CN112307584A - 一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，包括以下步骤：S1、选取芯材轮廓的展开轴线；S2、展开轴线选择完毕后，测量得到展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸；S3、根据得到的弦向尺寸以及叶片设计中心给出的芯材距离叶片前后缘边缘线的尺寸数据，得到芯材的弦向尺寸数据；S4、对芯材的弦向尺寸数据进行修正，得到精准的芯材弦向尺寸数据，通过软件根据精准的芯材弦向尺寸数据画图得到芯材的轮廓线。本发明所述的方法能一次性精确绘制出芯材的轮廓尺寸，无须再进行尺寸修正，较现有方法大大节约了芯材轮廓尺寸的修正成本。

Description

一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法

技术领域

本发明属于风电叶片制作技术领域，尤其是涉及一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法。

背景技术

风电叶片结构主要为玻璃钢夹芯结构，夹芯主要为Balsa木和PVC、PET等填充材料，这些填充材料在叶片结构上分布面积很大，一般从1m-叶尖区域都需要这些材料填充。随着叶片越做越长，型线变化越来越复杂，对填充材料轮廓尺寸的精度要求也越来越高。

目前芯材轮廓尺寸的绘制方式主要以叶片平面展开图为基准进行绘制，在实际使用过程中，主要存在芯材轮廓尺寸不合适、芯材块拼接后与壳体型线随型性差、芯材与主梁贴合性差等问题，目前解决这些问题主要通过现场多次测量和修正。此种方法，需要在实际使用时进行测量和修正，修正周期较长，需要经过多次修正和试用才能得到最终尺寸数据。同时，在修正期间，在使用过程中，若芯材尺寸不合适，需要花大量人力、时间去修补芯材，严重影响生产效率和产品质量。

针对上述问题，本专利提出了一种精确绘制叶片填充芯材尺寸的方法。该方法可以精确绘制出芯材轮廓尺寸，通过该方法绘制的芯材图，芯材与主梁贴合间隙最大不超过2mm，贴合性好，避免富树脂聚集；与壳体型线近似理论值，随型性好，平滑过渡避免应力集中。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，以解决芯材轮廓精确绘制的难题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，包括以下步骤：

S1、根据芯材铺放时芯材的铺放基准线选取芯材轮廓的展开轴线；

S2、展开轴线选择完毕后，通过三维制图软件测量得到展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸；

S3、根据得到展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸以及叶片设计中心给出的芯材距离叶片前后缘边缘线的尺寸数据，得到芯材的弦向尺寸数据；

S4、对芯材的弦向尺寸数据进行修正，得到精准的芯材弦向尺寸数据，通过软件根据精准的芯材弦向尺寸数据画图得到芯材的轮廓线。

进一步的，所述步骤S3展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸测量过程如下：

运用三维制图软件自带的测量功能根据使用者的需求，沿展开轴每隔一定距离，测量展开轴上的点到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸，并将测量数据记录好。

进一步的，所述步骤S4中弦向尺寸数据修正过程如下：

由于壳体曲面变化复杂，各截面曲线变化不一致，因此，需要先计算出各截面曲线单位偏移量的长度变化系数K，再通过各截面的铺层厚度，最后计算出各截面芯材弦向修正尺寸L2，利用公式：芯材弦向精确尺寸L＝芯材弦向初始尺寸L1-对应截面芯材弦向修正尺寸L2，得出芯材弦向精准尺寸数据。

进一步的，对应截面芯材弦向修正尺寸L2＝截面曲线单位偏移量的长度变化系数K×截面铺层层数N×单层厚度系数σ。

进一步的，截面曲线单位偏移量的长度变化系数K＝(偏置前曲线长度-偏置后曲线长度)/曲线的偏置距离；

偏置后曲线长度为偏置后的曲线与该处截面弦长的交点之间的曲线长度。

进一步的，各截面的铺层厚度＝截面层数N×单层厚度系数σ。

相对于现有技术，本发明所述的一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法具有以下优势：

(1)本发明所述方法能一次性精确绘制出芯材的轮廓尺寸，无须再进行尺寸修正，较现有方法大大节约了芯材修正成本。

(2)通过本发明所述的方法加工的芯材，芯材尺寸精准，型线平滑，减少了芯材缝隙的修补，提高了生产效率，也提高了产品质量。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的叶片芯材在壳体某一弦向截面的铺放示意图；

图2为本发明实施例所述的叶片壳体沿主梁两侧边缘展开后的平面示意图；

图3为本发明实施例所述的某叶型叶片壳体整体截面示意图；

图4为本发明实施例所述的叶片壳体某一截面示意图；

图5为本发明实施例所述的叶片壳体某一截面示意图；

图6为本发明实施例所述的主梁两侧夹角测量示意图。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图6所示，一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，包括以下步骤：

S1、根据芯材铺放时芯材的铺放基准线选取芯材轮廓的展开轴线；

S2、展开轴线选择完毕后，通过三维制图软件测量得到展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸；

S3、根据得到展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸以及叶片设计中心给出的芯材距离叶片前后缘边缘线的尺寸数据，得到芯材的弦向尺寸数据；

S4、对芯材的弦向尺寸数据进行修正，得到精准的芯材弦向尺寸数据，通过软件根据精准的芯材弦向尺寸数据画图得到芯材的轮廓线。

所述步骤S3展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸测量过程如下：

运用三维制图软件自带的测量功能根据使用者的需求，沿展开轴每隔一定距离，测量展开轴上的点到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸，并将测量数据记录好。

所述步骤S4中弦向尺寸数据修正过程如下：

由于壳体曲面变化复杂，各截面曲线变化不一致，因此，需要先计算出各截面曲线单位偏移量的长度变化系数K，再通过各截面的铺层厚度，最后计算出各截面芯材弦向修正尺寸L2，利用公式：芯材弦向精确尺寸L＝芯材弦向初始尺寸L1-对应截面芯材弦向修正尺寸L2，得出芯材弦向精准尺寸数据。

对应截面芯材弦向修正尺寸L2＝截面曲线单位偏移量的长度变化系数K×截面铺层层数N×单层厚度系数σ。

截面曲线单位偏移量的长度变化系数K＝(偏置前曲线长度-偏置后曲线长度)/曲线的偏置距离；

偏置后曲线长度为偏置后的曲线与该处截面弦长的交点之间的曲线长度。

各截面的铺层厚度＝截面层数N×单层厚度系数σ。

具体结构如下：

1、确定芯材轮廓线及展开轴线

芯材轮廓的展开轴线的选择是根据芯材铺放时芯材的铺放基准线选取的。

目前，风电叶片芯材在铺放时，弦向方向都是紧贴主梁两侧沿叶片壳体弦向曲面铺放至距叶片壳体前后缘边缘一定距离(该距离为设计给定的芯材距离前后缘边缘的距离)；轴向方向都是紧贴主梁两侧沿叶片长度方向铺放。因此，通常选取主梁两侧边线为芯材的展开轴线，以叶片壳体前后缘边缘线为展开轮廓线。

如图1所示，粗细不同的曲线相交处为主梁定位点，主梁两侧边线位置可根据主梁定位点以及主梁宽度确定位置。

展开轴选择完毕后，通过三维制图软件将叶片壳体曲面沿所选取的轴线展开，得到壳体的展开轮廓线。具体操作为：

运用三维制图软件自带的测量功能根据使用者的需求，沿展开轴每隔一定距离，测量展开轴上的点到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸，并将测量数据记录好。测量完成后，根据测量的数据，在CAD中画图得到壳体展开轮廓线。展开时，选取的间隔距离越小，展开后的轮廓尺寸越精确。

如图2所示，测量展开轴上的点到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸

最后，根据壳体测量的弦向尺寸数据以及叶片设计中给出的芯材距离叶片前后缘边线的尺寸数据，得到芯材的弦向尺寸数据，根据此数据，在CAD软件中画图就能得到芯材的轮廓线。

此时，芯材的弦向尺寸数据为初始弦向尺寸L1，还需要经过修正后才能达到加工使用要求。

2、芯材弦向尺寸纠正

由于叶片外表面的气动翼型从叶根到叶尖，各截面形状均为非等截面形状，各截面型线在轴向方向不断变化，同时在弦向方向也在发生变化，其变化规律较为复杂；另外，在叶片制作时，各截面处芯材下方铺层厚度也不一致。因此芯材的初始轮廓尺寸需要进行修正后才能得到实际使用时的尺寸，如不修正，在实际使用时，芯材尺寸不合适，影响生产效率和产品质量。

如图3至图5所示，当将截面的曲线向内侧偏置一定距离时，以该截面弦长(见注2)为基准，偏置后的曲线与该处截面弦长的交点之间的曲线长度会变短。而芯材下放置的铺层厚度就相当于将壳体曲面向内侧偏置了一定距离，因此，芯材实际尺寸相对于芯材初始尺寸L1就会变短，需要知道芯材的修正尺寸。

由于壳体曲面变化复杂，各截面曲线变化不一致，因此，需要先计算出各截面曲线单位偏移量的长度变化系数K(见注3)，再通过各截面的铺层厚度(见注4)，最后计算出芯材弦向修正尺寸，即：

对应截面芯材弦向修正尺寸L2＝截面变化系数K×截面铺层层数N×单层厚度系数σ。

最后，通过该修正公式对芯材初始尺寸进行修正，修正公式如下：

芯材弦向精确尺寸L＝芯材弦向初始尺寸L1-对应截面芯材弦向修正尺寸L2。

最后，能得出精确的芯材弦向尺寸L，可以直接用于生产使用。

注2:某一截面弦长为该截面前缘分模点与后缘分模点的连线。

注3:截面曲线单位偏移量的长度变化系数K＝(偏置前曲线长度-偏置后曲线长度)/曲线的偏置距离。偏置后曲线长度为偏置后的曲线与该处截面弦长的交点之间的曲线长度。

注4:各截面的铺层厚度＝截面层数N×单层厚度系数σ。

3、主梁两侧芯材角度计算

如图6所示，芯材与主梁侧面贴合处，由于主梁侧面与水平面近似垂直，而芯材铺放到壳体表面后，芯材与水平面成一定角度，若忽略此角度，则芯材与主梁侧面无法紧密贴合，造成二者存在间隙，在壳体成型时，间隙处被树脂填充后，造成富树脂聚集，影响产品质量。

因此，芯材在加工时，需要对各截面处芯材与主梁侧面的贴合角度α进行精确计算。计算方法为：通过三维制图软件，在叶片模型上画出主梁两侧边缘线，然后分别将主梁边缘线沿壳体曲面向外侧偏置10mm，得出各自对应的偏置线。通过各截面处两条线的坐标数据通过求反正切值得出角度β。

通过实践验证，芯材与主梁两侧的贴合角度α＝β+γ。其中γ为主梁模具两侧挡边倾角。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，其特征在于包括以下步骤：

S1、根据芯材铺放时芯材的铺放基准线选取芯材轮廓的展开轴线；

S2、展开轴线选择完毕后，通过三维制图软件测量得到展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸；

S3、根据得到展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸以及叶片设计中心给出的芯材距离叶片前后缘边缘线的尺寸数据，得到芯材的弦向尺寸数据；

S4、对芯材的弦向尺寸数据进行修正，得到精准的芯材弦向尺寸数据，通过软件根据精准的芯材弦向尺寸数据画图得到芯材的轮廓线。

2.根据权利要求1所述的一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，其特征在于：所述步骤S3展开轴线到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸测量过程如下：

运用三维制图软件自带的测量功能根据使用者的需求，沿展开轴每隔一定距离，测量展开轴上的点到叶片前后缘边缘线的弦向尺寸，并将测量数据记录好。

3.根据权利要求1所述的一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，其特征在于：所述步骤S4中弦向尺寸数据修正过程如下：

由于壳体曲面变化复杂，各截面曲线变化不一致，因此，需要先计算出各截面曲线单位偏移量的长度变化系数K，再通过各截面的铺层厚度，最后计算出各截面芯材弦向修正尺寸L2，利用公式：芯材弦向精确尺寸L＝芯材弦向初始尺寸L1-对应截面芯材弦向修正尺寸L2，得出芯材弦向精准尺寸数据。

4.根据权利要求3所述的一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，其特征在于：其中任意一截面芯材弦向修正尺寸L2＝截面曲线单位偏移量的长度变化系数K×截面铺层层数N×单层厚度系数σ。

5.根据权利要求4所述的一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，其特征在于：截面曲线单位偏移量的长度变化系数K＝(偏置前曲线长度-偏置后曲线长度)/曲线的偏置距离；

偏置后曲线长度为偏置后的曲线与该处截面弦长的交点之间的曲线长度。

6.根据权利要求3所述的一种风电叶片芯材轮廓尺寸的精确计算方法，其特征在于：各截面的铺层厚度＝截面层数N×单层厚度系数σ。

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