CN111594382A - 一种风电叶片泡沫芯材 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种风电叶片泡沫芯材，属于风电叶片制造技术领域，所述泡沫芯材为复合材料结构，包括蒙皮以及至少局部设置在所述蒙皮其中一侧，并与所述蒙皮固定连接的若干支撑结构。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的风电叶片泡沫芯材通过将传统轻木替换成纤维复合材料结构，解决了轻木受生长环境和土壤要求制约而造成的产量低的难题，为风电叶片的大规模、大批量生产提供了可能。其次，单层蒙皮的设置，使得泡沫芯材整体具有良好的随形能力。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料结构技术领域，具体而言，涉及一种风电叶片泡沫芯材。
背景技术
随着世界对能源危机及环境污染问题的日益重视，国内外大力推动风能这一种清洁、可再生能源的开发利用，发展风力发电，叶片作为风机中重要组成部件需求量也越来越大，一般来说，风力发电机功率越大风机叶片长度越长，随着水平轴风力发电机向大功率发展，风机的叶片也越来越长。
目前，大多数大型风电叶片都采用复合材料，以玻璃纤维或者碳纤维为增强材料，树脂为基体，真空辅助固化成型，为减轻叶片自身重量，增加结构刚度，防止局部失稳，提高整个叶片的抗载荷能力，在叶片的前缘、后缘以及剪切肋等部位会用到夹芯材料，夹芯材料一般包括剪切腹板和结构泡沫芯材两部分，是风电叶片的关键材料之一，传统结构泡沫芯材大都采用轻木，但是轻木有自己特殊的生长环境和土壤要求，产量低，无法满足叶片大批量生产需求
鉴于上述情况，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种风电叶片泡沫芯材，使其更具有实用性。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种风电叶片泡沫芯材，旨在解决现有技术中，轻木受生长环境和土壤要求制约，产量低，无法满足风电叶片大批量生产需求的技术问题。
本发明提出了一种风电叶片泡沫芯材，所述泡沫芯材为复合材料结构，包括蒙皮以及至少局部设置在所述蒙皮其中一侧，并与所述蒙皮固定连接的若干支撑结构。
进一步地，所述支撑结构为空心结构，具有两相对设置的敞口端，所述支撑结构的轴线平行所述蒙皮设置，且，其中一个侧壁与所述蒙皮粘接，所述支撑结构内设置有泡沫，对整个空腔进行填充。
进一步地，所述支撑结构为空心结构，所述支撑结构的轴线垂直所述蒙皮设置，所述支撑结构远离所述蒙皮的一端为敞口端，所述支撑结构内设置有泡沫，对整个空腔进行填充。
进一步地，所述支撑结构为封闭中空结构，所述支撑结构的其中一个侧壁与所述蒙皮粘接。
进一步地，所述支撑结构为中空结构，且设置有一敞口端，所述敞口端与所述蒙皮粘接。
进一步地，所述支撑结构为实心结构，所述支撑结构的其中一个侧壁与所述蒙皮粘接。
进一步地，若干所述支撑结构呈矩形阵列分布。
进一步地，若干所述支撑结构在纵向或横向错位设置。
进一步地，所述支撑结构的壁厚均匀设置。
进一步地，所述支撑结构的空腔形状固定，不受外轮廓形状影响，为圆、椭圆、正多边形中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的风电叶片泡沫芯材通过将传统轻木替换成纤维复合材料结构，解决了轻木受生长环境和土壤要求制约而造成的产量低的难题，为风电叶片的大规模、大批量生产提供了可能。其次，单层蒙皮的设置，使得泡沫芯材整体具有良好的随形能力。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本实施例提出的第一种风电叶片泡沫芯材的结构示意图；
图2为本实施例提出的第二种风电叶片泡沫芯材的结构示意图；
图3为本实施例提出的第三种风电叶片泡沫芯材的结构示意图；
图4为本实施例提出的第四种风电叶片泡沫芯材的结构示意图；
图5为本实施例提出的第五种风电叶片泡沫芯材的结构示意图；
图6为本实施例提出的第六种风电叶片泡沫芯材的结构示意图；
图7为本实施例提出的第七种风电叶片泡沫芯材的结构示意图；
图8a至图8d为本实施例提出的其中一种支撑结构的空间排列示意图；
图9a至图9d为本实施例提出的另一种支撑结构的空间排列示意图；
附图标记：1、蒙皮；2、支撑结构；3、泡沫。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参阅图1和图2，由图可知，本发明实施例提出了一种风电叶片泡沫芯材，其中，泡沫芯材为复合材料结构，包括蒙皮1以及至少局部设置在蒙皮1其中一侧，并与蒙皮1固定连接的若干支撑结构2，与传统风电叶片结构相比，通过复合材料结构代替传统轻木，轻木由于特殊的生长环境和土壤要求，产量低，无法适用于叶片的大批量生产，而通过合适的成型工艺，复合材料结构可以大批量、大规模生产。优选地，为了保证叶片的整体重量以及整体强度，复合材料结构优选采用碳纤维。
参阅图1至图7，蒙皮1与支撑结构2皆为分体式结构，通过此种分体的结构形式，旨在使得各部分获得独立的加工过程，从而降低对模具的加工要求。其中，本实施例中，为了进一步的将分体结构进行细致优化，支撑结构2由一种类型的单元结构构成。通过单元结构的设置，可便于结构尺寸的变化，具体的，当使用更多数量的单元结构，而使得单元结构获得更大的分布面积时，可配合更大面积的蒙皮1而获得尺寸更大的泡沫芯材结构。
在具体对支撑结构2的截面进行选择的过程中，仅需保证具有两平行的侧壁即可满足使用的需求，在上述基础上，如图1所示，截面的外围轮廓为正方形、六边形、五边形或者八边形等均在本发明中的保护范围内，图中对几种结构形式进行了比对。在实施过程中，支撑结构2的设置密度和尺寸可根据实际情况进行选择。
继续参阅图1和图2，本实施例中，为了降低重量，支撑结构2采用空心结构，且具有两相对设置的敞口端，支撑结构2的轴线平行蒙皮1设置，且，其中一个侧壁与蒙皮1粘接，在具体叶片铺设过程中，为了防止树脂进入支撑结构2的空腔内，支撑结构2内设置有泡沫3，对整个空腔进行填充。可以理解的是，由于支撑结构2的轴线平行蒙皮1设置，因此，在垂直方向上的载荷承载力不强，但支撑结构2与蒙皮1采用面粘接的方式，使得二者连接处具有很强的粘接强度。
对比图1和图2，本实施例提出的支撑结构2具有两种结构形式，一是支撑结构2的空腔形状与外轮廓相同，使得支撑结构2的壁厚均匀，该结构节省材料，成本低；二是支撑结构2的空腔形状不受外轮廓影响，且空腔形状固定，为圆、椭圆、正多边形中的一种，该设置在拉挤成型时，通过固定形状的芯棒即可快速成型，成型快。
继续参阅图3和图4，与图1、图2不同的是，支撑结构2的轴线垂直蒙皮1设置，该设置使得泡沫结构整体具有良好的竖向载荷刚度，即，抗压能力强，本实施例中，支撑结构2同样采用敞口设计，如图3所示，支撑结构2的敞口端朝外设置，相对的一侧设置有与蒙皮1固结的平面，该设置能保证连接的强度，同时，为了防止树脂进入支撑结构2的空腔内，支撑结构2内设置有泡沫3，对整个空腔进行填充；如图4所示，与图3不同的是，支撑结构2具有两个敞口端，且其中一个敞口端与蒙皮1粘接，该设置连接处粘接强度虽然不高，但是用料少，制作成本低。
继续参阅图5至图7，支撑结构2与蒙皮1之间为封闭结构，该设计在叶片铺设时无需考虑树脂渗透至支撑结构2内部的情况，因此，无需使用泡沫进行填充，如图5所示，支撑结构2为封闭中空结构，支撑结构2的其中一个侧壁与蒙皮1粘接；如图6所示，支撑结构2为中空结构，且设置有一敞口端，该敞口端与蒙皮1粘接，使得支撑结构2与蒙皮1整体为封闭结构；如图7所示，支撑结构2为实心结构，支撑结构2的其中一个侧壁与蒙皮1粘接，该结构整体重量大且制作成本高。
本实施例中，为了保证泡沫芯材有良好的随形能力，各支撑结构2呈一定距离分布，即彼此之间留有一定间距，在排列过程中，可以通过矩形阵列分布，如图9a至9d所示，也可在纵向或横向错位设置，如图8a至8d所示，该方案在一定程度上可以减少支撑结构2的使用，降低成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述泡沫芯材为复合材料结构，包括蒙皮（1）以及至少局部设置在所述蒙皮（1）其中一侧，并与所述蒙皮（1）固定连接的若干支撑结构（2）。
2.根据权利要求1所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述支撑结构（2）为空心结构，具有两相对设置的敞口端，所述支撑结构（2）的轴线平行所述蒙皮（1）设置，且，其中一个侧壁与所述蒙皮（1）粘接，所述支撑结构（2）内设置有泡沫（3），对整个空腔进行填充。
3.根据权利要求1所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述支撑结构（2）为空心结构，所述支撑结构（2）的轴线垂直所述蒙皮（1）设置，所述支撑结构（2）远离所述蒙皮（1）的一端为敞口端，所述支撑结构（2）内设置有泡沫（3），对整个空腔进行填充。
4.根据权利要求1所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述支撑结构（2）为封闭中空结构，所述支撑结构（2）的其中一个侧壁与所述蒙皮（1）粘接。
5.根据权利要求1所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述支撑结构（2）为中空结构，且设置有一敞口端，所述敞口端与所述蒙皮（1）粘接。
6.根据权利要求1所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述支撑结构（2）为实心结构，所述支撑结构（2）的其中一个侧壁与所述蒙皮（1）粘接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，若干所述支撑结构（2）呈矩形阵列分布。
8.根据权利要求1-6任一项所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，若干所述支撑结构（2）在纵向或横向错位设置。
9.根据权利要求1-6任一项所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述支撑结构（2）的壁厚均匀设置。
10.根据权利要求1-6任一项所述的风电叶片泡沫芯材，其特征在于，所述支撑结构（2）的空腔形状固定，不受外轮廓形状影响，为圆、椭圆、正多边形中的一种。
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