CN115807731A - 一种风电叶片腹板及其成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片腹板及其成型方法，包括泡沫芯材、玻璃钢夹芯拉挤预制件和纤维织物，玻璃钢夹芯拉挤预制件有两个，分别设于泡沫芯材的两侧，纤维织物铺设于泡沫芯材和玻璃钢夹芯拉挤预制件的外侧面上，采用真空灌注工艺将泡沫芯材、玻璃钢夹芯拉挤预制件和纤维织物进行一体灌注；玻璃钢夹芯拉挤预制件包括玻璃钢主体和芯材泡沫块，玻璃钢主体的横截面大致呈_π型，包括玻璃钢层和两个玻璃钢支撑立柱，玻璃钢层贴合于叶片壳体上，芯材泡沫块设于玻璃钢层和两个玻璃钢支撑立柱之间。本发明能够有效提高腹板稳定性，提高腹板极限载荷和疲劳极限载荷，防止腹板提前出现屈曲，同时可以有效简化腹板工艺和模具，提高腹板生产效率。

Description

一种风电叶片腹板及其成型方法

技术领域

本发明涉及风电叶片腹板的技术领域，尤其是指一种风电叶片腹板及其成型方法。

背景技术

腹板是风机叶片的重要组成部件，其材料组成为芯材、纤维织物以及树脂。其中，芯材包括PVC、PET、HPE、Balsa等泡沫块，纤维织物包括±45°双轴玻纤织物、多轴玻纤织物等，树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂、手糊树脂等。腹板的主要作用是支撑PS面与SS面壳体，保证叶片的刚度，提高叶片的载荷承载力。

传统腹板与结构胶粘接区域主要有以下几种情况：1)灌注成T型的翻边结构，形成传统的“工字梁”；2)灌注成L型的翻边结构后，腹板与壳体采用结构胶粘接后，在靠近叶根区域，用手糊树脂手糊另外的半边L型结构，形成T型结构；3)灌注成L型结构，形成“C型梁”。

随着风机平价时代的到来，风机功率不断提高，风机叶片超大型化，叶片承受载荷也越大，传统的“工字梁”、“C型梁”的腹板结构，均存在一定的风险：

1)“工字梁”、“C型梁”腹板在铺设灌注成型时，易产生褶皱，翻边区域铺设困难；

2)腹板翻边铺设灌注，性能偏弱，尺寸差异较大，随型性较差，屈曲安全系数较低，可靠性在尺寸越来越大的叶片上越来越难以体现。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风电叶片腹板及其成型方法，通过玻璃钢夹芯拉挤预制件能够有效提高传统的“工字梁”、“C型梁”腹板结构的稳定性，提高腹板的极限载荷和疲劳极限载荷，防止腹板提前出现屈曲，同时玻璃钢夹芯拉挤预制件为一体拉挤成型的预制件，可以有效简化腹板的工艺和模具，提高腹板生产的整体效率。

本发明的第一个目的在于提供一种风电叶片腹板。

本发明的第二个目的在于提供一种风电叶片腹板的成型方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种风电叶片腹板，包括泡沫芯材、玻璃钢夹芯拉挤预制件和纤维织物，所述玻璃钢夹芯拉挤预制件有两个，分别设于泡沫芯材的两侧，所述纤维织物铺设于泡沫芯材和玻璃钢夹芯拉挤预制件的外侧面上，采用真空灌注工艺将泡沫芯材、玻璃钢夹芯拉挤预制件和纤维织物进行一体灌注；其中，所述玻璃钢夹芯拉挤预制件包括玻璃钢主体和芯材泡沫块，所述玻璃钢主体的横截面大致呈_π型，包括玻璃钢层和两个玻璃钢支撑立柱，所述玻璃钢层贴合于叶片壳体上，所述芯材泡沫块设于玻璃钢层和两个玻璃钢支撑立柱之间。

进一步，所述玻璃钢夹芯拉挤预制件的拉挤高度沿腹板长度方向逐渐减小或逐渐增大，其拉挤宽度沿腹板长度方向逐渐减小或逐渐增大。

进一步，所述玻璃钢层的贴合面的形状与叶片壳体的贴合面的形状相匹配。

进一步，所述玻璃钢层的贴合面上设有凸起结构，用于防止腹板与叶片直接接触，同时通过凸起结构抵触至叶片壳体上，进而控制腹板与叶片之间粘接结构胶的厚度。

进一步，所述玻璃钢主体的树脂基体为环氧树脂、乙烯基、聚酯、光固化树脂或改性丙烯酸树脂，其纤维层为玻璃纤维或碳纤维。

进一步，所述芯材泡沫块为PVC、PET、HPE或Balsa泡沫块。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种风电叶片腹板的成型方法，包括步骤：

1)准备好带凸台的腹板模具，其两侧设有模具法兰挡边；

2)沿腹板模具的凸台边缘铺设真空导流织物和隔离膜；

3)沿凸台上边沿或下边沿铺设内层纤维织物，每层纤维织物沿弦向错层铺设；

4)将两个玻璃钢夹芯拉挤预制件分别放置到腹板模具两侧的挡边位置，使玻璃钢夹芯拉挤预制件的玻璃钢层紧靠凸台，随型放置；

5)按照腹板铺层设计铺放泡沫芯材，将泡沫芯材的两侧分别与两个玻璃钢夹芯拉挤预制件连接，确保连接处无缝隙、无台阶；

6)铺设外层纤维织物，纤维织物和玻璃钢夹芯拉挤预制件之间采用局部搭接、半覆盖或全包裹的方式；

7)铺设灌注辅材，布置灌注流道，包真空，达到真空检验标准后，利用真空导入灌注树脂；

8)按照真空灌注工艺要求加热、保温、固化、脱模，形成一套带有玻璃钢夹芯拉挤预制件的腹板产品。

进一步，在步骤4)中，每个玻璃钢夹芯拉挤预制件包括多段玻璃钢夹芯拉挤结构段，将多段玻璃钢夹芯拉挤结构段沿腹板长度方向依次拼接，相邻两段玻璃钢夹芯拉挤结构段之间采用倒角过渡对接，且对接处使用织物进行补强。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：.

1、本发明的腹板通过玻璃钢夹芯拉挤预制件中_π型玻璃钢主体的设计，能够有效提高传统的“工字梁”、“C型梁”腹板结构的稳定性，提高腹板的极限载荷和疲劳极限载荷，防止腹板提前出现屈曲，提高屈曲安全系数，简化腹板的工艺和模具，提高腹板生产的整体效率。

2、本发明的腹板设计有扭转角度，能完美贴合叶片，同时玻璃钢夹芯拉挤预制件的玻璃钢层上设计有凸起结构，玻璃钢夹芯拉挤预制件为变截面设计，其拉挤高度和拉挤宽度分别沿腹板长度方向逐渐减小或逐渐增大，通过凸起结构配合变截面设计，能够有效控制腹板与叶片之间粘接结构胶的厚度，从而在保证粘接强度的前提下减少结构胶的成本。

附图说明

图1为本发明腹板横截面的示意图。

图2为本发明玻璃钢夹芯拉挤预制件横截面的示意图。

图3为本发明玻璃钢主体横截面的示意图。

图4为本发明腹板与叶片壳体的连接示意图。

图5为本发明腹板的成型示意图一。

图6为本发明腹板的成型示意图二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本实施例提供了一种风电叶片腹板，包括泡沫芯材1、玻璃钢夹芯拉挤预制件2和纤维织物3，所述玻璃钢夹芯拉挤预制件2有两个，分别设于泡沫芯材1的两侧，所述纤维织物3铺设于泡沫芯材1和玻璃钢夹芯拉挤预制件2的外侧面上，采用真空灌注工艺将泡沫芯材1、玻璃钢夹芯拉挤预制件2和纤维织物3进行一体灌注；其中，所述玻璃钢夹芯拉挤预制件2包括玻璃钢主体201和芯材泡沫块202，所述玻璃钢主体201的横截面大致呈_π型，包括玻璃钢层2011和两个玻璃钢支撑立柱2012，所述玻璃钢层2011贴合于叶片壳体上，所述芯材泡沫块202设于玻璃钢层2011和两个玻璃钢支撑立柱2012之间，玻璃钢层2011和玻璃钢支撑立柱2012均采用三轴织物、纯纱线和改性环氧树脂构成。

具体的，玻璃钢层2011在自然状态下，其贴合面的形状与叶片壳体7的贴合面的形状相匹配，其贴合面的曲率与叶片壳体的贴合面的曲率基本一致。

具体的，玻璃钢层2011的贴合面上设有凸起结构2013，用于防止腹板与叶片直接接触，同时通过凸起结构抵触至叶片的PS面或SS面上，进而控制腹板与叶片之间粘接结构胶的厚度。

具体的，玻璃钢夹芯拉挤预制件2的拉挤高度沿腹板长度方向逐渐减小或逐渐增大，其拉挤宽度沿腹板长度方向逐渐减小或逐渐增大。玻璃钢层2011的厚度沿拉挤宽度方向自中间向两端逐渐变薄，支撑立柱2012的厚度沿拉挤高度方向自与玻璃钢层2011连接的一端向另一端逐渐变薄。

具体的，玻璃钢主体201的树脂基体为环氧树脂、乙烯基、聚酯、光固化树脂或改性丙烯酸树脂，其纤维层为玻璃纤维或碳纤维，玻璃纤维或者碳纤维均包含纤维织物和纯纱线；芯材泡沫块202为PVC、PET、HPE或Balsa泡沫块。

本实施例中玻璃钢夹芯拉挤预制件2为一体拉挤成型的预制件，其成型方式主要有2种，第一种是先预成型_π型的玻璃钢主体201，再在其内嵌入已加工好的芯材泡沫块202或者直接在玻璃钢主体201里面发泡芯材泡沫块202；第二种是在拉挤玻璃钢主体201的同时嵌入或者发泡芯材泡沫块202。

如图5、图6所示，本实施例还提供一种风电叶片腹板的成型方法，包括步骤：

1)准备好带凸台4的腹板模具，其两侧设有模具法兰挡边5，挡边5可以根据需求设计为固定式或活动式，材质可以是玻璃钢、钢铁板、硬质塑料板等材质；

2)沿腹板模具的凸台4边缘铺设真空辅助导流织物6(如连续毡、导流网、其他纤维或预成型导流织物)和隔离膜；

3)沿凸台4上边沿或下边沿铺设内层纤维织物3，每层纤维织物沿弦向错层铺设；

4)将两个玻璃钢夹芯拉挤预制件2分别放置到腹板模具两侧的挡边位置，使玻璃钢夹芯拉挤预制件2的玻璃钢层紧靠凸台4，随型放置，通过挡边5固定住玻璃钢夹芯拉挤预制件2，避免产生褶皱，由玻璃钢夹芯拉挤预制件形成腹板的翻边结构；

5)按照腹板铺层设计铺放泡沫芯材1，将泡沫芯材1的两侧分别与两个玻璃钢夹芯拉挤预制件2连接，确保连接处无缝隙、无台阶；

6)铺设外层纤维织物3，纤维织物3和玻璃钢夹芯拉挤预制件2之间采用局部搭接、半覆盖或全包裹的方式；

7)铺设灌注辅材7，布置灌注流道，包真空，达到真空检验标准后，利用真空导入灌注树脂；

8)按照真空灌注工艺要求加热、保温、固化、脱模，形成一套带有玻璃钢夹芯拉挤预制件的腹板产品。

具体的，在步骤4)中，每个玻璃钢夹芯拉挤预制件均包括多段玻璃钢夹芯拉挤结构段，将多段玻璃钢夹芯拉挤结构段沿腹板长度方向依次拼接，相邻两段玻璃钢夹芯拉挤结构段之间采用倒角过渡对接，且对接处使用织物进行补强。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明专利构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (8)

1.一种风电叶片腹板，其特征在于：包括泡沫芯材、玻璃钢夹芯拉挤预制件和纤维织物，所述玻璃钢夹芯拉挤预制件有两个，分别设于泡沫芯材的两侧，所述纤维织物铺设于泡沫芯材和玻璃钢夹芯拉挤预制件的外侧面上，采用真空灌注工艺将泡沫芯材、玻璃钢夹芯拉挤预制件和纤维织物进行一体灌注；其中，所述玻璃钢夹芯拉挤预制件包括玻璃钢主体和芯材泡沫块，所述玻璃钢主体的横截面大致呈_π型，其包括玻璃钢层和两个玻璃钢支撑立柱，所述玻璃钢层贴合于叶片壳体上，所述芯材泡沫块设于玻璃钢层和两个玻璃钢支撑立柱之间。

2.根据权利要求1所述的风电叶片腹板，其特征在于：所述玻璃钢夹芯拉挤预制件的拉挤高度沿腹板长度方向逐渐减小或逐渐增大，其拉挤宽度沿腹板长度方向逐渐减小或逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的风电叶片腹板，其特征在于：所述玻璃钢层的贴合面的形状与叶片壳体的贴合面的形状相匹配。

4.根据权利要求1所述的风电叶片腹板，其特征在于：所述玻璃钢层的贴合面上设有凸起结构，用于防止腹板与叶片直接接触，同时通过凸起结构抵触至叶片壳体上，进而控制腹板与叶片之间粘接结构胶的厚度。

5.根据权利要求1所述的风电叶片腹板，其特征在于：所述玻璃钢主体的树脂基体为环氧树脂、乙烯基、聚酯、光固化树脂或改性丙烯酸树脂，其纤维层为玻璃纤维或碳纤维。

6.根据权利要求1所述的风电叶片腹板，其特征在于：所述芯材泡沫块为PVC、PET、HPE或Balsa泡沫块。

7.根据权利要求1～6任一项所述的风电叶片腹板的成型方法，其特征在于，包括步骤：

1)准备好带凸台的腹板模具，其两侧设有模具法兰挡边；

2)沿腹板模具的凸台边缘铺设真空导流织物和隔离膜；

3)沿凸台上边沿或下边沿铺设内层纤维织物，每层纤维织物沿弦向错层铺设；

4)将两个玻璃钢夹芯拉挤预制件分别放置到腹板模具两侧的挡边位置，使玻璃钢夹芯拉挤预制件的玻璃钢层紧靠凸台，随型放置；

5)按照腹板铺层设计铺放泡沫芯材，将泡沫芯材的两侧分别与两个玻璃钢夹芯拉挤预制件连接，确保连接处无缝隙、无台阶；

6)铺设外层纤维织物，纤维织物和玻璃钢夹芯拉挤预制件之间采用局部搭接、半覆盖或全包裹的方式；

7)铺设灌注辅材，布置灌注流道，包真空，达到真空检验标准后，利用真空导入灌注树脂；

8)按照真空灌注工艺要求加热、保温、固化、脱模，形成一套带有玻璃钢夹芯拉挤预制件的腹板产品。

8.根据权利要求7所述的风电叶片腹板的成型方法，其特征在于，在步骤4)中，每个玻璃钢夹芯拉挤预制件包括多段玻璃钢夹芯拉挤结构段，将多段玻璃钢夹芯拉挤结构段沿腹板长度方向依次拼接，相邻两段玻璃钢夹芯拉挤结构段之间采用倒角过渡对接，且对接处使用织物进行补强。

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