载结构,也就是通常所示的风电叶片主梁。但目前风电叶片主梁的性能制约了风电叶片的结构设计,采用更高性能的材料势必会影响风电叶片的整体重量,因此,如何获得高性能的风电叶片主梁材料又能够减轻风电叶片的整体重量是亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种采用预制板材生产风电叶片的方法,通过拉挤成型制造出的预制板材制作风电叶片,减少碳纤维复合材料的使用量,节省了费用和时间,提高了叶片的制作效率。
本发明采用如下技术方案:
一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,制备预制板材;
S2,对预制板材的端部进行机械加工,形成端部倒角;
S3,在平台上沿预制板材的厚度方向叠放若干层预制板材,形成堆叠单元;
S4,两个堆叠单元通过对接后进行捆绑,形成预制单元;
S5,准备芯材并加工截面呈梯形的中心芯材;
S6,在风电叶片模具内铺放外蒙皮,并将中心芯材吊运至风电叶片模具的指定位置,中心芯材使用喷胶粘贴在外蒙皮上;
S7,吊运步骤S4的预制单元至中心芯材的两侧;
S8,在预制单元的两侧放置填满风电叶片模具的芯材;
S9,在步骤S8上铺放内蒙皮。
优选的,所述步骤S1中,所述预制板材为采用拉挤成型方法制备的表面附有脱模布的拉挤成型板材。
优选的,所述拉挤成型板材由纤维和树脂基体通过拉挤成型工艺制备,所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或两种的混合,所述树脂基体为乙烯基聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂中的一种。
优选的,所述步骤S2中,机械加工端部倒角的同时,在预制板材的宽度方向中心,预制板材的长度方向距离端部5~40mm的位置加工直径小于2mm的通孔;
所述步骤S3中,叠放时,通过圆柱棒将若干层预制板材上的通孔填充。
优选的,所述圆柱棒为碳纤维拉挤成型型材,所述圆柱棒的直径为1.5~2mm,所述圆柱棒的长度小于堆叠单元总厚度的1~2mm。
优选的,所述步骤S3中,所述堆叠单元为4~8层,优选4层。
优选的,所述步骤S3中,在板材的厚度方向上,每叠放一层预制板材,在预制板材的表面铺设一层玻璃纤维平纹布,所述玻璃纤维平纹布克重为100~400g/m2。
优选的,所述步骤S5中,两个堆叠单元通过对接后采用玻璃纤维胶带进行捆绑。
本发明的有益效果:本发明通过拉挤成型制造出的预制板材制作风电叶片,预制板材具有更高的单向拉伸、压缩和弯曲模量,从而在结构设计时可以选择更高性能的材料,从而减少碳纤维复合材料的使用量,节省了费用和时间,提高了叶片的制作效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的优选的理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为实施例1中拉挤成型板材端部的结构示意图;
图2为实施例1中拉挤成型板材沿厚度方向叠放的结构示意图;
图3为实施例1中两个堆叠单元对接的结构示意图;
图4为实施例1中在模具内放置中心芯材的结构示意图;
图5为实施例1中在模具内中心芯材两侧放置预制单元的结构示意图;
图6为实施例1中铺放内蒙皮时的结构示意图;
图7为实施例2中拉挤成型板材端部的结构示意图;
图8为实施例2中拉挤成型板材沿厚度方向叠放并填充圆柱棒的结构示意图。
具体实施方式
下面描述本发明的具体实施方式。
实施例1
本实施例1采用预制板材生产风电叶片的方法,首先,采用拉挤成型方法制备表面附有脱模布的拉挤成型板材1,拉挤成型是将浸渍过树脂的纤维通过模具挤压作用成型后连续生产的一种工艺,其具备连续生产、自动化程度高、纤维直线度高等特点。通过拉挤成型制造出的板材具有其他工艺(如单向布灌注成型、单向预浸料成型)成型出的复合材料更高的单向拉伸、压缩和弯曲模量,这使得风电叶片的结构设计人员可以选择更高性能的材料,从而减少碳纤维复合材料的使用量,而且,通过拉挤成型的纤维复合材料具有最低的成本;
拉挤成型板材1由纤维和树脂基体通过拉挤成型工艺制备,纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或两种的混合,树脂基体为乙烯基聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂中的一种。
如图1所示,对拉挤成型板材1的端部进行机械加工,使拉挤成型板材的端部具有1:10~1:200的倒角,倒角定义为T/L,其中T 为板材的厚度,L为倒角在板材长度方向上的长度;
如图2所示,在平台上沿拉挤成型板材1的厚度方向叠放4层,拉挤成型板材1的长度自上至下依次增加,形成堆叠单元3;
在叠放堆叠单元时,每叠放一层板材,在板材的表面铺设一层克重为100~400g/m2的玻璃纤维平纹布2,铺设玻璃纤维平纹布2的作用是增加板材层与层之间的结合,同时增加树脂导流通道,方便树脂灌注,且提升灌注效果;
如图3所示,将两个堆叠单元3通过对接后采用玻璃纤维胶带进行捆绑,形成预制单元4;
准备芯材并加工截面呈梯形的中心芯材7;
如图4所示,在风电叶片模具5内铺放外蒙皮6,并将中心芯材 7吊运至风电叶片模具5的指定位置,中心芯材7使用喷胶粘贴在外蒙皮6上;
如图5所示,吊运预制单元4至中心芯材7的两侧;
如图6所示,在预制单元4的两侧放置填满风电叶片模具5的芯材8,并在上方铺放内蒙皮9。
本实施例1通过拉挤成型制造出的预制板材制作风电叶片,预制板材具有更高的单向拉伸、压缩和弯曲模量,从而在结构设计时可以选择更高性能的材料,从而减少碳纤维复合材料的使用量,节省了费用和时间,提高了叶片的制作效率。
实施例2
本实施例2与实施例1的区别在于,如图7所示,在步骤S2中,机械加工端部倒角的同时,在拉挤成型板材1的宽度方向中心,拉挤成型板材1的长度方向距离端部5~40mm的位置加工直径小于2mm的通孔10;
如图8所示,在步骤S3中,叠放时,通过圆柱棒11将若干层拉挤成型板材1上的通孔10填充;
圆柱棒11为碳纤维拉挤成型型材,圆柱棒的直径为1.5~2mm,圆柱棒的长度小于堆叠单元总厚度的1~2mm。
其他工艺步骤与实施例1相同,在此不再赘述。
本实施例2与实施例1的区别在于,在板材上加工通孔,堆叠板材时通过圆柱棒将通孔填充,圆柱棒起到定位板材相对位置的作用,能够使堆叠单元的形状更稳定,两个堆叠单元通过倒角对接效果更好,堆叠单元与芯材配合时能够更好的适应风电叶片模具的形状。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、制备预制板材;
S2、对预制板材的端部进行机械加工,形成端部倒角;
S3、在平台上沿预制板材的厚度方向叠放若干层预制板材,形成堆叠单元;
S4、两个堆叠单元通过对接后进行捆绑,形成预制单元;
S5、准备芯材并加工截面呈梯形的中心芯材;
S6、在风电叶片模具内铺放外蒙皮,并将中心芯材吊运至风电叶片模具的指定位置,中心芯材使用喷胶粘贴在外蒙皮上;
S7、吊运步骤S4的预制单元至中心芯材的两侧;
S8、在预制单元的两侧放置填满风电叶片模具的芯材;
S9、在步骤S8上铺放内蒙皮。
2.根据权利要求1所述的一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述预制板材为采用拉挤成型方法制备的表面附有脱模布的拉挤成型板材。
3.根据权利要求2所述的一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,所述拉挤成型板材由纤维和树脂基体通过拉挤成型工艺制备,所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或两种的混合,所述树脂基体为乙烯基聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,所述步骤S2中,机械加工端部倒角的同时,在预制板材的宽度方向中心,预制板材的长度方向距离端部5~40mm的位置加工直径小于2mm的通孔;
所述步骤S3中,叠放时,通过圆柱棒将若干层预制板材上的通孔填充。
5.根据权利要求4所述的一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,所述圆柱棒为碳纤维拉挤成型型材,所述圆柱棒的直径为1.5~2mm,所述圆柱棒的长度小于堆叠单元总厚度的1~2mm。
6.根据权利要求1所述的一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述堆叠单元为4~8层,优选4层。
7.根据权利要求1所述的一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,所述步骤S3中,在板材的厚度方向上,每叠放一层预制板材,在预制板材的表面铺设一层玻璃纤维平纹布,所述玻璃纤维平纹布克重为100~400g/m2。
8.根据权利要求1所述的一种采用预制板材生产风电叶片的方法,其特征在于,所述步骤S5中,两个堆叠单元通过对接后采用玻璃纤维胶带进行捆绑。
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