CN116480521B - 一种风电叶片壳体t型拉挤梁结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种风电叶片壳体T型拉挤梁结构，包括底层、外层和中间填充层；底层和外层均包括为至少两层三轴布，外层包括两平行间隔设置的竖直部和与竖直部垂直连接的水平部，两水平部朝向远离竖直部的方向延伸，并且两水平部与底层连接；中间填充层为底层和外层构成的空腔，中间填充层通过UD纱线进行填充；其中，三轴布包括交错布置的双轴面和平行布置的单轴面，底层和外层的三轴布以单轴面朝内，双轴面朝外的铺层结构布置。通过采用三轴布单轴面朝内双轴面朝外的方式，可以有效降低拉挤成型过程中结构件表面的孔隙率，保障结构件外表光顺，减少富树脂的问题，有利于减小拉挤成型时结构件与模具的表面摩擦力。
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壳体T型拉挤梁结构。
背景技术
针对现有风力发电机发电功率越来越大，其叶片越来越长，承受的载荷越来越大的现状下，带来了叶片越来越重的结果；同时由于叶片的产量逐年剧增，导致了叶片中芯材的需求量急剧增加，特别是Balsa木部分，在风力发电机装机抢装潮期间已经出现了供不应求、价格剧增的境况。
针对以上现状，出于降低同等载荷下叶片重量，以及寻求一种叶片芯材替代材料的目的，本发明提出了一种风电叶片壳体T型拉挤梁结构。
发明内容
鉴于以上技术问题中的至少一项，本发明提供了一种风电叶片壳体T型拉挤梁结构，采用结构的改进以替代现有技术中的叶片芯材结构，降低叶片整体的重量。
根据本发明的第一方面，提供一种风电叶片壳体T型拉挤梁结构，包括底层、外层和中间填充层；
所述底层和外层均包括为至少两层三轴布，所述外层包括两平行间隔设置的竖直部和与所述竖直部垂直连接的水平部，两所述水平部朝向远离所述竖直部的方向延伸，并且两所述水平部与所述底层连接；
所述中间填充层为所述底层和所述外层构成的空腔，所述中间填充层通过UD纱线进行填充；
其中，所述三轴布包括交错布置的双轴面和平行布置的单轴面，所述底层和外层的三轴布以单轴面朝内，双轴面朝外的铺层结构布置。
在本发明的一些实施例中，所述三轴布为三轴玻纤布。
在本发明的一些实施例中，所述底层包括三层三轴布。
在本发明的一些实施例中，所述外层为连续的三轴布，两所述竖直部的顶部为半圆弧形。
在本发明的一些实施例中，所述水平部和底层的三轴布的长度依次增加，构成连续的台阶状结构。
在本发明的一些实施例中，所述T型拉挤梁采用顶部尖角做平结构。
在本发明的一些实施例中，所述外层为两层三轴布，且在所述竖直部的顶部，内部的三层布的高度低于外部的三轴布。
在本发明的一些实施例中，外部的三轴布的顶部朝内倒角，与所述中间填充层构成平滑过渡面。
在本发明的一些实施例中，两所述竖直部朝内倾斜，构成倒置V型平顶结构。
在本发明的一些实施例中，所述底层和水平部均采用内部短三轴布、外部长三轴布的错层布层结构。
本发明的有益效果为：本发明通过外层和底层采用三轴布，中间填充UD纱线并通过拉挤工艺拉挤成T型梁型结构，采用UD纱线和三轴布的结构使得其抗弯能力强，重量轻，可有效提高叶片的刚度及抗弯强度，减少叶片壳体芯材的使用，达到减轻叶片重量的目的；并且通过采用三轴布单轴面朝内双轴面朝外的方式，还可以有效降低拉挤成型过程中结构件表面的孔隙率，保障结构件外表光顺，减少富树脂的问题，并且有利于减小拉挤成型时结构件与模具的表面摩擦力，降低拉挤成型时所需的拉力。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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为本发明实施例一中风电叶片壳体T型拉挤梁结构的示意图；
图2为本发明实施例一中风电叶片壳体T型拉挤梁结构的三轴布的铺设示意图；
图3为本发明实施例一中图1中的A处局部放大图；
图4为本发明实施例二中风电叶片壳体T型拉挤梁结构的示意图；
图5为本发明实施例二中图4中的B处局部放大图；
图6为本发明实施例二中图4中的C处局部放大图；
图7为本发明实施例三中风电叶片壳体T型拉挤梁结构的示意图；
图8为本发明实施例三中图7中的D处局部放大图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
如图1至图3所示的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，包括底层1、外层2和中间填充层3；在本发明实施例中，底层1、外层2和中间填充层3采用拉挤工艺成型，拉挤模具的成型腔呈倒T型结构；
在本发明实施例中，底层1和外层2均包括为至少两层三轴布，外层2包括两平行间隔设置的竖直部21和与竖直部21垂直连接的水平部22，两水平部22朝向远离竖直部21的方向延伸，并且两水平部22与底层1连接；中间填充层3为底层1和外层2构成的空腔，中间填充层3通过UD纱线进行填充；其中，三轴布包括交错布置的双轴面12和平行布置的单轴面11，底层1和外层2的三轴布以单轴面11朝内，双轴面12朝外的铺层结构布置。这里需要指出的是，三轴布是指在多轴针织机上直接织造的纤维粗纱，将经纱和纬纱按照预定角度排列成一层或者多层，然后用缝纫线进行绑扎而成，在本发明实施例中三轴布设置为三层，如图2中所示，其角度从内之外依次为0°、+45°和-45°，当然，本领域技术人员还可以根据需要进行层数和角度的改变，上述改变均落入至本发明的保护范围内。
在上述实施例中，通过外层2和底层1采用三轴布，中间填充UD纱线并通过拉挤工艺拉挤成T型梁型结构，采用UD纱线和三轴布的结构使得其抗弯能力强，重量轻，可有效提高叶片的刚度及抗弯强度，减少叶片壳体芯材的使用，达到减轻叶片重量的目的；并且通过采用三轴布单轴面11朝内双轴面12朝外的方式，可以有效降低拉挤成型过程中结构件表面的孔隙率，保障结构件外表光顺，减少富树脂的问题，并且有利于减小拉挤成型时结构件与模具的表面摩擦力，降低拉挤成型时所需的拉力。
在上述实施例的基础上，在本发明一些实施例中，三轴布为三轴玻纤布，玻纤布的表面更加光滑，而且价格更低，可以在拉挤过程中减少富树脂的问题，降低拉挤过程中所需克服的摩擦力。
在本发明实施例中，关于T型拉挤梁的底部和顶部的结构具有多种形式，在本发明的一些实施例中，如图3中所示，底层1包括三层三轴布，水平部22和底层1的三轴布的长度依次增加，构成连续的台阶状结构。这样，通过长度依次增加构成的连续台阶状结构，在拉挤过程中，树脂浸渍后经过模具将台阶状结构填充形成光滑的斜面结构，通过这种结构设置，可以降低布料的使用，保证产品的随型。此外，关于顶部结构，如图1中所示，在本发明实施例中，外层2为连续的三轴布，两竖直部21的顶部为半圆弧形。通过外层2将填充层完全包裹的方式，可以降低拉挤过程中的控制难度，提高产品的稳定性和一致性。
实施例二
在实施例一的基础上，本发明的第二个实施例中，对T型拉挤梁的顶部和底部结构做了改进，其余的结构形式均与实施例一相同这里不再赘述；
在本发明的实施例二中，如图4和图5中所示，T型拉挤梁采用顶部尖角做平结构。这里的尖角做平指的是如图5中所示，顶部的外层2不再采用连续的布料结构，而是采用UD纱线充实T型梁的顶部的边角位置，通过该种结构设置，可以减少富树脂的问题，通过增加UD纱线的结构形式，可以保证结构的力学性能，同时，采用尖角做平的处理方式还能够使得T型梁在拉挤成型时顶部与模具的摩擦由尖角的线摩擦改为平面摩擦，减少对模具的磨损，延长模具的使用寿命。
在上述实施例的基础上，请继续参照图5，在本发明实施例中，外层2为两层三轴布，且在竖直部21的顶部，内部的三层布的高度低于外部的三轴布。通过这种结构设置，可以进一步提高UD纱线的填充量，进一步提高结构的力学性能。
进一步，在本发明实施例中，外部的三轴布的顶部朝内倒角，与中间填充层3构成平滑过渡面。通过对外部的三轴布朝内倒角的结构形式，可以提高与UD纱线的结合强度，降低UD纱线松散、分层的现象。
关于T型梁底部的结构，在本发明实施例中，如图6中所示，底层1和水平部22均采用内部短三轴布、外部长三轴布的错层布层结构。具体为底层1的三层三轴布中，最底侧两层长度相同，上层为短部，而水平部22下侧为短部，但长度长于底层1的上层部，最上层的部最长，通过这种结构形式，使得水平部22的上层部与底层1的下侧两层布贴合，实现长布包裹端部的结构形式，通过这种结构形式的设置，可以有效解决边线处缺边以及富树脂的问题，而且通过这种布层错层的方式，可以有效解决布层边缘刮毛，保障结构件表面光顺，可以有效减少T型梁拉挤成型时结构件与模具表面的摩擦力，降低拉挤成型时所需的拉力。
实施例三
在本发明的第三个结构形式中，对T型梁的顶部的结构形式做出了改进，其余结构形式与实施例二相同，这里不再进行赘述，在本发明实施例中，顶部采用倒V型结构，如图7和图8中所示，两竖直部21朝内倾斜，构成倒置V型平顶结构。这里的倒置V型结构指的是，T型梁顶部的宽度在顶部最小，往下逐渐增加；通过这种结构设置，可以提高T型梁的传导应力，有效提高T型梁的抗剪切能力，同时通过这种结构改进，与实施例二中的结构形式相比，减少了与模具之间的接触面积，进而降低了拉挤成型时所需的拉力；
在本发明实施例中，上述T型梁结构可通过真空袋灌注树脂固化的工艺固定在叶片壳体内部，以减少叶片中壳体芯材的使用，达到提高叶片结构强度，降低叶片重量的目的；在本发明实施例中，采用上述结构形式的T型梁在长宽为100mm、底部厚度为4.15mm，顶部厚度为10mm的尺寸规格下，可以达到0°拉伸模量59-69Gpa,0°压缩模量59-69Gpa的力学性能。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，包括底层、外层和中间填充层；
所述底层和外层均包括至少两层三轴布，所述外层包括两平行间隔设置的竖直部和与所述竖直部垂直连接的水平部，两所述水平部朝向远离所述竖直部的方向延伸，并且两所述水平部与所述底层连接；
所述中间填充层为所述底层和所述外层构成的空腔，所述中间填充层通过UD纱线进行填充；
其中，所述三轴布包括交错布置的双轴面和平行布置的单轴面，所述底层和外层的三轴布以单轴面朝内，双轴面朝外的铺层结构布置，所述外层为连续的三轴布，两所述竖直部的顶部为半圆弧形。
2.根据权利要求1所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，所述三轴布为三轴玻纤布。
3.根据权利要求1所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，所述底层包括三层三轴布。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，所述水平部和底层的三轴布的长度依次增加，构成连续的台阶状结构。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，所述T型拉挤梁采用顶部尖角做平结构。
6.根据权利要求5所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，所述外层为两层三轴布，且在所述竖直部的顶部，内部的三层布的高度低于外部的三轴布。
7.根据权利要求6所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，外部的三轴布的顶部朝内倒角，与所述中间填充层构成平滑过渡面。
8.根据权利要求7所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，两所述竖直部朝内倾斜，构成倒置V型平顶结构。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的风电叶片壳体T型拉挤梁结构，其特征在于，所述底层和水平部均采用内部短三轴布、外部长三轴布的错层布层结构。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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