CN113738572B - 一种风电叶片主梁、风电叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明具体公开了一种新型风电叶片主梁、风电叶片，电叶片主梁包括主梁拉挤板和芯材，主梁拉挤板与芯材连接成一整体；主梁拉挤板由多层碳玻纤混拉挤板叠加而成或者由多层碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板叠加而成；风电叶片包括腹板、叶片上壳体、叶片下壳体及电叶片主梁。本发明电叶片主梁采用碳玻纤混拉挤板或者碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板制作，具有轻量化，低成本，更高的模量、刚度和强度；采用碳玻纤混拉挤板可有效解决碳纤拉挤板和玻纤拉挤板之间模量差异带来的应力集中问题；主梁拉挤板两端设置有主梁拉挤板倒角并铺放倒角铺层，解决了拉挤板两侧和端面应力集中问题。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风电叶片主梁、风电叶片。
背景技术
随着海上风力资源的开发和陆上超低风资源的开发，风电叶片的发展趋势为大型化趋势。风电叶片越做越大，于是材料需要越多，重量也越大，可能会造成沉重的负荷，也会导致机组成本居高不下。轻量化、高强度和低成本成为了风电叶片发展的方向。而风电叶片主梁为主要承力结构，承载风电叶片的大部分弯曲载荷，风电叶片主梁的结构形式需要满足强度和刚度特性。
目前风电叶片主梁存在以下弊端：使用玻璃纤维或碳纤维，并采用铺层灌注工艺制作，由于主梁的叶片重量大，叶片载荷大，效率低，成本高；单独使用碳纤拉挤板制作，成本太高；单独使用玻纤拉挤板制作，随着风电叶片越来越长会出现模量和强度不够的情况；采用拉挤板制作的主梁，其结束和过渡位置存在应力集中，拉挤板材堆叠界面性能不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电叶片主梁、风电叶片，其电叶片主梁采用碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板制作，具有轻量化，低成本，更高的模量、刚度和强度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种风电叶片主梁，包括主梁拉挤板和芯材，所述主梁拉挤板与所述芯材连接成一整体；所述主梁拉挤板由多层碳玻纤混拉挤板叠加灌注而成或者由多层碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板叠加灌注而成；
所述碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板的叠加方式为碳纤拉挤板在风电叶片主梁的外侧，玻纤拉挤板在风电叶片主梁的内侧，碳玻纤混拉挤板在风电叶片主梁的中间或者碳纤拉挤板在风电叶片主梁的内侧，玻纤拉挤板在风电叶片主梁的外侧，碳玻纤混拉挤板在风电叶片主梁的中间；其中每一层碳纤拉挤板之间设有碳纤毡，玻纤拉挤板之间设有玻纤毡，玻纤毡和碳纤毡均大于碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板。
进一步，所述碳玻纤混拉挤板的叠加方式为碳纤面与碳纤面叠加，玻纤面与玻纤面叠加，碳纤面与碳纤面之间设有碳纤毡，玻纤面与玻纤面之间设有玻纤毡，碳纤毡和玻纤毡均大于碳玻纤混拉挤板。
进一步，所述碳玻纤混拉挤板一面为碳纤，一面为玻纤，所述碳纤占碳玻纤混拉挤板总厚度的1/4，所述碳玻纤混拉挤板的边为圆角。
进一步，所述主梁拉挤板两端设置有主梁拉挤板倒角，所述芯材一端设置有与所述主梁拉挤板倒角一致的芯材倒角，与所述主梁拉挤板连接形成一整体；所述主梁拉挤板与所述芯材连接处设置有倒角铺层。
进一步，所述主梁拉挤板倒角为在主梁拉挤板起始和结束位置厚度方向倒角为1:100。
进一步，所述倒角铺层超出主梁拉挤板倒角的结束位置和起始位置300mm以上；所述倒角铺层为玻璃纤维布。
本发明还提供一种风电叶片，包括腹板、叶片上壳体、叶片下壳体及上述的风电叶片主梁，所述风电叶片主梁设置两块，其中一块与叶片上壳体灌注连接，另一块与叶片下壳体灌注连接；所述腹板设置两块，两块所述腹板设置在两块所述风电叶片主梁之间，将叶片上壳体、叶片下壳体及风电叶片主梁固定连接成一整体。
本技术方案的有益效果在于：
本发明风电叶片主梁采用碳玻纤混拉挤板或者碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板制作，其机械性能好，纤维含量更高，模量和强度更高。本发明风电叶片主梁能够承受大叶片挥舞弯矩的作用，保证风电叶片主梁强度特性；同时保证大叶片挥舞方向的刚度特性，避免叶尖扰度过大而与塔架干涉。
碳纤拉挤板的密度比玻纤拉挤板小约30％，强度比玻纤拉挤板大40％，模量比玻纤拉挤板高3～8倍。本发明风电叶片主梁可发挥大型叶片高弹轻质的优点，以80m风电叶片为例，本发明风电叶片主梁重量可以降低12.06％，总成本可以降低10.47％。
本发明采用碳玻纤混拉挤板可有效解决碳纤拉挤板和玻纤拉挤板之间模量差异带来的应力集中问题，从而优化界面性能。
本发明主梁拉挤板两端设置有主梁拉挤板倒角，并铺放倒角铺层，解决了拉挤板两侧和端面应力集中问题。
本发明风电叶片主梁生产过程可实现自动化控制，材料利用率高，成本低效率高。
本发明风电叶片主梁质量稳定性好，可以耐受更严酷的高温工作环境，可靠性高。
本发明风电叶片主梁设计标准化模块化，设计更加灵活方便。
本发明主梁采用碳玻纤混拉挤板或者碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板制作，并在拉挤板与拉挤板之间设有碳纤毡或玻纤毡，可以将拉挤板与拉挤板之间的硬接触变成软接触，以提高拉挤板间界面的结合性。
附图说明
图1为本发明一种风电叶片主梁的结构示意图；
图2为本发明主梁拉挤板的结构示意图；A为采用碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板叠加而成，其中碳纤拉挤板在外侧，玻纤拉挤板在内侧，碳玻纤混拉挤板在中间；B为采用碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板叠加而成，其中碳纤拉挤板在内侧，玻纤拉挤板在外侧，碳玻纤混拉挤板在中间；C为采用碳玻纤混拉挤板叠加而成；
图3为本发明碳玻纤混拉挤板的结构示意图；
图4为本发明风电叶片的结构示意图。
实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：1、主梁拉挤板；2、芯材；3、碳纤拉挤板；4、玻纤拉挤板；5、碳玻纤混合拉挤板；51、碳纤；52、玻纤；6、碳纤毡；7、玻纤毡；8、主梁拉挤板倒角；9、倒角铺层；10、腹板；11、叶片上壳体；12、叶片下壳体。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
如附图1至附图3所示：一种风电叶片主梁，包括主梁拉挤板1和芯材2，主梁拉挤板1与芯材2连接成一整体；主梁拉挤板1由多层碳玻纤混拉挤板5叠加灌注而成或者由多层碳纤拉挤板3、玻纤拉挤板4及碳玻纤混拉挤板5叠加灌注而成。
如图2所示，碳纤拉挤板3、玻纤拉挤板4及碳玻纤混拉挤板5的叠加方式为碳纤拉挤板3在风电叶片主梁的外侧，玻纤拉挤板4在风电叶片主梁的内侧，碳玻纤混拉挤板5在风电叶片主梁的中间或者碳纤拉挤板3在风电叶片主梁的内侧，玻纤拉挤板4在风电叶片主梁的外侧，碳玻纤混拉挤板5在风电叶片主梁的中间；其中每一层碳纤拉挤3之间设有碳纤毡6，玻纤拉挤板4之间设有玻纤毡7，玻纤毡7和碳纤毡6均大于碳纤拉挤板3、玻纤拉挤板4及碳玻纤混拉挤板5。碳玻纤混拉挤板5的叠加方式为碳纤面与碳纤面叠加，玻纤面与玻纤面叠加，碳纤面与碳纤面之间设有碳纤毡6，玻纤面与玻纤面之间设有玻纤毡7，碳纤毡6和玻纤毡7均大于碳玻纤混拉挤板5。玻纤毡7和碳纤毡6均大于碳纤拉挤板3、玻纤拉挤板4及碳玻纤混拉挤板5，防止拉挤板两侧形成富树脂。
如图3所示，碳玻纤混拉挤板5一面为碳纤51，一面为玻纤52，碳玻纤混拉挤板5的边为圆角。碳玻纤混拉挤板5的制作方法为在牵引力的作用下，将浸树脂的玻纤和浸树脂的碳纤通过形状模具，再通过固化设备直接拉挤出碳玻纤混拉挤板，其中碳纤、玻纤混合比列和厚度根据强度和模量计算和测试得出均衡值，通常来说碳纤厚度比玻纤要薄，从而获得优异的综合力学性能，优选碳纤占碳玻纤混拉挤板5总厚度的1/4。
主梁拉挤板1两端设置有主梁拉挤板倒角8，芯材2一端设置有与主梁拉挤板倒角8一致的芯材倒角，与主梁拉挤板1连接形成一整体；主梁拉挤板1与芯材2连接处设置有倒角铺层9，提高粘接性能，可以防止应力集中。优选主梁拉挤板倒角8为在主梁拉挤板1起始和结束位置厚度方向倒角为1:100。倒角铺层9覆盖主梁拉挤板倒角8斜面并向起始和结束方向延伸，超出主梁拉挤板倒角8的结束位置和起始位置300mm以上；倒角铺层9为玻璃纤维布。
如图4所示，一种风电叶片，包括腹板10、叶片上壳体11、叶片下壳体12及上述的风电叶片主梁，风电叶片主梁设置两块，其中一块与叶片上壳体11灌注连接，另一块与叶片下壳体12灌注连接；腹板10设置两块，两块腹板10设置在两块风电叶片主梁之间，将叶片上壳体11、叶片下壳体12及风电叶片主梁固定连接成一整体。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.一种风电叶片主梁，其特征在于：包括主梁拉挤板和芯材，所述主梁拉挤板与所述芯材连接成一整体；所述主梁拉挤板由多层碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板叠加灌注而成；
所述碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板的叠加方式为碳纤拉挤板在风电叶片主梁的外侧，玻纤拉挤板在风电叶片主梁的内侧，碳玻纤混拉挤板在风电叶片主梁的中间或者碳纤拉挤板在风电叶片主梁的内侧，玻纤拉挤板在风电叶片主梁的外侧，碳玻纤混拉挤板在风电叶片主梁的中间；其中每一层碳纤拉挤板之间设有碳纤毡，玻纤拉挤板之间设有玻纤毡，玻纤毡和碳纤毡均大于碳纤拉挤板、玻纤拉挤板及碳玻纤混拉挤板；所述碳玻纤混拉挤板的叠加方式为碳纤面与碳纤面叠加，玻纤面与玻纤面叠加，碳纤面与碳纤面之间设有碳纤毡，玻纤面与玻纤面之间设有玻纤毡，碳纤毡和玻纤毡均大于碳玻纤混拉挤板。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片主梁，其特征在于：所述碳玻纤混拉挤板一面为碳纤，一面为玻纤，所述碳纤占碳玻纤混拉挤板总厚度的1/4，所述碳玻纤混拉挤板的边为圆角。
3.根据权利要求1所述的一种风电叶片主梁，其特征在于：所述主梁拉挤板两端设置有主梁拉挤板倒角，所述芯材一端设置有与所述主梁拉挤板倒角一致的芯材倒角，与所述主梁拉挤板连接形成一整体；所述主梁拉挤板与所述芯材连接处设置有倒角铺层。
4.根据权利要求3所述的一种风电叶片主梁，其特征在于：所述主梁拉挤板倒角为在主梁拉挤板起始和结束位置厚度方向倒角为1:100。
5.根据权利要求3所述的一种风电叶片主梁，其特征在于：所述倒角铺层超出主梁拉挤板倒角的结束位置和起始位置300mm以上；所述倒角铺层为玻璃纤维布。
6.一种风电叶片，其特征在于：包括腹板、叶片上壳体、叶片下壳体及权利要求1-5任一项所述的风电叶片主梁，所述风电叶片主梁设置两块，其中一块与叶片上壳体灌注连接，另一块与叶片下壳体灌注连接；所述腹板设置两块，两块所述腹板设置在两块所述风电叶片主梁之间，将叶片上壳体、叶片下壳体及风电叶片主梁固定连接成一整体。
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