CN112855429A - 一种风力发电机叶片梁帽结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机叶片梁帽结构，所述梁帽结构具有沿着设计梁帽厚度方向呈多层堆叠排布的多块碳纤维型材堆叠体，且所述堆叠体中的同一碳纤维型材排布层是由沿着设计梁帽宽幅方向以多块碳纤维型材并排组成，所述堆叠体中的相邻碳纤维型材之间设置有玻璃纤维织物，所述堆叠体中的各块碳纤维型材及相邻碳纤维型材之间设置的玻璃纤维织物由树脂固化为整体结构。本发明的各相邻碳纤维型材之间结合强度高，所成型梁帽质量可靠，能够有效地发挥以碳纤维型材所成型梁帽的技术性能；同时，本发明能够有效地减少成型梁帽的后序处理作业，有利于提高生产效率，控制生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机叶片，具体是一种风力发电机叶片的梁帽结构，该梁帽结构既可以适用于风力发电机叶片的主梁帽，也可以适用于风力发电机叶片的辅梁帽。
背景技术
风力发电机的叶片主要由流线型壳体及布置于壳体内的、且对壳体形成可靠支撑的腹板和梁帽组成，梁帽是影响叶片成型结构的关键因素之一。
近年来，随着风力发电机叶片的巨型化发展，高强度、高模量的碳纤维型材（例如碳纤维拉挤板）作为能够成型梁帽的关键部件，得到了业内的广泛关注。
目前，常见的基于多块碳纤维型材所成型的梁帽结构如图1所示，多块碳纤维拉挤板1，在模具11内沿着设计梁帽的厚度方向和宽幅方向呈多层排布且同一层多块并排的方式堆叠，形成碳纤维拉挤板的堆叠体，该堆叠体中的各相邻碳纤维拉挤板1，之间无其它填充过渡结构而直接形成拼接缝，在模具11内真空灌注的树脂固化作用下该堆叠体中的各碳纤维拉挤板1，结合为整体结构，从而形成叶片成型用的梁帽（主梁帽和/或辅梁帽）。
在基于多块碳纤维型材所成型的梁帽结构中，组成堆叠体的各块碳纤维型材之间由树脂固化连接成整体的好坏，即相邻碳纤维型材之间拼接缝处的固化结合质量高低，直接影响着碳纤维型材的性能是否得到充分发挥。
然而，上述多块碳纤维拉挤板堆叠体所成型的梁帽结构，仅是将多块碳纤维拉挤板1，以简单的堆叠排布而由树脂固化成整体，相邻碳纤维拉挤板1，之间无填充过渡结构，以及基于设计梁帽匹配于叶片壳体流线型的曲面特性。这些堆叠排布的各相邻碳纤维拉挤板1，之间的拼接缝大小不一，在树脂的灌注过程中树脂流动不受控，进而会影响树脂固化后所得到的梁帽结构成型质量。
具体而言，堆叠体中的相邻碳纤维拉挤板1，之间形成面接触配合（包括整体的面接触或局部的面接触）的拼接缝，这尤其以上下排布层的相邻碳纤维拉挤板1，之间的配合结构最为常见。则该拼接缝过于紧密，真空灌注的树脂流经此处时的流动性变差，甚至无法流动，从而导致树脂对该处的粘接功能无法实现，直接影响了该处的相邻碳纤维拉挤板1，之间的结合强度。
堆叠体中的相邻碳纤维拉挤板1，之间形成角型配合（即非同一平面上的相邻两块碳纤维拉挤板1，之间配合处的一侧紧靠或临近紧靠、另一侧则张开，呈夹角状）的拼接缝，这尤其以同一碳纤维拉挤板排布层的相邻碳纤维拉挤板1，之间的配合结构最为常见；则该拼接缝的局部处过于宽松，真空灌注的树脂流经此处时形成填充堆积，从而在堆叠体内的不同区域处会分别产生不同大小的富树脂区9，隐藏其中的富树脂区9只能任其存在，裸露在外的富树脂区9若需清理则要花费大量的人工及时间成本。
为了解决上述基于多块碳纤维拉挤板所成型梁帽结构的技术问题，业内采取的主要技术措施是减少碳纤维拉挤板的堆叠排布数量，并在碳纤维拉挤板的堆叠体外部包覆大量的玻璃纤维织物以达到设计梁帽的要求厚度，例如中国专利文献公开的“一种使用碳纤维拉挤型材与玻璃纤维织物混合制造风电叶片主梁、辅梁的方法”（公开号CN 108312575，公开日2018年07月24日）、“用厚窄条拉挤型材与玻璃纤维织物混合制造风电叶片主梁、辅梁的方法”（公开号CN 111169047，公开日2020年05月19日）等。这些技术会明显增加所成型梁帽结构的重量，最终会导致所成型的叶片重量大幅增加，显然是不利于叶片巨型化发展的。
发明内容
本发明的技术目的在于：针对上述风力发电机叶片及叶片成型所用梁帽的特殊性，以及现有基于多块碳纤维型材所成型梁帽结构的技术不足，提供一种既基于多块碳纤维型材的、又能够有效地增强各块碳纤维型材之间结合强度、提高梁帽成型质量、有效发挥碳纤维型材性能的风力发电机叶片梁帽结构。
本发明的技术目的通过下述技术方案实现：一种风力发电机叶片梁帽结构，所述梁帽结构具有沿着设计梁帽厚度方向呈多层堆叠排布的多块碳纤维型材堆叠体，且所述堆叠体中的同一碳纤维型材排布层是由沿着设计梁帽宽幅方向以多块碳纤维型材并排组成，所述堆叠体中的相邻碳纤维型材之间设置有玻璃纤维织物，所述堆叠体中的各块碳纤维型材及相邻碳纤维型材之间设置的玻璃纤维织物由树脂固化为整体结构。该技术措施基于多块碳纤维型材成型梁帽，其在多块碳纤维型材所堆叠的堆叠体中排布处于相邻碳纤维型材之间的玻璃纤维织物，使相邻碳纤维型材之间通过玻璃纤维织物的过渡而形成拼接缝，如此，拼接缝内的玻璃纤维织物既可以有效地防止相邻碳纤维型材之间过于紧密的接触配合、又可以可靠地改善相邻碳纤维型材之间过于宽松的接触配合，以保障相邻碳纤维型材之间的树脂流动通道合理形成，从而在树脂灌注时，确保流动的树脂既可以有效地填充于各相邻碳纤维型材之间的拼接缝内、又可以有效地减少（甚至是避免）相邻碳纤维型材之间形成富树脂区，树脂固化后的堆叠体中各块碳纤维型材之间的结合强度高，所成型的梁帽结构质量可靠，能够有效地发挥以碳纤维型材所成型梁帽结构的技术性能；同时，能够有效地减少成型梁帽的后序处理作业，有利于提高生产效率，控制生产成本。
作为优选方案之一，所述堆叠体中的各碳纤维型材排布层之间以对缝拼接方式配合，同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材之间按序以顶底交替相间/底顶交替相间方式连续绕布有绕包玻璃纤维织物，所述绕包玻璃纤维织物将同一碳纤维型材排布层中的相邻碳纤维型材之间隔开、且将上下排布层之间相邻的碳纤维型材隔开；该技术措施以简单结构使绕包玻璃纤维织物有效地填充于堆叠体中的各相邻碳纤维型材之间，其既有利于堆叠体中的各碳纤维型材高效地堆叠排布成型，又有利于可靠地控制玻璃纤维织物在堆叠体中的排布应用。进一步的，所述同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材之间所绕布的绕包玻璃纤维织物为单张整体的玻璃纤维织物连续绕布结构；该技术措施有利于进一步提高堆叠体中各碳纤维型材的堆叠排布效率，同时有利于进一步可靠地控制玻璃纤维织物在堆叠体中的排布应用，还有利于相邻碳纤维型材之间、尤其是上下排布层的相邻碳纤维型材之间的拼接缝趋于一致化。
作为优选方案之一，所述堆叠体中的各碳纤维型材排布层之间以错缝拼接方式配合，相邻的上下排布层之间铺设有层间玻璃纤维织物，所述层间玻璃纤维织物将上下层之间相邻的碳纤维型材隔开，且同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材之间按序以顶底交替相间/底顶交替相间方式连续绕布有绕包玻璃纤维织物，所述绕包玻璃纤维织物将同一碳纤维型材排布层中的相邻碳纤维型材之间隔开；该技术措施虽然在堆叠体中略增加玻璃纤维织物的排布应用（主要表现为层间玻璃纤维织物），也会使相邻碳纤维型材之间、尤其是上下排布层的相邻碳纤维型材之间的拼接缝略有差异（这些均在整体结构中完全可以忽略），但其使堆叠体中相邻碳纤维型材之间实现以玻璃纤维织物过渡配合的同时，树脂固化后的堆叠体能够可靠地形成“错缝砌筑效应”，堆叠体中的各碳纤维型材之间结合强度高，特别是上下排布层之间的横向结合强度尤为明显，所成型的梁帽结构质量可靠。进一步的，所述同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材之间所绕布的绕包玻璃纤维织物为单张整体的玻璃纤维织物连续绕布结构。该技术措施有利于提高堆叠体中各碳纤维型材的堆叠排布效率，亦有利于可靠地控制绕包玻璃纤维织物在堆叠体中的排布应用。
作为优选方案之一，所述玻璃纤维织物为密度100～600g/m2的玻璃纤维布。该技术措施在堆叠体中实现良好的力学性能和树脂流动顺畅性保障的同时，能够有效降低材料重量，进而可靠地控制所成型梁帽的重量。
作为优选方案之一，所述堆叠体中的各块碳纤维型材为截面呈梯形状的板型结构/条型结构，所述截面呈梯形状的碳纤维型材的两侧腰面分别与底面之间构成80～88°夹角。该技术措施能够使同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材之间，以更小的拼接缝间隙适应于设计梁帽宽幅方向的曲面特性，有效消除富树脂区的产生。
作为优选方案之一，所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体外侧处的叶片壳体外侧蒙皮层，所述叶片壳体外侧蒙皮层的宽幅方向两侧分别延伸出所述堆叠体，所述叶片壳体外侧蒙皮层与所述堆叠体由树脂固化为整体结构；和/或，所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体内侧处的叶片壳体内侧蒙皮层，所述叶片壳体内侧蒙皮层的宽幅方向两侧分别延伸出所述堆叠体，所述叶片壳体内侧蒙皮层与所述堆叠体由树脂固化为整体结构；该技术措施能够有效地减少成型梁帽的后序处理作业，便于叶片壳体成型时梁帽与叶片壳体之间有效地可靠衔接，有利于提高叶片的生产效率和成品质量。进一步的，所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体左侧处的叶片壳体左侧夹芯，所述叶片壳体左侧夹芯与所述堆叠体由树脂固化为整体结构，且所述叶片壳体左侧夹芯同时与所述叶片壳体外侧蒙皮层和/或所述叶片壳体内侧蒙皮层由树脂固化为整体结构；和/或，所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体右侧处的叶片壳体右侧夹芯，所述叶片壳体右侧夹芯与所述堆叠体由树脂固化为整体结构，且所述叶片壳体右侧夹芯同时与所述叶片壳体外侧蒙皮层和/或所述叶片壳体内侧蒙皮层由树脂固化为整体结构；该技术措施能够有效地减少成型梁帽的后序处理作业，便于叶片壳体成型时梁帽与叶片壳体之间有效地可靠衔接，有利于提高叶片的生产效率和成品质量。所述叶片壳体外侧蒙皮层和/或所述叶片壳体内侧蒙皮层为1～3铺设层的叶片壳体蒙皮布结构。再进一步的，所述叶片壳体左侧夹芯与所述堆叠体的左侧边之间填充有多根左侧玻璃纤维粗纱，这些左侧玻璃纤维纱排布在所述叶片壳体左侧夹芯与所述堆叠体的各对应排布层之间拼接缝的最大间距处；和/或，所述叶片壳体右侧夹芯与所述堆叠体的右侧边之间填充有多根右侧玻璃纤维粗纱，这些右侧玻璃纤维纱排布在所述叶片壳体右侧夹芯与所述堆叠体的各对应排布层之间拼接缝的最大间距处；该技术措施既有利于控制夹芯与堆叠体对应部位之间的配合间隙，又有利于控制灌注时的树脂流动，所成型的梁帽质量高。所述叶片壳体左侧夹芯和/或所述叶片壳体右侧夹芯为宽幅20～300mm的PVC材料、PET材料或轻木材料结构。
本发明的有益技术效果是：上述技术措施基于多块碳纤维型材成型梁帽，其在多块碳纤维型材所堆叠的堆叠体中排布处于相邻碳纤维型材之间的玻璃纤维织物，使相邻碳纤维型材之间通过玻璃纤维织物的过渡而形成拼接缝，如此，拼接缝内的玻璃纤维织物既可以有效地防止相邻碳纤维型材之间过于紧密的接触配合、又可以可靠地改善相邻碳纤维型材之间过于宽松的接触配合，以保障相邻碳纤维型材之间的树脂流动通道合理形成，从而在树脂灌注时，确保流动的树脂既可以有效地填充于各相邻碳纤维型材之间的拼接缝内、又可以有效地避免相邻碳纤维型材之间形成富树脂区，树脂固化后的堆叠体中各块碳纤维型材之间的结合强度高，基本不会在相邻碳纤维型材之间产生裂纹扩展，所成型的梁帽结构质量可靠，能够有效地发挥以碳纤维型材所成型梁帽结构的技术性能；同时，能够有效地减少成型梁帽的后序处理作业，有利于提高生产效率，控制生产成本。
附图说明
图1为常见的以多块碳纤维型材在模具内堆叠成型梁帽的结构。
图2为本发明在模具内成型时的一种分解结构示意图（图中未示出树脂固化结合层）。
图3为图2中的局部放大图。
图4为图2中的绕包玻璃纤维织物在同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材之间连续绕布过程的分解示意图。
图5为图2中的碳纤维型材的一种结构示意图。
图6为本发明在模具内成型时的另一种分解结构示意图（图中未示出树脂固化结合层）。
图7为图6中的局部放大图。
图中代号含义：1—碳纤维型材；1，—碳纤维拉挤板；2—绕包玻璃纤维织物；3—层间玻璃纤维织物；4—左侧玻璃纤维粗纱；5—叶片壳体外侧蒙皮层；6—左侧夹芯；7—叶片壳体内侧蒙皮层；8—右侧玻璃纤维粗纱；9—富树脂区；10—右侧夹芯；11—模具；12—树脂导流管；13—树脂导流网；α、β—夹角。
具体实施方式
本发明涉及风力发电机叶片，具体是一种风力发电机叶片的梁帽结构，该梁帽结构既可以适用于风力发电机叶片的主梁帽，也可以适用于风力发电机叶片的辅梁帽，下面以多个实施例对本发明的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图-即图2、图3、图4和图5对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；实施例2结合说明书附图-即图6和图7对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1或实施例2的附图。
在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。
实施例1
参见图2、图3、图4和图5所示，本发明包括基本同规格的十六块碳纤维型材1。每一块碳纤维型材1为截面呈梯形状的板型结构-即碳纤维板，通常为拉挤工艺制得的碳纤维拉挤板；该截面呈梯形状的碳纤维型材1具有底面、顶面和两侧的腰面，顶面的宽度小于底面的宽度，如此，一侧腰面与底面之间构成夹角α、另一侧腰面与底面之间构成夹角β，夹角α、β的取值根据设计梁帽（即所要成型的目标对象，下同）的宽幅方向弧度大小而在80～88°范围内灵活选择，若设计梁帽的宽幅方向弧度较大则所选择的碳纤维型材的前述夹角偏大（例如85°、87°或88°等），若设计梁帽的宽幅方向弧度较小则所选择的碳纤维型材的前述夹角偏小（例如85°、87°或88°等）。当然，这十六块碳纤维型材1的截面结构并非完全一致，可以是略有差异的，但最好是它们的厚度基本保持一致。
本发明的这十六块碳纤维型材1沿着设计梁帽的厚度方向呈四层堆叠排布，且堆叠排布的每一碳纤维型材排布层具有沿着设计梁帽宽幅方向呈并排布置的四块碳纤维型材1，形成堆叠体，堆叠体中的各碳纤维型材排布层之间形成了基本以对缝拼接方式的配合结构。也就是说，本发明的这十六块碳纤维型材基本形成了较规则的多行（层）多列排布的堆叠体，当然，基于梁帽成型结构的曲面特性，堆叠体中的每一碳纤维型材排布层是由四块碳纤维型材并排组成弧形弯曲结构。
上述堆叠体中，同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材1之间，按照从左至右的顺序，由单张整体结构的玻璃纤维织物以前一碳纤维型材1底面、后一碳纤维型材1顶面的底顶交替相间方式连续绕布，在各块碳纤维型材1之间形成绕包玻璃纤维织物2，该连续绕布的绕包玻璃纤维织物2将同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材1之间隔开，同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材1之间经由绕包玻璃纤维织物2形成拼接缝。此外，上述堆叠体的各碳纤维型材排布层中的绕包玻璃纤维织物2绕布方式保持一致，如此，各碳纤维型材排布层按序堆叠在一起时，处在上一碳纤维型材排布层底侧处的绕包玻璃纤维织物正好处在下一碳纤维型材排布层顶侧处，处在下一碳纤维型材排布层顶侧处的绕包玻璃纤维织物正好处在上一碳纤维型材排布层底侧处，即该连续绕布的绕包玻璃纤维织物2将上下排布层之间相邻的碳纤维型材1隔开，使上下排布层中的各相邻碳纤维型材1之间经由绕包玻璃纤维织物2形成拼接缝。前述绕包玻璃纤维织物2选择密度在100～600g/m2范围内的玻璃纤维布，密度越低则质量越轻，具体视设计要求合理选择，例如，选择密度为100g/m2的玻璃纤维布，或选择密度为300g/m2的玻璃纤维布，亦或选择密度为600g/m2的玻璃纤维布等。
上述堆叠体的外侧处排布有叶片壳体外侧蒙皮层5，该叶片壳体外侧蒙皮层5的宽幅方向两侧分别延伸出上述堆叠体的宽幅方向两侧，每一侧延伸出的长度在20～300mm范围内根据最终所要成型的叶片规格合理选择，例如最终所要成型的叶片规格较小则按20mm、60mm、100mm等选择延长，例如最终所要成型的叶片规格较大则按180mm、260mm、300mm等选择延长。前述叶片壳体外侧蒙皮层5为3铺设层的叶片壳体蒙皮布结构。
上述堆叠体的内侧处排布有叶片壳体内侧蒙皮层7，该叶片壳体内侧蒙皮层7的宽幅方向两侧分别延伸出上述堆叠体的宽幅方向两侧，每一侧延伸出的长度基本对应上述叶片壳体外侧蒙皮层5在同一侧的延伸长度。前述叶片壳体内侧蒙皮层7为3铺设层的叶片壳体蒙皮布结构。
上述堆叠体的左侧处排布有叶片壳体左侧夹芯6，该叶片壳体左侧夹芯6的厚度基本对应于上述堆叠体的厚度、宽幅基本对应当前位置处的叶片壳体外侧蒙皮层5和叶片壳体内侧蒙皮层7的外延长度。基于上述堆叠体沿设计梁帽的宽幅方向呈曲面状，堆叠体的侧边部通常为非竖直的边，因而，前述叶片壳体左侧夹芯6以斜面结构配合堆叠体的左侧边。在前述叶片壳体左侧夹芯6与堆叠体左侧边的拼接缝配合结构处，对应于各碳纤维型材排布层而具有多处角型拼接缝，为消除富树脂区、提高结合强度，在叶片壳体左侧夹芯6与堆叠体的左侧边之间填充有多根左侧玻璃纤维粗纱4，这些左侧玻璃纤维纱4排布在该叶片壳体左侧夹芯6与堆叠体的各对应碳纤维型材排布层之间拼接缝的最大间距处，即每一角型拼接缝的角口处。前述叶片壳体左侧夹芯6可以为PVC材料、PET材料或轻木材料结构，具体视设计要求而定。
上述堆叠体的右侧处排布有叶片壳体右侧夹芯10，该叶片壳体右侧夹芯10的厚度基本对应于上述堆叠体的厚度、宽幅基本对应当前位置处的叶片壳体外侧蒙皮层5和叶片壳体内侧蒙皮层7的外延长度。基于上述堆叠体沿设计梁帽的宽幅方向呈曲面状，堆叠体的侧边部通常为非竖直的边，因而，前述叶片壳体右侧夹芯10以斜面结构配合堆叠体的右侧边。在前述叶片壳体右侧夹芯10与堆叠体右侧边的拼接缝配合结构处，对应于各碳纤维型材排布层而具有多处角型拼接缝，为消除富树脂区、提高结合强度，在叶片壳体右侧夹芯10与堆叠体的右侧边之间填充有多根右侧玻璃纤维粗纱8，这些右侧玻璃纤维纱8排布在该叶片壳体右侧夹芯10与堆叠体的各对应碳纤维型材排布层之间拼接缝的最大间距处，即每一角型拼接缝的角口处。前述叶片壳体右侧夹芯10可以为PVC材料、PET材料或轻木材料结构，具体视设计要求而定。
在制备梁帽时，以上堆叠体（包括多块碳纤维型材1和各排布层的绕包玻璃纤维织物2）、叶片壳体外侧蒙皮层5、叶片壳体内侧蒙皮层7、多根左侧玻璃纤维粗纱4、叶片壳体左侧夹芯6、多根右侧玻璃纤维粗纱8、叶片壳体右侧夹芯10等是放置于梁帽制作用的模具11内的，当然模具11内应当还排布有常规的真空灌注相关结构，包括树脂导流管12、树脂导流网13等，经模具11对它们定型及后续的树脂真空灌注工艺，树脂固化后形成的脱模整体结构即为叶片成型用的梁帽结构。也就是说，以上堆叠体中的各块碳纤维型材1及相邻碳纤维型材1之间绕布设置的玻璃纤维织物由灌注树脂固化为整体结构，同时，叶片壳体外侧蒙皮层5、叶片壳体内侧蒙皮层7、多根左侧玻璃纤维粗纱4、叶片壳体左侧夹芯6、多根右侧玻璃纤维粗纱8和叶片壳体右侧夹芯10也由灌注树脂固化在前述堆叠体上形成整体结构。
上述堆叠体中，同一碳纤维型材排布层除了采用如图所示的底顶交替相间方式连续绕布绕包玻璃纤维织物之外，还可以采用顶底交替相间方式连续绕布绕包玻璃纤维织物。具体的，同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材之间，按照从左至右的顺序，由单张整体结构的玻璃纤维织物以前一碳纤维型材顶面、后一碳纤维型材底面的顶底交替相间方式连续绕布，在各块碳纤维型材之间形成绕包玻璃纤维织物，该连续绕布的绕包玻璃纤维织物将同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材之间隔开，同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材之间经由绕包玻璃纤维织物形成拼接缝。
通常，上述结构的本发明以真空灌注工艺制成，该真空灌注工艺的主要工艺流程如下：
-在模具11表面铺设树脂导流网13、隔离膜、脱模布等；
-在脱模布基础上铺设叶片壳体外侧蒙皮层5；
-在叶片壳体外侧蒙皮层5基础上铺设左侧夹芯6、堆叠体、右侧夹芯10；其中，堆叠体是以最底层的碳纤维型材排布层向上逐层排布，每一碳纤维型材排布层的各块碳纤维型材1之间由单张整体的绕包玻璃纤维织物2按序连续绕布，如图4所示；在堆叠体的逐层排布中，在左侧夹芯6处和右侧夹芯10处按序排布对应的玻璃纤维粗纱-即左侧玻璃纤维粗纱4和右侧玻璃纤维粗纱8；
-在左侧夹芯6、堆叠体、右侧夹芯10的基础上铺设叶片壳体内侧蒙皮层7；
-在叶片壳体内侧蒙皮层7的基础上铺层脱模布；
-在上述结构的一侧布置树脂导流管12、另一侧布置抽气口；
-在上述结构上整体覆盖真空袋；抽真空；灌注树脂；树脂固化后将上述结构结合为整体结构；
-脱模即得风力发电机叶片成型用的梁帽结构。
实施例2
参见图6和图7所示，本发明包括十八块碳纤维型材1，这十八块碳纤维型材中有十四块碳纤维型材基本保持同规格结构，其余四块碳纤维型材基本保持同规格结构，且这四块中的每一块碳纤维型材的宽幅约为十四块碳纤维型材中每一块碳纤维型材的宽幅1/2，为了方便区分描述，以下将十四块碳纤维型材中的每一块碳纤维型材称为碳纤维型材板，将四块碳纤维型材中的每一块碳纤维型材称为碳纤维型材条。无论是碳纤维型材板还是碳纤维型材条，它们的截面呈梯形状的板型结构，通常为拉挤工艺制得的碳纤维拉挤板；该截面呈梯形状的碳纤维型材板/条具有底面、顶面和两侧的腰面，顶面的宽度小于底面的宽度，如此，两侧腰面分别与底面之间构成夹角，夹角的取值根据设计梁帽的宽幅方向弧度大小而在80～88°范围内灵活选择，若设计梁帽的宽幅方向弧度较大则所选择的碳纤维型材板/条的前述夹角偏大（例如85°、87°或88°等），若设计梁帽的宽幅方向弧度较小则所选择的碳纤维型材板/条的前述夹角偏小（例如85°、87°或88°等）。当然，无论是碳纤维型材板还是碳纤维型材条，它们的厚度应基本保持一致。
本发明的这十八块碳纤维型材1沿着设计梁帽的厚度方向呈四层堆叠排布。最底层堆叠排布的碳纤维型材排布层具有沿着设计梁帽宽幅方向呈并排布置的四块碳纤维型材板；按照从左至右的顺序，由单张整体结构的玻璃纤维织物以前一碳纤维型材板底面、后一碳纤维型材板顶面的底顶交替相间方式连续绕布，在各块碳纤维型材板之间形成绕包玻璃纤维织物2，该连续绕布的绕包玻璃纤维织物2将同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材板之间隔开，同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材板之间经由绕包玻璃纤维织物2形成拼接缝。底侧方向第二层堆叠排布的碳纤维型材排布层具有沿着设计梁帽宽幅方向呈并排布置的两块碳纤维型材条和三块碳纤维型材板，两块碳纤维型材条排布在并排的三块碳纤维型材板的两侧；按照从左至右的顺序，由单张整体结构的玻璃纤维织物以前一碳纤维型材条（板）底面、后一碳纤维型材板顶面的底顶交替相间方式连续绕布，在各块碳纤维型材条/板之间形成绕包玻璃纤维织物2，该连续绕布的绕包玻璃纤维织物2将同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材条/板之间隔开，同一碳纤维型材排布层中的各相邻碳纤维型材条/板之间经由绕包玻璃纤维织物2形成拼接缝。底侧方向第三层堆叠排布的碳纤维型材排布层的排布结构与最底层碳纤维型材排布层的排布结构一致。最顶层堆叠排布的碳纤维型材排布层的排布结构与底侧方向第二层碳纤维型材排布层的排布结构一致。
上述各碳纤维型材排布层沿着设计梁帽的厚度方向堆叠在一起形成堆叠体，堆叠体中的各碳纤维型材排布层之间形成了以错缝拼接方式的配合结构，类似于建筑中的错缝筑起结构，这样会使上下相邻的两块碳纤维型材之间形成直接接触配合，为此，在相邻的上下排布层之间铺设有层间玻璃纤维织物3，由层间玻璃纤维织物3将上下层之间相邻的碳纤维型材1隔开。通常，相邻上下排布层之间的层间玻璃纤维织物3为单张整体结构。
通过上述结构，本发明的这十八块碳纤维型材1按错缝筑起结构形成了较规则的多层排布的堆叠体。当然，基于梁帽成型结构的曲面特性，堆叠体中的每一碳纤维型材排布层是由多块碳纤维型材并排组成弧形弯曲结构。
上述绕包玻璃纤维织物2和层间玻璃纤维织物3分别选择密度在100～600g/m2范围内的玻璃纤维布，密度越低则质量越轻，具体视设计要求合理选择，例如，选择密度为100g/m2的玻璃纤维布，或选择密度为300g/m2的玻璃纤维布，亦或选择密度为600g/m2的玻璃纤维布等。同一梁帽结构中的绕包玻璃纤维织物2和层间玻璃纤维织物3可以是同一密度的玻璃纤维布，也可以是不同密封的玻璃纤维布。
上述堆叠体的外侧处排布有叶片壳体外侧蒙皮层5，该叶片壳体外侧蒙皮层5的宽幅方向两侧分别延伸出上述堆叠体的宽幅方向两侧，每一侧延伸出的长度在20～300mm范围内根据最终所要成型的叶片规格合理选择，例如最终所要成型的叶片规格较小则按20mm、60mm、100mm等选择延长，例如最终所要成型的叶片规格较大则按180mm、260mm、300mm等选择延长。前述叶片壳体外侧蒙皮层5为2铺设层的叶片壳体蒙皮布结构。
上述堆叠体的内侧处排布有叶片壳体内侧蒙皮层7，该叶片壳体内侧蒙皮层7的宽幅方向两侧分别延伸出上述堆叠体的宽幅方向两侧，每一侧延伸出的长度基本对应上述叶片壳体外侧蒙皮层5在同一侧的延伸长度。前述叶片壳体内侧蒙皮层7为2铺设层的叶片壳体蒙皮布结构。
上述堆叠体的左侧处排布有叶片壳体左侧夹芯6，该叶片壳体左侧夹芯6的厚度基本对应于上述堆叠体的厚度、宽幅基本对应当前位置处的叶片壳体外侧蒙皮层5和叶片壳体内侧蒙皮层7的外延长度。基于上述堆叠体沿设计梁帽的宽幅方向呈曲面状，堆叠体的侧边部通常为非竖直的边，因而，前述叶片壳体左侧夹芯6以斜面结构配合堆叠体的左侧边。在前述叶片壳体左侧夹芯6与堆叠体左侧边的拼接缝配合结构处，对应于各碳纤维型材排布层而具有多处角型拼接缝，为消除富树脂区、提高结合强度，在叶片壳体左侧夹芯6与堆叠体的左侧边之间填充有多根左侧玻璃纤维粗纱4，这些左侧玻璃纤维纱4排布在该叶片壳体左侧夹芯6与堆叠体的各对应碳纤维型材排布层之间拼接缝的最大间距处，即每一角型拼接缝的角口处。前述叶片壳体左侧夹芯6可以为PVC材料、PET材料或轻木材料结构，具体视设计要求而定。
上述堆叠体的右侧处排布有叶片壳体右侧夹芯10，该叶片壳体右侧夹芯10的厚度基本对应于上述堆叠体的厚度、宽幅基本对应当前位置处的叶片壳体外侧蒙皮层5和叶片壳体内侧蒙皮层7的外延长度。基于上述堆叠体沿设计梁帽的宽幅方向呈曲面状，堆叠体的侧边部通常为非竖直的边，因而，前述叶片壳体右侧夹芯10以斜面结构配合堆叠体的右侧边。在前述叶片壳体右侧夹芯10与堆叠体右侧边的拼接缝配合结构处，对应于各碳纤维型材排布层而具有多处角型拼接缝，为消除富树脂区、提高结合强度，在叶片壳体右侧夹芯10与堆叠体的右侧边之间填充有多根右侧玻璃纤维粗纱8，这些右侧玻璃纤维纱8排布在该叶片壳体右侧夹芯10与堆叠体的各对应碳纤维型材排布层之间拼接缝的最大间距处，即每一角型拼接缝的角口处。前述叶片壳体右侧夹芯10可以为PVC材料、PET材料或轻木材料结构，具体视设计要求而定。
在制备梁帽时，以上堆叠体（包括多块碳纤维型材1和各排布层的绕包玻璃纤维织物2）、叶片壳体外侧蒙皮层5、叶片壳体内侧蒙皮层7、多根左侧玻璃纤维粗纱4、叶片壳体左侧夹芯6、多根右侧玻璃纤维粗纱8、叶片壳体右侧夹芯10等是放置于梁帽制作用的模具11内的。当然，模具11内应当还排布有常规的真空灌注相关结构，包括树脂导流管12、树脂导流网13等。经模具11对它们定型及后续的树脂真空灌注工艺，树脂固化后形成的脱模整体结构即为叶片成型用的梁帽结构。也就是说，以上堆叠体中的各块碳纤维型材1及相邻碳纤维型材1之间绕布设置的玻璃纤维织物由灌注树脂固化为整体结构，同时，叶片壳体外侧蒙皮层5、叶片壳体内侧蒙皮层7、多根左侧玻璃纤维粗纱4、叶片壳体左侧夹芯6、多根右侧玻璃纤维粗纱8和叶片壳体右侧夹芯10也由灌注树脂固化在前述堆叠体上形成整体结构。
通常，上述结构的本发明以真空灌注工艺制成，该真空灌注工艺的主要工艺流程如下：
-在模具11表面铺设树脂导流网13、隔离膜、脱模布等；
-在脱模布基础上铺设叶片壳体外侧蒙皮层5；
-在叶片壳体外侧蒙皮层5基础上铺设左侧夹芯6、堆叠体、右侧夹芯10；其中，堆叠体是以最底层的碳纤维型材排布层向上逐层排布，每一碳纤维型材排布层的各块碳纤维型材1之间由单张整体的绕包玻璃纤维织物2按序连续绕布，相邻的上下排布层之间铺设单块整体的层间玻璃纤维织物3；在堆叠体的逐层排布中，在左侧夹芯6处和右侧夹芯10处按序排布对应的玻璃纤维粗纱-即左侧玻璃纤维粗纱4和右侧玻璃纤维粗纱8；
-在左侧夹芯6、堆叠体、右侧夹芯10的基础上铺设叶片壳体内侧蒙皮层7；
-在叶片壳体内侧蒙皮层7的基础上铺层脱模布；
-在上述结构的一侧布置树脂导流管12、另一侧布置抽气口；
-在上述结构上整体覆盖真空袋；抽真空；灌注树脂；树脂固化后将上述结构结合为整体结构；
-脱模即得风力发电机叶片成型用的梁帽结构。
实施例3
本实施例的其它内容与实施例2相同，不同之处在于：上下排布层之间的层间玻璃纤维织物为分体结构，每一单体的宽幅基本对应当前位置处的上下相邻两块碳纤维型材之间直接接触的区域。
实施例4
本实施例的其它内容与实施例1或2相同，不同之处在于：在堆叠体的各相邻碳纤维型材之间铺设单独的玻璃纤维织物，防止相邻的碳纤维型材之间直接接触配合，同一碳纤维型材排布层的各块玻璃纤维织物为独立的存在、非连续。
对于上文所述的技术内容，还需要作如下特别说明：
-实施例3和实施例4的技术方案虽然能够在一定程度上实现本发明的技术目的，但其在制备成型时的效率及所成型梁帽结构的力学性能显然是不及实施例1和实施例2的技术方案的；
-上文各实施例中的碳纤维型材堆叠数量（包括碳纤维型材块数、堆叠层数、每一层并排块数等）非特定值，上文述及的数值仅为结合对应的附图的举例说明，并不代表本发明一定是采用这些数值的碳纤维型材才能实现其技术目的，在本发明的技术方案中，只要形成多层、每一层以多块碳纤维型材并排的堆叠体即可；
-上文中所述及的指示相对位置的“左侧”、“右侧”是基于附图所示的方位而言；
-上文中所述及的指示相对位置的“内侧”、“外侧”是基于梁帽在叶片结构中排布时的相对方位而言。
以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种风力发电机叶片梁帽结构，所述梁帽结构具有沿着设计梁帽厚度方向呈多层堆叠排布的多块碳纤维型材堆叠体，且所述堆叠体中的同一碳纤维型材排布层是由沿着设计梁帽宽幅方向以多块碳纤维型材并排组成，其特征在于：所述堆叠体中的相邻碳纤维型材（1）之间设置有玻璃纤维织物，所述堆叠体中的各块碳纤维型材（1）及相邻碳纤维型材（1）之间设置的玻璃纤维织物由树脂固化为整体结构。
2.根据权利要求1所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述堆叠体中的各碳纤维型材排布层之间以对缝拼接方式配合，同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材（1）之间按序以顶底交替相间/底顶交替相间方式连续绕布有绕包玻璃纤维织物（2），所述绕包玻璃纤维织物（2）将同一碳纤维型材排布层中的相邻碳纤维型材（1）之间隔开、且将上下排布层之间相邻的碳纤维型材（1）隔开。
3.根据权利要求1所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述堆叠体中的各碳纤维型材排布层之间以错缝拼接方式配合，相邻的上下排布层之间铺设有层间玻璃纤维织物（3），所述层间玻璃纤维织物（3）将上下层之间相邻的碳纤维型材（1）隔开，且同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材（1）之间按序以顶底交替相间/底顶交替相间方式连续绕布有绕包玻璃纤维织物（2），所述绕包玻璃纤维织物（2）将同一碳纤维型材排布层中的相邻碳纤维型材（1）之间隔开。
4.根据权利要求2或3所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述同一碳纤维型材排布层中的各块碳纤维型材（1）之间所绕布的绕包玻璃纤维织物（2）为单张整体的玻璃纤维织物连续绕布结构。
5.根据权利要求1、2或3所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述玻璃纤维织物为密度100～600g/m2的玻璃纤维布。
6.根据权利要求1、2或3所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述堆叠体中的各块碳纤维型材（1）为截面呈梯形状的板型结构/条型结构，所述截面呈梯形状的碳纤维型材（1）的两侧腰面分别与底面之间构成80～88°夹角。
7.根据权利要求1、2或3所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体外侧处的叶片壳体外侧蒙皮层（5），所述叶片壳体外侧蒙皮层（5）的宽幅方向两侧分别延伸出所述堆叠体，所述叶片壳体外侧蒙皮层（5）与所述堆叠体由树脂固化为整体结构；和/或，所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体内侧处的叶片壳体内侧蒙皮层（7），所述叶片壳体内侧蒙皮层（7）的宽幅方向两侧分别延伸出所述堆叠体，所述叶片壳体内侧蒙皮层（7）与所述堆叠体由树脂固化为整体结构。
8.根据权利要求7所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体左侧处的叶片壳体左侧夹芯（6），所述叶片壳体左侧夹芯（6）与所述堆叠体由树脂固化为整体结构，且所述叶片壳体左侧夹芯（6）同时与所述叶片壳体外侧蒙皮层（5）和/或所述叶片壳体内侧蒙皮层（7）由树脂固化为整体结构；和/或，所述梁帽结构具有布置在所述堆叠体右侧处的叶片壳体右侧夹芯（10），所述叶片壳体右侧夹芯（10）与所述堆叠体由树脂固化为整体结构，且所述叶片壳体右侧夹芯（10）同时与所述叶片壳体外侧蒙皮层（5）和/或所述叶片壳体内侧蒙皮层（7）由树脂固化为整体结构。
9.根据权利要求8所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述叶片壳体左侧夹芯（6）与所述堆叠体的左侧边之间填充有多根左侧玻璃纤维粗纱（4），这些左侧玻璃纤维纱（4）排布在所述叶片壳体左侧夹芯（6）与所述堆叠体的各对应排布层之间拼接缝的最大间距处；和/或，所述叶片壳体右侧夹芯（10）与所述堆叠体的右侧边之间填充有多根右侧玻璃纤维粗纱（8），这些右侧玻璃纤维纱（8）排布在所述叶片壳体右侧夹芯（10）与所述堆叠体的各对应排布层之间拼接缝的最大间距处。
10.根据权利要求8或9所述风力发电机叶片梁帽结构，其特征在于：所述叶片壳体左侧夹芯（6）和/或所述叶片壳体右侧夹芯（10）为宽幅20～300mm的PVC材料、PET材料或轻木材料结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 618000 No.2, Section 2, South Huashan Road, Jingyang District, Deyang City, Sichuan Province Applicant after: Dongfang Electric Wind Power Co.,Ltd. Address before: 618000 No.2, Section 2, South Huashan Road, Jingyang District, Deyang City, Sichuan Province Applicant before: DONGFANG ELECTRIC WIND POWER Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210528 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |