CN211900869U - 具有板材错缝堆叠结构的风电叶片 - Google Patents

具有板材错缝堆叠结构的风电叶片 Download PDF

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CN211900869U CN202020599707.XU CN202020599707U CN211900869U CN 211900869 U CN211900869 U CN 211900869U CN 202020599707 U CN202020599707 U CN 202020599707U CN 211900869 U CN211900869 U CN 211900869U
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Abstract

本实用新型涉及一种具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，包含堆叠的多层板材，每一层设置了两种宽度不同的矩形板材，并且相邻一层的板材布置顺序相反；每一层中两种板材的宽度及数量，根据风电叶片的主梁或辅梁结构的宽度来设置。本实用新型的板材错缝堆叠结构简单，克服了使用单一宽度矩形板材堆叠形成通缝的问题，并且有效提高了堆叠结构的强度。本实用新型中不同宽度板材的模具利用率一样或基本一样，降低了板材模具的摊销成本和板材错缝堆叠结构的整体成本。

Description

具有板材错缝堆叠结构的风电叶片
技术领域
本实用新型涉及具有板材错缝堆叠结构的风电叶片。
背景技术
用纤维增强树脂复合材料板材(以下简称板材)作为风电叶片的主梁和后缘辅梁的材料，在风电叶片领域越来越普遍。
含倒角的矩形截面板材是最常使用的板材，板材用于风电叶片时，通过堆叠方式形成叶片的主梁或辅梁结构。如果只使用一种宽度的板材11，堆叠之后的结构如图1所示，上一层相邻板材11之间的缝隙会与下一层相邻板11材之间的缝隙上下贯通，形成通缝10。
试验表明，通缝堆叠形成的板材结构比错缝堆叠形成的板材结构的强度低10％或更多。利用单一宽度的矩形板材堆叠形成的结构含有通缝，因此，图1所示含通缝的板材结构强度较低，未能充分利用板材的性能。
现有一种避免通缝的板材堆叠方式(US20160160837)，如图2所示，使用多种宽度的板材堆叠：在第一层放置宽度为b的多个板材23，在第二层的左右边缘分别放置宽度为a1和a2的板材21和22，并且a1+a2＝b，其余位置放置宽度为b的板材23，按照这种结构交替向上堆叠。
图2所示的错缝堆叠结构中，虽然避免了通缝，但是使用了三种宽度的板材(a1，a2，b；a1与a2不相等)，或使用了两种宽度的板材(a1，a2，b；a1与a2相等)，其中，宽度为a1和a2的板材使用的数量远小于宽度为b的板材。因此，宽度为a1和a2的板材模具利用率低，增加了板材的模具摊销成本，使得板材结构的整体成本提高。另外，风电叶片使用的板材宽度通常在100mm至200mm之间，图2所示的堆叠结构中，有一种板材的宽度(a1或a2)会不高于100mm，不是风电叶片常用的板材宽度。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供一种具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，利用两种宽度的矩形板材进行错缝堆叠，避免通缝的形成，还有效降低了板材模具摊销成本。
为了达到上述目的，本实用新型的一个技术方案是提供一种具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，所述板材错缝堆叠结构包含堆叠的多层板材；
其中，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第一板材组和第二板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第二板材组和第一板材组；
或者，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第二板材组和第一板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第一板材组和第二板材组；
其中，每个所述第一板材组包含依次排列的M个第一板材；每个所述第二板材组包含依次排列的M个第二板材；第一板材的宽度为a，第二板材的宽度为b：
a＞b且满足
Figure BDA0002459371670000021
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
所述堆叠的多层板材之中，每一层中板材间的缝隙和相邻一层中板材间的缝隙不会相互贯通。
可选地，n2为取值在2到M之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数。
本实用新型的另一个技术方案是提供一种具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，所述板材错缝堆叠结构包含堆叠的多层板材；
其中，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第三板材组和第四板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第四板材组和第三板材组；
或者，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第四板材组和第三板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第三板材组和第四板材组；
其中，每个所述第三板材组包含依次排列的M个第一板材，每个所述第四板材组包含依次排列的M+1个第二板材；第一板材的宽度为a，第二板材的宽度为b：
a＞b且满足
Figure BDA0002459371670000022
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
所述堆叠的多层板材之中，每一层中板材间的缝隙和相邻一层中板材间的缝隙不会相互贯通。
可选地，n2为2到(M+1)之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数。
可选地，上述两个技术方案所述的板材错缝堆叠结构，是风电叶片的主梁或辅梁结构。
可选地，所述风电叶片的主梁或辅梁结构，进一步包含对所述堆叠的多层板材进行封装的封装体。
可选地，所述封装体，用树脂制成。
可选地，所述第一板材和第二板材，用纤维增强树脂复合材料制成。
可选地，所述第一板材和第二板材是矩形板材或带倒角矩形板材。
本实用新型所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，具有以下优点：
1)本实用新型形成的是错缝堆叠结构，克服了使用单一宽度矩形板材堆叠形成通缝的问题。试验表明，错缝堆叠结构的强度比通缝堆叠结构高10％或更高，本实用新型提高了板材堆叠结构的强度。
2)图2所示的现有错缝堆叠方法，存在部分宽度板材模具利用率低、摊销成本高，从而提高板材结构整体成本的问题。与之相比，本实用新型提出的两种错缝堆叠结构中，不同宽度板材的模具利用率一样或基本一样，降低了板材模具的摊销成本和错缝堆叠结构的整体成本。
3)本实用新型提供的错缝堆叠结构，具有通用性，经严格证明，论证了所述错缝堆叠结构不会形成通缝；并且，本实用新型中板材宽度的设计有标准依据，堆叠结构简单，便于工人操作，避免操作失误，可提高生产效率。
附图说明
图1是现有一种单一宽度矩形板材堆叠结构及其形成的通缝示意图；
图2是现有一种可避免通缝的错缝堆叠结构的示意图；
图3是本实用新型第一实施例以两种宽度矩形板材实现无通缝堆叠结构的示意图；
图4是本实用新型第二实施例以两种宽度矩形板材实现无通缝堆叠结构的示意图；
图5是本实用新型第三实施例以两种宽度矩形板材实现无通缝堆叠结构的示意图；
图6是本实用新型第四实施例以两种宽度矩形板材实现无通缝堆叠结构的示意图。
具体实施方式
本实用新型所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，包含两种宽度的矩形板材，其宽度分别为a和b，且a>b。
第一实施例
如图3所示，本实施例中的风电叶片，包含堆叠的多层板材。每一层中，设有宽度不同的第一板材和第二板材，第一板材的宽度为a，第二板材的宽度为b；并且两种板材的数量相等，均为M个；其中，宽度满足：
a＞b且满足
Figure BDA0002459371670000041
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
示例地，n2为取值在2到M之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数；
第一板材和第二板材均是矩形板材。所述板材，可以是含倒角的矩形截面板材，用纤维增强树脂复合材料制成，用来构成风电叶片的主梁或辅梁结构。
为方便叙述，按照从下往上的顺序，设定各层的序号；每一层设有第一端和第二端，与风电叶片弦向的两端对应，且各层的第一端在同一边(对应图3中的左边)，各层的第二端在与第一端相对的另一边(对应图3中的右边)。
其中，设每个第一板材组包含依次排列的M个第一板材，每个第二板材组包含M个第二板材；
则，第一层包含依次排列的第一板材组和第二板材组，对应于依次排列的M个第一板材和依次排列的M个第二板材；
第二层在第一层上方，包含依次排列的第二板材组和第一板材组，对应于依次排列的M个第二板材和依次排列的M个第一板材；
从第三层开始，按照前两层的堆叠结构交替进行，使得各奇数层包含依次排列的第一板材组和第二板材组(如第一层、第三层…)，各偶数层包含依次排列的第二板材组和第一板材组(如第二层、第四层…)。
图3中给出了M＝2时共四层的板材错缝堆叠结构，该示例可以扩展到M取其他数值，或有其他层数时的结构，对此不一一赘述。
即，第一实施例中，每个奇数层中依次排列的M个第一板材(第一板材组)整体更靠近于本层的第一端，依次排列的M个第二板材(第二板材组)整体更靠近于本层的第二端；排在第一个的第一板材对应该层的第一端，排在最后一个的第二板材对应该层的第二端；其中，排在最后一个的第一板材与排在第一个的第二板材相邻。
而偶数层中第一板材组与第二板材组的排列顺序与奇数层中相反。每个偶数层中依次排列的M个第二板材(第二板材组)整体更靠近于本层的第一端，依次排列的M个第一板材(第一板材组)整体更靠近于本层的第二端；排在第一个的第二板材对应该层的第一端，排在最后一个的第一板材对应该层的第二端；其中，排在最后一个的第二板材与排在第一个的第一板材相邻。
以下提供第一实施例所述堆叠结构不含通缝的证明：
1)若存在通缝，必然存在整数x和y，使得x·a＝y·b，x∈[1,M]，y∈[1,M]；
2)由于a>b，所有必然有x<y；
3)由于满足
Figure BDA0002459371670000051
n2为取值在2到M之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数，所以不存在这样的整数x和y使得条件1)成立，因此第一实施例的堆叠结构不含有通缝，奇数层中相邻板材之间的缝隙与偶数层中相邻板材之间的缝隙不会上下贯通。
本实用新型通过第一实施例所述板材错缝堆叠结构的风电叶片，用来构建主梁时的一个示例，包含以下过程：
A1.根据公式(1)及叶片设计的主梁宽度，提供两种矩形板材的宽度a和b及数量M；
A2.在主梁模具中，第一层铺设时，从主梁模具前缘边缘开始，依次先铺设M个宽度为a的板材，再铺设M个宽度为b的板材；
A3.在主梁模具中，第二层从主梁模具前缘开始，依次先铺设M个宽度为b的板材，再铺设M个宽度为a的板材；
A4.从第三层开始，按照前两层的铺设方式交替进行，直至铺设到叶片设计的主梁板材的层数；
A5.在主梁模具中进行树脂灌注，灌注脱模后形成预制主梁。
由此，第一实施例所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，作为主梁或辅梁结构时，包含堆叠的多层板材及其封装体，每个奇数层包含依次排列的第一板材组和第二板材组，对应于M个宽度为a的第一板材和M个宽度为b的第二板材；每个偶数层包含依次排列的第二板材组和第一板材组，对应于M个宽度为b的第二板材和M个宽度为a的第一板材；其中，宽度a和b满足(1)式。示例的封装体，由树脂构成。
第二实施例
如图4所示，本实施例中的风电叶片，包含堆叠的多层板材。每一层中，设有宽度不同的第一板材和第二板材，与前述第一实施例的主要区别在于，本实施例中奇数层与偶数层对应的板材组的排列位置互换。
为方便叙述，各层的序号(从下往上的顺序)，各层的第一端(对应图4左边)和第二端(对应图4右边)的设定参照前述实施例。板材材质及形状与前述实施例相同，不多赘述。
第二实施例的每一层中，设有宽度不同的第一板材和第二板材，第一板材的宽度为a，第二板材的宽度为b；并且两种板材的数量相等，均为M个；其中，宽度满足：
a＞b且满足
Figure BDA0002459371670000061
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
示例地，n2为取值在2到M之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数；
其中，设每个第一板材组包含依次排列的M个第一板材，每个第二板材组包含M个第二板材；
则，第一层包含依次排列的第二板材组和第一板材组，对应于依次排列的M个第二板材和依次排列的M个第一板材；
第二层在第一层上方，包含依次排列的第一板材组和第二板材组，对应于依次排列的M个第一板材和依次排列的M个第二板材；
从第三层开始，按照前两层的堆叠结构交替进行，使得各奇数层包含依次排列的第二板材组和第一板材组(如第一层、第三层…)，各偶数层包含依次排列的第一板材组和第二板材组(如第二层、第四层…)。
第二实施例所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，作为主梁或辅梁结构时，包含堆叠的多层板材及其封装体，每个奇数层包含依次排列的第二板材组和第一板材组，对应于M个宽度为b的第二板材和M个宽度为a的第一板材；每个偶数层包含依次排列的第一板材组和第二板材组，对应于M个宽度为a的第一板材和M个宽度为b的第二板材；其中，宽度a和b满足(1)式。示例的封装体，由树脂构成。
由于第二实施例中第一板材的宽度a与第二板材的宽度b，与第一实施例中相同，因此，前述第一实施例不含通缝的证明同样适用于第二实施例，该第二实施例的堆叠结构不含有通缝，奇数层中相邻板材之间的缝隙与偶数层中相邻板材之间的缝隙不会上下贯通。
第三实施例
如图5所示，本实施例中的风电叶片，包含堆叠的多层板材。每一层中，设有数量和宽度都不同的第一板材和第二板材；第一板材的宽度为a，数量为M个；第二板材的宽度为b，数量为M+1个。其中，宽度满足：
a＞b且满足
Figure BDA0002459371670000071
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
示例地，n2为2到(M+1)之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数；
第一板材和第二板材均是矩形板材。所述板材，可以是含倒角的矩形截面板材，用纤维增强树脂复合材料制成，用来构成风电叶片的主梁或辅梁结构。
为方便叙述，按照从下往上的顺序，设定各层的序号；每一层设有第一端和第二端，与风电叶片弦向的两端对应，且各层的第一端在同一边(对应图5中的左边)，各层的第二端在与第一端相对的另一边(对应图5中的右边)。
其中，设每个第三板材组包含依次排列的M个第一板材，每个第四板材组包含M+1个第二板材；
则，第一层包含依次排列的第三板材组和第四板材组，对应于依次排列的M个第一板材和依次排列的M+1个第二板材；
第二层在第一层上方，包含依次排列的第四板材组和第三板材组，对应于依次排列的M+1个第二板材和依次排列的M个第一板材；
从第三层开始，按照前两层的堆叠结构交替进行，使得各奇数层包含依次排列的第三板材组和第四板材组(如第一层、第三层…)，各偶数层包含依次排列的第四板材组和第三板材组(如第二层、第四层…)。
图5中给出了M＝2时共四层的板材错缝堆叠结构，该示例可以扩展到M取其他数值，或有其他层数时的结构，对此不一一赘述。
即，第三实施例中，每个奇数层中依次排列的M个第一板材(第三板材组)整体更靠近于本层的第一端，依次排列的M+1个第二板材(第四板材组)整体更靠近于本层的第二端；排在第一个的第一板材对应该层的第一端，排在最后一个的第二板材对应该层的第二端；其中，排在最后一个的第一板材与排在第一个的第二板材相邻。
而偶数层中第三板材组与第四板材组的排列顺序与奇数层中相反。每个偶数层中依次排列的M+1个第二板材(第四板材组)整体更靠近于本层的第一端，依次排列的M个第一板材(第三板材组)整体更靠近于本层的第二端；排在第一个的第二板材对应该层的第一端，排在最后一个的第一板材对应该层的第二端；其中，排在最后一个的第二板材与排在第一个的第一板材相邻。
以下提供第三实施例所述堆叠结构不含通缝的证明：
1)若存在通缝，必然存在整数x和y，使得x·a＝y·b，x∈[1,M]，y∈[1,M+1]；
2)由于a>b，所有必然有x<y；
3)由于满足
Figure BDA0002459371670000081
其中n2为2到(M+1)之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数，所以不存在这样的整数x和y使得条件1)成立，因此第三实施例提出的堆叠结构不含有通缝，奇数层中相邻板材之间的缝隙与偶数层中相邻板材之间的缝隙不会上下贯通。
本实用新型通过第三实施例所述板材错缝堆叠结构的风电叶片，用来构建主梁时的一个示例，包含以下过程：
B1.根据公式(2)及叶片设计的主梁宽度，设计矩形板材的宽度a和b及数量M和(M+1)；
B2.在主梁模具中，第一层铺设时，从主梁模具前缘边缘开始，依次先铺设M个宽度为a的板材，再铺设(M+1)个宽度为b的板材；
B3.在主梁模具中，第二层从主梁模具前缘边缘开始，先铺设(M+1)个宽度为b的板材，再铺设M个宽度为a的板材；
B4.从第三层开始，按照前两层的铺设方式交替进行，直至铺设到叶片设计的主梁板材的层数；
B5.在主梁模具中进行树脂灌注，灌注脱模后形成预制主梁。
由此，第三实施例所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，作为主梁或辅梁结构时，包含堆叠的多层板材及其封装体，每个奇数层包含依次排列的第三板材组和第四板材组，对应于M个宽度为a的第一板材和M+1个宽度为b的第二板材；每个偶数层包含依次排列的第四板材组和第三板材组，对应于M+1个宽度为b的第二板材和M个宽度为a的第一板材；其中，宽度a和b满足(2)式。示例的封装体，由树脂构成。
第四实施例
如图6所示，本实施例中的风电叶片，包含堆叠的多层板材。每一层中，设有数量和宽度都不同的第一板材和第二板材，与前述第三实施例的主要区别在于，本实施例中奇数层与偶数层对应的板材组的排列位置互换。
为方便叙述，各层的序号(从下往上的顺序)，各层的第一端(对应图6左边)和第二端(对应图6右边)的设定参照前述实施例。板材材质及形状与前述实施例相同，不多赘述。
第四实施例的每一层中，设有数量和宽度都不同的第一板材和第二板材，第一板材的宽度为a，数量为M个；第二板材的宽度为b，数量为M+1个；宽度a和b满足：
a＞b且满足
Figure BDA0002459371670000091
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
示例地，n2为2到(M+1)之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数；
其中，设每个第三板材组包含依次排列的M个第一板材，每个第四板材组包含M+1个第二板材；
则，第一层包含依次排列的第四板材组和第三板材组，对应于依次排列的M+1个第二板材和依次排列的M个第一板材；
第二层在第一层上方，包含依次排列的第三板材组和第四板材组，对应于依次排列的M个第一板材和依次排列的M+1个第二板材；
从第三层开始，按照前两层的堆叠结构交替进行，使得各奇数层包含依次排列的第四板材组和第三板材组(如第一层、第三层…)，各偶数层包含依次排列的第三板材组和第四板材组材(如第二层、第四层…)。
第四实施例所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，作为主梁或辅梁结构时，包含堆叠的多层板材及其封装体，每个奇数层包含依次排列的第四板材组和第三板材组，对应于M+1个宽度为b的第二板材和M个宽度为a的第一板材；每个偶数层包含依次排列的第三板材组和第四板材组，对应于M个宽度为a的第一板材和M+1个宽度为b的第二板材；其中，宽度a和b满足(2)式。示例的封装体，由树脂构成。
由于第四实施例中第一板材的宽度a与第二板材的宽度b，与第三实施例中相同，因此，前述第三实施例不含通缝的证明同样适用于第四实施例，该第四实施例的堆叠结构不含有通缝，奇数层中相邻板材之间的缝隙与偶数层中相邻板材之间的缝隙不会上下贯通。
尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，所述板材错缝堆叠结构包含堆叠的多层板材；
其中，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第一板材组和第二板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第二板材组和第一板材组；
或者，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第二板材组和第一板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第一板材组和第二板材组；
其中，每个所述第一板材组包含依次排列的M个第一板材；每个所述第二板材组包含依次排列的M个第二板材；第一板材的宽度为a，第二板材的宽度为b：
a＞b且满足
Figure FDA0002459371660000011
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
所述堆叠的多层板材之中，每一层中板材间的缝隙和相邻一层中板材间的缝隙不会相互贯通。
2.如权利要求1所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
n2为取值在2到M之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数。
3.如权利要求1或2所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
所述板材错缝堆叠结构是风电叶片的主梁或辅梁结构；所述风电叶片的主梁或辅梁结构，进一步包含对所述堆叠的多层板材进行封装的封装体。
4.如权利要求3所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
所述第一板材和第二板材，用纤维增强树脂复合材料制成；
所述封装体，用树脂制成。
5.如权利要求1或2所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
所述第一板材和第二板材是矩形板材或带倒角矩形板材。
6.一种具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，所述板材错缝堆叠
结构包含堆叠的多层板材；
其中，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第三板材组和第四板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第四板材组和第三板材组；
或者，奇数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第四板材组和第三板材组，偶数层中的每一层从风电叶片弦向的第一端到第二端包含依次排列的第三板材组和第四板材组；
其中，每个所述第三板材组包含依次排列的M个第一板材，每个所述第四板材组包含依次排列的M+1个第二板材；第一板材的宽度为a，第二板材的宽度为b：
a＞b且满足
Figure FDA0002459371660000021
其中，n1、n2是不同数值的两个整数；
所述堆叠的多层板材之中，每一层中板材间的缝隙和相邻一层中板材间的缝隙不会相互贯通。
7.如权利要求6所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
n2为2到(M+1)之间的整数，n1为1到(n2-1)之间的整数。
8.如权利要求6或7所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
所述板材错缝堆叠结构是风电叶片的主梁或辅梁结构；所述风电叶片的主梁或辅梁结构，进一步包含对所述堆叠的多层板材进行封装的封装体。
9.如权利要求8所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
所述第一板材和第二板材，用纤维增强树脂复合材料制成；
所述封装体，用树脂制成。
10.如权利要求6或7所述具有板材错缝堆叠结构的风电叶片，其特征在于，
所述第一板材和第二板材是矩形板材或带倒角矩形板材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113021677A (zh) * 2021-03-02 2021-06-25 三一重能股份有限公司 拉挤主梁、叶片及叶片的制作方法

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