CN110242511A - 风轮机叶片制作用板材、风轮机叶片梁帽结构及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风轮机叶片制作用板材、风轮机叶片梁帽结构及制备方法，涉及用于风轮机的转子叶片，板材由纤维材料及可固化材料制成，其上表面和/或下表面沿板材沿其长度方向开设有脱模布槽，拉挤板材位于脱模布槽两侧具有两个边侧结构，各边侧结构上开设有至少一个用于连通相邻板材上脱模布槽的引流槽，叶片梁帽结构主要由板材堆叠而成，并由树脂固化。通过利用板材上的脱模布槽作为树脂流动的通道，无需后期在板材上通过磨削的方式开槽，使得板材表面附近的纤维不会断裂，不会影响板材的结构强度；通过在板材侧边设置引流槽，使得树脂可以从板材的侧边进入到板材层结构之间，有利于树脂的快速灌注并且可以减少板材层间的气腔数量。

Description

风轮机叶片制作用板材、风轮机叶片梁帽结构及制备方法

技术领域

本发明涉及用于风轮机的转子叶片，更具体地说，它涉及风轮机叶片制作用板材、风轮机叶片梁帽结构及制备方法。

背景技术

风轮机叶片通常由碳纤维制成的板材堆叠而成，为了保证叶片的结构强度，在板材之间会灌注可固化材料，例如树脂等。为了保证相邻两个板材之间的粘接强度，树脂被尽可能均匀地灌注到板材之间。但是由于板材之间的间隙很小，树脂往往并不能灌注均匀，由此使得板材之间留有气泡进而使得叶片的结构强度降低。

为了能够消除气泡，现有技术中，如专利公告号为CN200610126234.6的中国专利提出了一种可用于制造转子叶片圆柱盖的一种制造连续层压片的方法，其通过在板材的表面开设沟槽，进而使得树脂能够沿着所述沟槽到达板材的任意位置，实现板材之间的稳固粘结。但是非常明显的，可以看出上述操作实际上也使得碳纤维板材表面的纤维结构受到破坏，板材表面的拉伸强度降低，单块板材在收到横向冲击力后容易被折断。

同样，为了便于树脂在相邻两个板材之间流动，现有技术中，如专利公告号为CN201180009905.X的专利提出了一种风力涡轮机转子叶片部件及其制造方法，其通过在板材之间填充灌注促进层，如纱布等，增大了板材之间的间隙，进而有助于树脂快速流入相邻两个板材之间的空隙中。但是上述结构也使得板材之间的间距变大，一定程度上降低了叶片的成型结构强度。

发明内容

针对实际运用中存在的上述技术问题本发明提出了一种风轮机叶片制作用板材结构，其通过在板材长度方向两侧的边缘开设供树脂流动的通道使得树脂可以由板材侧边进入到板材之间，同时充分利用板材脱模布去除后所形成的空间进行树脂的灌注，既不会破坏纤维板材原有的结构，也不会增大板材之间的间隙，而且能够实现树脂快速均匀的分布。基于上述板材结构，本发明目的二在于提出一种风轮机叶片，其利用上述板材堆叠而成，在制作时方便快捷，制作后结构强度高，耐用性好。发明目的三在于提出一种用于制备上述风轮机叶片的方法。具体方案如下：

一种风轮机叶片制作用板材，由纤维材料及可固化材料制成，其上表面和/或下表面沿板材沿其长度方向开设有脱模布槽，所述板材位于所述脱模布槽两侧具有两个边侧结构，各所述边侧结构上开设有至少一个用于连通相邻板材上脱模布槽的引流槽。

通过上述技术方案，在将可固化材料灌注到板材之间时，并发明充分利用了板材去除脱模布后所留下的脱模布槽作为可固化材料的流通通道，由于脱模布槽是在板材生产固化过程中形成，而非是通过后期磨削的方式得到，因此对于板材表面附近纤维材料的连续性以及板材本身结构强度不产生影响。上述方案，可固化材料并非只能从板材的端部进入到板材中，而是可以从板材的侧边进入，由此可以加速灌注的速度，板材层间的空气也可以由上述引流槽中快速排出至脱模布槽外部。由于相邻板材上脱模布槽通过引流槽相连通，可固化材料在流动时不会出现流速不均的问题，不会出现某一脱模布槽中的可固化材料流动很慢，另一脱模布槽中的可固化材料从前一脱模布槽的另一端倒灌的情况，进而避免可固化材料回流在板材层间产生气腔，板材层间结合强度显著提升。

进一步的，所述引流槽沿所述板材的宽度方向设置；或

沿所述板材边侧的轮廓开设。

通过上述技术方案，可以连通多个脱模布槽，便于可固化材料在各个脱模布槽之间流动，保证灌注速度的均匀性，进而减少板材层间的气腔。

进一步的，所述引流槽垂直于可固化材料流动方向的截面呈半圆形。

通过上述技术方案，避免板材表面出现尖锐的棱角，也有利于可固化材料的流动。

进一步的，所述引流槽的直径设置为5~10mm。

进一步的，当所述引流槽沿所述板材的宽度方向设置时，所述引流槽的长度方向相对于所述板材的宽度方向呈0°~90°设置。

通过上述技术方案，相对倾斜地设置，也有利于可固化材料的流动。

进一步的，所述引流槽贯穿所述板材边侧设置，且两端分别与板材上下表面所在的脱模布槽相连通。

进一步的，所述板材两边侧结构上开设的引流槽呈对称设置或交错设置。

进一步的，所述板材的边侧结构处开设有倒斜角。

通过上述技术方案，对板材边侧结构的结构应力加以调整，也可以在相邻两个板材之间形成供可固化材料流动的通道。

进一步的，所述板材的端部呈渐缩设置；或

所述板材的端部设置有倾斜面，所述倾斜面设置为曲面。

进一步的，所述纤维材料为碳纤维材料，所述可固化材料为树脂。

基于上述风轮机叶片制作用板材，本发明还提出了一种风轮机叶片梁帽结构，包括多个如前所述风轮机叶片制作用板材，多个所述板材呈堆叠设置且由可固化材料固化而成。

通过上述技术方案，由于板材层间气腔数量得到显著降低，梁帽结构的强度更高。

进一步的，相邻两个所述板材之间填充有灌注促进层。

通过上述技术方案，可以进一步增大板材层间的间隙，便于树脂的流动。

进一步的，所述灌注促进层配置为由短切纤维铺设而成。

通过上述技术方案，铺设短切碳纤维有利于树脂在堆叠板材层间的流动，且能显著提高拉挤板材的层间结合强度。

基于上述风轮机叶片梁帽结构，本发明还提出了一种利用所述板材制备风轮机叶片梁帽的方法，包括以下步骤：

a,提供若干条所述板材；

b，将若干条所述板材按端部渐缩的形式依次放入梁帽模具，在铺设过程中，在板材的脱模布槽中涂覆短切纤维；

c,利用树脂将上述堆叠好的板材固化。

通过上述技术方案，能够快速有效地将树脂灌注到相邻的板材之间，提升效率的同时可以减少板材层间的气腔数量，最终使得板材的结合强度显著上升。

进一步的，所述步骤b中，所述短切纤维可为玻璃纤维、碳纤维，直径为8~10微米，长0.1~100mm，铺设的厚度为0.1~1mm。

进一步的，所述短切纤维均匀铺设于所述脱模布槽中；或

呈条状交叉或并排铺设在脱模布槽中。

通过上述技术方案，不同的板材长度对应的树脂流动时间、所需的结合强度均不相同，通过调整短切纤维的排布方式，可以对板材层间树脂的流向以及速度加以调整，最终让树脂均匀快速的在板材之间流动，消除气腔，提升板材的结合强度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

（1）通过利用板材上的脱模布槽作为树脂流动的通道，无需后期在板材上通过磨削的方式开槽，使得板材表面附近的纤维不会断裂，不会影响板材的结构强度；

（2）通过在板材侧边设置引流槽，使得树脂可以从板材的侧边进入到板材层结构之间，有利于树脂的快速灌注并且可以减少板材层间的气腔数量；

（3）通过铺设短切碳纤维有利于树脂在堆叠板材层间的流动，且能显著提高拉挤板材的层间结合强度。

附图说明

图1为沿板材宽度方向开设引流槽的结构示意图；

图2为板材两侧开设倒斜角的结构示意图；

图3为板材两端侧开设倒斜角的结构示意图；

图4为沿板材两侧轮廓开设引流槽的结构示意图；

图5为贯穿板材开设引流槽的结构示意图；

图6为板材堆叠时树脂流向的示意图；

图7为风轮机叶片梁帽结构的示意图；

图8a为灌注促进层铺设方式示意图一;

图8b为灌注促进层铺设方式示意图二;

图8c为灌注促进层铺设方式示意图三。

附图标记：1、脱模布槽；2、边侧结构；3、引流槽；4、倒斜角；5、倾斜面；6、灌注促进层。

具体实施方式

当前，风轮机叶片多由碳纤维板堆叠而成，利用树脂等可固化材料对各个板材进行固化。在利用树脂结合各个板材的时候，树脂灌注的均匀程度、板材之间是否会留存气腔，都影响着板材的结构强度。

为了便于树脂在板材之间的流动，现有技术中，直接在板材表面开槽的方式屡见不鲜，通过磨削在板材表面形成连贯的流动槽，虽然能够促进树脂的流动，但是，磨削开槽也使得板材表面的纤维连续性受到极大地破坏，板材表面结构强度降低。本发明的目的便在于提出一种风轮机叶片制作用板材，通过特殊的结构设置，消除或减少上述问题。

下面结合实施例及图对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

如图1所示，一种风轮机叶片制作用板材，由纤维材料及可固化材料制成，本发明中，上述纤维材料优选的采用碳纤维材料，可固化材料采用树脂，上述板材优选的通过拉挤方式得到。

上述板材上表面和/或下表面沿板材沿其长度方向开设有脱模布槽1，需要理解的是，上述脱模布槽1形成的原理是：在板材拉挤成型的过程中，将脱模布覆在板材表面，而后板材固化，将上述脱模布撕掉，变形成了上述脱模布槽1。由此可见，上述脱模布槽1的形成，不同于磨削的方式，并不会破坏板材表面的纤维结构。

如图1所示，拉挤板材位于脱模布槽1两侧具有两个边侧结构2，各边侧结构2上开设有至少一个用于连通相邻板材上脱模布槽1的引流槽3。上述边侧结构2的宽度在实践中，优选为5~10mm，对应的，所述引流槽3的长度设置为5~10mm。

如图2所示，引流槽3沿板材的宽度方向设置，便于树脂经由上述引流槽3进入到脱模布槽1中。

可选的，当引流槽3沿板材的宽度方向设置时，引流槽3的长度方向相对于板材的宽度方向呈0°~90°设置，优选为25°~45°。相对倾斜地设置，也有利于树脂的流动。

如图4所示，上述引流槽3沿板材边侧的轮廓开设，上述设置可以连通多个脱模布槽1，便于可固化材料在各个脱模布槽1之间流动，保证灌注速度的均匀性，进而减少板材层间的气腔。

通常板材间灌注树脂都是采用真空灌注的方式进行，将板材堆叠好后放入到模具中，灌注树脂。在实际操作中的过程中，如图6所示，由于相邻板材之间有空隙，若某一脱模布槽1中的树脂流动很慢，另一脱模布槽1中的树脂流动很快，则其很有可能出现树脂从前一脱模布槽1的另一端倒灌的情况，树脂回流在板材层间产生气腔，影响板材层间结合强度，通过上述技术方案则不会出现此种问题。树脂并非只能从板材的端部进入到板材中，而是可以从板材的侧边进入，由此可以加速灌注的速度，板材层间的空气也可以由上述引流槽3中快速排出至脱模布槽1外部。

详述的，所述引流槽3垂直于可固化材料流动方向的截面呈半圆形设置，引流槽3的直径设置为5~10mm。上述引流槽3的形状，亦可设置为其它形状，例如半椭圆形、半菱形等。

在一特定实施例中，如图5所示，上述引流槽3贯穿板材边侧设置，且两端分别与板材上下表面所在的脱模布槽1相连通。

如图1和图2所述，板材两边侧结构2上开设的引流槽3呈对称设置或交错设置。

如图2所示，板材的边侧结构2处开设有倒斜角4，对板材边侧结构2的结构应力加以调整的同时，也可以在相邻两个板材之间形成供可固化材料流动的通道。

进一步的，如图3所示，板材的端部呈渐缩设置，或板材的端部设置有倾斜面5，倾斜面5设置为曲面，在满足板材端部应力需要的同时，使得板材的边缘形状与后期叶片的轮廓相适配。

如图7所示，基于上述风轮机叶片制作用板材，本发明提出了一种风轮机叶片梁帽结构，包括多个如前风轮机叶片制作用板材，多个板材呈堆叠设置且由可固化材料固化而成。上述技术方案，由于板材层间气腔数量得到显著降低，梁帽结构的强度更高。

进一步优化的，如图8a、图8b、图8c所示，相邻两个板材之间填充有灌注促进层6，可以进一步增大板材层间的间隙，便于树脂的流动。优选的，灌注促进层6配置为由短切纤维铺设而成，铺设短切碳纤维有利于树脂在堆叠板材层间的流动，且能显著提高拉挤板材的层间结合强度。

基于上述风轮机叶片梁帽结构，本发明还提出了一种利用板材制备风轮机叶片梁帽的方法，主要包括以下步骤：

a,提供若干条板材；

b，将若干条板材按端部渐缩的形式依次放入梁帽模具，在铺设过程中，在板材的脱模布槽1中或板材之间涂覆短切纤维；

c,利用树脂将上述堆叠好的板材固化。

通过上述技术方案，能够快速有效地将树脂灌注到相邻的板材之间，提升效率的同时可以减少板材层间的气腔数量，最终使得板材的结合强度显著上升。

步骤b中，短切纤维可为玻璃纤维、碳纤维，直径为8~10微米，长0.1~100mm，铺设的厚度为0.1~1mm。

不同的板材长度对应的树脂流动时间、所需的结合强度均不相同，通过调整短切纤维的排布方式，如图8a所示，将短切纤维均匀铺设于脱模布槽1中，或呈条状交叉或并排铺设在脱模布槽1中(参见图8b、图8c)。可以对板材层间树脂的流向以及速度加以调整，最终让树脂均匀快速的在板材之间流动，消除气腔，提升板材的结合强度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种风轮机叶片制作用板材，由纤维材料及可固化材料制成，其上表面和/或下表面沿板材沿其长度方向开设有脱模布槽(1)，其特征在于，所述板材位于所述脱模布槽(1)两侧具有两个边侧结构(2)，各所述边侧结构(2)上开设有至少一个用于连通相邻板材上脱模布槽(1)的引流槽(3)。

2.根据权利要求1所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述引流槽(3)沿所述板材的宽度方向设置；或

沿所述板材边侧的轮廓开设。

3.根据权利要求2所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述引流槽(3)垂直于可固化材料流动方向的截面呈半圆形。

4.根据权利要求3所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述引流槽(3)的直径设置为5~10mm。

5.根据权利要求2所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，当所述引流槽(3)沿所述板材的宽度方向设置时，所述引流槽(3)的长度方向相对于所述板材的宽度方向呈0°~90°设置。

6.根据权利要求1所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述引流槽(3)贯穿所述板材边侧设置，且两端分别与板材上下表面所在的脱模布槽(1)相连通。

7.根据权利要求2或6所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述板材两边侧结构(2)上开设的引流槽(3)呈对称设置或交错设置。

8.根据权利要求1所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述板材的边侧结构(2)处开设有倒斜角(4)。

9.根据权利要求1所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述板材的端部呈渐缩设置；或

所述板材的端部设置有倾斜面(5)，所述倾斜面(5)设置为曲面。

10.根据权利要求1所述的风轮机叶片制作用板材，其特征在于，所述纤维材料为碳纤维材料，所述可固化材料为树脂。

11.一种风轮机叶片梁帽结构，其特征在于，包括多个如权利要求1~10中任意一项所述风轮机叶片制作用板材，多个所述板材呈堆叠设置且由可固化材料固化而成。

12.根据权利要求11所述的风轮机叶片梁帽结构，其特征在于，相邻两个所述板材之间填充有灌注促进层(6)。

13.根据权利要求12所述的风轮机叶片梁帽结构，其特征在于，所述灌注促进层(6)配置为由短切纤维铺设而成。

14.一种利用所述板材制备风轮机叶片梁帽的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a,提供若干条所述板材；

b，将若干条所述板材按端部渐缩的形式依次放入梁帽模具，在铺设过程中，在板材的脱模布槽(1)中涂覆短切纤维；

c,利用树脂将上述堆叠好的板材固化。

15.根据权利要求14所述的风轮机叶片，其特征在于，所述步骤b中，所述短切纤维可为玻璃纤维、碳纤维，直径为8~10微米，长0.1~100mm，铺设的厚度为0.1~1mm。

16.根据权利要求14所述的风轮机叶片，其特征在于，所述短切纤维均匀铺设于所述脱模布槽(1)中；或

呈条状交叉或并排铺设在脱模布槽(1)中。