CN116353097A - 一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根 - Google Patents

一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根 Download PDF

Info

Publication number
CN116353097A
CN116353097A CN202310140307.0A CN202310140307A CN116353097A CN 116353097 A CN116353097 A CN 116353097A CN 202310140307 A CN202310140307 A CN 202310140307A CN 116353097 A CN116353097 A CN 116353097A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade root
metal sheet
glass fiber
fiber cloth
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310140307.0A
Other languages
English (en)
Inventor
朱亚坤
邱成宇
梁镇宇
陈文光
顾育慧
李军向
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MingYang Smart Energy Group Co Ltd
Original Assignee
MingYang Smart Energy Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MingYang Smart Energy Group Co Ltd filed Critical MingYang Smart Energy Group Co Ltd
Priority to CN202310140307.0A priority Critical patent/CN116353097A/zh
Publication of CN116353097A publication Critical patent/CN116353097A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/36Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and impregnating by casting, e.g. vacuum casting
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29LINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00Other particular articles
    • B29L2031/08Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
    • B29L2031/082Blades, e.g. for helicopters
    • B29L2031/085Wind turbine blades
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根,包括:选取金属材料并加工成所需尺寸的金属薄片;将金属薄片和玻纤布进行斜切处理;对金属薄片表面进行打孔处理;对金属薄片进行表面处理;将金属薄片按照铺层设计要求与玻纤布一同铺设于叶根位置;真空灌注树脂,升温并固化,完成叶片叶根的预制。本发明通过在叶片叶根中引入金属薄片铺层材料,将玻纤增强复合材料与金属材料相结合,实现叶根连接处的局部加强效果,提高了与叶根圆螺母及螺栓接触的玻璃钢材料的强度及模量,有效减少了叶根的增强材料用量,实现叶根部件的减重。

Description

一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根
技术领域
本发明涉及风电叶片的技术领域,尤其是指一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根。
背景技术
随着风机叶片大型化的发展趋势,风机发电功率在得到提升的同时,叶片的重量变得越来越大,叶片根部承受的载荷也随之越来越大。较高的载荷对于风机叶轮的安全运行有较大的风险,叶片在高速运转时,叶片根部连接的稳定性及可靠性起着十分关键的作用,因此需要合理设计叶片根部的连接结构及连接强度,以保证叶片根部与轮毂之间连接稳固,避免由于连接失效造成的叶根连接处的断裂,降低设备损伤或人员伤亡事故的风险。
在风电叶片的叶根连接中,T-bolt是一种最为常见的连接方式,T型螺栓套中,叶根圆螺母与相接触的玻璃钢的挤压面是容易发生应力集中的位置,玻璃钢的挤压强度往往制约了叶根结构强度。为保障叶根玻璃钢安全系数,叶根的壁厚就要做到很厚,但这样无形中更加增大了叶根的重量,传统的T-bolt叶根连接形式已经难以满足大型叶片叶根强度要求。同时叶根处使用的传统玻璃钢材料在叶片超过一定尺寸和重量时,叶根连接处存在较大隐患,需要进行额外的增强处理来保证叶根的稳固。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种风电叶片叶根预制成型方法,通过在叶片叶根中引入金属薄片铺层材料,将玻纤增强复合材料与金属材料相结合,实现叶根连接处的局部加强效果,提高了与叶根圆螺母及螺栓接触的玻璃钢材料的强度及模量,避免了叶根通过唯一的加厚进行强度补偿的方式,有效减少了叶根的增强材料用量,实现叶根部件的减重。
本发明的另一个目的在于提供一种风电叶片叶根。
本发明的目的可以通过下述技术方案实现:
一种风电叶片叶根预制成型方法,包括,
选取金属材料并加工成所需尺寸的金属薄片;
将金属薄片长度方向的一端做斜切处理,形成倒角,同时对玻纤布进行同样倒角大小的斜切处理;
在不影响金属薄片力学结构性能的条件下,对金属薄片表面进行打孔处理,通过加工出多个圆孔以便于提高后期灌注效率,且灌注后能够在圆孔位置形成树脂钉从而有效增强金属薄片与上下铺层的结合强度;
对金属薄片进行表面处理,以增强其与灌注树脂之间的界面结合强度;
将金属薄片按照铺层设计要求与玻纤布一同铺设于叶根位置,在叶根的厚度方向上,每隔预设层数的玻纤布放入一层金属薄片铺层,在叶根的轴向方向上依次设置为金属薄片与玻纤布混杂区、过渡区和玻纤布铺层区,通过倒角便于金属薄片与玻纤布在过渡区的对接;
对已铺层好的金属薄片与玻纤布进行真空灌注树脂,升温并固化,完成叶片叶根的预制。
进一步,所述金属材料包括不锈钢、铝合金、钛合金中的一种或多种。
进一步,多个圆孔在金属薄片表面呈矩形阵列分布。
进一步,所述表面处理包括砂纸打磨、喷砂粗化、酸洗处理、磷化处理、火焰处理、硅烷偶联剂处理中的一种或多种处理方法。
进一步,所述金属薄片与玻纤布混杂区沿叶根轴向方向的长度能够覆盖风电叶片叶根圆螺母及螺栓的安装位置;过渡区中上下相邻的倒角对接位置在叶根的轴向方向上相互错开设定距离;在叶根的弦向方向上,每一层金属薄片通过多片金属薄片采取对接的方式拼接组成,每一层玻纤布通过多片玻纤布采取搭接的方式拼接组成,金属薄片的对接缝与上下相邻玻纤布的搭接区域在弦向上相互错开。
本发明的另一目的可以通过下述技术方案实现:
一种风电叶片叶根,采用上述所述的风电叶片叶根预制成型方法制成。
本发明与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
1、本发明通过在叶片叶根中引入金属薄片铺层材料,将玻纤增强复合材料与金属材料相结合,实现叶根连接处的局部加强效果,提高了与叶根圆螺母及螺栓接触的玻璃钢材料的强度及模量,避免了叶根通过唯一的加厚进行强度补偿的方式,有效减少了叶根的增强材料用量,实现叶根部件的减重。
2、本发明通过在叶片叶根中引入金属薄片铺层材料,在不改变叶根直径的情况下,可以根据实际需求增加根部截面中T形螺栓接头的数量,从而进一步降低螺栓及其周围玻璃钢材料承受的载荷,提高其使用寿命和叶根的安全系数,此外,叶根部件可承载更长更大叶片带来的载荷,从而提高风机发电量,带来较大的经济效益。
3、本发明对金属薄片铺层进行了不同方式的加工设计,利于金属薄片与灌注树脂的界面结合性能,减少失效的风险性,且提高了灌注工艺的操作性。
附图说明
图1为金属薄片倒角的俯视图。
图2为金属薄片倒角的侧视图。
图3为金属薄片与玻纤布铺层对接的示意图。
图4为金属薄片进行打孔处理的示意图。
图5为叶根轴向方向上的铺层示意图。
图6为叶根弦向方向上的铺层示意图。
图7为叶根在叶根圆螺母和螺栓安装位置的铺层示意图。
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。
实施例1:
本实施例提供了一种风电叶片叶根预制成型方法,包括步骤,
S1-1、选取合适的金属材料类型,加工成所需尺寸的金属薄片。金属薄片长度范围为1m~5m,宽度范围为0.5m~2.5m,厚度范围为0.2mm~1.0mm。金属材料包括不锈钢、铝合金、钛合金中的一种或多种,且涵盖每种金属材料下的不同金属型号。
本实施例选取304不锈钢为例,将其加工成长度3m、宽度2m、厚度0.8mm的金属薄片。
S1-2、将金属薄片1长度方向的一端做斜切处理,形成倒角2,倒角范围为1:10~1:100,本实施例倒角以1:30为例,倒角边缘处用砂纸打磨圆滑,同时对玻纤布3(优选E7三轴玻纤布)进行同样倒角大小的斜切处理,通过对金属薄片进行斜切处理,在后期铺层时,能够使金属薄片与玻纤布良好吻合对接,同时能够增加金属材料与玻纤布在轴向对接位置的过渡区的长度,从而降低对接位置应力集中及失效的风险。金属薄片倒角如图1、图2所示,金属薄片1与玻纤布3的对接如图3所示。
S1-3、如图4所示,在不影响金属薄片力学结构性能的条件下,对金属薄片1表面进行打孔处理,通过加工出多个圆孔4以便于提高后期灌注效率,且灌注后能够在圆孔位置形成树脂钉从而有效增强金属薄片与上下铺层的结合强度。多个圆孔在金属薄片表面呈矩形阵列分布,圆孔孔径范围为1mm~3mm,孔距范围为20mm~40mm,本实施例以加工孔径2mm、孔距30mm的圆孔为例。
S1-4、对金属薄片进行物理或化学方式的表面处理,以进一步增强其与灌注树脂之间的界面结合强度,提高层间剪切性能,降低失效风险。
表面处理包括砂纸打磨、喷砂粗化、酸洗处理、磷化处理、火焰处理、硅烷偶联剂处理中的一种或多种处理方法,以下对各个方法做具体说明:
1)砂纸打磨:砂纸细度选择36#~150#,对金属薄片正反表面进行打磨两次。通过砂纸打磨金属,使表面增加粗糙度,增加树脂与金属的接触面积,进而增加界面结合力;
2)喷砂处理:在喷砂机上进行,喷砂选择金刚砂、石英砂、铁砂的一种。喷砂粒度为50目~200目,平均粒径0.2mm~0.8mm,喷砂时压缩空气压力为0.6MPa~0.85MPa,喷砂距离为80mm~120mm,喷砂角度为70°~85°。金属薄片表面在高速砂粒的冲击下,基体发生变形,晶体发生滑移,金属薄片表面形成不规则无固定取向的凹坑,形成的各向异性的表面增大了接触面积,有利于提升界面的结合力;
3)酸洗处理:先用800#砂纸打磨,用丙酮除油,再在室温下将金属薄片浸入18%的盐酸溶液中,浸泡10min~30min后取出,用去离子水冲洗后60℃热空气吹干。酸洗处理可以去除金属表面氧化皮、浊物及锈蚀,获得清洁度高的表面,有利于树脂的浸润,同时在金属表面形成许多均匀的蚀坑,增加粘接面积,并且酸洗对界面其活化作用,可提升表面能,有利于金属与树脂之间化学键的形成;
4)磷化处理:先用800#砂纸打磨,再在室温下将金属薄片表调后浸入锌系磷化液中,浸泡10min~30min后取出,用去离子水冲洗后60℃热空气吹干。磷化处理后金属表面有很多微孔和微裂纹结构,可增加树脂与金属薄片的结合面积,大幅提高粘接强度;
5)火焰处理:将火焰喷枪对准金属薄片表面,距离20cm~30cm,均匀缓慢移动喷枪,使金属薄片表面温度瞬间达到900℃~1000℃,使表面生成一层金属氧化膜,并产生极性官能团。金属氧化膜及极性官能团的生成有利于提高金属与树脂之间的界面结合力;
6)硅烷偶联剂处理:在去离子水中加入乙醇,并搅拌均匀,加入溶液质量含量0.5%~2.0%的KH550硅烷偶联剂,并用10%浓度的亚硝酸溶液调节PH到8~10之间,得到偶联剂溶液。先将金属表面用800#砂纸打磨,用丙酮除油,而后在室温环境下将试样放入偶联剂溶液中浸泡10min~30min后取出,放入200℃~250℃的烘箱中干燥30min~60min,得到金属表面硅烷膜。由于偶联剂一端为亲无机基团,可与金属表面发生作用,另外一端为亲有机基团,可与树脂发生作用,从而在金属薄片与灌注树脂之间建立起一种化学键,大大增强界面结合强度。
本实施例以磷化处理,即先用800#砂纸打磨,再在室温下将金属薄片表调后浸入锌系磷化液中,浸泡20min后取出,用去离子水冲洗后,60℃热空气吹干。
S1-5、如图5至图7所示,将金属薄片1按照铺层设计要求与玻纤布3一同铺设于叶根位置,在叶根的厚度方向上,每隔2层~10层的玻纤布放入一层金属薄片铺层,本实施例以每隔2层玻纤布中放入一层金属薄片为例,在叶根的轴向方向上依次设置为金属薄片与玻纤布混杂区7、过渡区8和玻纤布铺层区9,通过倒角2便于金属薄片1与玻纤布3在过渡区8的对接。其中,所述金属薄片与玻纤布混杂区7沿叶根轴向方向的长度能够覆盖风电叶片叶根圆螺母5及螺栓11的安装位置;过渡区8中上下相邻的倒角2对接位置在叶根的轴向方向上相互错开100mm~300mm,本实施例以上下错开200mm为例;在叶根的弦向方向上,每一层金属薄片通过多片金属薄片采取对接的方式拼接组成,对接缝6宽度小于3mm,每一层玻纤布通过多片玻纤布采取搭接的方式拼接组成,搭接区域10宽度为50mm~70mm,金属薄片的对接缝6与上下相邻玻纤布的搭接区域10在弦向上相互错开150mm以上。最终金属薄片在叶根中的金属体积含量范围约为3%~30%,本实施例中金属薄片在叶根中的金属体积含量具体为20%±1%。
通过金属薄片与玻纤布的混合铺层方式,不仅实现了叶根部位的增强,且避免了金属与玻纤布连接位置的应力集中问题,同时通过叶根玻璃钢材料设计用量的减少,有效平衡了金属材料增重带来的影响。
S1-6、对已铺层好的金属薄片与玻纤布进行真空灌注树脂,灌注树脂可以选择环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯树脂或乙烯基树脂中的一种,本实施例以灌注环氧树脂为例,接着升温到70℃~80℃下固化4h~8h,以升温到75℃下固化6h为例,最终完成叶片叶根的预制。
实施例2:
本实施例提供了一种风电叶片叶根预制成型方法,包括步骤,
S2-1、选取2024铝合金,加工成长度2m、宽度1.5m、厚度0.6mm的金属薄片。
S2-2、将金属薄片长度方向的一端,做斜切机加工处理,倒角大小为1:40,倒角边缘处用砂纸打磨圆滑,同时对E7三轴玻纤布进行同样1:40倒角大小的斜切处理,使得金属薄片可与玻纤布良好吻合对接。
S2-3、将金属薄片进行打圆孔处理,孔径2mm,孔距20mm。
S2-4、对金属薄片进行喷砂表面处理。在喷砂机上进行,喷砂选择金刚砂,喷砂粒度为80目,平均粒径0.4mm,喷砂时压缩空气压力为0.8MPa,喷砂距离为100mm,喷砂角度为75°。
S2-5、将金属薄片按照铺层设计要求与玻纤布一同铺设于叶根位置,在叶根的厚度方向上,每隔3层玻纤布放入一层金属薄片铺层,在叶根的轴向方向上依次设置为金属薄片与玻纤布混杂区、过渡区和玻纤布铺层区,通过倒角便于金属薄片与玻纤布在过渡区的对接。其中,金属薄片与玻纤布混杂区沿叶根轴向方向的长度能够覆盖风电叶片叶根圆螺母及螺栓的安装位置;过渡区中上下相邻的倒角对接位置在叶根的轴向方向上相互错开,上下错开200mm;在叶根的弦向方向上,每一层金属薄片通过多片金属薄片采取对接的方式拼接组成,对接缝宽度小于3mm,每一层玻纤布通过多片玻纤布采取搭接的方式拼接组成,搭接区域宽度为50mm~70mm,金属薄片的对接缝与上下相邻玻纤布的搭接区域在弦向上相互错开150mm以上,最终金属薄片在叶根中的金属体积含量范围约为12%±1%。
S2-6、对已铺层好的金属薄片与玻纤布进行真空灌注聚氨酯树脂,并升温到80℃下固化5h,完成叶片叶根的预制。
实施例3:
本实施例提供了一种风电叶片叶根预制成型方法,包括步骤,
S3-1、选取AZ91镁合金,加工成长度1.5m、宽度1.2m、厚度0.5mm的金属薄片。
S3-2、将金属薄片长度方向的一端,做斜切机加工处理,倒角大小为1:50,倒角边缘处用砂纸打磨圆滑,同时对E7三轴玻纤布进行同样1:50倒角大小的斜切处理,使得金属薄片可与玻纤布良好吻合对接;
S3-3、将金属薄片进行打圆孔处理,孔径2.5mm,孔距25mm;
S3-4、对金属薄片进行硅烷偶联剂表面处理。在去离子水中加入乙醇,并搅拌均匀,加入溶液质量含量1.0%的KH550硅烷偶联剂,并用10%浓度的亚硝酸溶液调节PH到8-10之间,得到偶联剂溶液。先将金属表面用800#砂纸打磨,用丙酮除油,而后在室温环境下将试样放入偶联剂溶液中浸泡20min后取出,放入220℃的烘箱中干燥50min,得到金属表面硅烷膜;
S3-5、将金属薄片按照铺层设计要求与玻纤布一同铺设于叶根位置,在叶根的厚度方向上,每隔5层玻纤布放入一层金属薄片铺层,在叶根的轴向方向上依次设置为金属薄片与玻纤布混杂区、过渡区和玻纤布铺层区,通过倒角便于金属薄片与玻纤布在过渡区的对接。其中,金属薄片与玻纤布混杂区沿叶根轴向方向的长度能够覆盖风电叶片叶根圆螺母及螺栓的安装位置;过渡区中上下相邻的倒角对接位置在叶根的轴向方向上相互错开,上下错开200mm;在叶根的弦向方向上,每一层金属薄片通过多片金属薄片采取对接的方式拼接组成,对接缝宽度小于3mm,每一层玻纤布通过多片玻纤布采取搭接的方式拼接组成,搭接区域宽度为50mm~70mm,金属薄片的对接缝与上下相邻玻纤布的搭接区域在弦向上相互错开150mm以上,最终金属薄片在叶根中的金属体积含量范围约为5±0.5%。
S3-6对已铺层好的金属薄片与玻纤布进行真空灌注环氧树脂,并升温到75℃下固化6h,完成叶片叶根的预制。
实施例4:
本实施例提供了一种风电叶片叶根,采用上述风电叶片叶根预制成型方法制成。
根据上述风电叶片叶根预制成型方法进行对比例1和对比例2的叶片叶根预制成型,其中,在对比例1中金属薄片不做表面处理,在对比例2中不使用金属薄片,具体制作过程如下:
对比例1(不做表面处理):
D1-1、选取304不锈钢,加工成金属薄片,长度3m,宽度2m,厚度0.8mm。
D1-2、将金属薄片长度方向的一端,做斜切机加工处理,倒角大小为1:30,倒角边缘处用砂纸打磨圆滑,同时对将要在叶根铺层的E7三轴玻纤布进行同样1:30倒角大小的斜切处理,使得金属薄片可与玻纤布良好吻合对接。
D1-3、将金属薄片进行打圆孔处理,孔径2mm,孔距30mm。
D1-4、将金属薄片按照铺层设计要求与玻纤布一同铺设于叶根位置,在叶根的厚度方向上,每隔2层玻纤布放入一层金属薄片铺层,在叶根的轴向方向上依次设置为金属薄片与玻纤布混杂区、过渡区和玻纤布铺层区,通过倒角便于金属薄片与玻纤布在过渡区的对接。其中,金属薄片与玻纤布混杂区沿叶根轴向方向的长度能够覆盖风电叶片叶根圆螺母及螺栓的安装位置;过渡区中上下相邻的倒角对接位置在叶根的轴向方向上相互错开,上下错开200mm;在叶根的弦向方向上,每一层金属薄片通过多片金属薄片采取对接的方式拼接组成,对接缝宽度小于3mm,每一层玻纤布通过多片玻纤布采取搭接的方式拼接组成,搭接区域宽度为50mm~70mm,金属薄片的对接缝与上下相邻玻纤布的搭接区域在弦向上相互错开150mm以上,最终金属薄片在叶根中的金属体积含量范围约为20%±1%。
D1-5、对已铺层好的金属薄片与玻纤布进行真空灌注环氧树脂,并升温到75℃下固化6h,完成叶片叶根的预制。
对比例2(不使用金属薄片):
D2-1、按照铺层设计要求,将E7三轴玻纤布铺设于叶根位置。在弦向上,E7三轴玻纤布采取搭接方式进行铺层,搭接宽度50mm~70mm。
D2-2、对已铺层好的E7三轴玻纤布进行真空灌注环氧树脂,并升温到75℃下固化6h,完成叶片叶根的预制。
将实施例1、实施例2、实施例3、对比例1及对比例2制备成型的叶根中金属薄片与玻纤布混杂区按照测试标准中的样条尺寸进行切割,并进行静力及疲劳性能测试。其中0°拉伸测试采用标准ISO 527-4进行,面内剪切测试采用标准ASTM D7078进行,层间剪切测试采用标准ISO 14125进行,挤压强度测试采用标准ASTM D5961进行,实施例1、实施例2、实施例3及对比例1中样条均为上下各两层E7三轴玻纤布层合板及中间一层金属薄片铺层。对比例2中试样采用四层E7三轴玻纤布层合板。
测试结果对比分析如下表1所示。
Figure BDA0004087261200000111
Figure BDA0004087261200000121
表1实施例与对比例中金属-玻纤混杂区材料性能测试对比
对以上数据进行分析,由于实施例1与实施例2、3的区别在于实施例1中应用了更多的金属薄片材料,金属材料对叶根样条的增强作用更加明显一些,因此实施例1中的样品性能测试强度及模量更高一些。同理,实施例2同样比实施例3中金属薄片材料用量高,因此实施例2中的数据高于实施例3。
实施例1与对比例1中使用了同样含量的金属薄片材料,但是对比例1中未对金属材料进行表面处理,因此对比例1中金属薄片与玻璃钢层之间的界面结合效果要弱于实施例1,由此造成了强度及模量的性能下降,尤其是层间剪切及面内剪切性能下降。由于对比例1中金属薄片与玻璃钢层之间成为薄弱点,因此层间剪切破坏发生在金属薄片与玻璃钢的界面处,而不是玻璃钢层之间,同时对比例1中由于金属薄片与玻璃钢界面的削弱也出现了面内剪切性能大幅降低。
实施例1、2、3与对比例2相比,对比例2中未使用金属材料,因此反应的是常规E7三轴玻纤布的各项性能,而通过实施例中金属薄片材料的加持,使得各项性能均明显高处对比例2,体现出金属薄片对玻璃钢性能增强的作用。
综上,本发明通过将玻纤增强复合材料与金属材料相结合,实现叶根连接处的局部加强效果,对金属薄片在叶根轴向及弦向进行不同方式的铺层设计,以满足叶根段不同程度的增强要求,在未来大型风机叶片叶根成型领域具有巨大的应用潜力。
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 (6)

1.一种风电叶片叶根预制成型方法,其特征在于,包括,
选取金属材料并加工成所需尺寸的金属薄片;
将金属薄片长度方向的一端做斜切处理,形成倒角,同时对玻纤布进行同样倒角大小的斜切处理;
在不影响金属薄片力学结构性能的条件下,对金属薄片表面进行打孔处理,通过加工出多个圆孔以便于提高后期灌注效率,且灌注后能够在圆孔位置形成树脂钉从而有效增强金属薄片与上下铺层的结合强度;
对金属薄片进行表面处理,以增强其与灌注树脂之间的界面结合强度;
将金属薄片按照铺层设计要求与玻纤布一同铺设于叶根位置,在叶根的厚度方向上,每隔预设层数的玻纤布放入一层金属薄片铺层,在叶根的轴向方向上依次设置为金属薄片与玻纤布混杂区、过渡区和玻纤布铺层区,通过倒角便于金属薄片与玻纤布在过渡区的对接;
对已铺层好的金属薄片与玻纤布进行真空灌注树脂,升温并固化,完成叶片叶根的预制。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片叶根预制成型方法,其特征在于,所述金属材料包括不锈钢、铝合金、钛合金中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种风电叶片叶根预制成型方法,其特征在于,多个圆孔在金属薄片表面呈矩形阵列分布。
4.根据权利要求1所述的一种风电叶片叶根预制成型方法,其特征在于,所述表面处理包括砂纸打磨、喷砂粗化、酸洗处理、磷化处理、火焰处理、硅烷偶联剂处理中的一种或多种处理方法。
5.根据权利要求1所述的一种风电叶片叶根预制成型方法,其特征在于,所述金属薄片与玻纤布混杂区沿叶根轴向方向的长度能够覆盖风电叶片叶根圆螺母及螺栓的安装位置;过渡区中上下相邻的倒角对接位置在叶根的轴向方向上相互错开设定距离;在叶根的弦向方向上,每一层金属薄片通过多片金属薄片采取对接的方式拼接组成,每一层玻纤布通过多片玻纤布采取搭接的方式拼接组成,金属薄片的对接缝与上下相邻玻纤布的搭接区域在弦向上相互错开。
6.一种风电叶片叶根,其特征在于,采用如权利要求1~5任一项所述的风电叶片叶根预制成型方法制成。
CN202310140307.0A 2023-02-21 2023-02-21 一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根 Pending CN116353097A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310140307.0A CN116353097A (zh) 2023-02-21 2023-02-21 一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310140307.0A CN116353097A (zh) 2023-02-21 2023-02-21 一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116353097A true CN116353097A (zh) 2023-06-30

Family

ID=86905938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310140307.0A Pending CN116353097A (zh) 2023-02-21 2023-02-21 一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116353097A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116442554A (zh) * 2023-03-29 2023-07-18 广东欣粤电力器材有限公司 一种双层复合材料电杆的生产方法及双层复合材料电杆

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116442554A (zh) * 2023-03-29 2023-07-18 广东欣粤电力器材有限公司 一种双层复合材料电杆的生产方法及双层复合材料电杆

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN116353097A (zh) 一种风电叶片叶根预制成型方法及风电叶片叶根
Daudeville et al. Delamination analysis by damage mechanics: some applications
EP2153985A1 (en) Steel product composite and process for producing the steel product composite
EP2127865A1 (en) Aluminum alloy composite and method of bonding therefor
Khan et al. Effect of various surface preparation techniques on the delamination properties of vacuum infused Carbon fiber reinforced aluminum laminates (CARALL): Experimentation and numerical simulation
CN103935080B (zh) 聚合物/泡沫铝一体型复合夹芯板
CN114103303B (zh) 一种增强复合界面连接的纤维金属层板及其制备方法
CN104741864B (zh) 一种结构损伤快速修理方法
CN107556012B (zh) 一种嵌扣式防弹陶瓷片及其制备方法
CN100361756C (zh) 一种Ti-TiAl3金属/金属间化合物层状复合材料的制备方法
CN113020261A (zh) 一种预制波纹界面的金属复合板轧制方法
KR20110013791A (ko) 마그네슘-아연계 마그네슘 합금과 알루미늄의 클래드재 제조방법과 이에 의해 제조되는 마그네슘-아연계 마그네슘 합금과 알루미늄의 클래드재
Giridharan et al. Experimental analysis of fibre metal laminates
CN110539510B (zh) 纤维金属超混杂t形加筋结构的一体化成型模具及方法
Nong et al. Experimental optimization and static characterization of modified fiber metal laminates with integrated mechanical interlock bonding system for aerospace applications
CN113752668B (zh) 一种叶脉仿生负泊松比结构的纤维金属层板制备方法
CN116572549A (zh) 一种风电叶片主梁预制成型方法
CN106239881A (zh) 一种电动车顶棚制作工艺
CN114083103A (zh) 增强相分布可控的铝基复合材料制备方法
CN102151977A (zh) 大板面tu1/q235b爆炸焊接高强度导电复合板
Farooq Development of FRP based composite fibre for fibre reinforced cementitious composites
CN113320244A (zh) 一种航空用耐冲击纤维金属混杂结构及其制造方法
Wang et al. Mechanism of Interlaminar Strengthening and Toughening of Al/CFRP/Al Composite Laminates. Materials 2023, 16, 560
Zhu et al. Effect of Different Coupling Agents on Interfacial Properties of Fibre-Reinforced Aluminum Laminates. Materials 2021, 14, 1019
WO2024005759A1 (en) A fiber-metal laminate producing method

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination