CN116006392A - 风电叶片梁帽复合堆叠结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风电叶片梁帽复合堆叠结构和方法，包括多个碳纤维拉挤板和多个玻纤拉挤板，所述碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板形状和尺寸相同，所述碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板交替布置形成梁帽结构。上述方案中未改变原有的拉挤板结构，可以保持原有的拉挤板生产线不变，同时由于碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板形状和尺寸相同，这样可以直接采用原有的堆叠方式，只需要将其中的一半或部分原材料替换即可。这样可以保留部分原有生产线并且拉挤板形状位置不变依然是矩形板材最大程度降低复合堆叠的难度，这样形成的这样的形成的梁帽结构强度高于纯玻纤的梁帽且重量较低，成本也会比纯碳纤维材料的梁帽更低。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种风电叶片梁帽复合堆叠结构和方法。
背景技术
风电叶片是风力发电的主要部件，叶片由上下壳体、主梁和腹板组成，其结构多为蒙皮主梁结构，其中蒙皮主要用于提供气动外形并承担大部分剪切载荷，而主梁作为叶片的关键部件，起到了主要的承载作用。主梁作为承力部件。随着叶片的长度不断增加，主梁承受的载荷也越来越大，对主梁的材料提出了新的要求。采用拉挤板材制造梁帽，较织物灌注梁帽，性能上有明显优势，被越来越多地应用到风机叶片设计和制造之中。梁帽结构所使用的多块板材通常为同一种板材，主要是纯玻纤或纯碳纤材料；两种材料分别具有一定优缺点，纯玻纤材料梁帽模量相对较低、重量偏重；纯碳纤梁帽成本高。而两种材料由于性质的不同只能分开进行加工，在实际制造过程中可能需要一种介于两者之间的材料来满足成本、强度和重量的结构。
中国专利CN113738571A公开了一种碳玻混拉挤板主梁、风电叶片，其方案是：主梁包括若干碳玻混拉挤板和若干第一导电织物；若干碳玻混拉挤板沿宽度方向和厚度方向堆叠；相邻两层碳玻混拉挤板之间铺放有第一导电织物；第一导电织物超出对应每层碳玻混拉挤板并向下或向上贴紧碳玻混拉挤板侧面，使相邻两层第一导电织物之间形成搭接，将整个主梁的碳纤维连通，形成防雷等电位结构。其将碳纤维和波纤两种材料复合在同一块碳玻混拉挤板上，这在工艺上较难实现制造成本高，制造过程中需要完全改造现有生产线，导致原有生产线无法使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种风电叶片梁帽复合堆叠结构，以降低复合拉挤板层的制造成本。
本发明的另一个目的是提供一种风电叶片梁帽复合堆叠方法，其能够降低堆叠难度。
为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：
一种风电叶片梁帽复合堆叠结构，包括多个碳纤维拉挤板和多个玻纤拉挤板，所述碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板形状和尺寸相同，所述碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板交替布置形成梁帽结构。
上述方案中未改变原有的拉挤板结构，可以保持原有的拉挤板生产线不变，同时由于碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板形状和尺寸相同，这样可以直接采用原有的堆叠方式，只需要将其中的一半或部分原材料替换即可。这样可以保留部分原有生产线并且拉挤板形状位置不变依然是矩形板材最大程度降低复合堆叠的难度，这样形成的这样的形成的梁帽结构强度高于纯玻纤的梁帽且重量较低，成本也会比纯碳纤维材料的梁帽更低。
作为优选，所述梁帽结构包括多个上下堆叠的拉挤板层，所述梁帽结构的奇数层由多块玻纤拉挤板并排贴合平铺构成，所述梁帽结构的偶数层由碳纤维拉挤板并排贴合平铺构成。
作为优选，所述梁帽结构包括多个拉挤板摞，多个所述拉挤板摞并排贴合，所述梁帽结构的奇数摞由多块玻纤拉挤板上下叠合构成，所述梁帽结构的偶数摞由碳纤维拉挤板上下叠合构成。
作为优选，所述梁帽结构包括多个上下堆叠的拉挤板层，所述梁帽结构的奇数层由玻纤拉挤板和碳纤维拉挤板交替并排贴合平铺构成，所述梁帽结构的偶数层由玻纤拉挤板和碳纤维拉挤板交替并排贴合平铺构成，所述玻纤拉挤板和碳纤维拉挤板在上下方向上交替堆叠。
作为优选，所述玻纤拉挤板与相邻的玻纤拉挤板或碳纤维拉挤板在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐并胶合，所述碳纤维拉挤板与相邻的玻纤拉挤板或碳纤维拉挤板在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐并胶合。
一种风电叶片梁帽复合堆叠方法，所述方法包括如下步骤：
S1、分别制造相同形状和尺寸碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板；
S2、将碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板运输至堆叠工位；
S3、在堆叠工位将碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板依次堆叠构成梁帽结构。
上述方案中，保留原有的生产线，仅增加一道运输碳纤维拉挤板和玻纤拉挤板的工序即可完成梁帽结构的堆叠制造，相比于其他复合材料的梁帽结构堆叠更为简便快速，可以有效降低生产成本和提高生产效率。
作为优选，在步骤S1与S2之间还具有以下步骤：将碳纤维拉挤板的边沿相互胶合形成碳纤维拉挤板层，将玻纤拉挤板的边沿相互胶合形成玻纤拉挤板层，步骤S3中的堆叠方式为将碳纤维拉挤板层和玻纤拉挤板层上下交替叠合胶接。
作为优选，在步骤S1与S2之间还具有以下步骤：将碳纤维拉挤板上下叠合胶接形成碳纤维拉挤板摞，将玻纤拉挤板上下叠合胶接形成玻纤拉挤板摞，步骤S3中的堆叠方式为将碳纤维拉挤板摞和玻纤拉挤板摞的侧边贴靠胶合。
作为优选，步骤S3中的堆叠方式为：按照碳纤维拉挤板-玻纤拉挤板的顺序交替布置且边沿胶合构成奇数拉挤板层，在奇数拉挤板层上按照玻纤拉挤板-碳纤维拉挤板的顺序交替布置且边沿胶合构成偶数拉挤板层，依次堆叠奇数拉挤板层和偶数拉挤板层并胶合。
堆叠或连接相邻碳纤维拉挤板或玻纤拉挤板时以第一块碳纤维拉挤板或玻纤拉挤板边沿为基准在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐布置。
附图说明
图1为本发明实施例一结构示意图；
图2为本发明实施例二结构示意图；
图3为本发明实施例三结构示意图；
附图标记说明：10、梁帽结构；11、碳纤维拉挤板；12、玻纤拉挤板。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“底部”、“外侧”、“前后”“上下”等指示的方位或位置关系为基于使用状态下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。
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“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种风电叶片梁帽复合堆叠结构，包括多个碳纤维拉挤板11和多个玻纤拉挤板12，所述碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12形状和尺寸相同，所述碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12交替布置形成梁帽结构10。
上述方案中未改变原有的拉挤板结构，可以保持原有的拉挤板生产线不变，同时由于碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12形状和尺寸相同，这样可以直接采用原有的堆叠方式，只需要将其中的一半或部分原材料替换即可。这样可以保留部分原有生产线并且拉挤板形状位置不变依然是矩形板材最大程度降低复合堆叠的难度，这样形成的这样的形成的梁帽结构10结构强度高于纯玻纤的梁帽且重量较低，成本也会比纯碳纤维材料的梁帽更低。玻纤拉挤板密度是碳纤维拉挤板密度的约1.5倍；玻纤拉挤板市场价格是碳纤维拉挤板的约0.2倍；玻纤拉挤板力学性能是碳纤维的0.45倍。
实施例一，如图1所示，所述梁帽结构10包括多个上下堆叠的拉挤板层，所述梁帽结构10的奇数层由多块玻纤拉挤板12并排贴合平铺构成，所述梁帽结构10的偶数层由碳纤维拉挤板11并排贴合平铺构成。这样在生产出碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12后可以先进行拉挤板层的制作再将拉挤板层运输至一起，这样便于运输和堆叠，同时具有较好的结构均匀性，保证其结构强度较为均匀，避免局部结构受力破坏。
实施例二，如图2所示，所述梁帽结构10包括多个拉挤板摞，多个所述拉挤板摞并排贴合，所述梁帽结构10的奇数摞由多块玻纤拉挤板12上下叠合构成，所述梁帽结构10的偶数摞由碳纤维拉挤板11上下叠合构成。这样在生产出碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12后可以先进行拉挤板摞的制作再将拉挤板摞运输至一起，这样运输时十分便利。
实施例三，如图3所示，所述梁帽结构10包括多个上下堆叠的拉挤板层，所述梁帽结构10的奇数层由玻纤拉挤板12和碳纤维拉挤板11交替并排贴合平铺构成，所述梁帽结构10的偶数层由玻纤拉挤板12和碳纤维拉挤板11交替并排贴合平铺构成，所述玻纤拉挤板12和碳纤维拉挤板11在上下方向上交替堆叠。这样形成的结构十分均匀，保证其结构强度较为均匀，避免局部结构受力破坏。
进一步在于，所述玻纤拉挤板12与相邻的玻纤拉挤板12或碳纤维拉挤板11在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐并胶合，所述碳纤维拉挤板11与相邻的玻纤拉挤板12或碳纤维拉挤板11在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐并胶合。这样进行堆叠时较为便利，且具有参照基准避免错位堆叠造成梁帽结构10整体偏斜错位。
一种风电叶片梁帽复合堆叠方法，所述方法包括如下步骤：
S1、分别制造相同形状和尺寸碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12；
S2、将碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12运输至堆叠工位；
S3、在堆叠工位将碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12依次堆叠构成梁帽结构10。上述方案中，保留原有的生产线，仅增加一道运输碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12的工序即可完成梁帽结构10的堆叠制造，相比于其他复合材料的梁帽结构10堆叠更为简便快速，可以有效降低生产成本和提高生产效率。
如图1所示，在步骤S1与S2之间还具有以下步骤：将碳纤维拉挤板11的边沿相互胶合形成碳纤维拉挤板11层，将玻纤拉挤板12的边沿相互胶合形成玻纤拉挤板12层，步骤S3中的堆叠方式为将碳纤维拉挤板11层和玻纤拉挤板12层上下交替叠合胶接。这样在生产出碳纤维拉挤板11和玻纤拉挤板12后可以先进行拉挤板层的制作再将拉挤板层运输至一起，这样便于运输和堆叠，同时具有较好的结构均匀性，保证其结构强度较为均匀，避免局部结构受力破坏。
如图2所示，在步骤S1与S2之间还具有以下步骤：将碳纤维拉挤板11上下叠合胶接形成碳纤维拉挤板11摞，将玻纤拉挤板12上下叠合胶接形成玻纤拉挤板12摞，步骤S3中的堆叠方式为将碳纤维拉挤板11摞和玻纤拉挤板12摞的侧边贴靠胶合。制作再将拉挤板摞运输至一起，这样运输时十分便利。
如图3所示，步骤S3中的堆叠方式为：按照碳纤维拉挤板11-玻纤拉挤板12的顺序交替布置且边沿胶合构成奇数拉挤板层，在奇数拉挤板层上按照玻纤拉挤板12-碳纤维拉挤板11的顺序交替布置且边沿胶合构成偶数拉挤板层，依次堆叠奇数拉挤板层和偶数拉挤板层并胶合。这样虽然堆叠过程较为繁琐，但是形成的结构十分均匀，保证其结构强度较为均匀，避免局部结构受力破坏。
堆叠或连接相邻碳纤维拉挤板11或玻纤拉挤板12时以第一块碳纤维拉挤板11或玻纤拉挤板12边沿为基准在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐布置。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种风电叶片梁帽复合堆叠结构，其特征在于：包括多个碳纤维拉挤板(11)和多个玻纤拉挤板(12)，所述碳纤维拉挤板(11)和玻纤拉挤板(12)形状和尺寸相同，所述碳纤维拉挤板(11)和玻纤拉挤板(12)交替布置形成梁帽结构(10)。
2.根据权利要求1所述的风电叶片梁帽复合堆叠结构，其特征在于：所述梁帽结构(10)包括多个上下堆叠的拉挤板层，所述梁帽结构(10)的奇数层由多块玻纤拉挤板(12)并排贴合平铺构成，所述梁帽结构(10)的偶数层由碳纤维拉挤板(11)并排贴合平铺构成。
3.根据权利要求1所述的风电叶片梁帽复合堆叠结构，其特征在于：所述梁帽结构(10)包括多个拉挤板摞，多个所述拉挤板摞并排贴合，所述梁帽结构(10)的奇数摞由多块玻纤拉挤板(12)上下叠合构成，所述梁帽结构(10)的偶数摞由碳纤维拉挤板(11)上下叠合构成。
4.根据权利要求1所述的风电叶片梁帽复合堆叠结构，其特征在于：所述梁帽结构(10)包括多个上下堆叠的拉挤板层，所述梁帽结构(10)的奇数层由玻纤拉挤板(12)和碳纤维拉挤板(11)交替并排贴合平铺构成，所述梁帽结构(10)的偶数层由玻纤拉挤板(12)和碳纤维拉挤板(11)交替并排贴合平铺构成，所述玻纤拉挤板(12)和碳纤维拉挤板(11)在上下方向上交替堆叠。
5.根据权利要求1所述的风电叶片梁帽复合堆叠结构，其特征在于：所述玻纤拉挤板(12)与相邻的玻纤拉挤板(12)或碳纤维拉挤板(11)在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐并胶合，所述碳纤维拉挤板(11)与相邻的玻纤拉挤板(12)或碳纤维拉挤板(11)在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐并胶合。
6.一种风电叶片梁帽复合堆叠方法，其特征在于：应用权利要求1-5任一所述的风电叶片梁帽复合堆叠方法，所述方法包括如下步骤：
S1、分别制造相同形状和尺寸碳纤维拉挤板(11)和玻纤拉挤板(12)；
S2、将碳纤维拉挤板(11)和玻纤拉挤板(12)运输至堆叠工位；
S3、在堆叠工位将碳纤维拉挤板(11)和玻纤拉挤板(12)依次堆叠构成梁帽结构(10)。
7.根据权利要求6所述的风电叶片梁帽复合堆叠方法，其特征在于：在步骤S1与S2之间还具有以下步骤：将碳纤维拉挤板(11)的边沿相互胶合形成碳纤维拉挤板(11)层，将玻纤拉挤板(12)的边沿相互胶合形成玻纤拉挤板(12)层，步骤S3中的堆叠方式为将碳纤维拉挤板(11)层和玻纤拉挤板(12)层上下交替叠合胶接。
8.根据权利要求6所述的风电叶片梁帽复合堆叠方法，其特征在于：在步骤S1与S2之间还具有以下步骤：将碳纤维拉挤板(11)上下叠合胶接形成碳纤维拉挤板(11)摞，将玻纤拉挤板(12)上下叠合胶接形成玻纤拉挤板(12)摞，步骤S3中的堆叠方式为将碳纤维拉挤板(11)摞和玻纤拉挤板(12)摞的侧边贴靠胶合。
9.根据权利要求6所述的风电叶片梁帽复合堆叠方法，其特征在于：步骤S3中的堆叠方式为：按照碳纤维拉挤板(11)-玻纤拉挤板(12)的顺序交替布置且边沿胶合构成奇数拉挤板层，在奇数拉挤板层上按照玻纤拉挤板(12)-碳纤维拉挤板(11)的顺序交替布置且边沿胶合构成偶数拉挤板层，依次堆叠奇数拉挤板层和偶数拉挤板层并胶合。
10.根据权利要求6或7或8或9所述的风电叶片梁帽复合堆叠方法，其特征在于：堆叠或连接相邻碳纤维拉挤板(11)或玻纤拉挤板(12)时以第一块碳纤维拉挤板(11)或玻纤拉挤板(12)边沿为基准在长度方向、宽度方向和厚度方向上对齐布置。
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