CN113858659A - 一种风电叶片芯材结构及其铺放方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电叶片芯材结构及其铺放方法，包括硬质板材和弹性板材，所述硬质板材与弹性板材间隔排列设置，所述硬质板材设置于外侧。本发明的芯材结构及其铺放方法通过将硬质板材设置于外侧，并将硬质板材和弹性板材间隔设置，能够使芯材在保持强度的同时具备一定的弹性势能，在芯材铺放前将其沿弹性方向压缩，铺放后随着弹性势能的释放，芯材在弹力作用下能够大幅减小铺放后芯材与主梁边缘、弧形和拐角处之间，以及芯材与芯材之间的间隙，有效避免了灌注成型之后形成富树脂，提高了风电叶片的整体性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片芯材技术领域，具体为一种风电叶片芯材结构及其铺放方法。
背景技术
目前，全球能源日趋枯竭，可再生能源的开发利用迫在眉睫，而风能作为清洁能源储量巨大，风力发电作为当前比较成熟的可再生能源利用技术，在世界各国得到了快速发展。而风力发电技术离不开风电机组的支持，风电叶片作为风电机组重要的组成部分，因此，风电叶片的制造业也得到了长足的进步。风电叶片一般采用腹板中空式结构，以降低叶片重量，同时提高其强度与刚度。芯材因其材质轻，性能好，是叶片中蒙皮和腹板成型的关键材料之一，然而芯材的种类、性能、结构和加工方式显著影响蒙皮和腹板的整体性能，最终影响叶片的使用性能和寿命。
目前，风电叶片制造采用的芯材种类主要有轻木(BALSA)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。芯材因其厚度大，质地硬，以现有技术在铺层时会出现芯材和芯材之间不匹配、主梁边缘和芯材不匹配、模具边缘弧形位置和拐角处难以随型的问题，导致芯材间隙过大，并且芯材间隙过大的位置缺少支撑力，灌注成型后容易形成富树脂，此外，在成型过程中现有芯材的搬运和修补间隙会花费大量的人力和时间。因此，为了解决上述技术问题，需要研究开发出一种结构合理，使用方便，能够有效减小芯材间隙，避免成型时形成富树脂的芯材结构及其铺放方法。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种结构合理，使用方便，能够有效减小芯材间隙，避免成型时形成富树脂的芯材结构及其铺放方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种风电叶片芯材结构，包括硬质板材和弹性板材，所述硬质板材、弹性板材间隔排列设置，所述硬质板材设置于外侧。
进一步，所述弹性板材不少于一层。
进一步，所述硬质板材和弹性板材排列方向具备弹性应力。
进一步，所述硬质板材为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、轻木(BALSA)、聚甲基丙烯亚胺(PM I)、聚醚酰亚胺(PE I)、丙烯腈--苯乙烯(SAN)、聚苯乙烯(PS)、纤维增强复合材料中任意一种材料制成。
进一步，所述弹性板材为硅胶、橡胶、泡沫塑料中任意一种材料制成。
本发明还提供了一种风电叶片芯材结构的铺放方法，包括以下几个步骤：
步骤一：在铺放前给予外力使芯材在所述硬质板材与弹性板材排列方向发生弹性形变，储存一定的弹性势能；
步骤二：芯材铺放时，根据腹板、蒙皮的铺放要求，调整芯材的方向，使存储的弹性势能能够发挥作用；
步骤三：在芯材铺设之后，芯材释放自身弹性势能，完成铺放。
进一步，所述步骤二中芯材应用于腹板时，铺放方向为：芯材产生弹力作用的方向应为腹板的弦长方向。
进一步，所述步骤二中芯材应用于蒙皮时，铺放方向为：在主梁边缘铺放该种芯材时，芯材产生弹力作用的方向为风电叶片主模具的弦长方向。
进一步，在除主梁边缘外的其余部位铺放该种芯材时，芯材产生弹力作用的方向为风电叶片主模具的轴长方向。
进一步，所述步骤三中，芯材在回弹力的作用下贴实旁边的芯材、主梁边缘、弧形和拐角处。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1.本发明的芯材结构及其铺放方法通过将硬质板材设置于外侧，并将硬质板材和弹性板材间隔设置，能够使芯材在保持强度的同时具备一定的弹性势能，在芯材铺放前将其沿弹性方向压缩，铺放后随着弹性势能的释放，芯材在弹力作用下能够大幅减小铺放后芯材与主梁边缘、弧形和拐角处之间，以及芯材与芯材之间的间隙，有效避免了灌注成型之后形成富树脂，提高了风电叶片的整体性能和使用寿命。
2.本发明的芯材结构及其铺放方法通过将硬质板材和弹性板材间隔设置，结构简单，易于生产，并且铺放时能够大幅减小铺放时间，铺放之后能够降低发生质量问题的概率，有效避免缺陷修补，进而提高了生产效率。
3.本发明的芯材结构及其铺放方法通过使用具备弹性势能的芯材，大幅减小了芯材的铺放间隙，铺放之后进行灌注成型时能够减少灌注树脂的用量，降低风电叶片的生产成本。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1、硬质板材，2、弹性板材。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示的一种风电叶片芯材结构，包括硬质板材1和弹性板材2，硬质板材1与弹性板材2间隔排列设置，硬质板材1设置于外侧，弹性板材2的数量可以根据需求进行选择，可以设置一层，外侧设置硬质板材1，也可以设置多层，使用硬质板材1配合进行间隔设置即可；硬质板材1与弹性板材2之间可以通过粘接胶将其粘接成为一个整体，亦可以不粘接，在芯材铺设时将硬质板材1与弹性板材2拼接排列设置即可。
为了满足使用需求，硬质板材1和弹性板材2的宽度、厚度和长度可以是相同尺寸均匀分布，也可以任意尺寸搭配分布。为适合蒙皮和腹板模具型腔尺寸，方便操作和达到预期效果，可以将硬质板材1与弹性板材2根据铺放位置的型腔尺寸加工为尺寸不等的形状，形成与模具相匹配的芯材。
为了使得芯材能够在铺放后通过回弹力的作用贴实旁边的芯材、主梁边缘、弧形和拐角处，避免由于芯材铺设间隙而形成富树脂，通过设置弹性板材2，使芯材在硬质板材1和弹性板材2排列方向具备弹性应力。
为了能够满足风电叶片生产需求，硬质板材1可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、轻木(BALSA)、聚甲基丙烯亚胺(PM I)、聚醚酰亚胺(PE I)、丙烯腈--苯乙烯(SAN)、聚苯乙烯(PS)、纤维增强复合材料中的任意一种材料制成的板材。
为了使弹性板材2在满足叶片生产需求的同时具备优异的弹性势能，弹性板材2可以是硅胶、橡胶、泡沫塑料中的任意一种材料制成的板材。
上述风电叶片芯材结构的铺放方法，包括以下几个步骤：
步骤一：在铺放前在硬质板材1和弹性板材2排列设置的方向给与外力使芯材中的弹性板材2发生弹性形变，储存一定的弹性势能；
步骤二：在芯材铺放时，根据腹板、蒙皮的铺放要求，调整芯材的方向，使储存的弹性势能在芯材铺设后能够发挥回弹作用而减小芯材间隙，即：将此芯材应用于腹板时，芯材产生弹力作用的方向应为腹板的弦长方向；将此芯材应用于蒙皮时，在主梁边缘铺放该种芯材时，芯材产生弹力作用的方向为风电叶片主模具的弦长方向，在除主梁边缘外的其余部位铺放该种芯材时，芯材产生弹力作用的方向为风电叶片主模具的轴长方向；
步骤三：在芯材铺放完成后，芯材释放弹性板材2存储的弹性势能，在回弹力的作用下使得芯材能够贴实旁边的芯材、主梁边缘、弧形和拐角处，进而大幅减小芯材与主梁边缘、弧形和拐角处之间，以及芯材与芯材之间的间隙，避免了灌注成型之后形成富树脂，整体提升风电叶片质量及使用寿命。
表1、2、3分别为在80.5型号叶片蒙皮试验件、80.8型号叶片蒙皮试验件、80.8型号叶片后缘腹板试验件制作过程中应用本发明所述芯材结构及铺放方法，所获得的芯材间隙数据。
由表中数据可以看出：将本发明专利的芯材结构及铺放方法应用于风电叶片生产时，铺设的芯材间隙平均值可控制在2mm以内，而在本技术领域内，使用常规芯材铺设后，芯材间隙一般只能控制在3mm以内，因此，将本发明专利的芯材结构及铺放方法应用于风电叶片生产时，大幅减小了芯材间隙，进而减少了树脂灌注量，降低了生产成本，且能够有效避免富树脂现象的发生。
表1 8月2日80.5型号叶片蒙皮试验件芯材间隙数据表
| 位置(m) | 前缘(mm) | 前缘梁边(mm) | 后缘(mm) | 后缘梁边(mm) |
| 2.61 | 1.5 | 1.4 | 2.1 | 1.5 |
| 3.22 | 1.4 | 2.2 | 1.6 | 2.1 |
| 3.83 | 1.7 | 1.7 | 1.9 | 1.8 |
| 4.44 | 1.8 | 1.6 | 2.3 | 1.7 |
| 5.05 | 1.7 | 1.5 | 1.5 | 1.9 |
| 5.66 | 1.6 | 1.8 | 1.8 | 1.6 |
| 6.27 | 1.8 | 1.9 | 1.5 | 2.1 |
| 6.88 | 2.1 | 2.1 | 1.7 | 2.3 |
| 7.49 | 2.2 | 22 | 1.6 | 2.5 |
| 8.1 | 1.9 | 2.3 | 1.8 | 2.6 |
| 8.71 | 2.1 | 2.1 | 1.7 | 1.9 |
| 9.32 | 1.7 | 2.1 | 2.1 | 1.4 |
| 9.93 | 1.5 | 1.7 | 2.2 | 1.5 |
| 10.54 | 2.3 | 1.6 | 2.1 | 1.5 |
| 11.15 | 2.1 | 1.8 | 2.3 | 1.4 |
| 11.76 | 2.2 | 1.9 | 2.2 | 1.5 |
| 12.37 | 2.1 | 1.5 | 1.9 | 1.3 |
| 12.98 | 2.2 | 1.4 | 1.7 | 1.4 |
| 13.59 | 1.8 | 1.8 | 1.6 | 1.5 |
| 14.2 | 1.5 | 1.7 | 1.8 | 1.6 |
| 14.81 | 1.7 | 1.9 | 1.9 | 1.7 |
| 15.42 | 1.4 | 2.1 | 2.1 | 1.9 |
| 16.03 | 1.8 | 2.5 | 2.2 | 2.2 |
| 16.64 | 1.7 | 2.1 | 1.7 | 2.5 |
| 17.25 | 1.7 | 1.7 | 2.1 | 2 |
| 17.86 | 1.6 | 1.6 | 2.2 | 1.3 |
| 18.47 | 2.1 | 1.6 | 2.3 | 1.8 |
| 19.08 | 2.1 | 1.5 | 2.1 | 1.9 |
| 19.69 | 2.4 | 2.4 | 1.4 | 1.6 |
| 20.3 | 2.4 | 2.1 | 1.5 | 1.9 |
| 平均值 | 1.87 | 1.86 | 1.90 | 1.80 |
表2 8月17日80.8型号叶片蒙皮试验件芯材间隙数据表
| 位置(m) | 前缘(mm) | 前缘梁边(mm) | 后缘(mm) | 后缘梁边(mm) |
| 2.61 | 2.1 | 1.9 | 1.3 | 1.8 |
| 3.22 | 2.3 | 1.6 | 1.6 | 1.7 |
| 3.83 | 2.2 | 1.7 | 1.9 | 1.9 |
| 4.44 | 2.5 | 1.6 | 1.7 | 2 |
| 5.05 | 1.8 | 1.9 | 1.5 | 2.2 |
| 5.66 | 1.7 | 1.4 | 2.1 | 2.2 |
| 627 | 1.9 | 1.8 | 1.8 | 2.1 |
| 6.88 | 1.8 | 1.8 | 2.3 | 2.3 |
| 7.49 | 1.3 | 1.9 | 1.4 | 1.7 |
| 8.1 | 1.9 | 2.1 | 2.6 | 2.7 |
| 8.71 | 1.8 | 2.2 | 2.4 | 1.3 |
| 9.32 | 2.1 | 2.6 | 1.4 | 1.7 |
| 9.93 | 2.1 | 1.4 | 1.7 | 1.6 |
| 10.54 | 1.7 | 1.8 | 2.9 | 1.3 |
| 11.15 | 1.9 | 1.9 | 1.4 | 1.7 |
| 11.76 | 2.2 | 2.1 | 1.8 | 2.1 |
| 12.37 | 1.8 | 2.4 | 2.2 | 2.4 |
| 12.98 | 1.8 | 2.1 | 2.5 | 2.1 |
| 13.59 | 1.9 | 2.4 | 1.7 | 1.6 |
| 14.2 | 1.1 | 1.4 | 1.9 | 1.7 |
| 14.81 | 1.7 | 1.7 | 2.1 | 1.5 |
| 15.42 | 2.1 | 1.6 | 2.1 | 2.1 |
| 16.03 | 1.9 | 1.7 | 1.6 | 2.4 |
| 16.64 | 1.6 | 1.9 | 1.4 | 2.1 |
| 17.25 | 1.9 | 1.8 | 1.9 | 2.1 |
| 17.86 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
| 18.47 | 1.4 | 1.9 | 1.1 | 2.1 |
| 19.08 | 1.8 | 2.3 | 2.5 | 1.3 |
| 19.69 | 1.7 | 2.5 | 2.2 | 2 |
| 20.3 | 1.6 | 1.8 | 1.9 | 2.1 |
| 平均值 | 1.84 | 1.90 | 1.89 | 1.92 |
表3 8月16日80.8型号叶片后缘腹板试验件芯材间隙数据表
| 位置(m) | 迎风面翻边侧(mm) | 中间(mm) | 背风面翻边侧(mm) |
| 2.61 | 1.6 | 0.9 | 1.9 |
| 3.22 | 1.7 | 1.8 | 1.5 |
| 3.83 | 1.3 | 1.3 | 1.6 |
| 4.44 | 1 | 1.4 | 1.4 |
| 5.05 | 1.4 | 1.3 | 1.8 |
| 5.66 | 1.2 | 1.6 | 1.4 |
| 6.27 | 1.6 | 1 | 1.7 |
| 6.88 | 1.6 | 1.4 | 1.4 |
| 7.49 | 1.4 | 1.2 | 1.9 |
| 8.1 | 1.6 | 1.4 | 2 |
| 8.71 | 1.8 | 1.7 | 0.5 |
| 9.32 | 1.9 | 1.6 | 1.7 |
| 9.93 | 1.3 | 2.1 | 1.7 |
| 10.54 | 1.4 | 1.6 | 1.9 |
| 11.15 | 1.5 | 1.8 | 2.1 |
| 11.76 | 1.6 | 1.5 | 2.1 |
| 12.37 | 1.5 | 1.7 | 1.7 |
| 12.98 | 1.5 | 1.8 | 2 |
| 13.59 | 1.5 | 1.6 | 1.7 |
| 14.2 | 1.9 | 1.3 | 1.5 |
| 14.81 | 1.4 | 1.8 | 1.6 |
| 15.42 | 0.9 | 1.5 | 1.4 |
| 16.03 | 1.5 | 1.5 | 1.3 |
| 16.64 | 1.3 | 1.5 | 1.5 |
| 17.25 | 1.6 | 1.8 | 1.7 |
| 17.86 | 1.4 | 1.3 | 1.9 |
| 18.47 | 1.8 | 1.8 | 1.4 |
| 19.08 | 1.7 | 2.2 | 1.2 |
| 19.69 | 1.4 | 2.1 | 1.5 |
| 20.3 | 1.6 | 1.5 | 1.5 |
| 平均值 | 1.50 | 1.57 | 1.62 |
Claims (10)
1.一种风电叶片芯材结构，其特征在于：包括硬质板材(1)和弹性板材(2)，所述硬质板材(1)、弹性板材(2)间隔排列设置，所述硬质板材(1)设置于外侧。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片芯材结构，其特征在于：所述弹性板材(2)不少于一层。
3.根据权利要求1所述的一种风电叶片芯材结构，其特征在于：所述硬质板材(1)和弹性板材(2)排列方向具备弹性应力。
4.根据权利要求1所述的一种风电叶片芯材结构，其特征在于：所述硬质板材(1)为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、轻木(BALSA)、聚甲基丙烯亚胺(PMI)、聚醚酰亚胺(PEI)、丙烯腈--苯乙烯(SAN)、聚苯乙烯(PS)、纤维增强复合材料中任意一种材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种风电叶片芯材结构，其特征在于：所述弹性板材(2)为硅胶、橡胶、泡沫塑料中任意一种材料制成。
6.根据权利要求1—5中任一所述的一种风电叶片芯材结构的铺放方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：在铺放前给予外力使芯材在所述硬质板材(1)与弹性板材(2)排列方向发生弹性形变，储存弹性势能；
步骤二：芯材铺放时，根据腹板、蒙皮的铺放要求，调整芯材的方向，使弹性势能能够发挥作用；
步骤三：在芯材铺设之后，芯材释放自身弹性势能，完成铺放。
7.根据权利要求6所述的一种风电叶片芯材结构的铺放方法，其特征在于：所述步骤二中芯材应用于腹板时，铺放方向为：芯材产生弹力作用的方向应为腹板的弦长方向。
8.根据权利要求6所述的一种风电叶片芯材结构的铺放方法，其特征在于：所述步骤二中芯材应用于蒙皮时，铺放方向为：在主梁边缘铺放该种芯材时，芯材产生弹力作用的方向为风电叶片主模具的弦长方向。
9.根据权利要求8所述的一种风电叶片芯材结构的铺放方法，其特征在于：在除主梁边缘外的其余部位铺放该种芯材时，芯材产生弹力作用的方向为风电叶片主模具的轴长方向。
10.根据权利要求6所述的一种风电叶片芯材结构的铺放方法，其特征在于：所述步骤三中，芯材在回弹力的作用下贴实旁边的芯材、主梁边缘、弧形和拐角处。
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