CN110714876A - 风电叶片及风电叶片生产方法 - Google Patents

风电叶片及风电叶片生产方法 Download PDF

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李金花
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Abstract

本发明公开一种风电叶片及风电叶片生产方法，风电叶片包括腹板、吸力面蒙皮与压力面蒙皮，所述腹板包括第一端与第二端，所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间一体灌注成型；所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间具有一个过渡层，所述过渡层与相连接的蒙皮外形同步成型，所述过渡层为导流材料；所述第二端具有翼边，所述翼边与所述压力面蒙皮或所述吸力面蒙皮粘接一体。本发明实施例风电叶片中腹板与蒙皮相连接部分面积仅相当于腹板自身厚度，接近于线型接触，与蒙皮外形发生差异化范围小。

Description

风电叶片及风电叶片生产方法
技术领域
本发明总体来说涉及一种风电叶片生产技术，具体而言，涉及一种无效粘接胶量更少的风电叶片及风电叶片生产方法。
背景技术
MW级风电叶片一般由主梁帽、抗剪切腹板、蒙皮和叶根连接件几个主要部分组成。一般是将腹板和蒙皮各自成型后粘接一体，每个腹板与蒙皮或主梁帽有两个粘接面，双腹板叶片将产生四个粘接面。粘接时，为了排除空气，使粘接胶填满粘接缝隙，粘接胶涂抹量要大于粘接缝隙截面面积，继而会产生一些无效粘接胶。因此，粘接面越多，无效粘接胶用量越多。
降成本已成为风电叶片发展趋势。公开号为CN1656313A的中国专利和公开号为CN102889184A的中国专利通过主梁和腹板一体化结构简化了腹板与蒙皮的连接，由每支腹板两个粘接界面缩减为一个粘接界面，节约了粘接胶。公开号为CN102889184A的中国专利在粘接处与上述专利一样有垂直于腹板平面方向的法兰板以增加粘接宽度或粘接面积。授权公告号为CN101905538B的中国专利是以抗剪腹板一侧粘接角与蒙皮整体成型，节约了粘接胶。
公开号为CN1656313A的中国专利和专利公开号为CN102889184A的中国专利解决了一支腹板两个粘接面的问题，降低了粘接胶用量。由于腹板粘接处主要承受剪应力作用，因此在粘接胶体积或用胶量相同情况下，粘接宽度越大者应力越低。两者专利均存在粘接厚度受合模缝隙影响较大等因素，以粘接胶体积V＝80(宽度mm)*5(厚度mm)为例，当厚度增加1mm时,等体积粘接胶粘接宽度将会减少超过13mm。对于长度数十米叶根直径数米的MW级大功率风电叶片，即使合模缝隙在规定公差尺寸内变化，单位体积粘接胶的粘接面宽度增减也是不容小觑，粘接胶用量控制难度比较大。
授权公告号为CN101905538B的中国专利中，腹板直接放在蒙皮布层上，当首次放置未到位时，腹板接触面的移动会拉动玻璃布使其错位。其次，粘接角模具与蒙皮模具存在固有相对公差，两个型面之间会形成富树脂层，在成本上会有一定损失，且富树脂过厚时对疲劳强度也有一定影响。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的无效粘接胶用量大的问题，提供一种风电叶片。
本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的无效粘接胶用量大的问题，提供一种风电叶片的生产方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：本发明实施例提供一种风电叶片，包括腹板、吸力面蒙皮与压力面蒙皮，所述腹板包括第一端与第二端，所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间一体灌注成型；所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间具有一个过渡层，所述过渡层与相连接的蒙皮外形同步成型，所述过渡层为导流材料；所述第二端具有翼边，所述翼边与所述压力面蒙皮或所述吸力面蒙皮粘接一体。
根据本发明的一实施方式，还包括第一腹板与第二腹板，所述第一腹板的第一端与所述吸力面蒙皮之间一体灌注成型；所述第二腹板的第一端与所述压力面蒙皮之间一体灌注成型。
根据本发明的一实施方式，所述过渡层为空心网格玻璃钢片材、巴萨轻木或泡沫塑料材料，或是以上任意两种或两种以上材料的组合。
根据本发明的一实施方式，所述过渡层玻璃纤维连续毡与巴萨轻木组合、玻璃纤维连续毡与泡沫塑料组合或玻璃纤维连续毡与玻璃钢片材组合。
根据本发明的一实施方式，所述过渡层中包括导流材料，所述导流材料为玻璃纤维连续毡、空心网格玻璃钢片材或玻璃纤维短切毡。
根据本发明的一实施方式，所述腹板为夹层结构，包括一中间层以以及所述刚性层两侧的面层。
根据本发明的一实施方式，所述中间层材质为轻质泡沫塑料或巴萨木，所述面层为纤维增强复合材料。
根据本发明的另一方面，提供一种风电叶片的制造方法，包括如下步骤：
预制腹板，所述腹板包括第一端与第二端，所述第二端具有翼边；
固定所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮的蒙皮模具，并将所述腹板的第一端对齐固定在蒙皮模具指定位置；
在所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间设置一个过渡层，
所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间一体灌注成型；所述过渡层与相连接的蒙皮外形同步成型，所述过渡层为导流材料；
预制所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮中未与所述腹板连接的一个；
所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮中未与所述腹板连接的一个与所述翼边粘接一体。
根据本发明的一实施方式，所述过渡层与相连接的蒙皮外形同步成型时，通过一个过渡层定位工装对所述过渡层进行定位。
根据本发明的一实施方式，所述翼边粘接固定时，所述腹板通过一个倾角定位工装对所述腹板进行定位。
由上述技术方案可知，本发明实施例的风电叶片及其制作方法的优点和积极效果在于：
本发明实施例中，风电叶片中腹板与蒙皮相连接部分面积仅相当于腹板自身厚度，接近于线型接触，与蒙皮外形发生差异化范围小。腹板与蒙皮之间有过渡层，过渡层由工艺效率许可的小块组成或与蒙皮外形同步成型，贴附性好。过渡层重量轻，面积小移动容易，铺放和移动时不会带动下面蒙皮铺层移动。过渡层具有一定硬度，腹板在其上位移时，不会带动下方布层位移。过渡层具有良好的导流性能，不会因腹板补强层而影响蒙皮灌注。
本发明在过渡层放置工装，具有定位和锚固双重作用。该工装能够控制过渡层位置，在确定其在蒙皮铺层上相对位置正确后，固定过渡层。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
图1是根据实施例示出的风电叶片一制作步骤结构示意图。
图2是根据实施例示出的风电叶片又一制作步骤结构示意图。
图3是根据实施例示出的风电叶片一操作步骤中细节放大结构示意图。
图4是根据另一实施例示出的风电叶片一操作步骤中细节放大结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其它的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
图1是根据实施例示出的风电叶片一制作步骤结构示意图。图2是根据实施例示出的风电叶片又一制作步骤结构示意图。如图所示，本发明实施例中，可以认为是提供了一种风电叶片，主要包括腹板1、吸力面蒙皮5与压力面蒙皮5，所述腹板1包括第一端与第二端，所述第一端与所述吸力面蒙皮5或所述压力面蒙皮5之间一体灌注成型；所述第一端与所述吸力面蒙皮5或所述压力面蒙皮5之间具有一个过渡层4，所述过渡层4与相连接的蒙皮5外形同步成型，所述过渡层4为导流材料；所述第二端具有翼边，所述翼边与所述压力面蒙皮5或所述吸力面蒙皮5粘接一体。
一种具体实施例中，包括第一腹板1与第二腹板1，所述第一腹板1的第一端与所述吸力面蒙皮5之间一体灌注成型；所述第二腹板1的第一端与所述压力面蒙皮5之间一体灌注成型。
本发明一实施例中，所述过渡层4可选择为空心网格玻璃钢片材、巴萨轻木或泡沫塑料材料，或是以上任意两种或两种以上材料的组合。
本发明一实施例中，所述过渡层4可选择为玻璃纤维连续毡与巴萨轻木组合、玻璃纤维连续毡与泡沫塑料组合或玻璃纤维连续毡与玻璃钢片材组合。
本发明一实施例中，所述过渡层4中包括导流材料，所述导流材料为玻璃纤维连续毡、空心网格玻璃钢片材或玻璃纤维短切毡。
本发明一实施例中，所述腹板1为夹层结构，包括一中间刚性层以及所述刚性层两侧的韧性面层。
本发明一实施例中，所述中间刚性层材质为轻质泡沫塑料，所述韧性面层为纤维增强复合材料。
本发明实施例还可认为提供了一种风电叶片的制造方法，包括如下步骤：
预制腹板1，所述腹板1包括第一端与第二端，所述第二端具有翼边；
固定所述吸力面蒙皮5或所述压力面蒙皮5的蒙皮模具6，并将所述腹板1的第一端对齐固定在蒙皮模具6指定位置；
在所述第一端与所述吸力面蒙皮5或所述压力面蒙皮5之间设置一个过渡层4，
所述第一端与所述吸力面蒙皮5或所述压力面蒙皮5之间一体灌注成型；所述过渡层4与相连接的蒙皮5外形同步成型，所述过渡层4为导流材料；
预制所述吸力面蒙皮5或所述压力面蒙皮5中未与所述腹板1连接的一个；
所述吸力面蒙皮5或所述压力面蒙皮5中未与所述腹板1连接的一个与所述翼边粘接一体。
所述过渡层4与相连接的蒙皮5外形同步成型时，通过一个过渡层定位工装2对所述过渡层4进行定位。
所述翼边粘接固定时，所述腹板1通过一个倾角定位工装2对所述腹板1进行定位。
本发明涉及风电叶片蒙皮5、主梁帽与抗剪切腹板1之间的粘接方式，由每支抗剪腹板1与蒙皮5或主梁帽之间上下两个粘接面，改成为每支抗剪腹板1间有一个粘接面。
抗剪切腹板1由轻质材料如PVC泡沫等，纤维增强材料如玻璃纤维织物、碳纤维织物等，基体材料如环氧树脂、乙烯基不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂等材料组成，纤维增强材料和基体材料复合固化后称之为复合材料。
抗剪切腹板1为三明治夹层结构，轻质泡沫在中间层，两侧为复合材料。
抗剪切腹板1为预制件，其中的一个侧边与蒙皮5铺层一体化灌注，该侧没有翼边。另一个侧边与蒙皮5粘接，该侧有翼边。
没有翼边一侧的截面形状可以是矩形，也可以是梯形或三角形。
抗剪切腹板1和蒙皮5铺层之间有一过渡层4。过渡层4可以是单一材料，也可以是多种材料组合。如可以是空心网格玻璃钢片材包括巴萨轻木或泡沫材料一种材料，也可以是两种材料组合如玻璃纤维连续毡/巴萨轻木或玻璃纤维连续毡/泡沫材料或玻璃纤维连续毡/玻璃钢片材。
空心网格玻璃钢或玻璃纤维连续毡是导流材料，导流材料可以是玻璃纤维连续毡、可以是空心网格玻璃钢片材，也可以是玻璃纤维短切毡。
过渡层4是通过定位工装固定于设计规定处，定位工装具有定位和锚固过渡层4双重作用，该定位工装是一个或一组工装组成。
腹板1与蒙皮5连接位置以及空间倾角均有一个或一组定位工装控制。
腹板1上部有一个或一组固定工装，用于固定腹板1在灌注固化过程中始终保持正确位置。腹板1固定后，可以撤除前述定位工装。
腹板1与蒙皮5铺层连接处有多层补强玻璃布分别搭接在腹板1和蒙皮5铺层上，因叶尖-叶根轴向位置不同玻璃布层数有所差异，层数由0～4层不等，这些铺层与蒙皮5铺层同步真空灌注树脂。
蒙皮5和腹板1连接处可以增加倒角条，倒角条截面是直线三角形或多边形，也可以是弧边三角形，即对角边可以是直线也可以是弧线。倒角条的两条边分别于腹板1侧边及蒙皮5铺层相切。
过渡层4的一部分可以和倒角条共同构成为一个部件。如带有凹槽的轻木或泡沫型材，凹槽截面形状与腹板1底部截面形状相近。
腹板1的真空密封带位置有一条光滑带，光滑带宽度可以为约30～150mm的，光滑带用于提高真空密封性能。光滑带可以在腹板1立板上也可以在腹板1翼边上。
本发明实施例涉及风电叶片蒙皮、主梁帽与抗剪切腹板之间的粘接方式，由每支抗剪腹板与蒙皮或主梁帽之间上下两个粘接面，改成为每支抗剪腹板间有一个粘接面。抗剪切腹板一般为三明治夹层结构，中间为轻质泡沫材料，外侧为复合材料。抗剪切腹板由轻质材料如PVC泡沫等，纤维增强材料如玻璃纤维织物、碳纤维织物等，基体材料如环氧树脂、乙烯基不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂等材料组成，纤维增强材料和基体材料复合固化后称之为复合材料。
本发明腹板一个侧边与蒙皮铺层同步真空灌注。方法是蒙皮铺层完成后，在预定位置放置过渡层，在过渡层上放置预制腹板。腹板与蒙皮连接处以及空间倾角均有定位工装控制。过渡层是通过定位工装固定于设计规定处，过渡层可以是空心网格玻璃钢片材、巴萨轻木或泡沫材料的一种材料，也可以是两种材料组合如玻璃纤维连续毡/巴萨轻木或玻璃纤维连续毡/泡沫材料或玻璃纤维连续毡/玻璃钢片材。空心网格玻璃钢或玻璃纤维连续毡是导流材料，导流材料可以是玻璃纤维连续毡、可以是空心网格玻璃钢片材，也可以是玻璃纤维短切毡。腹板与蒙皮铺层连接处有多层补强玻璃布分别搭接在腹板和蒙皮铺层上，因叶尖-叶根轴向位置不同玻璃布层数有所差异，这些铺层与蒙皮铺层同步真空灌注树脂。蒙皮和腹板连接处可以增加倒角条，避免补强玻璃布出现锐角或直角拐弯，减少应力集中。腹板真空密封带位置有一条光滑带，光滑带宽度约30～150mm的，光滑带用于提高真空密封性能。光滑带可以在腹板立板上也可以在腹板翼边上。
本发明实施例相比现有技术的有益效果在于：
1.叶片总体重量降低
2.提高可靠性
3.环境友好，固体废弃物少
4.成本低
应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。
尽管已经参照某些实施例公开了本发明，但是在不背离本发明的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变型和修改。因此，应该理解本发明并不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。

Claims (10)

1.一种风电叶片，包括腹板、吸力面蒙皮与压力面蒙皮，其特征在于，所述腹板包括第一端与第二端，所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间一体灌注成型；所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间具有一个过渡层，所述过渡层与相连接的蒙皮外形同步成型，所述过渡层为导流材料；所述第二端具有翼边，所述翼边与所述压力面蒙皮或所述吸力面蒙皮粘接一体。
2.如权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述腹板包括第一腹板与第二腹板，所述第一腹板的第一端与所述吸力面蒙皮之间一体灌注成型；所述第二腹板的第一端与所述压力面蒙皮之间一体灌注成型。
3.如权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述过渡层为空心网格玻璃钢片材、巴萨轻木或泡沫塑料材料，或是以上任意两种或两种以上材料的组合。
4.如权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述过渡层为玻璃纤维连续毡与巴萨轻木组合、玻璃纤维连续毡与泡沫塑料组合或玻璃纤维连续毡与玻璃钢片材组合。
5.如权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述过渡层中包括导流材料，所述导流材料为玻璃纤维连续毡、空心网格玻璃钢片材或玻璃纤维短切毡。
6.如权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述腹板为夹层结构，包括一中间层以及所述中间层两侧的面层。
7.如权利要求6所述的风电叶片，其特征在于，所述中间层材质为轻质泡沫塑料或巴萨木，所述面层为纤维增强复合材料。
8.一种风电叶片的生产方法，包括如下步骤：
预制腹板，所述腹板包括第一端与第二端，所述第二端具有翼边；
固定所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮的蒙皮模具，并将所述腹板的第一端对齐固定在蒙皮指定位置；
在所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间设置一个过渡层，
所述第一端与所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮之间一体灌注成型；所述过渡层与相连接的蒙皮外形同步成型，所述过渡层为导流材料；
预制所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮中未与所述腹板连接的一个；
所述吸力面蒙皮或所述压力面蒙皮中未与所述腹板连接的一个与所述翼边粘接一体。
9.如权利要求8所述的风电叶片的生产方法，其特征在于，所述过渡层与相连接的蒙皮外形同步成型时，通过一个过渡层定位工装对所述过渡层进行定位。
10.如权利要求8所述的风电叶片的生产方法，其特征在于，所述翼边粘接固定时，所述腹板通过一个倾角定位工装对所述腹板进行定位。
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