CN109927318B - 一种风电叶片的导线布置系统、风电叶片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片的导线布置系统，包括导线容纳固定元件和用于与风电叶片外表面预嵌元件连接的导线，所述导线容纳固定元件和导线均设于叶片壳体内，所述导线通过叶片壳体上开设的通孔与预嵌元件连接，所述导线容纳固定元件固设于通孔处，所述导线容纳固定元件上开设有用于导线穿入的穿入孔和用于导线穿出的穿出孔，且所述穿出孔与所述通孔直接连通。本发明还提供一种风电叶片及风电叶片的制备方法。本发明针对风电叶片真空导入模塑成型工艺成型一体成型的特点，通过在风电叶片中布置导线布置系统，在保证叶片外形的前提下，解决了壳体内外导线的连接问题。

Description

一种风电叶片的导线布置系统、风电叶片及其制备方法

技术领域

本发明属于风力发电领域，尤其涉及一种导线布置系统、风电叶片及其制备方法。

背景技术

风电叶片一般采用真空导入模塑成型工艺(VARTM)工艺制备而得。首先预先制备PS面、SS面、腹板和大梁，即成型过程；然后将PS面和SS面利用环氧结构胶粘接起来，即合模过程，最后，对叶片进行打磨等外表面处理，即后处理过程。叶片外表面形状与风力发电效率密切相关，保持叶片的外表面形状与设计的气动外形的一致性至关重要。一般的，风力发电机组的电源和控制设备均处于轮毂或机舱内，即叶片的叶根一侧，而远离叶根处的预嵌元件(包括加热元件、传感元件、防雷元件等)需要通过导线连接到电源或控制设备，而这些元件最优化的选择是布置在叶片外表面。而需要保证叶片的表面气动外形，导线又不能布置在叶片外表面。因此，如何解决叶片壳体内外表面导线与元件的连接是需要重点考虑的问题。现有技术中通常有以下两种可能的实现方式：

第一，若将导线固定在叶片壳体外表面可以采用两种方式：1、将导线先预埋在纤维布层与模具之间(即成型后叶片壳体外表面)，随后一体灌注成型。这种方式将会使导线上方的铺层结构发生大的弯折，严重影响叶片本体的力学性能；2、将导线手糊到固化的叶片壳体外表面上，将会对叶片的外形造成较大的影响，严重影响叶片气动外形，影响风机的发电效率。

第二，将导线先预埋在纤维布层上方(远离模具侧，即成型后叶片壳体内表面)，将导线一体灌注至叶片内表面中存在以下问题：①由于叶片灌注过程是真空导入一体灌注工艺，该方式在导线接头位置处容易发生漏气的风险，对叶片的质量带来重大风险；②连接的预嵌元件一般放在玻纤布下侧，在叶片的制造过程中，容易发生移动，固化后不便于调整和修复。

因此，在保证叶片壳体气动外形的前提下，解决叶片壳体内外导线连接的问题是一个急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种风电叶片的导线布置系统、风电叶片及其制备方法，该导线布置系统可以保证叶片壳体气动外形的前提下，解决叶片壳体内外导线连接的问题。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电叶片的导线布置系统，包括导线容纳固定元件和用于与风电叶片外表面预嵌元件连接的导线，所述导线容纳固定元件和导线均设于叶片壳体内，所述导线通过叶片壳体上开设的通孔与预嵌元件连接，所述导线容纳固定元件固设于通孔处，所述导线容纳固定元件上开设有用于导线穿入的穿入孔和用于导线穿出的穿出孔，且所述穿出孔与所述通孔直接连通(优选的穿出孔与通孔重合)。

上述导线容纳固定元件可采用工程塑料或玻璃纤维增强树脂基复合材料，优选采用和叶片壳体同材质的玻璃纤维增强复合材料。导线容纳固定元件可位于叶片的前缘区域、后缘区域、或腹板间区域，具体根据预嵌元件的展向位置和轴向位置进行选择，导线容纳固定元件的大小以至少容纳0.3m长度导线为准。

上述导线布置系统中，优选的，所述导线容纳固定元件为中空结构，且所述导线容纳固定元件内填充有柔性填充物。柔性填充物应该具备一定的柔性，优选地可采用聚乙烯塑料泡沫进行填充，以保证导线在导线容纳固定元件内不晃动，防止导线和导线容纳固定元件因叶片转动而碰撞损坏。

上述导线布置系统中，优选的，所述导线容纳固定元件的外形与风电叶片内型面保持一致。上述设置更加有利于导线容纳固定元件与叶片壳体的粘结，其二者结合更加紧密牢固。

上述导线布置系统中，优选的，所述导线沿风电叶片内腹板上铺设。本发明中，腹板与导线可以一体成型进行灌注，也可以采用手糊的方式进行粘结。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种风电叶片，包括叶片壳体，所述叶片壳体外表面固设有预嵌元件，所述风电叶片内设有上述的导线布置系统。

上述风电叶片中，优选的，所述叶片壳体在预嵌元件固设处开设有凹坑，所述凹坑的厚度a为2-10mm，所述凹坑的边缘设有长度为b的倒角，且a：b为1：(1-10)(更优选的a：b为1：6)。预嵌元件具有一定的厚度，将其直接固设于叶片壳体外表面，可能会影响风电叶片的气动性能，本发明中，优选的在叶片壳体外表面开设凹坑以用于容纳预嵌元件，更加有利于保持风电叶片原始的气动性能。更优选的，凹坑的边缘要设置倒角，但倒角的大小需要得到合理的控制，倒角过大，会导致此处的应力集中，增大此处发生破坏的风险，倒角过小，凹坑预制元件不便于制造，且不能有效容纳预嵌元件。

上述风电叶片中，优选的，所述凹坑的边缘与预嵌元件的边缘之间的距离不小于50mm，且通孔位于凹坑处。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述风电叶片的制备方法，包括以下步骤：

S1：在叶片壳体预制模具上放置凹坑预制元件，利用真空导入模塑成型工艺制备带凹坑的叶片壳体，制备叶片壳体时同步铺设导线；

S2：制备导线容纳固定元件，并在导线容纳固定元件上开设穿入孔；

S3：在叶片壳体预合模阶段，在导线容纳固定元件上涂覆结构胶(优选采用环氧体系结构胶)，并将导线容纳固定元件粘接在叶片壳体上，随后，翻转壳体预制模具进行预合模，并在叶片壳体外表面标记导线容纳固定元件的位置，再将导线通过穿入孔塞进导线容纳固定元件后封堵穿入孔；

S4：将叶片壳体合模，在凹坑上装设预嵌元件并开设通孔和穿出孔(通孔和穿出孔孔径的大小取导线直径的1.5-3.0倍)，从通孔和穿出孔中勾出导线，将导线与预嵌元件连接，将多余的导线塞进导线容纳固定元件，再从通孔和穿出孔中向导线容纳固定元件中填充柔性填充物，即完成风电叶片的制备。

上述制备方法中，优选的，凹坑预制元件优选的可采用硅胶板；凹坑预制元件上需要用脱模布(如聚四氟乙烯脱模布)等有助于脱模的脱模材料包裹，也可采用脱模剂和脱模腊进行处理，脱模材料用来保证凹坑预制元件与壳体模具的分离及循环利用，包裹好的凹坑预制元件，可用喷胶等粘接材料固定在壳体模具需要放置壳体外侧预嵌元件位置。

上述制备方法中，优选的，通过预合模和设计迭代的方式控制导线容纳固定元件与叶片壳体的间隙在2-12mm之间。

上述制备方法中，优选的，所述叶片壳体在凹坑处增设补强层，补强层为1-10层双轴玻纤布或三轴玻纤布，采用对称铺层补强。

上述制备方法中，优选的，在叶片壳体内的导线可分出1类或多类(≥2)线芯，可以连接一个或多个(≥2)预嵌元件，预嵌元件外表面可选的采用绝缘膜进行分离，绝缘膜可采用杜邦的kapton胶带。随后，采用手糊玻纤布的方式将预嵌元件固定在叶片壳体外表面。此外，还可采用结构胶等材料对型面的凹坑处进行填平处理，填平完成后，用打磨机将突起的位置打磨光滑平整，保证叶片的气动性能。

本发明中，预嵌元件可为温度传感器、加热元件、防雷器件、应变片等组件，具体可根据需求选择装设。如采用温度传感器时，解决了气热/电热除冰叶片不便于采集叶片壳体外温度、等问题；如采用防雷器件时，解决了金属网的接地问题，上述导线布置系统可方便将壳体外侧的金属网通过导线连接至叶根法兰，实现对地的连接。如采用应变片时，解决了叶片外表面应变地采集问题，为有效监控叶片外表面是否存在损伤，达到有目的的修复损伤位置，防止损伤进一步扩大有重要意义。

风电叶片由PS面和SS面粘接合模而成，风电叶片的结构特点是叶根大，叶尖小，叶尖为封闭的空间，操作空间小，从叶根往叶尖20m以后人无法进入操作，不便于实现叶片内外表面的连接操作。因此，本发明的导线布置系统适用于预嵌元件位于风电叶片叶尖区域的情况时优势更加明显，通过上述导线布置系统可以轻松解决叶尖区域处壳体内外导线的连接问题。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明针对风电叶片真空导入模塑成型工艺成型一体成型的特点，通过在风电叶片中布置导线布置系统，在保证叶片外形的前提下，解决了壳体内外导线的连接问题，并且，本发明的导线布置系统与叶片壳体成型基本独立，降低了因其与壳体一体灌注带来的制造风险。

2、本发明的风电叶片中布置导线布置系统，允许预嵌元件设置于风电叶片外表面，解决了预嵌元件不易固定和不便修复的问题。

3、本发明的导线布置系统结构简单，易于装设，与常规风电叶片的组装同步进行，无需增加太多额外工作量。本申请的导线布置系统可应用于除冰叶片领域、金属网防雷领域、监控预防叶片损伤等领域，具有广阔的市场前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中风电叶片的结构示意图。

图2为本发明中风电叶片的预制模具的结构示意图。

图3为本发明中凹坑预制元件的结构示意图。

图4为本发明中导线容纳固定元件的结构示意图。

图5为图1中A的局部剖切放大图(图中未示出凹坑处进行填平处理结构胶)。

图例说明：

1、腹板；2、导线；3、叶片壳体；4、导线容纳固定元件；5、通孔；6、预嵌元件；7、穿入孔；8、穿出孔；9、柔性填充物；10、凹坑；11、凹坑预制元件。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例：

如图1-5所示，本实施例的风电叶片的导线布置系统，包括导线容纳固定元件4和用于与风电叶片外表面预嵌元件6(可为温度传感器、加热元件、防雷器件、应变片等组件)连接的导线2。导线容纳固定元件4和导线2均设于叶片壳体3内，导线2沿风电叶片内腹板1上铺设，导线2通过叶片壳体3上开设的通孔5与预嵌元件6连接，导线容纳固定元件4固设于通孔5处。导线容纳固定元件4上开设有用于导线2穿入的穿入孔7和用于导线2穿出的穿出孔8，且穿出孔8与通孔5重合。本实施例中，腹板1与导线2可以一体成型进行灌注，也可以采用手糊的方式进行粘结。

本实施例中，导线容纳固定元件4为中空结构，且导线容纳固定元件4内填充有柔性填充物9，导线容纳固定元件4的大小要至少容纳0.3m长度导线。

本实施例中，导线容纳固定元件4的外形与风电叶片内型面保持一致。如图1所示，本实施例中，导线容纳固定元件4设于叶片壳体3的前缘空腔，其外形与前缘空腔的内型面保持一致。

本实施例还提供一种风电叶片，包括叶片壳体3与腹板1，叶片壳体3外表面固设有预嵌元件6，风电叶片内设有上述导线布置系统。

如图2-3所示，本实施例中，叶片壳体3在预嵌元件6固定处开设有凹坑10，凹坑10的厚度a为2-10mm，凹坑10的边缘设有长度为b的倒角，且a：b为1：(1-10)(上述范围均可)。

本实施例中，凹坑10的边缘与预嵌元件6的边缘之间的距离不小于50mm，且通孔5位于凹坑10处。

本实施例还提供一种上述风电叶片的制备方法，包括以下步骤：

S1：在叶片壳体3预制模具上放置凹坑预制元件11(采用硅胶板，且表面采用脱模材料包裹)，利用真空导入模塑成型工艺制备带凹坑10的叶片壳体3，制备叶片壳体3时同步铺设导线2；

S2：制备导线容纳固定元件4，并在导线容纳固定元件4上开设穿入孔7；

S3：在叶片壳体3预合模阶段，在导线容纳固定元件4上涂覆结构胶(优选采用环氧体系结构胶)，并将导线容纳固定元件4粘接在叶片壳体3上，随后，翻转壳体预制模具进行预合模，并在叶片壳体3外表面标记导线容纳固定元件4的位置，再将导线2通过穿入孔7塞进导线容纳固定元件4后封堵穿入孔7；

S4：将叶片壳体3合模，在凹坑10上装设预嵌元件6并开设通孔5和穿出孔8(通孔5和穿出孔8孔径的大小取导线2直径的1.5-3.0倍)，从通孔5和穿出孔8中勾出导线2，将导线2与预嵌元件6连接，将多余的导线2塞进导线容纳固定元件4，再从通孔5和穿出孔8中向导线容纳固定元件4中填充柔性填充物9，即完成风电叶片的制备。

本实施例中，通过预合模和设计迭代的方式控制导线容纳固定元件4与叶片壳体3的间隙在2-12mm之间，保证结构胶的厚度为7mm。

本实施例中，叶片壳体3在凹坑10处增设补强层，补强层为1-10层双轴玻纤布或三轴玻纤布，采用对称铺层补强。

本实施例中，预嵌元件外6表面可选的采用绝缘膜进行分离，绝缘膜可采用杜邦的kapton胶带。随后，采用手糊玻纤布的方式将预嵌元件6固定在叶片壳体3外表面。此外，还采用结构胶等材料对型面的凹坑10处进行填平处理，填平完成后，用打磨机将突起的位置打磨光滑平整，保证叶片的气动性能。

Claims (7)

1.一种风电叶片的制备方法，其特征在于，所述风电叶片包括叶片壳体（3），所述叶片壳体（3）外表面固设有预嵌元件（6），所述风电叶片内设有导线布置系统；所述导线布置系统包括导线容纳固定元件（4）和用于与风电叶片外表面预嵌元件（6）连接的导线（2），所述导线容纳固定元件（4）和导线（2）均设于叶片壳体（3）内，所述导线（2）通过叶片壳体（3）上开设的通孔（5）与预嵌元件（6）连接，所述导线容纳固定元件（4）固设于通孔（5）处，所述导线容纳固定元件（4）上开设有用于导线（2）穿入的穿入孔（7）和用于导线（2）穿出的穿出孔（8），且所述穿出孔（8）与所述通孔（5）直接连通；

所述制备方法包括以下步骤：

S1：在叶片壳体（3）预制模具上放置凹坑预制元件（11），利用真空导入模塑成型工艺制备带凹坑（10）的叶片壳体（3），制备叶片壳体（3）时同步铺设导线（2）；

S2：制备导线容纳固定元件（4），并在导线容纳固定元件（4）上开设穿入孔（7）；

S3：在叶片壳体（3）预合模阶段，在导线容纳固定元件（4）上涂覆结构胶，并将导线容纳固定元件（4）粘接在叶片壳体（3）上，随后，翻转壳体预制模具进行预合模，并在叶片壳体（3）外表面标记导线容纳固定元件（4）的位置，再将导线（2）通过穿入孔（7）塞进导线容纳固定元件（4）后封堵穿入孔（7）；

S4：将叶片壳体（3）合模，在凹坑（10）上装设预嵌元件（6）并开设通孔（5）和穿出孔（8），从通孔（5）和穿出孔（8）中勾出导线（2），将导线（2）与预嵌元件（6）连接，将多余的导线（2）塞进导线容纳固定元件（4），再从通孔（5）和穿出孔（8）中向导线容纳固定元件（4）中填充柔性填充物（9），即完成风电叶片的制备。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导线容纳固定元件（4）为中空结构，且所述导线容纳固定元件（4）内填充有柔性填充物（9）。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导线容纳固定元件（4）的外形与风电叶片内型面保持一致。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导线（2）沿风电叶片内腹板（1）上铺设。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述叶片壳体（3）在预嵌元件（6）固设处开设有凹坑（10），所述凹坑（10）的厚度a为2-10mm，所述凹坑（10）的边缘设有长度为b的倒角，且a：b为1：（1-10）。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述凹坑（10）的边缘与预嵌元件（6）的边缘之间的距离不小于50mm，且通孔（5）位于凹坑（10）处。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述叶片壳体（3）在凹坑（10）处增设补强层，补强层为1-10层双轴玻纤布或三轴玻纤布，采用对称铺层补强。

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