CN109281806A - 一种风电叶片结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电叶片结构，包括叶片吸力边壳体、叶片压力边壳体和腹板，叶片吸力边壳体和叶片压力边壳体均包括有大梁、蒙皮和夹芯，大梁包括吸力边大梁和压力边大梁，腹板包括吸力边前缘腹板、吸力边后缘腹板、压力边前缘腹板和压力边后缘腹板，四种腹板分别连接在叶片吸力边壳体和叶片压力边壳体内侧的对应位置，吸力边前缘腹板和压力边前缘腹板粘结，吸力边后缘腹板和压力边后缘腹板粘结。本发明解决了腹板粘接随型性的问题，提高了粘接的可靠性，更容易控制粘胶厚度，因此可达到增加粘接可靠性、节约材料成本、提高生产效率的目的。

Description

一种风电叶片结构及其制备方法
技术领域
本发明属于风电叶片技术领域，具体涉及一种风电叶片结构及其制备方法。
背景技术
随着新能源平价时代的来临，在风电叶片大尺寸化趋势的发展中，低成本和高可靠性成为设计和制造关键。目前，风电叶片的结构一般由叶片吸力边壳体、叶片压力边壳体、腹板组成，其中大梁和腹板是预制成型，生产中，预制的大梁与叶片壳体一起灌注成型，成型后的吸力边壳体、预制腹板、压力边壳体通过结构胶粘接完成最终的风电叶片结构，以传统的双腹板结构为例，其制备方法包括如下步骤：
(1)采用真空导入模塑工艺制备腹板；
(2)采用真空导入模塑工艺制备主承力结构大梁；
(3)将壳体蒙皮的增强材料、预制的主承力结构大梁和芯材一起在壳体成型模具上铺层，铺设完成后采用真空导入模塑工艺制备所述的叶片壳体吸力边和压力边；
(4)先使用结构胶将前缘腹板、后缘腹板粘接在叶片壳体吸力边或压力边的表面上，然后将前缘腹板、后缘腹板与壳体压力边或吸力边进行粘接，并同时完成吸力边壳体与压力边壳体前后缘粘接区的粘接，最终完成风电叶片结构。
在腹板的粘接过程中，需要有4个粘接区，且每个粘接区的腹板粘接面需要与壳体粘接面外形一致，以保证粘接厚度满足设计要求。在实际生产中，因不规则的壳体外形，腹板粘接面与壳体外形间存在随型性问题，很难做到理想的粘接厚度，易导致粘接厚度超标。粘胶厚度超标，会降低粘接性能，同时粘胶厚度超标易引起更多的气泡、空洞等生产缺陷，影响叶片结构可靠性。实际粘接厚度的偏差导致粘胶用量无法准确预测，为保证不产生缺胶缺陷，实际生产中需要放大粘胶用量，造成造成材料浪费。
专利申请号CN201510511034.1提出一种风电叶片的制备方法，叶片下壳体与前缘腹板的同时整体成型和叶片上壳体与后缘腹板的同时整体成型，然后将前缘腹板、后缘腹板分别与下壳体和上壳体进行粘接，腹板粘接面与壳体外形间存在随型性问题，很难做到理想的粘接厚度，易导致粘接厚度超标，会降低粘接性能，同时粘胶厚度超标易引起更多的气泡、空洞等生产缺陷，影响叶片结构可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种风电叶片结构及其制备方法。
本发明提供了一种风电叶片结构，包括叶片吸力边壳体、叶片压力边壳体和腹板，叶片吸力边壳体和叶片压力边壳体均包括有大梁、蒙皮、夹芯，大梁包括吸力边大梁和压力边大
梁，其特征在于，腹板包括吸力边前缘腹板、吸力边后缘腹板、压力边前缘腹板和压力边后缘腹板，四种腹板的一端分别连接在叶片吸力边壳体和叶片压力边壳体内侧的对应位置，吸力边前缘腹板的另一端和压力边前缘腹板的另一端粘结，吸力边后缘腹板的另一端和压力边后缘腹板的另一端粘结。
优选的，所述吸力边大梁和压力边大梁为单独预制成型。
优选的，所述叶片吸力边壳体与叶片压力边壳体粘接形成一个空腔结构。
优选的，所述四种腹板未与叶片吸力边壳体和叶片压力边壳体连接的一端上设有粘接用的水平结构的法兰。
优选的，所述叶片吸力边壳体和叶片压力边壳体与腹板是一体成型的。
本发明提供了一种风电叶片结构的制备方法，包括如下步骤：
1)在吸力边壳体模具内依次铺设吸力边壳体的蒙皮、夹芯、吸力边大梁、后缘增强材料；
2)在步骤1)壳体铺层结束后的壳体铺层的上方铺设吸力边前缘腹板铺层和吸力边后缘腹板铺层，所述的吸力边前缘腹板铺层和吸力边后缘腹板铺层包括有玻璃纤维布的铺设、芯材的铺设和粘接用法兰的铺设；
3)在步骤2)壳体铺层结束后的壳体铺层上表面铺放脱模布，在脱模布上表面铺设真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好成型模腔中的注胶口和真空抽气口；
4)将步骤3)壳体铺层结束后的壳体铺层上铺设真空***，保持真空度≤≤-0.098Mpa，真空灌注树脂，直至树脂体系固化完全，脱模后得到叶片吸力边壳体、吸力边前缘腹板和吸力边后缘腹板一体成型物；
5)按照步骤1)-3)的方法制备叶片压力边壳体、压力边前缘腹板和压力边后缘腹板一体成型物；
6)将叶片压力边壳体和叶片吸力边壳体粘结，两前缘腹板粘结，两后缘腹板粘结，得到风电叶片。
优选的，所述吸力边大梁采用真空导入模塑工艺制备。
优选的，步骤2)所述玻璃纤维布和芯材垂直于壳体铺层铺设，并在玻璃纤维布远离壳体铺层的一端铺设粘接用法兰。
优选的，步骤6)所述叶片压力边壳体和叶片吸力边壳体粘结的粘结方法为：叶片吸力边壳体或叶片压力边壳体的前缘粘接区、后缘粘接区涂抹结构胶，叶片压力边壳体前缘部分与叶片吸力边壳体前缘部分粘结，叶片压力边壳体后缘部分与叶片吸力边壳体后缘部分粘结。
优选的，步骤6)所述腹板粘结的方法为：两前缘腹板的法兰上只有一处涂抹结构胶，两后缘腹板的法兰上只有一处涂抹结构胶，吸力边前缘腹板和压力边前缘腹板粘结，吸力边后缘腹板和压力边后缘腹板粘结。
本发明所述吸力边前缘腹板、吸力边后缘腹板、压力边前缘腹板和压力边后缘腹板的一端分别放置在叶片吸力边壳体和叶片压力边壳体对应的叶片大梁上。
本发明所述吸力边前缘腹板和压力边前缘腹板粘结，吸力边后缘腹板和压力边后缘腹板的粘结，腹板和腹板之间相接触的面是水平的。
本发明所述叶片吸力边壳体、吸力边前缘腹板和吸力边后缘腹板一起灌注成型，叶片压力边壳体、压力边前缘腹板和压力边后缘腹一起灌注成型。
本发明所述真空导入模塑工艺：又称真空灌注工艺，是一种先进的复合材料低成本液体模塑成型技术，具有低成本、环保和适合于大尺寸复合材料构件整体成型等优点，其工艺原理是在单面刚性模具上以柔性真空袋膜包覆、密封增强材料预成型体，真空负压下排除模腔中的气体，利用树脂的流动、渗透实现树脂对纤维及其织物的浸渍，并固化成型得到复合材料构件。
目前，风电叶片在生产的过程中，通常先制备出腹板和主承力结构大梁，然后使用结构胶将前缘腹板、后缘腹板粘接在叶片吸力边壳体或压力边的表面上，然后将前缘腹板、后缘腹板与壳体压力边或吸力边进行粘接，并同时完成吸力边壳体与压力边壳体前后缘粘接区的粘接，最终完成风电叶片结构(如图3所示)。腹板与吸力边壳体或压力边壳体的表面相粘结，每个腹板粘接面需要与壳体粘结面的外形保持一致，以保证粘接厚度满足设计要求。在实际生产中，因不规则的壳体外形，腹板粘接面与壳体外形间存在随型性问题，很难做到理想的粘接厚度，易导致粘接厚度超标。粘胶厚度超标，会降低粘接性能，同时粘胶厚度超标易引起更多的气泡、空洞等生产缺陷，影响叶片结构可靠性。实际粘接厚度的偏差导致粘胶用量无法准确预测，为保证不产生缺胶缺陷，实际生产中需要放大粘胶用量，造成材料浪费。
为了解决上述问题，本申请的发明人制备了一种空心布局结构的风电叶片，设置有四个腹板，叶片吸力边壳体、吸力边前缘腹板和吸力边后缘腹板一起灌注成型，叶片压力边壳体、压力边前缘腹板和压力边后缘腹一起灌注成型，腹板粘接区由原来的4个减少为2个，吸力边前缘腹板和压力边前缘腹板粘结，吸力边后缘腹板和压力边后缘腹板的粘结，腹板粘接法兰由传统的不规则随型结构改为水平结构，腹板和腹板之间相接触的面是水平的，解决了腹板粘接随型性的问题提高了粘接的可靠性，更容易控制粘胶厚度，因此可达到增加粘接可靠性、节约材料成本、提高生产效率的目的。
本发明的有益效果是：
1、本发明设置有四个腹板，吸力边前缘腹板和压力边前缘腹板粘结，吸力边后缘腹板和压力边后缘腹板的粘结，腹板粘接法兰由传统的不规则随型结构改为水平结构，腹板和腹板之间相接触的面是水平的，解决了腹板粘接随型性的问题提高了粘接的可靠性，更容易控制粘胶厚度，因此可达到增加粘接可靠性、节约材料成本、提高生产效率的目的。
2、本发明将风电叶片的叶片吸力边壳体、吸力边前缘腹板和吸力边后缘腹板一起灌注成型，叶片压力边壳体、压力边前缘腹板和压力边后缘腹板一起灌注成型，提高了生产效率，减少了腹板与叶片壳体的粘接，腹板粘接区由传统的4个简化为2个，减少了由于粘接质量问题所带来的质量隐患，提高了风电叶片的质量，能明显简化腹板粘接流程，降低材料用量。
3、本发明的制备方法简单，生产效率高，降低了生产过程中材料使用等成本。
附图说明
图1为本发明风电叶片的结构示意图。
图2为本发明叶片吸力边壳体、吸力边前缘腹板和吸力边后缘腹板一体成型物的结构示意图。
图3为现有技术的叶片吸力边壳体、前缘腹板和后缘腹板一体成型物的结构示意图。
其中，1叶片压力边壳体，2叶片吸力边壳体，3压力边大梁，4吸力边大梁，5压力边后缘腹板，6吸力边后缘腹板，7压力边前缘腹板，8吸力边前缘腹板，13法兰。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围内。
如图1-2所示，一种风电叶片结构，包括叶片吸力边壳体2、叶片压力边壳体1和腹板，叶片吸力边壳体2和叶片压力边壳体1均包括有大梁、夹芯和蒙皮，大梁包括吸力边大梁4和压力边大梁3，腹板包括吸力边前缘腹板8、吸力边后缘腹板6、压力边前缘腹板7和压力边后缘腹板5，四种腹板的一端分别连接在叶片吸力边壳体2和叶片压力边壳体1内侧的对应位置，吸力边前缘腹板8的另一端和压力边前缘腹板7的另一端粘结，吸力边后缘腹板6的另一端和压力边后缘腹板5的另一端粘结。
本发明所述吸力边大梁4和压力边大梁3为单独预制成型，采用真空导入模塑工艺制备。
本发明所述叶片吸力边壳体2与叶片压力边壳体1粘接形成一个空腔结构，空腔结构结构内设有腹板。
本发明所述四种腹板未与叶片吸力边壳体2和叶片压力边壳体1连接的一端上均设有粘接用的水平结构的法兰13，通过结构胶将吸力边前缘腹板8和压力边前缘腹板7粘结，吸力边后缘腹板6和压力边后缘腹板5粘结，腹板粘接法兰13由传统的不规则随型结构改为水平结构，腹板和腹板之间相接触的面是水平的，解决了腹板粘接随型性的问题提高了粘接的可靠性。
本发明所述吸力边前缘腹板8、吸力边后缘腹板6、压力边前缘腹板7和压力边后缘腹板5的一端分别放置在叶片吸力边壳体2和叶片压力边壳体1对应的叶片大梁上，所述叶片吸力边壳体2和叶片压力边壳体1与腹板是一体成型的，提高了生产效率，减少了腹板与叶片壳体的粘接，腹板粘接区由传统的4个简化为2个，减少了由于粘接质量问题所带来的质量隐患，提高了叶片的质量的风电叶片能明显简化腹板粘接流程，降低材料用量。
实施例1
1)在吸力边壳体模具内依次铺设吸力边壳体的蒙皮、夹芯、吸力边大梁、和后缘增强材料，壳体铺层采用现有技术中已有的铺设方法，吸力边大梁采用真空导入模塑工艺制备；
2)在步骤1)壳体铺层结束后的壳体铺层的上方铺设吸力边前缘腹板铺层和吸力边后缘腹板铺层，所述的吸力边前缘腹板铺层和吸力边后缘腹板铺层包括有玻璃纤维布的铺设、芯材的铺设和粘接用法兰的铺设，腹板铺层采用现有技术中已有的铺层方法，所述玻璃纤维布和芯材垂直于壳体铺层铺设，并在玻璃纤维布远离壳体铺层的一端铺设粘接用法兰，使所述的前缘腹板铺层和后缘腹板铺层相对壳体铺层固定；
3)在步骤2)壳体铺层结束后的壳体铺层上表面铺放脱模布，在脱模布上表面铺设真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好成型模腔中的注胶口和真空抽气口；
4)将步骤3)壳体铺层结束后的壳体铺层上铺设真空***，通过真空抽气口抽真空，使真空度≤-0.098Mpa，且能够保持真空度不低于30min，将风电叶片专用环氧树脂体系利用真空负压通过所述注胶口注入模腔中，待树脂体系完全浸渍预成型体后，持续抽真空保持真空度≤≤-0.098Mpa，真空灌注树脂，直至树脂体系固化完全，脱模后得到叶片吸力边壳体、吸力边前缘腹板和吸力边后缘腹板一体成型物；
5)按照步骤1)-3)的方法制备叶片压力边壳体、压力边前缘腹板和压力边后缘腹板一体成型物；
6)将叶片吸力边壳体或叶片压力边壳体的前缘粘接区、后缘粘接区涂抹结构胶，叶片压力边壳体前缘部分与叶片吸力边壳体前缘部分粘结，叶片压力边壳体后缘部分与叶片吸力边壳体后缘部分粘结，两前缘腹板的法兰上只有一处涂抹结构胶，两后缘腹板的法兰上只有一处涂抹结构胶，吸力边前缘腹板和压力边前缘腹板粘结，吸力边后缘腹板和压力边后缘腹板粘结，即得风电叶片。

Claims (10)

1.一种风电叶片结构，包括叶片吸力边壳体(2)、叶片压力边壳体(1)和腹板，叶片吸力边壳体(2)和叶片压力边壳体(1)均包括有大梁、夹芯和蒙皮，大梁包括吸力边大梁(4)和压力边大梁(3)，其特征在于，腹板包括吸力边前缘腹板(8)、吸力边后缘腹板(6)、压力边前缘腹板(7)和压力边后缘腹板(5)，四种腹板的一端分别连接在叶片吸力边壳体(2)和叶片压力边壳体(1)内侧的对应位置，吸力边前缘腹板(8)的另一端和压力边前缘腹板(7)的另一端粘结，吸力边后缘腹板(6)的另一端和压力边后缘腹板(5)的另一端粘结。
2.如权利要求1所述的一种风电叶片结构，其特征在于，所述吸力边大梁(4)和压力边大梁(3)为单独预制成型。
3.如权利要求1所述的一种风电叶片结构，其特征在于，所述叶片吸力边壳体(2)与叶片压力边壳体(1)粘接形成一个空腔结构。
4.如权利要求1所述的一种风电叶片结构，其特征在于，所述四种腹板未与叶片吸力边壳体(2)和叶片压力边壳体(1)连接的一端上均设有粘接用的水平结构的法兰(13)。
5.如权利要求1或2所述的一种风电叶片结构，其特征在于，所述叶片吸力边壳体(2)和叶片压力边壳体(1)与腹板是一体成型的。
6.如权利要求1所述的一种风电叶片结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在吸力边壳体模具内依次铺设吸力边壳体的蒙皮、夹芯、吸力边大梁、填充材料和后缘增强材料；
2)在步骤1)壳体铺层结束后的壳体铺层的上方铺设吸力边前缘腹板铺层和吸力边后缘腹板铺层，所述的吸力边前缘腹板铺层和吸力边后缘腹板铺层包括有玻璃纤维布的铺设、芯材的铺设和粘接用法兰的铺设；
3)在步骤2)壳体铺层结束后的壳体铺层上表面铺放脱模布，在脱模布上表面铺设真空导入模塑工艺辅助材料，并设置好成型模腔中的注胶口和真空抽气口；
4)将步骤3)壳体铺层结束后的壳体铺层上铺设真空***，保持真空度≤≤-0.098Mpa，真空灌注树脂，直至树脂体系固化完全，脱模后得到叶片吸力边壳体、吸力边前缘腹板和吸力边后缘腹板一体成型物；
5)按照步骤1)-3)的方法制备叶片压力边壳体、压力边前缘腹板和压力边后缘腹板一体成型物；
6)将叶片压力边壳体和叶片吸力边壳体粘结，两前缘腹板粘结，两后缘腹板粘结，得到风电叶片。
7.如权利要求6所述的一种风电叶片结构的制备方法，其特征在于，所述吸力边大梁采用真空导入模塑工艺制备。
8.如权利要求6所述的一种风电叶片结构的制备方法，其特征在于，步骤2)所述玻璃纤维布和芯材垂直于壳体铺层铺设，并在玻璃纤维布远离壳体铺层的一端铺设粘接用法兰。
9.如权利要求6所述的一种风电叶片的制备方法，其特征在于，步骤6)所述叶片压力边壳体和叶片吸力边壳体粘结的粘结方法为：叶片吸力边壳体或叶片压力边壳体的前缘粘接区、后缘粘接区涂抹结构胶，叶片压力边壳体前缘部分与叶片吸力边壳体前缘部分粘结，叶片压力边壳体后缘部分与叶片吸力边壳体后缘部分粘结。
10.如权利要求6所述的一种风电叶片的制备方法，其特征在于，步骤6)所述腹板粘结的方法为：两前缘腹板的法兰上只有一处涂抹结构胶，两后缘腹板的法兰上只有一处涂抹结构胶，吸力边前缘腹板和压力边前缘腹板粘结，吸力边后缘腹板和压力边后缘腹板粘结。
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