CN112238566B - 一种风电叶片根部的预制件及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风电叶片零部件制造技术领域，具体涉及一种风电叶片根部的预制件，包括复合材料主体，复合材料主体垂直于长度方向的截面外轮廓为矩形，且自端部的中心位置处向内缩进形成至少具有一级圆柱体台阶结构的腔体，且当圆柱体台阶结构设置有两级及以上时，各级圆柱体台阶结构同轴设置，且直径自外向内依次减小；螺套，螺套至少部分嵌入腔体内，嵌入部分的外轮廓与腔体的内轮廓贴合，且与腔体在一级圆柱体台阶结构上通过螺纹结构连接。本发明中，通过包覆式结构和螺纹连接的方式可有效提高复合材料主体与螺套的连接质量以及根部螺栓的承载能力，保证产品的使用寿命和安全。

Description

一种风电叶片根部的预制件及其生产方法
技术领域
本发明涉及风电叶片零部件制造技术领域，具体涉及一种风电叶片根部的预制件及其生产方法。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，风力发电产业迅速发展，成为继欧洲、美国和印度之后的全球风力发电主要市场之一。
中国产业调研网发布的2019-2025年中国风电叶片市场现状全面调研与发展趋势分析认为，风机叶片是风能技术进步的关键核心风力机部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。中国风机叶片行业的发展是伴随着风电产业及风电设备行业的发展而发展起来的。由于起步较晚，中国风机叶片最初主要是依靠进口来满足市场需求的，随着国内企业和科研院所的共同努力，中国风机叶片行业的供给能力迅速提升。
风电叶片根部作为连接的主要位置，对整个风电叶片组件的正常运行起到至关重要的作用，现有叶片根部质量的问题严重影响了产品的使用寿命。
鉴于上述问题，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根部的预制件及其生产方法，使其更具有实用性。
发明内容
本发明中提供了一种风电叶片根部的预制件，可有效保证叶片根部的质量，提高螺栓套与复合材料的连接质量以及根部螺栓的承载能力，保证产品的使用寿命和安全。同时本发明中还请求保护一种风电叶片根部的预制件的生产方法，具有同样的技术效果。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括：
一种风电叶片根部的预制件，包括：
复合材料主体，所述复合材料主体垂直于长度方向的截面外轮廓为矩形，且自端部的中心位置处向内缩进形成至少具有一级圆柱体台阶结构的腔体，且当所述圆柱体台阶结构设置有两级及以上时，各级所述圆柱体台阶结构同轴设置，且直径自外向内依次减小；
螺套，所述螺套至少部分嵌入所述腔体内，嵌入部分的外轮廓与所述腔体的内轮廓贴合，且与所述腔体在一级所述圆柱体台阶结构上通过螺纹结构连接。
进一步地，位于所述螺套的外螺纹上缠绕有织物/纤维。
进一步地，所述复合材料主体上还分别设置有树脂注入通道和排气通道；
所述树脂注入通道用于向所述螺纹连接结构处导入树脂，而因树脂注入而多余的气体自所述排气通道排出。
进一步地，所述树脂注入通道和排气通道均沿所述圆柱体台阶结构的径向设置。
进一步地，所述复合材料主体的内部为中空结构，且中空结构一端被所述螺套一端封堵，另一端通过封板封堵。
进一步地， 所述腔体内设置有挡板，所述挡板设置于所述螺套一端，并在螺套的挤压下对所述中空结构一端进行封堵。
进一步地，所述螺套一端延伸至所述复合材料主体外部，且与所述复合材料主体端部形成台阶结构。
一种风电叶片根部的预制件的生产方法，包括以下步骤：
拉挤件成型，成型完成后对称切割为两部分，其中每一部分均作为预制件的复合材料主体；
所述复合材料主体端部加工，形成至少具有一级圆柱体台阶结构的腔体，且当所述圆柱体台阶结构设置有两级及以上时，各级所述圆柱体台阶结构同轴设置，且直径自外向内依次减小；
将预先成型的螺套嵌入所述腔体内，其中，所述螺套与一级所述圆柱体台阶结构螺纹连接。
进一步地，在所述螺套嵌入所述腔体内之前，通过织物/纤维对其螺纹段进行缠绕。
进一步地，其特征在于，还包括向所述复合材料主体和螺套的螺纹连接处注入树脂，且排出多余空气后固化成型。
通过上述技术方案，本发明的有益效果是：
在本发明中，通过将复合材料主体的外轮廓设置为矩形，可在上述风电叶片根部预制件成型结束后，通过其并列设置，以及在相邻两预制件中间设置玻璃钢块等其他拉挤结构的形式获得完整的风电叶片根部轮廓，最终可在覆盖织物后覆膜抽真空，并通过保压注树脂的方式获得整体的根部结构，通过包覆式的结构和螺纹连接的方式可有效提高复合材料主体与螺套的连接质量以及根部螺栓的承载能力，保证产品的使用寿命和安全。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为实施例一中复合材料主体的结构示意图；
图2为实施例一中复合材料主体和螺套的连接示意图；
图3为图2中复合材料主体设置中空结构的结构示意图；
图4为图3中复合材料主体设置树脂注入通道和排气通道的结构示意图；
图5为图4中A处的局部放大图；
图6为实施例一中预制件的整体示意图；
图7为图6中B处的局部放大图；
图8为实施例二中复合材料主体的结构示意图；
图9为实施例二中预制件的整体示意图；
图10为图9中C处的局部放大图；
图11为螺纹结构缠绕织物/纤维的结构示意图；
图12为用于形成复合材料主体的拉挤件的结构示意图；
图13为拉挤件切割后一部分的结构示意图；
附图标记：复合材料主体1、腔体11、树脂注入通道12、排气通道13、螺套2、挡板3、封板4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种风电叶片根部的预制件，包括复合材料主体1，复合材料主体1垂直于长度方向的截面外轮廓为矩形，且自端部的中心位置处向内缩进形成至少具有一级圆柱体台阶结构的腔体11，且当圆柱体台阶结构设置有两级及以上时，各级圆柱体台阶结构同轴设置，且直径自外向内依次减小；螺套2，螺套2至少部分嵌入腔体11内，嵌入部分的外轮廓与腔体11的内轮廓贴合，且与腔体11在一级圆柱体台阶结构上通过螺纹结构连接。
在本发明中，通过将复合材料主体1的外轮廓设置为矩形，可在上述风电叶片根部预制件成型结束后，通过其并列设置，以及在相邻两预制件中间设置玻璃钢块等其他拉挤结构的形式获得完整的风电叶片根部轮廓，最终可在覆盖织物后覆膜抽真空，并通过保压注树脂的方式获得整体的根部结构。此种方式可有效提高复合材料主体1与螺套2的连接质量以及根部螺栓的承载能力，保证产品的使用寿命和安全。
在本发明中，分别列举具有一级圆柱体台阶结构和两级圆柱体台阶结构两种实施方式：
实施例一
如图1和2所示，复合材料主体1自端部的中心位置处向内缩进形成具有两级圆柱体台阶结构的腔体11；其中，位于腔体11内部的一级圆柱体台阶结构的内表面上设置有内螺纹，螺套2嵌入腔体11内部的部分与腔体11内壁贴合，且与内螺纹对应设置有外螺纹，从而实现二者的连接。
其中，复合材料主体1垂直于长度方向的截面优选为正方形，从而可获得最小的拼接单元，保证风电叶片根部的形状适应性。
为了降低整体的重量，如图3所示，复合材料主体1的内部为中空结构，且中空结构一端被螺套2一端封堵，另一端通过封板4封堵。
作为本实施例的优选，如图4~6所示，复合材料主体1上还分别设置有树脂注入通道12和排气通道13；树脂注入通道12用于向螺纹连接结构处导入树脂，而因树脂注入而多余的气体自所述排气通道13排出。通过树脂的注入，有效的保证了复合材料主体1和螺套2之间的连接可靠性，因为螺纹的存在，在局部上破坏了复合材料主体1拉挤件部分层级纤维织物的完整性，通过树脂的注入可对上述完整性的破坏起到有效的补偿作用，保证连接处的轴向可靠性。
其中，优选将树脂注入通道12和排气通道13均沿圆柱体台阶结构的径向设置，从而可有效的降低通道的长度，通过最小的破坏实现上述技术目的，而导入的位置设置在螺纹段长度方向的中心位置处为佳，从而使得树脂可向两侧传递，增加均匀性。
作为本实施例的优选，如图7所示，腔体11内设置有挡板3，挡板3设置于螺套2一端，并在螺套2的挤压下对中空结构一端进行封堵，通过挡板3的设置，可使得密封的效果更优，避免树脂流出至中空结构。
实施二
如图8~10所示，复合材料主体1自端部的中心位置处向内缩进形成具有一级圆柱体台阶结构的腔体11；其中，位于腔体11内部的圆柱体台阶结构的内表面上设置有内螺纹，螺套2嵌入腔体11内部的部分与腔体11内壁贴合，且与内螺纹对应设置有外螺纹，从而实现二者的连接。
其中，复合材料主体1垂直于长度方向的截面优选为正方形，从而可获得最小的拼接单元，其中，复合材料主体1的内部为中空结构，且中空结构一端被螺套2一端封堵，另一端通过封板4封堵。
复合材料主体1上还分别设置有树脂注入通道12和排气通道13；树脂注入通道12用于向螺纹连接结构处导入树脂，而因树脂注入而多余的气体自排气通道13排出，通过树脂的注入，有效的保证了复合材料主体1和螺套2之间的连接可靠性，因为螺纹的存在，在局部上破坏了复合材料主体1拉挤件部分层级纤维织物的完整性，通过树脂的注入可对上述完整性的破坏起到有效的补偿作用，保证连接处的轴向可靠性。为了将上述技术效果进一步进行优化，如图11所示，位于螺套2的外螺纹上缠绕有织物/纤维，通过织物的缠绕使得二者之间的间隙被填充，同时也增加了金属和复材之间的表面亲和性，在树脂注入后，通过固化作用，可使得因螺纹设置而形成的织物间断对预制件性能的影响降低至最低，保证整个预制件的使用寿命和性能。
其中，在螺套2一端延伸至复合材料主体1外部，且与复合材料主体1端部形成台阶结构，目的在于在后续的加工中，为螺套2提供定位的位置，从而确保最终风电叶片根部尺寸的稳定性。
实施例三
一种风电叶片根部的预制件的生产方法，包括以下步骤：
S1：如图12和13所示，拉挤件成型，成型完成后对称切割为两部分，其中每一部分均作为预制件的复合材料主体1，通过上述方式可提高复合材料主体1的加工效率；
S2：复合材料主体1端部加工，如图1和8所示，形成至少具有一级圆柱体台阶结构的腔体11，且当圆柱体台阶结构设置有两级及以上时，各级圆柱体台阶结构同轴设置，且直径自外向内依次减小；
S3：在预先成型的螺套2嵌入腔体11内之前，如图11所示，通过织物/纤维对其螺纹段进行缠绕；
S4：将螺套2嵌入腔体11内，其中，螺套2与一级圆柱体台阶结构螺纹连接；
S5：向复合材料主体1和螺套2的螺纹连接处注入树脂，且排出多余空气后固化成型，其中，树脂注入的通道和排气的通道可沿圆柱体台阶的径向贯穿复合材料主体1侧壁而设置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本实施例采用递进的方式撰写。+
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种风电叶片根部的预制件，其特征在于，包括：
复合材料主体（1），所述复合材料主体（1）垂直于长度方向的截面外轮廓为矩形，且自端部的中心位置处向内缩进形成至少具有一级圆柱体台阶结构的腔体（11），且当所述圆柱体台阶结构设置有两级及以上时，各级所述圆柱体台阶结构同轴设置，且直径自外向内依次减小；
螺套（2），所述螺套（2）至少部分嵌入所述腔体（11）内，嵌入部分的外轮廓与所述腔体（11）的内轮廓贴合，且与所述腔体（11）在一级所述圆柱体台阶结构上通过螺纹结构连接；
所述复合材料主体（1）上还分别设置有树脂注入通道（12）和排气通道（13）；
所述树脂注入通道（12）用于向所述螺纹连接结构处导入树脂，而因树脂注入而多余的气体自所述排气通道（13）排出。
2.根据权利要求1所述的风电叶片根部的预制件，其特征在于，位于所述螺套（2）的外螺纹上缠绕有织物/纤维。
3.根据权利要求2所述的风电叶片根部的预制件，其特征在于，所述树脂注入通道（12）和排气通道（13）均沿所述圆柱体台阶结构的径向设置。
4.根据权利要求1所述的风电叶片根部的预制件，其特征在于，所述复合材料主体（1）的内部为中空结构，且中空结构一端被所述螺套（2）一端封堵，另一端通过封板（4）封堵。
5.根据权利要求4所述的风电叶片根部的预制件，其特征在于，所述腔体（11）内设置有挡板（3），所述挡板（3）设置于所述螺套（2）一端，并在所述螺套（2）的挤压下对所述中空结构一端进行封堵。
6.根据权利要求1所述的风电叶片根部的预制件，其特征在于，所述螺套（2）一端延伸至所述复合材料主体（1）外部，且与所述复合材料主体（1）端部形成台阶结构。
7.一种风电叶片根部的预制件的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：
拉挤件成型，成型完成后对称切割为两部分，其中每一部分均作为预制件的复合材料主体（1）；
所述复合材料主体（1）端部加工，形成至少具有一级圆柱体台阶结构的腔体（11），且当所述圆柱体台阶结构设置有两级及以上时，各级所述圆柱体台阶结构同轴设置，且直径自外向内依次减小；
将预先成型的螺套（2）嵌入所述腔体（11）内，其中，所述螺套（2）与一级所述圆柱体台阶结构螺纹连接；
还包括向所述复合材料主体（1）和螺套（2）的螺纹连接处注入树脂，且排出多余空气后固化成型。
8.根据权利要求7所述的风电叶片根部的预制件的生产方法，其特征在于，在所述螺套（2）嵌入所述腔体（11）内之前，通过织物/纤维对其螺纹段进行缠绕。
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