CN204414614U - 一种风电叶片钝尾缘加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风电叶片钝尾缘加工装置，包括内外模具，分别至少包括压力面部分和吸力面部分，在钝尾缘局部还包括尾缘垂直部分，内模具的外表用于构造尾缘预制件的内表面形貌和支撑纤维铺层，外模具的内表面用于构造尾缘预制件的内表面形貌。并在内模具上贴附树脂钉来保证纤维的铺层和几何外形尺寸精度。所述内模具上的支架，其一用于固定和定位外模具、叶根和叶尖的挡板，其二用于形成一个树脂灌注平台，提供灌注或者其它工艺的操作空间，同时可以形成一个吸力面尾缘的垂直端面。这种尾缘预制件的几何构造可以减少结构胶的用量和提高粘接强度，本专利的钝尾缘加工装置具有较强的连接强度和工程可操作性，可以有效抑制尾缘开裂和尾缘失稳。

Description

一种风电叶片钝尾缘加工装置

技术领域

本实用新型涉及一种风电叶片钝尾缘加工装置，尤其涉及一种纤维增强复合材料风力涡轮机叶片的钝尾缘的加工装置，属于风力涡轮机叶片设计与制造方法和技术领域。

背景技术

风能作为新能源家族中的一员，对促进能源供应多元化和保护生态环境发挥着重要作用，特别是近年来，伴随着技术的进步，为了充分利用风能和提高度电成本，风力涡轮机机组单机容量的不断增加，风力涡轮机叶片也越来越长，叶片的结构、气动性能以及产品质量已经成为衡量风力涡轮机服役性能的关键因素之一。

钝尾缘翼型在气动性能上具有较低的粗糙度敏感性，采用这类翼型的风力涡轮机叶片具有更强的环境适应性，使叶片在受到昆虫、微生物、化学腐蚀、风沙侵蚀等环境影响后仍能保持良好的气动效率，同时，钝尾缘叶片在尾缘处增加了一个附加几何面，这个附加的几何面大多近似垂直于当地翼型的弦线，由于此处远离叶片截面结构的弹性中心，通过增加尾缘处的复合材料结构铺层厚度可以提高的叶片的结构效率，增加叶片的挥舞和扭转刚度。因此，在满足气动和结构设计要求下，采用钝尾缘叶片和合适的尾缘设计和制造工艺可以提高叶片材料利用效率，制造出发电量更多和质量更轻的风力涡轮机叶片。

从叶片各构件的布局来看，靠近尾缘的芯材起到提高叶片结构稳定性的作用，成为叶片壳体结构中不可缺少的一部分，尾缘单向纤维增强提供了主要的摆振刚度和抵抗剪切变形，外蒙皮是靠近叶片最外侧的主要承力部分，起到稳定叶片气动外形、接收风压载荷，防止叶片受到侵蚀和稳定壳体芯材的作用，内蒙皮与外蒙皮类似，也具有稳定芯材和提供一定承受外载荷的作用，与外蒙皮一起保护着整个叶片结构。由于粘接结构胶的强度远远小于复合材料的强度，压力面和吸力面的粘接成为叶片的薄弱位置，因此，通常采用尾缘内手糊加强和外手糊加强来辅助和巩固叶片尾缘的粘接。钝尾缘垂直部分附近的芯材通常作为支撑来增加尾缘结构胶的粘接面积，提高尾缘的连接强度。根据模具的加工难易程度和企业的技术特点，现有钝尾缘叶片分模线(即结构胶粘接线)一般设置在尾缘垂直部分中心线处,或者设置在尾缘靠近压力面(或者吸力面)一侧。采用这种结构在工艺上实现起来比较容易，尾缘单向布沿压力面和吸力面尾缘铺设，采用芯材填充压力面和吸力面尾缘线不重合形成的几何空间，在芯材上涂覆粘接结构胶，合模实现叶片壳体的粘接，然后采用传统的尖尾缘叶片类似的尾缘内外手糊加强。

随着装机容量的迅速增加，叶片损伤和失效屡有发生，其中叶片尾缘开裂和尾缘屈曲相当常见。钝尾缘叶片具有独特的尾缘构造，其尾缘垂直部分型面独立于压力面和吸力面，另外，用于粘接的尾缘区域往往难以形成两个接近且平行的几何型面，因此，钝尾缘叶片面临着更为复杂的尾缘连接、铺层设计和工艺成型的难题。

针对钝尾缘叶片中特有的厚尾缘特性，尾缘部位远离叶片截面构造的弹性中心，这部分材料对摆振刚度贡献最大，采用低弹性模量的泡沫芯材，不是最优的结构形式，不利于叶片整体结构效率。降低了叶片的整体刚度和结构稳定性。相对于层合复合材料，粘接结构胶的本构强度和粘接界面的强度都比较低，而叶片尾缘部分承受较大挥舞剪切应力和扭转剪应力，势必尾缘成为叶片结构薄弱环节，而手糊加强铺层受到气动外形、内部操作空间以及工艺本身的限制，实现尾缘强度大幅增加往往得不偿失。因此，在保证尾缘纤维沿展向的连续铺设下，改善尾缘单向纤维增强铺层，实现叶片刚度显著增加和强度提高具有明显的工程实用价值。

发明内容

针对现有技术的上述缺点与不足,本实用新型所要解决的技术问题提供了针对风力涡轮机叶片钝尾缘铺层的加工装置，可以有效提高叶片尾缘连接强度和抗失稳能力，还能最大限度的提高材料利用率，具备较强的工程可操作性。

本实用新型为解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种风电叶片钝尾缘加工装置，包括内模具、外模具、固定在内模具上的支架、叶根挡板和叶尖挡板，其特征在于，所述的内模具和外模具，分别至少包括压力面部分和吸力面部分,内模具的外表用于构造尾缘预制件的内表面形貌和支撑纤维铺层，外模具的内表面用于构造尾缘预制件的内表面形貌。

优选地，所述的内模具和外模具在钝尾缘局部还包括尾缘垂直部分。

优选地，所述内模具的外表面贴附着若干树脂钉，当纤维铺放在内模具上时，纤维铺层穿过树脂钉实现纤维铺层的准确铺放，防止纤维不必要的滑移。

优选地，所述内模具上的支架形成一个树脂灌注平台，提供灌注操作空间，并形成一个吸力面尾缘的垂直端面。

优选地，所述外模具的叶根、叶尖挡板垂直固定在内模具表面，用于定位尾缘预制件在展向的起始和终止位置。

同现有的技术对比，本实用新型的风电叶片钝尾缘加工装置具有以下显著技术效果：

1.利用本实用新型制备的尾缘增强预制件的纤维布采用交替铺放，跨越了压力面、吸力面以及钝尾缘垂直部分，充分利用了垂直部分的几何空间，尾缘结构更紧凑，材料利用率更高。

2.本实用新型的风电叶片钝尾缘加工装置具有结构简单，适应性强，可满足多种成形工艺的要求。

附图说明

图1.本实用新型的纤维增强复合材料叶片整体构造示意图；

图2.本实用新型的纤维增强复合材料叶片截面构造示意图；

图3.本实用新型叶片钝尾缘部分剖面铺层构造示意图；

图4.叶片钝尾缘模具截面正视图；

图5.叶片钝尾缘模具截面侧视图；

图6.叶片钝尾缘内模具展开示意图；

图7.叶片尾缘增强纤维单层示意图；

图8.第1层尾缘增强纤维铺覆位置示意图；

图9.第2层尾缘增强纤维铺覆位置示意图；

图10.第3层尾缘增强纤维铺覆位置示意图；

图11.第4层尾缘增强纤维铺覆位置示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方法和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1、2所示，本实用新型的纤维增强复合材料风力涡轮机钝尾缘叶片，包括，叶片前缘103、压力面壳体107和吸力面壳体108，如图1所示，叶片尾缘包括叶根段圆柱尾缘104、叶尖段尖尾缘106和中部钝尾缘105。

如图3所示，本实用新型的钝尾缘叶片尾缘增强结构采用预制成形，将制备完成的预制件200与吸力面108一起灌注，尾缘无需芯材213填充来扩大粘接面积。风力涡轮机叶片尾缘增强预制件200，在叶根尾缘104和叶尖尾缘106处，尾缘增强预制件200由压力面部分208和吸力面部分210组成，在钝尾缘105处，尾缘增强预制件200由压力面部分208、吸力面部分210和垂直部分209组成；叶片尾缘增强预制件200的叶尖尾缘104和叶根尾缘106的部分，其粘接位置分别沿叶片模具的尾缘线312、313向叶片内部。叶片尾缘增强预制件200的钝尾缘部分105，其粘接位置沿压力面尾缘线314向叶片内部。叶片压力面107壳体和尾缘增强预制件200分别提前制备，然后将预制尾缘部分200放入吸力面壳体108一体灌注成型，接着与压力面壳体107采用结构胶207粘接方式实现叶片壳体107，108的无缝闭合，最后在叶片尾缘表面手糊加强211，成为一支拥有完成结构和气动外形的风力涡轮机叶片。

如图4-6所示，尾缘增强预制件200的模具包括内模具308、外模具309、固定在内模具上的支架306、叶根挡板310和叶尖挡板311。其内模具308和外模具309分别至少包括压力面部分303、301和吸力面部分304、302,在钝尾缘局部105还包括尾缘垂直部分。

如图7所示所述尾缘增强预制件200，其结构由尾缘增强纤维单层400复合材料累积而成，尾缘增强纤维单层400包括增强纤维单层的叶尖尾缘段部分401、钝尾缘段部分402和叶根尾缘段部分403。

如图8-11为一组典型的制备尾缘增强预制件200的尾缘增强纤维单层400的前四层铺放示意图，其中第一层压力面和吸力面尾缘增强单层400分别沿压力面和吸力面尾缘内侧；第二层分别沿吸力面和压力面尾缘外侧；第三层分别沿压力面和吸力面尾缘内侧；第四层分别沿吸力面和压力面尾缘外侧；且各层叶尖部分逐层向内缩进，叶根部分保持不变。

优选地，所述钝尾缘叶片主体部分由纤维增强复合材料和轻质芯材通过真空灌注或其它成型工艺制造。

优选地，所述叶片尾缘增强预制件200的吸力面部分210和垂直部分209，纤维铺层为等厚铺层，且铺层较厚，其与附近的吸力面尾缘芯材202沿翼型轴向不存在搭接。

优选地，所述叶片尾缘增强预制件200的压力面部分208，纤维铺层为变厚铺层，在叶片尾缘外侧与吸力面铺层等厚，内侧存在一变厚度区域213，再往内侧，为一较薄的等厚区域214，这种铺层厚度的变化形成了一个阶梯形的粘接面，有利于提高尾缘的粘接强度，无需内表面尾缘手糊加强212。

优选地，所述内模具308的外表面贴附着若干树脂钉305，当纤维铺放在内模具308上时，纤维铺层穿过树脂钉305实现纤维铺层的准确铺放，防止纤维不必要的滑移。

优先地，所述内模具308的外表用于构造尾缘预制件的内表面形貌和支撑纤维铺层，外模具309的内表面用于构造尾缘预制件的内表面形貌。

优选地，所述叶根、叶尖挡板310，311垂直固定在内模具308表面，用于定位尾缘预制件200在展向的起始和终止位置。

优选地，所述尾缘增强纤维单层400叶尖尾缘段部分401铺设方向与模具叶尖段尾缘线312平行，增强纤维单层叶根尾缘段403铺设方向与模具叶根段尾缘线313平行。

优选地，所述增强纤维单层叶尖尾缘段部分401，其特征是，在叶片壳体周向，增强纤维单层叶尖尾缘段部分401铺层起始位置沿尾缘线312逐层向叶片内部递退，形成一个变厚度的尖尾缘106)粘接面，同时避免合模干涉。

优选地，所述增强纤维单层叶根尾缘段部分403在叶片壳体周向，增强纤维单层叶尖尾缘段部分401铺层起始位置集中在模具尾缘线313，形成一个较厚叶根尾缘104)粘接面，保证足够的粘接宽度。

优选地，所述尾缘增强纤维单层400钝尾缘段部分402铺设方向与钝尾缘段尾缘线314，315一致，在确定了增强纤维单层叶尖尾缘段部分401和叶根尾缘段部分403后，增强纤维单层钝尾缘段部分402在叶尖交汇点316和叶尖交汇点317之间渐进过渡铺设。

优选地，所述增强纤维单层钝尾缘段部分402，起始于压力面和吸力面的各单层400)可以同时沿着模具压力面尾缘线314或吸力面尾缘线315铺设，也可以分别沿着压力面尾缘线314和吸力面尾缘线315铺设。

优选地，所述尾缘增强纤维单层400可以引入两轴向纤维铺层来提高尾缘的沿弦向的强度和叶片的扭转刚度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

Claims (5)

1.一种风电叶片钝尾缘加工装置，包括内模具、外模具、固定在内模具上的支架、叶根挡板和叶尖挡板，其特征在于，所述的内模具和外模具，分别至少包括压力面部分和吸力面部分，内模具的外表用于构造尾缘预制件的内表面形貌和支撑纤维铺层，外模具的内表面用于构造尾缘预制件的内表面形貌。

2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述的内模具和外模具在钝尾缘局部还包括尾缘垂直部分。

3.根据权利要求1或2所述的加工装置，其特征在于，所述内模具的外表面贴附着若干树脂钉，当纤维铺放在内模具上时，纤维铺层穿过树脂钉实现纤维铺层的准确铺放，防止纤维不必要的滑移。

4.根据权利要求1或2所述的加工装置，其特征在于，所述内模具上的支架形成一个树脂灌注平台，提供灌注操作空间，并形成一个吸力面尾缘的垂直端面。

5.根据权利要求1或2所述的加工装置，其特征在于，所述外模具的叶根、叶尖挡板垂直固定在内模具表面，用于定位尾缘预制件在展向的起始和终止位置。