CN113074089B - 叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺 - Google Patents

叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺，其中叶片主梁层结构包括：沿叶片主梁的宽度方向排布的切割区和非切割区；叶片主梁位于非切割区内的部分设置有第一梁层；叶片主梁在切割区内靠近叶根的部分层叠设置有第一梁层和第二梁层，叶片主梁在切割区内靠近叶尖的部分形成叶尖主梁切割段，叶尖主梁切割段设置有第二梁层。本发明提供的叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺使第一梁层和第二梁层层叠设置，在非切割区以及切割区的叶尖主梁切割段以外的部分布置第一梁层，提高主梁的整体刚度，并减轻叶片的重量。在切割区的叶尖主梁切割段采用第二梁层，切割工艺性好，解决主梁切割性差的问题。

Description

叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺
技术领域
本发明涉及风电设备技术领域，尤其涉及一种叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺。
背景技术
主梁是叶片关键承载部件，主要提供叶片挥舞方向刚度，同时贡献部分摆振刚度，以抗弯和抵抗轴向力，它通常在翼型的最大厚度附近，采用高模量单轴向布制作主梁。主梁常用的材料：玻纤布、拉挤玻板、碳纤布、拉挤碳板，其中碳纤布和拉挤碳板成本远高于玻纤布，拉挤玻板模量高于玻纤布，采用玻纤布灌注生成主梁，其模量偏低，不利于叶片减重。从减重降本的角度出发，采用拉挤玻板进行主梁设计，对于主梁的减重有较大的意义。但是，采用拉挤玻板与壳体一体灌注成型生成主梁，拉挤玻板的切割性差，叶尖修型切割困难。
发明内容
本发明提供一种叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺，用以解决现有技术中采用玻纤布灌注生成主梁，其模量偏低，不利于叶片减重，而采用拉挤玻板与壳体一体灌注成型生成主梁，拉挤玻板的切割性差，叶尖修型切割困难的问题。
本发明提供一种叶片主梁层结构，包括：
沿叶片主梁的宽度方向排布的切割区和非切割区；
所述叶片主梁位于所述非切割区内的部分设置有第一梁层；
所述叶片主梁在所述切割区内靠近叶根的部分层叠设置有第一梁层和第二梁层，所述叶片主梁在所述切割区内靠近叶尖的部分形成叶尖主梁切割段，所述叶尖主梁切割段设置有第二梁层。
根据本发明提供的一种叶片主梁层结构，
在所述非切割区，所述第一梁层沿由叶根至叶尖的方向连续延伸；或
在所述非切割区，至少两个所述第一梁层沿由叶根至叶尖的方向连续排布，且相邻两个所述第一梁层的接缝与所述叶尖主梁切割段靠近叶根的一端在所述叶片主梁的长度方向上错位。
根据本发明提供的一种叶片主梁层结构，
在所述切割区，所述第二梁层沿由叶根至叶尖的方向连续延伸；或
在所述切割区，至少两个所述第二梁层沿由叶根至叶尖的方向连续排布，且相邻两个所述第二梁层的接缝与所述叶尖主梁切割段靠近叶根的一端在所述叶片主梁的长度方向上错位。
根据本发明提供的一种叶片主梁层结构，在所述切割区靠近叶根的位置，沿叶片主梁的厚度方向所述第一梁层和所述第二梁层顺序排布或交替设置。
根据本发明提供的一种叶片主梁层结构，所述第一梁层采用拉挤玻板，所述第二梁层采用单轴向布，所述单轴向布为玻璃纤维织物、碳纤维织物和碳玻混合纤维织物中的至少一种。
根据本发明提供的一种叶片主梁层结构，在所述叶尖主梁切割段，所述第二梁层采取局部加强。
根据本发明提供的一种叶片主梁层结构，在所述叶尖主梁切割段靠近叶根的一端，所述第一梁层和所述第二梁层均沿由叶根至叶尖的方向连续延伸。
本发明还提供一种叶片，包括以上任一项所述的叶片主梁层结构。
本发明还提供一种风电机组，包括以上任一项所述的叶片主梁层结构或如上所述的叶片。
本发明还提供一种主梁成型工艺，包括以下步骤：
铺设第一梁层和第二梁层；
裁剪所述第二梁层的叶尖主梁切割段，进行修型处理；
布置导流系统；
包裹真空膜，并进行抽真空；
灌注及固化。
本发明提供的叶片主梁层结构、叶片、风电机组以及主梁成型工艺，使第一梁层和第二梁层层叠设置，在非切割区以及切割区的叶尖主梁切割段以外的部分布置第一梁层，提高主梁的整体刚度，并减轻叶片的重量。在切割区的叶尖主梁切割段采用第二梁层，切割工艺性好，解决主梁切割性差的问题。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的叶片主梁层结构纵剖面结构示意图；
图2是本发明提供的叶片主梁层结构横剖面结构示意图之一；
图3是本发明提供的叶片主梁层结构横剖面结构示意图之二。
附图标记：
1、第一梁层；2、第二梁层；3、叶尖主梁切割段；A、叶片主梁靠近叶B、叶尖主梁切割段C、叶片主梁靠近叶根的一端；靠近叶根的一端；尖的一端M、叶片主梁的宽度N、叶片主梁的厚度L、叶片主梁的长度方方向；方向；向；F/G、横剖面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1-图3描述本发明实施例的叶片主梁层结构，为便于描述，图中以A表示叶片主梁靠近叶根的一端，B表示叶尖主梁切割段3靠近叶根的一端，C表示叶片主梁靠近叶尖的一端，M表示叶片主梁的宽度方向，N表示叶片主梁的厚度方向，L表示叶根A至叶尖C的方向(即叶片主梁的长度方向)，D表示非切割区，E表示切割区。图1示出了叶片主梁的长度方向L与叶片主梁的宽度方向M所形成的平面上的叶片主梁的纵剖面。图2示出了叶片主梁在宽度方向M和厚度方向N所形成的一个平面上的横剖面F，F剖面位于AB之间。图3示出了叶片主梁在宽度方向M和厚度方向N所形成的另一个平面上的横剖面G，G剖面位于BC之间。
叶片主梁层结构包括：沿叶片主梁的宽度方向排布的切割区E和非切割区D。
叶片主梁位于非切割区E内的部分设置有第一梁层1，第一梁层1采用拉挤玻板，拉挤玻板具有较高的模量，有利于提高主梁的刚度，降低叶片的重量。拉挤玻板可以采用玻璃纤维、碳纤维或碳玻复合纤维制作。
叶片主梁在切割区E内靠近叶根的部分(AB段)层叠设置有第一梁层1和第二梁层2。叶片主梁在切割区E内靠近叶尖的部分形成叶尖主梁切割段3，叶尖主梁切割段3位于BC段上。叶尖主梁切割段3设置有第二梁层2，第二梁层2具有良好的切割性。第二梁层2采用单轴向布，单轴向布可以为玻璃纤维织物、碳纤维织物和碳玻混合纤维织物中的至少一种。第二梁层2与第一梁层1两者相结合，使叶片主梁的切割区E既具备良好的刚性，又能在第二梁层2所在的区域具备良好的切割性，同时具有轻质、低成本的优点。
在本发明一个实施例中，在非切割区D上第一梁层1沿由叶根至叶尖的方向L连续延伸；或，在非切割区D上至少两个第一梁层1沿由叶根至叶尖的方向L连续排布，且相邻两个第一梁层1的接缝与叶尖主梁切割段3靠近叶根的一端B在叶片主梁的长度方向上错位。使叶片主梁的非切割区D在AB段和BC段均具有第一梁层1，且将第一梁层1的接缝避开B位置，保证叶片主梁整体的刚性。
在本发明一个实施例中，在切割区E上第二梁层2沿由叶根至叶尖的方向L连续延伸；或，在切割区E上至少两个第二梁层2沿由叶根至叶尖的方向L连续排布，且相邻两个第二梁层2的接缝与叶尖主梁切割段3靠近叶根的一端B在叶片主梁的长度方向上错位。使叶片主梁上的第二梁层2沿叶片主梁的长度方向连续性更好，且将接缝位置避开B位置，保证叶片主梁整体的刚性。
进一步的，在切割区E内，在叶尖主梁切割段3靠近叶根的一端B位置，第一梁层1和第二梁层2均沿由叶根至叶尖的方向L连续延伸，能够使B位置的第二梁层2与AB段的第一梁层1结合，避免第一梁层1和第二梁层2的端部落在B位置，保证B位置具有良好的力学性能，同时便于进行裁切处理。
可选的，在切割区E靠近叶根的位置(AB段)，沿叶片主梁的厚度方向N，第一梁层1和第二梁层2可以顺序排布，也可以交替设置，并且第一梁层1和第二梁层2的数量不做限制，可根据具体的刚性要求进行调整。
可选的，在叶尖主梁切割段3，第二梁层2采取局部加强，加强位置为叶尖主梁切割段3上不需要裁剪的部分，增强第二梁层2未裁切部分的模量。
需要说明的是，叶片主梁的切割区E和非切割区D并非独立设置，切割区E靠近叶根的位置(AB段)的至少一个第一梁层1与非切割区D靠近叶根的位置(AB段)的至少一个第一梁层1可以为跨过切割区E和非切割区D相接位置的同一张第一梁层1。
另需说明的是，沿由叶根至叶尖的方向L，叶片主梁的厚度可根据设计需求发生变化，并且叶片主梁的厚度变化可通过第一梁层1和第二梁层2的层数变化实现。可选的，在切割区E靠近叶根的位置(AB段)，第一梁层1的层数先增后减，并且在BC段靠近B的位置减为0层。
在本发明一个实施例中，提供了一种叶片，该叶片包括上述任一实施例所述的叶片主梁结构。
在本发明一个实施例中，提供了一种风电机组，包括上述任一实施例所述的叶片主梁结构和如上所述的叶片。叶片设置在风电机组的风轮上，风轮与发电机连接。
本发明实施例中提供的叶片及风电机组，采用本发明实施例中的叶片主梁层结构，具有叶片刚度强、轻质、抗弯抗轴向力性能良好、易于加工等优点。
在本发明又一个实施例中，提供了一种适用于上述叶片主梁层结构的主梁成型工艺，其包括以下步骤：
S1、铺设第一梁层1和第二梁层2；
首先可根据叶片的形状要求、叶片主梁在叶片上的位置设计叶片主梁的形状，确定叶片主梁的长度、宽度及厚度，同时根据叶片主梁的重量和受力要求确定叶片主梁上第一梁层1和第二梁层2的数量及分布位置。叠放第一梁层1和第二梁层2，并使第二梁层2形成便于进行修剪的叶尖主梁切割段3。
S2、裁剪第二梁层2的叶尖主梁切割段3，进行修型处理；
根据叶片的叶尖形状进行修型处理，由于叶尖主梁切割段3由第二梁层2形成，具有切割性好，易于裁切的优点。
S3、布置导流系统；
导流系统包括上辅材及下辅材，上辅材包括脱模布、隔离膜及抽气袋，脱模布、隔离膜以及抽气袋依次铺设，且脱模布与第二梁层2相接触；下层辅材包括隔离膜及脱模布，首先铺设隔离膜，之后铺设脱模布。
S4、包裹真空膜，并进行抽真空；
真空系统包括一真空和二真空，首先铺设一真空，一真空压力抽至-90Kpa以下时，开始二真空铺设。
S5、灌注并固化成型；
采用单侧流道灌注系统，注胶口设置在流道的轴向中心位置，距离主梁产品区80-100mm；待主梁产品区灌注完成后使用模温机进行升温，要求加热温度75℃整体保温4H，确保主梁固化满足要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，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各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种叶片主梁层结构，其特征在于，包括：
沿叶片主梁的宽度方向排布的切割区和非切割区；
所述叶片主梁位于所述非切割区内的部分设置有第一梁层；
所述叶片主梁在所述切割区内靠近叶根的部分层叠设置有第一梁层和第二梁层，所述叶片主梁在所述切割区内靠近叶尖的部分形成叶尖主梁切割段，所述叶尖主梁切割段设置有第二梁层。
2.根据权利要求1所述的叶片主梁层结构，其特征在于，
在所述非切割区，所述第一梁层沿由叶根至叶尖的方向连续延伸；或
在所述非切割区，至少两个所述第一梁层沿由叶根至叶尖的方向连续排布，且相邻两个所述第一梁层的接缝与所述叶尖主梁切割段靠近叶根的一端在所述叶片主梁的长度方向上错位。
3.根据权利要求1所述的叶片主梁层结构，其特征在于，
在所述切割区，所述第二梁层沿由叶根至叶尖的方向连续延伸；或
在所述切割区，至少两个所述第二梁层沿由叶根至叶尖的方向连续排布，且相邻两个所述第二梁层的接缝与所述叶尖主梁切割段靠近叶根的一端在所述叶片主梁的长度方向上错位。
4.根据权利要求1所述的叶片主梁层结构，其特征在于，在所述切割区靠近叶根的位置，沿叶片主梁的厚度方向所述第一梁层和所述第二梁层顺序排布或交替设置。
5.根据权利要求1-4任一项所述的叶片主梁层结构，其特征在于，所述第一梁层采用拉挤玻板，所述第二梁层采用单轴向布，所述单轴向布为玻璃纤维织物、碳纤维织物和碳玻混合纤维织物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的叶片主梁层结构，其特征在于，在所述叶尖主梁切割段，所述第二梁层采取局部加强。
7.根据权利要求1所述的叶片主梁层结构，其特征在于，在所述叶尖主梁切割段靠近叶根的一端位置，所述第一梁层和所述第二梁层均沿由叶根至叶尖的方向连续延伸。
8.一种叶片，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的叶片主梁层结构。
9.一种风电机组，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的叶片主梁层结构或如权利要求8所述的叶片。
10.一种适用于如权利要求1-7任一项所述的叶片主梁层结构的主梁成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
铺设第一梁层和第二梁层；
裁剪所述第二梁层的叶尖主梁切割段，进行修型处理；
布置导流系统；
包裹真空膜，并进行抽真空；
灌注并固化成型。
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