CN111608852A - 一种轻量化风机叶片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种轻量化风机叶片，该叶片包括叶片本体，叶片本体内安装有主腹板和后缘腹板，叶片本体包括叶片芯材、蒙皮、大梁、后缘辅梁和叶根，蒙皮采用双轴布制成，大梁为碳玻混合结构，内部结构为碳纤维，外侧包裹两层玻纤布；叶根和后缘辅梁为预制件，叶根外还设置有下铺层；所述叶片芯材采用无浅槽轻木制成。该叶片将减重的多种结构方式融合在一起，特别是采用碳玻混合的方式制作大梁，搭配后缘腹板，在降低重量的同时确保了叶片强度，实现叶片的轻量化，满足大型叶片的发展需求。

Description

一种轻量化风机叶片及其制作方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是一种轻量化风机叶片，具体还涉及上述轻量化风机叶片的制作方法。
背景技术
风能作为一种清洁的可再生的能源，越来越受到世界各国的关注，以风能为代表的可再生能源长期内将保持稳定的发展。
叶片是风电机组转换风能的关键部分，其设计与制造技术对整个机组的性能至关重要。随着全球风电市场转向低风速和海上风场的风能开发，叶片呈现大型化的发展趋势，叶片运行的雷诺系数、载荷和重量不断增大，设计高效、低载、轻质的叶片成为叶片厂商和研究者们不断追求的目标，因此，一些新的翼型、材料、结构、制造工艺不断出现，并逐渐应用到实践中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理、制作方便、实现叶片轻量化的轻量化风机叶片。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述轻量化风机叶片的使用方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种轻量化风机叶片，该叶片包括叶片本体，叶片本体内安装有主腹板和后缘腹板，叶片本体包括叶片芯材、蒙皮、大梁、后缘辅梁和叶根，蒙皮采用双轴布制成，大梁为碳玻混合结构，内部结构为碳纤维，外侧包裹两层玻纤布；叶根和后缘辅梁为预制件，叶根外还设置有下铺层；所述叶片芯材采用无浅槽轻木制成。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片，所述蒙皮使用一层双轴布，在吊点或运输位置处叶片芯材上下各额外铺设两层双轴布。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片，所述叶根和下铺层均采用玻纤布制成。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片，所述后缘辅梁采用玻纤布制成。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片，该叶片还包括后缘填充芯材，后缘填充芯材采用PVC或无浅槽轻木制成。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片，该叶片还包括后叶根增强层，叶根增强层采用多层玻纤布制成，多层玻纤布的对接缝错开。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片，一种轻量化风机叶片的制作方法，其步骤如下：
（1）大梁制作：依次铺放下方两层玻纤布，中间碳纤维材料，上方两层玻纤布，然后真空灌注成型；
（2）辅梁制作：采用若干层玻纤布层叠铺设，然后真空灌注成型；
（3）叶根制作：先采用弦向对接的方式铺设玻纤布，然后真空灌注成型；
（4）先在叶片模具内分别铺设蒙皮和叶根增强层，叶根增强层采用对接的方式铺设，再铺设大梁和叶片芯材，接着铺放下铺层、叶根以及后缘辅梁，最后采用环氧树脂真空灌注成型，分别制成叶片的上下两层；
（5）合模前，将主腹板粘接在叶片下层的前缘位置，将后缘腹板粘接在叶片下层的后缘位置；
（6）在叶片下层铺设后缘填充芯材；
（7）将叶片上下两层进行合模，形成完整的叶片。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片的制作方法，后缘填充芯材采用手糊或者湿法袋压制作，后缘填充芯材外还裹设有纤维布。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的轻量化风机叶片的制作方法，所述主腹板和后缘腹板均采用一次粘接工艺或者二次粘接工艺粘接。
与现有技术相比，本发明中中大梁为碳玻混合结构，内部结构为碳纤维，可以降低大梁重量，外侧包裹两层玻纤布，能更好的与壳体结合；蒙皮为一层双轴布，轻木芯材无浅槽，能够进一步降低叶片重量；叶根增强层采用对接的方式铺设，对接缝错开一定距离，保证叶片强度能够满足设计要求，与搭接相比，减少了叶片重量，降低了灌注风险；后缘辅梁为预制件，叶根部分预制，能够提高铺层效率，降低灌注风险；同时还使用后缘腹板，能够进一步提高叶片强度，后缘使用芯材来填补间隙过大区域，使间隙满足设计要求，实现最优粘接强度。该叶片将减重的多种结构方式融合在一起，特别是采用碳玻混合的方式制作大梁，搭配后缘腹板，在降低重量的同时确保了叶片强度，实现叶片的轻量化，满足大型叶片的发展需求。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为本发明的局部放大图；
图3为本发明根部预制件的结构示意图；
图4为本发明后缘芯材填充示意图；
图5为本发明大梁结构示意图。
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。
参照图1-5，一种轻量化风机叶片，该叶片包括叶片本体，叶片本体内安装有主腹板和后缘腹板2，叶片本体包括叶片芯材5、蒙皮1、大梁4、后缘辅梁3和叶根7，蒙皮1采用双轴布制成，设置在最外层，起到保护作用；大梁4为碳玻混合结构，内部结构为碳纤维11，可以降低大梁4重量，外侧包裹两层玻纤布12，能够更好的与叶片芯材5和蒙皮1结合；叶根7和后缘辅梁3为预制件，能够提高铺层效率，降低灌注风险叶根7外还设置有下铺层8；所述叶片芯材5采用无浅槽轻木制成；后缘腹板2的设置能够进一步提高叶片强度。
所述蒙皮1使用一层双轴布，在吊点或运输位置处叶片芯材5上下各额外铺设两层双轴布。蒙皮1使用一层1200±45g/m2双轴布，对于吊点、运输位置，在芯材上下各铺设两层1200±45g/m2双轴布，起到加强支撑的作用。
所述叶根7和下铺层8均采用玻纤布制成；所述后缘辅梁3采用玻纤布制成，玻纤布的多少根据实际情况决定。
该叶片还包括后缘填充芯材9，用于填补叶片上下两层后缘之间间隙过大区域，使间隙满足设计要求，实现最优粘接强度；后缘填充芯材9采用PVC或无浅槽轻木制成，可以与叶片本体一起灌注成型，也可以在合模工段手糊或者湿法袋压制作。
该叶片还包括后叶根增强层6，叶根增强层6采用多层玻纤布制成，多层玻纤布的对接缝错开一定距离，使得叶片强度能够满足设计要求。
一种轻量化风机叶片的制作方法，
（1）大梁4制作：先在制作大梁4的模具内依次铺放下方两层玻纤布12，中间碳纤维材料11，上方两层玻纤布12，然后采用环氧树脂真空灌注成型，制成大梁4；
（2）辅梁制作：先在制作辅梁的模具内采用若干层玻纤布层叠铺设成辅梁的形状，然后采用环氧树脂真空灌注成型，制成辅梁；
（3）叶根7制作：先在制作叶根7的模具内采用弦向对接的方式铺设玻纤布，然后采用环氧树脂真空灌注成型，制成叶根7；
（4）先在叶片模具内分别铺设蒙皮1和叶根增强层6，叶根增强层6采用对接的方式铺设，再铺设大梁4和叶片芯材5，接着铺放下铺层8、叶根7以及后缘辅梁3，最后采用环氧树脂真空灌注成型，分别制成叶片的上下两层；
（5）合模前，将主腹板粘接在叶片下层的前缘位置，将后缘腹板2粘接在叶片下层的后缘位置；
（6）在叶片下层铺设后缘填充芯材9，根据叶片上下两层后缘之间的间距控制后缘填充芯材9的厚度，使得合模后，叶片上下两层后缘之间的间距符合要求；
（7）将叶片上下两层进行合模，形成完整的叶片，叶片上下两层之间采用结构胶10粘接的方式进行粘接。
后缘填充芯材9采用手糊或者湿法袋压制作，后缘填充芯材9外还裹设有纤维布。后缘填充芯材9用于填充叶片上下两层之间的后缘间距，根据间距大小，选用PVC或无浅槽轻木制作后缘填充芯材9，如果厚度适合，并且叶片本体铺层时能够固定在后缘对应位置，也可以将后缘填充芯材9与叶片本体一起灌注成型。
所述主腹板和后缘腹板2均采用一次粘接工艺或者二次粘接工艺粘接，进一步提高叶片强度。粘接主腹板和后缘腹板2时，可以只将主腹板和后缘腹板2的一端通过结构胶10粘接在叶片下层，另一端通过叶片上层挤压固定；也可以将主腹板和后缘腹板2的两端一端通过结构胶10分别与叶片上层、下层粘接。

Claims (9)

1.一种轻量化风机叶片，其特征在于：该叶片包括叶片本体，叶片本体内安装有主腹板和后缘腹板，叶片本体包括叶片芯材、蒙皮、大梁、后缘辅梁和叶根，蒙皮采用双轴布制成，大梁为碳玻混合结构，内部结构为碳纤维，外侧包裹两层玻纤布；叶根和后缘辅梁为预制件，叶根外还设置有下铺层；所述叶片芯材采用无浅槽轻木制成。
2.根据权利要求1所述的轻量化风机叶片，其特征在于：所述蒙皮使用一层双轴布，在吊点或运输位置处叶片芯材上下各额外铺设两层双轴布。
3.根据权利要求1所述的轻量化风机叶片，其特征在于：所述叶根和下铺层均采用玻纤布制成。
4.根据权利要求1所述的轻量化风机叶片，其特征在于：所述后缘辅梁采用玻纤布制成。
5.根据权利要求1所述的轻量化风机叶片，其特征在于：该叶片还包括后缘填充芯材，后缘填充芯材采用PVC或无浅槽轻木制成。
6.根据权利要求1所述的轻量化风机叶片，其特征在于：该叶片还包括后叶根增强层，叶根增强层采用多层玻纤布制成，多层玻纤布的对接缝错开。
7.一种轻量化风机叶片的制作方法，其特征在于：该方法用于制作权利要求1-6任意一项所述的轻量化风机叶片，其步骤如下：
（1）大梁制作：依次铺放下方两层玻纤布，中间碳纤维材料，上方两层玻纤布，然后真空灌注成型；
（2）辅梁制作：采用若干层玻纤布层叠铺设，然后真空灌注成型；
（3）叶根制作：先采用弦向对接的方式铺设玻纤布，然后真空灌注成型；
（4）先在叶片模具内分别铺设蒙皮和叶根增强层，叶根增强层采用对接的方式铺设，再铺设大梁和叶片芯材，接着铺放下铺层、叶根以及后缘辅梁，最后采用环氧树脂真空灌注成型，分别制成叶片的上下两层；
（5）合模前，将主腹板粘接在叶片下层的前缘位置，将后缘腹板粘接在叶片下层的后缘位置；
（6）在叶片下层铺设后缘填充芯材；
（7）将叶片上下两层进行合模，形成完整的叶片。
8.根据权利要求7所述的轻量化风机叶片的制作方法，其特征在于：后缘填充芯材采用手糊或者湿法袋压制作，后缘填充芯材外还裹设有纤维布。
9.根据权利要求7所述的轻量化风机叶片的制作方法，其特征在于：所述主腹板和后缘腹板均采用一次粘接工艺或者二次粘接工艺粘接。
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