CN113123925A - 梁、叶片、叶片的加工方法以及风电机组 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种梁、叶片、叶片的加工方法以及风电机组，梁包括条状件、层间织物以及粘合剂。条状件沿梁的纵向延伸，且多个条状件沿梁的厚度方向上堆叠布置。层间织物设置在多个条状件中至少部分条状件之间。粘合剂填充在相邻条状件之间以及层间织物与条状之间。相邻两条状件之间的层间织物的质量为A、对应的粘合剂的质量为B，57％≤A/(A+B)≤72％。本申请实施例提供的梁，在条状件之间设置层间织物，提高了梁的结构强度。此外，设置相邻两条状件之间，层间织物与粘合剂中层间织物的质量占比为57％～72％，即相邻两条状件之间的层间织物的含量较低，具有更好的导流效果，提高层间织物与条状件之间的粘合剂的流动均匀性，进一步提高梁的结构稳定性和结构强度。

Description

梁、叶片、叶片的加工方法以及风电机组

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种梁、叶片、叶片的加工方法以及风电机组。

背景技术

风电机组的叶片通常由壳体本体构成外部轮廓，内部使用梁-腹板结构进行承载，梁是主要承载部件。近年来，风电行业开始采用将条状件堆叠组合在一起的方式制作叶片的梁，并灌注粘合剂使梁与叶片的壳体本体一体成型，这些条状件拦截了叶片在旋转方向上的弯曲载荷。

然而，现有技术中的叶片在灌注成型后，叶片的结构强度较低，难以满足现有技术中风电机组对叶片强度日益增长的需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种风电机组、叶片及其梁，能够提高叶片的结构强度。

第一方面，本发明实施例提供一种用于叶片的梁，包括：条状件，沿所述梁的纵向延伸，且多个所述条状件沿所述梁的厚度方向上堆叠布置；层间织物，沿所述梁的纵向和宽度方向延伸，所述层间织物设置在所述多个条状件中至少部分的所述条状件之间；粘合剂，填充在相邻所述条状件之间以及所述层间织物与所述条状件之间，其中，相邻两所述条状件之间的所述层间织物的质量为A，对应的所述粘合剂的质量为B，57％≤A/(A+B)≤72％。

根据本发明实施例的第一方面，60％≤A/(A+B)≤66％；和/或，所述层间织物中包括玻纤纱线，所述玻纤纱线的线密度为100tex～600tex。

根据本发明实施例的第一方面，所述层间织物中包括纤维纱线，所述纤维纱线沿两个相交的方向排布，两个方向的所述纤维纱线分别各自成层；或者，两个方向的所述纤维纱线相互交织为一层。

根据本发明实施例的第一方面，沿所述梁的宽度方向，所述层间织物的尺寸大于所述条状件的尺寸。

第二方面，本发明实施例提供一种叶片，包括：壳体本体，为中空结构体；梁，为如以上任意一实施例所述的梁，与所述壳体本体的壁部连接，所述梁的纵向沿所述叶片从叶根到叶尖的方向延伸；芯材，填充在所述壳体本体内，所述芯材与所述梁通过所述粘合剂连接。

根据本发明实施例的第二方面，所述叶片还包括填充体，所述填充体填充在所述芯材与所述梁之间，所述填充体与所述梁、所述填充体与所述芯材通过所述粘合剂连接。

根据本发明实施例的第二方面，所述填充体为膨体纱、玻璃纤维、碳纤维或者喷胶棉。

根据本发明实施例的第二方面，所述梁靠近所述叶尖的一侧形成有厚度渐缩区，从所述厚度渐缩区远离所述叶尖的一侧到靠近所述叶尖的一侧，至少部分所述条状件的厚度逐渐减小。

根据本发明实施例的第二方面，所述叶片还包括纤维织物，所述纤维织物铺设在所述厚度渐缩区靠近所述壳体本体的壁部的一侧，并延伸至所述叶尖。

第三方面，本发明实施例提供一种风电机组，包括以上任意一实施例提供的叶片。

第四方面，本发明实施例提供一种叶片的加工方法，用于加工以上任意一实施例提供的叶片，包括如下步骤：在叶片壳体的模具上铺放第一蒙皮织物；在所述第一蒙皮织物上层叠放置所述条状件和所述层间织物；在最上方的所述条状件上铺放纤维织物，所述纤维织物从位于厚度渐缩区的所述条状件远离所述叶尖的一侧向所述叶尖延伸；在所述条状件宽度方向的两侧铺放所述芯材；铺放第二蒙皮织物；灌注所述粘合剂并完成固化。

根据本发明的第四方面，在所述第一蒙皮织物上层叠的所述条状件和所述层间织物为预制件。

本发明实施例提供的梁、叶片、叶片的加工方法以及风电机组，梁中至少部分条状件之间设置层间织物，有利于提高梁的结构强度和结构稳定性。此外，相邻两条状件之间，层间织物与粘合剂中的层间织物的质量含量为57％～72％，相邻条状件之间的层间织物的质量含量较低，在灌注粘合剂的过程中，有利于提高流经层间织物的粘合剂的均匀性，减小层间织物与条状件之间产生的气泡，从而有利于提高梁的结构强度和结构稳定性，进而提高叶片的结构强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明一实施例提供的叶片的部分结构的剖视图；

图2为本发明一实施例提供的梁的一方向的主视图；

图3为本发明另一实施例提供的梁的结构示意图；

图4为图2的右视图；

图5为本发明又一实施例提供的梁的结构示意图；以及

图6为本发明一实施提供的叶片的加工方法的流程图。

附图中：

1、梁；11、条状件；12、层间织物；13、粘合剂；2、芯材；3、蒙皮织物；31、第一蒙皮织物；32、第二蒙皮织物；4、壳体本体。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。

本申请描述中的方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。需要说明的是，本申请描述中的“厚度方向”、“宽度方向”、“纵向”这些表示方位的术语是基于附图2至附图5所示的方位进行描述的。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

第一方面，本申请实施例提供一种用于叶片的梁1，如图1～图4所示，梁1包括条状件11、层间织物12和粘合剂13。条状件11沿梁1的纵向延伸，多个条状件11沿梁1的厚度方向上堆叠布置。层间织物12沿梁1的纵向和宽度方向延伸，层间织物12设置在多个条状件11中至少部分的条状件11之间，粘合剂13填充在相邻条状件11之间以及层间织物12与条状件11之间。相邻两条状件11之间的层间织物12的质量为A、对应的粘合剂14的质量为B，57％≤A/(A+B)≤72％，比如可以为57％、60％、65％、68％、70％或者72％等。

具体地，如图2所示，可以在多个条状件11中每相邻条状件11之间均设置层间织物12；如图3所示，也可以在部分相邻的条状件11之间设置层间织物12，在此不做限制。而不同条状件11之间的层间织物12的材质可以相同，也可以不同，根据实际需要进行选取。需要说明的是，“A”和“B”是对于相邻条状件11之间设置有层间织物12的情况下的定义，对于相邻条状件11之间没有设置层间织物12的情况，不存在“A”或“B”的说法。

粘合剂13可以是树脂、聚酯，灌注在相邻条状件11以及层间织物12与条状件11之间，浸入层间织物12，固化后的粘合剂13具有连接相邻条状件11以及层间织物12与条状件11的作用。

需要说明的是，粘合剂13灌注后会浸润层间织物12，粘合剂13固化后与层间织物12形成为一体，图2～图4所示的结构是为了便于描述本申请而示出的示意性结构。

条状件11的成型方式不做限制，示例性地，条状件11可以为拉挤板材，具有更好的力学性能，且更便于制造加工。此外，条状件11可以是平直的，也可以是根据与其配合的壳体本体4的结构，设计成与壳体本体4相适配的弯曲的形状。

层间织物12可以是一体成型的，也可以是多个结构体分别成型后拼接而成，在此不做限制。示例性地，层间织物12为整体结构，且设置在条状件11之间的层间织物12平整，不会出现褶皱或者断开的现象，如此设置层间织物12有利于提高梁1的拉伸强度。

本申请实施例提供的梁1，至少部分条状件11之间设置层间织物12，层间织物12具有一定的强度和韧性，相比于仅仅是条状件11的堆叠，设置层间织物12有利于提高梁1的结构强度。而设置相邻条状件11之间，层间织物12与粘合剂13中的层间织物12的含量为57％～72％，即相邻条状件11之间的层间织物12的含量较低，比条状件11中的纤维含量至少低5％，在灌注粘合剂13的过程中，有利于提高流经层间织物12的粘合剂13的流动均匀性，使得层间织物12与条状件11之间的粘合剂13分布的更加均匀，有效地降低了层间织物12与条状件11之间产生气泡的风险，进而提高了梁1的结构强度和结构稳定性。

可以理解的是，相邻条状件11之间可以设置单层层间织物12，如此具有较强的拉伸强度；也可以在相邻条状件11之间设置多层层间织物12，如此具有较强的弯曲强度。以具体需求进行选取，这里不做限制。

相邻条状件11之间的层间织物12质量含量的具体数值不限，只需在57％～72％的范围内即可。示例性地，60％≤A/(A+B)≤66％，即相邻条状件11之间的层间织物12的质量含量为60％～66％，比如，可以为60％、61％、62％、63％、64％、65％或者66％等。如此，可以使得流经层间织物12的粘合剂13的流动均匀性控制在较好的范围内，进一步降低了层间织物12与条状件11之间产生气泡的风险，提高梁1的结构强度和结构稳定性。

在一实施例中，层间织物12中包括玻纤纱线，玻纤纱线的线密度为100tex～600tex，比如可以为，100tex、150tex、200tex、250tex、300tex、400tex、500tex或者600tex。也就是说，层间织物12的线密度较低，层间织物12占用的空间较小，有利于增加层间织物12与条状件11之间的间隙，从而增加了粘合剂13的流动空间，降低了粘合剂13的流动阻力，有利于提高粘合剂13的流动速度和流动均匀性，有效降低层间织物12与条状件11之间产生的气泡的风险，提高了梁1的结构强度和结构稳定性。

需要说明的是，本申请描述中的“tex”指代线密度的单位，其含义为，每1000米长的纱线在公定回潮率下重量的克数。

玻纤纱线的线密度的具体数值不作限制，示例性地，层间织物12的线密度为200tex～300tex，如此有利于将流经层间织物12的粘合剂13的流速控制在合适的范围内，进一步提高粘合剂13的流动均匀性。。

层间织物12的面密度不做限制，示例性地，可以设置层间织物12的面密度小于600gsm(克每平方米)，或者低于300gsm。设置层间织物12的面密度较小，可以减小层间织物12的体积，以提高层间织物12的导流均匀性。

一实施例中，层间织物12中包括纤维纱线，纤维纱线沿两个相交的方向排布，两个方向的纤维纱线可以垂直，也可以呈锐角相交，比如呈45°或者60°的夹角相交，在此不做限制。设置纤维纱线沿两个相交的方向排布，流经层间织物12的粘合剂13可以随着纤维纱线的走向沿两个方向流动，有利于提高层间织物12的导流均匀性，进而提高梁1的结构强度和结构稳定性。

两个方向的纤维纱线的成层方式不做限定，在一些实施例中，两个方向的纤维纱线分别各自成层，即两个方向的纤维纱线分别单向成层，比如双轴织物。在另一些实施例中，两个方向的纤维纱线相互交织为一层，比如平纹布。

可以理解的是，两个方向的纤维纱线的种类可以相同也可以不相同，此外，两个方向的纤维纱线的线密度可以相同也可以不相同，在此均不做限制。

一些实施例中，两个方向的纤维纱线均为玻纤纱线，玻纤纱线为±45度的双轴向织物，如此有利于增加梁1的结构稳定性，提高条状件11与层间织物12之间粘合剂13的灌注速度。

另一些实施例中，一个方向的纤维纱线为碳纤维纱线，另一个方向的纤维纱线为玻纤纱线，碳纤维纱线沿梁1的纵向布置，玻纤纱线沿梁1的宽度方向布置。如此设置有利于提高层间织物12沿宽度方向的导流速度，且梁1应用在叶片中的实施例中，叶片具有一定的防雷效果。

可以理解的是，纤维纱线可以为无捻纱线，也可以为有捻纱线，当纤维纱线为无捻纱线时，有利于进一步提高层间织物12的导流速度。

沿梁1的宽度方向，层间织物12的尺寸和条状件11的尺寸不做限制。

一些实施例中，如图2和图3所示，沿梁1的宽度方向，层间织物12的尺寸大于条状件11的尺寸。如此一来，沿梁1的宽度方向，会有部分层间织物12位于条状件11的外侧。梁1应用在叶片的实施例中，位于条状件11的外侧的层间织物12填充在芯材2与壳体本体4之间，如此有利于降低梁1与芯材2之间的间隙，提高叶片的结构性能。

另一些实施例中，请参阅图5，沿梁1的宽度方向，层间织物12的尺寸与条状件11的尺寸相当。

沿梁1的宽度方向，层间织物12的尺寸大于条状件11的尺寸的具体数值不限，示例性地，层间织物12比条状件11的宽度大30mm以上，以更好地起到降低梁1与芯材2之间间隙的作用。

第二方面，本申请实施例提供一种叶片，如图1所示，叶片包括壳体本体4、梁1以及芯材2。壳体本体4为中空结构体，梁1为如上述任意一实施例提供的梁1，梁1与壳体本体4的壁部连接，梁1的纵向沿叶片从叶根到叶尖的方向延伸。芯材2填充在壳体本体4内，芯材2与梁1通过粘合剂13连接。

需要说明的是，上述实施例中壳体本体4通常是由蒙皮织物3在灌注粘合剂13固化后形成的复合结构。梁1与壳体本体4的连接可以是直接连接，也可以是间接连接，这里不做限制。示例性地，如图1所示，梁1与与蒙皮织物3邻接，将粘合剂13灌注在梁1与蒙皮织物3之间，粘合剂13浸润入蒙皮织物3中并固化后，连接蒙皮织物3与梁1。

本申请实施例提供的叶片，由于采用了上述任意一实施例提供的梁1，因而可以有效地提高叶片的结构强度和结构稳定性。

在一实施例中，叶片还包括填充体(图未示出)，填充体填充在芯材2与梁1之间，填充体与梁1、填充体与芯材2通过粘合剂13连接。具体地，在灌注粘合剂13之前，先在芯材2与梁1之间填充填充体，灌注粘合剂13的过程中，粘合剂13流入填充体与梁1之间，还会流到填充体与芯材2之间，粘合剂13固化后，可以连接填充体与梁1，以及连接填充体与芯材2。梁1中的条状件11受力易发生形变，填充体的存在，可以有效地防止条状件11受力发生形变时，梁1与芯材2之间出现间隙过大的问题。

填充体的材质可以有多种，在此不做限制。示例性地，填充体为膨胀纱、玻璃纤维、碳纤维或者喷胶棉，粘合剂13更容易浸入膨胀纱、玻璃纤维、碳纤维或者喷胶绵中，有助于提高膨胀纱或者喷胶棉与芯材2和梁1之间的结合强度。且膨胀纱或者喷胶面具有更好的随型性，可以更好地与芯材2和梁1的形状相适配，可以最大限度地降低芯材2与梁1之间的间隙。

一实施例中，如图4所示，梁1靠近叶尖的一侧形成有厚度渐缩区，从厚度渐缩区远离叶尖的一侧到靠近叶尖的一侧，至少部分条状件11的厚度逐渐减小。具体地，可以采用切割的方法实现条状件11位于厚度渐缩区域的厚度的逐渐减小，可以在条状件11沿厚度方向的两侧面切割，也可以仅在其中的一个侧面切割，而切割后形成的表面可以是直面，也可以是曲面，这里不做限制。

可以理解的，壳体本体3靠近叶尖的区域的中空空间逐渐减小，通过设置厚度渐缩区，可以提高梁1沿纵向的延伸长度，有效地增大叶片的强度，且可以有效地防止沿厚度方向相互层叠的条状件11在叶片的叶尖部位发生拥挤、堆叠的现象，降低了条状件11发生损坏的风险。

厚度渐缩区的具体长度不限，可以根据叶片的壳体本体4靠近叶尖区域的中空结构的形状具体设置。

进一步地，一实施例中，叶片还包括纤维织物，纤维织物铺设在厚度渐缩区靠近壳体本体4的壁部的一侧，并延伸至叶尖。可以理解的是，由于梁1具有一定的厚度，因而其难以延伸到叶片的叶尖部位，通过设置纤维织物，可以减小梁1与壳体本体4之间的间隙，提高叶片的结构强度。此外，由于纤维织物的可变形性较强，因而可以将纤维织物填充至梁1难以触及的叶尖的区域，进一步提高了叶片的结构强度。

纤维织物的具体材质不限，示例性地，纤维织物为单轴向纤维织物，且单轴向纤维织物中的纤维沿从叶根到叶尖的方向布置，单轴向纤维织物可以进一步提高梁1的承载能力。此外，在灌注粘合剂13的过程中，单轴向纤维织物具有更好的导流效果，有利于提高灌注速度和灌注效果。

第三方面，本申请实施例提供一种风电机组，包括以上任意一实施例提供的叶片。

本申请实施例提供的风电机组，由于采用了上述任意一实施例提供的叶片，因而具有相同的技术效果，在此不再赘述。

为了对本申请提供的梁1、叶片以及风电机组进行更好的解释说明，如图6所示，第四方面，本申请实施例提供一种叶片的加工方法，包括如下步骤：

在叶片壳体的模具上铺放第一蒙皮织物31；

在第一蒙皮织物31上依次放置条状件11和层间织物12，如此反复多次，且最上方放置条状件11；

在最上方的条状件11上铺放纤维织物，纤维织物从位于厚度渐缩区的条状件11远离叶尖的一侧向叶尖延伸；

在条状件11宽度方向的两侧铺放芯材2，芯材2和条状件11在同一层；

铺放第二蒙皮织物32，第二蒙皮织物32的从叶片的叶根延伸至叶尖；

灌注粘合剂13并完成固化，完成风电叶片制作。

需要说明的是，可以直接在第一蒙皮织物31上铺设条状件11和层间织物12。

一实施例中，在第一蒙皮织物31上层叠的条状件11和层间织物12为预制件，即先将条状件11和层间织物12依次堆叠形成预制件后，再将预制件铺放在第一蒙皮织物31上，两种实施方式具有相同的技术效果。

由于层间织物12可以为多个结构拼设而成，也可以为整体成型的结构。示例性地，层间织物12为整体结构，相邻条状件11之间仅铺设单层层间织物12，且在铺放层间织物12的过程中，层间织物12无褶皱、断开的现象，如此有利于提高梁1的拉伸强度。

可以理解的是，第一蒙皮织物31和第二蒙皮织物32在灌注粘合剂13后，粘合剂13浸入第一蒙皮织物31和第二蒙皮织物32中，固化后与第一蒙皮织物31和第二蒙皮织物32一体形成壳体本体4。

本申请实施例提供的叶片的加工方法，由于采用了上述实施例提供的叶片，因而具有相同的技术效果，在此不再赘述。

可以理解的是，在灌注粘合剂13之前，可以在芯材2与条状件11之间填充填充体。而在铺放导流及密封等辅助材料以后，可以在叶片壳体的模具上对蒙皮织物3、梁1、芯材2以及辅助材料等预成型体进行密封并抽真空，便于后续灌注粘合剂13的顺利进行。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本发明实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种用于叶片的梁，其特征在于，包括：

条状件，沿所述梁的纵向延伸，且多个所述条状件沿所述梁的厚度方向上堆叠布置；

层间织物，沿所述梁的纵向和宽度方向延伸，所述层间织物设置在所述多个条状件中至少部分的所述条状件之间；

粘合剂，填充在相邻所述条状件之间以及所述层间织物与所述条状件之间，

其中，相邻两所述条状件之间的所述层间织物的质量为A、对应的所述粘合剂的质量为B，57％≤A/(A+B)≤72％。

2.根据权利要求1所述的梁，其特征在于，60％≤A/(A+B)≤66％；和/或，

所述层间织物中包括玻纤纱线，所述玻纤纱线的线密度为100tex～600tex。

3.根据权利要求1所述的梁，其特征在于，所述层间织物中包括纤维纱线，所述纤维纱线沿两个相交的方向排布，两个方向的所述纤维纱线分别各自成层；或者，两个方向的所述纤维纱线相互交织为一层。

4.根据权利要求1所述的梁，其特征在于，沿所述梁的宽度方向，所述层间织物的尺寸大于所述条状件的尺寸。

5.一种叶片，其特征在于，包括：

壳体本体，为中空结构体；

梁，为如权利要求1至4任意一项所述的梁，与所述壳体本体的壁部连接，所述梁的纵向沿所述叶片从叶根到叶尖的方向延伸；

芯材，填充在所述壳体本体内，所述芯材与所述梁通过所述粘合剂连接。

6.根据权利要求5所述的叶片，其特征在于，所述叶片还包括填充体，所述填充体填充在所述芯材与所述梁之间，所述填充体与所述梁、所述填充体与所述芯材通过所述粘合剂连接。

7.根据权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述填充体为膨体纱、玻璃纤维、碳纤维或者喷胶棉。

8.根据权利要求5所述的叶片，其特征在于，所述梁靠近所述叶尖的一侧形成有厚度渐缩区，从所述厚度渐缩区远离所述叶尖的一侧到靠近所述叶尖的一侧，至少部分所述条状件的厚度逐渐减小。

9.根据权利要求8所述的叶片，其特征在于，所述叶片还包括纤维织物，所述纤维织物铺设在所述厚度渐缩区靠近所述壳体本体的壁部的一侧，并延伸至所述叶尖。

10.一种风电机组，其特征在于，包括如权利要求5至9任意一项所述的叶片。

11.一种叶片的加工方法，用于加工如权利要求5至9任意一项所述的叶片，其特征在于，包括如下步骤：

在叶片壳体的模具上铺放第一蒙皮织物；

在所述第一蒙皮织物上层叠放置所述条状件和所述层间织物；

在最上方的所述条状件上铺放纤维织物，所述纤维织物从位于厚度渐缩区的所述条状件远离所述叶尖的一侧向所述叶尖延伸；

在所述条状件宽度方向的两侧铺放所述芯材；

铺放第二蒙皮织物；

灌注所述粘合剂并完成固化。

12.根据权利要求11所述的叶片的加工方法，其特征在于，在所述第一蒙皮织物上层叠的所述条状件和所述层间织物为预制件。

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