一種多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片的制作方法
【專利摘要】一種多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，采用空心布局結(jié)構(gòu)，包括葉片蒙皮吸力邊、葉片蒙皮壓力邊、主承力結(jié)構(gòu)大梁和抗剪切腹板，由葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成一個截面為流線型的空腔結(jié)構(gòu)，在葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成的空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)布置有由主承力結(jié)構(gòu)大梁和抗剪切腹板組合形成的支撐結(jié)構(gòu)；所述葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊都是采用多段組合結(jié)構(gòu)，通過多段分別與主承力結(jié)構(gòu)大梁的側(cè)面連接在一起形成葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊整體。與現(xiàn)有技術(shù)相比本實用新型提供的葉片結(jié)構(gòu)，在保證葉片結(jié)構(gòu)剛度、強度安全的前提下，減輕葉片質(zhì)量、提高葉片頻率，降低葉片載荷，并克服了因更換高強、高模材料引起的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足。
【專利說明】一種多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的部件，尤其涉及一種多梁結(jié)構(gòu)的大尺寸加長 型風(fēng)電葉片的制作方法及風(fēng)電葉片。屬于風(fēng)電設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 眾所周知，風(fēng)電葉片正朝著大型化方向發(fā)展，即使在發(fā)電功率不變的情況下，葉片 尺寸也在不斷加大、加長。隨著葉片尺寸的變化，葉片更加細長、柔軟，為滿足剛度、強度、穩(wěn) 定性要求，須增加結(jié)構(gòu)鋪層，尤其增加靠近葉尖鋪層，這勢必會導(dǎo)致葉片重量增加，質(zhì)心更 加靠近葉尖，頻率更低，同時，隨著重量增加，疲勞載荷也會隨之增大，特別是擺振方向疲勞 載荷，增加更加明顯。
[0003] 目前，為了減小葉片載荷，最常用的方法是將葉片主承力結(jié)構(gòu)更換葉片增強材料， 如采用高強、高模纖維材料代替普通玻璃纖維，從而降低葉片重量，達到降低葉片載荷目 的。但是，在結(jié)構(gòu)上，如果沿用目前通用的鋪層方式又會導(dǎo)致新的問題，如在葉片大梁寬度 不變的情況下，大梁鋪層用碳纖維代替常用的普通玻璃纖維，因材料更換，使得大梁厚度明 顯下降，葉片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性嚴重不足。
[0004] 因此，在大尺寸葉片氣動外形不變的前提下，找到一種科學(xué)、合理的方法，減輕葉 片重量，從而，提高葉片頻率，降低葉片疲勞載荷，對于設(shè)計大尺寸、加長型葉片結(jié)構(gòu)具有重 要的現(xiàn)實意義。
[0005] 通過專利檢索沒發(fā)現(xiàn)有與本實用新型相同技術(shù)的專利文獻報道，與本實用新型相 關(guān)的主要有以下幾個：
[0006] 1、專利號為CN201010106039. 3，名稱為"兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機多梁結(jié)構(gòu)玻璃鋼空 腹葉片及其生產(chǎn)方法"的實用新型專利，該專利公開了一種兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機多梁結(jié)構(gòu)玻 璃鋼空腹葉片，其包括兩片葉殼、固定于葉殼內(nèi)側(cè)的主梁，其改進之處在于沿葉殼縱向間隔 分布有若干肋，所述肋呈環(huán)形，其上下兩側(cè)面與兩葉殼的內(nèi)蒙皮和主梁膠接固定。采用空 腹肋結(jié)構(gòu)將原有整體受力的葉片改為小單位面積受力，并通過空腹肋這種結(jié)構(gòu)形式增強扭 力，提高葉片的強度，因此無需填充泡沫，從而葉片質(zhì)量大大降低，使空腹結(jié)構(gòu)在兆瓦級風(fēng) 機葉片上得以實施，葉片做大做長的難度顯著降低，且葉片的主梁是與殼體一體灌注成型。
[0007] 2、專利號為CN201120483523. 8,名稱為"一種2. OMW碳纖維風(fēng)力發(fā)電機葉片"的 實用新型專利，該專利公開了一種2. OMW碳纖維風(fēng)力發(fā)電機葉片，所述葉片由貼合葉片模 具的玻璃纖維布鋪設(shè)而成，葉片殼體中間的兩側(cè)鋪放有碳纖維主梁和玻璃纖維輔梁，所述 碳纖維主梁和玻璃纖維輔梁之間填充輕木，碳纖維主梁和玻璃纖維輔梁采用雙剪切腹板形 成雙工字結(jié)構(gòu)。本實用新型由于碳纖維提供了的足夠的強度而減輕了傳統(tǒng)葉片鋪層時玻璃 纖維過多過厚的因素，降低了葉片中樹脂的用量，因而能減輕重量約2000Kg ;同時葉片無 預(yù)彎，更方便運輸，提高了氣動效率，Cpmax最大值能達到0.49,增加了發(fā)電量，另外，由于 葉片剛度大，葉片運行時不易碰撞塔筒，安全性更高。
[0008] 3、專利號為CN201010532996. 2,名稱為"一種風(fēng)力發(fā)電機葉片"的實用新型專利， 該專利公開了一種風(fēng)力發(fā)電機葉片，所述風(fēng)力發(fā)電機葉片由復(fù)合材料制成，所述復(fù)合材料 包括多層纖維層和附著形成在所述多層纖維層上的基體材料；所述纖維層包括碳纖維和玻 璃纖維，所述碳纖維和玻璃纖維的體積比為1 : 4?4 : 1。本實用新型提供的風(fēng)力發(fā)電 機葉片中的纖維層包括碳纖維和玻璃纖維至少兩種纖維，碳纖維具有強度高和重量輕的優(yōu) 點；玻璃纖維具有韌性好的優(yōu)點，而且與樹脂具有良好的界面浸潤性。
[0009] 上述這些專利，其中第一個專利的多梁結(jié)構(gòu)中梁的個數(shù)為2個，整個結(jié)構(gòu)與本專 利關(guān)系不大；第二個專利的葉片結(jié)構(gòu)為2個主梁和2個輔梁，且輔梁鋪層采用玻璃纖維布， 與本專利提供的4個主梁且全碳纖維鋪層不同；第3個專利中隨提及了采用碳纖維，但只是 簡單地采用碳纖維與玻璃纖維混編在一起，用來制作整個葉片，但這樣一則并沒有有效改 變整體結(jié)構(gòu)的安全性，同樣存在葉片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性嚴重不足的問題，同時采用整體鋪設(shè)碳纖 維還將使得制作成本上升許多，不利于推廣應(yīng)用。因此如何合理利用碳纖維的特性，在提高 大型風(fēng)電葉片的承載性能的同時，又能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，合理地減輕葉片重量，仍是值得 研宄探討的課題。 實用新型內(nèi)容
[0010] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有大尺寸、加長型風(fēng)電葉片的葉片結(jié)構(gòu) 穩(wěn)定性嚴重不足和成本過高的問題，提供一種能即可有效減輕葉片重量，又可以提高風(fēng)電 葉片結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的風(fēng)電葉片，該風(fēng)電葉片既可以實現(xiàn)提高葉片頻率，降低葉片載荷，又可降 低生產(chǎn)成本。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，采用空 心布局結(jié)構(gòu)，包括葉片蒙皮吸力邊、葉片蒙皮壓力邊、主承力結(jié)構(gòu)大梁和抗剪切腹板，由葉 片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成一個截面為流線型的空腔結(jié)構(gòu)，在葉片蒙皮吸力 邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成的空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)布置有由主承力結(jié)構(gòu)大梁和抗剪切腹板組合 形成的支撐結(jié)構(gòu)；其特點在于，所述葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊都是采用多段組合 結(jié)構(gòu)，通過多段分別與主承力結(jié)構(gòu)大梁的側(cè)面連接在一起形成葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮 壓力邊整體。
[0012] 進一步地，所述的主承力結(jié)構(gòu)大梁為四個葉片大梁組合形成，其中在葉片蒙皮吸 力邊上布置有第一葉片大梁和第二葉片大梁，在葉片蒙皮壓力邊上布置有第三葉片大梁何 第四葉片大梁，四個葉片大梁與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的連接為側(cè)面連接，使 得四個葉片大梁分別成為葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的一部分。
[0013] 進一步地，所述的四個葉片大梁與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的連接為粘 結(jié)連接，四個葉片大梁的兩個側(cè)面分別與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的側(cè)面以等截 面形式通過樹脂膠粘劑粘結(jié)在一起。
[0014] 進一步地，所述的葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊都是采用多段組合結(jié)構(gòu)是將 葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊分別分成三段，分別為葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力 邊前段、大梁之間區(qū)域段和葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊尾部段。
[0015] 進一步地，所述的大梁之間區(qū)域段采用夾層結(jié)構(gòu)，夾層中夾芯厚度依據(jù)葉片載荷 通過穩(wěn)定性計算優(yōu)化確定。
[0016] 進一步地，所述的抗剪切腹板分別放置于葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的對 應(yīng)葉片大梁中部，使得四個葉片大梁形成兩個"工"字結(jié)構(gòu)的支撐大梁。
[0017] 進一步地，所述的葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的尾部分別布置有后緣承力 結(jié)構(gòu)小梁，后緣承力結(jié)構(gòu)小梁分別連接在葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊尾部中間一 段，形成葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊尾部的一部分。
[0018] 進一步地，所述的后緣承力結(jié)構(gòu)小梁與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊是粘結(jié) 連接的，后緣承力結(jié)構(gòu)小梁的兩個側(cè)面分別與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的尾部側(cè) 面通過膠粘劑粘結(jié)在一起。
[0019] 進一步地，所述的四個葉片大梁與后緣承力結(jié)構(gòu)小梁是采用碳纖維鋪層并固化而 成，且碳纖維布的面密度小于玻璃纖維布的面密度。
[0020] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：本實用新型提供的葉片結(jié)構(gòu)，采取了多 段蒙皮與葉片大梁側(cè)面相接的組合結(jié)構(gòu)，這樣有效改變了蒙皮的受力情況，且可以根據(jù)每 一段的受力情況，分別制作不同段的蒙皮；這樣在保證葉片結(jié)構(gòu)剛度、強度安全的前提下， 實現(xiàn)了減輕葉片質(zhì)量、提高葉片頻率，降低葉片載荷的目的，并克服了因更換高強、高模材 料引起的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足的問題；適合于大尺寸、加長型葉片，能明顯減輕葉片重量，降低 葉片載荷。且該葉片結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的雙大梁結(jié)構(gòu)改為4個梁結(jié)構(gòu)，并將大梁直接從側(cè)面與蒙 皮粘接起來，減小了大梁寬度，增加了鋪層厚度，并在大梁間區(qū)域采用夾層結(jié)構(gòu)，提高了葉 片整體的抗屈曲失穩(wěn)能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1為本實用新型提供的葉片結(jié)構(gòu)橫截面示意圖。
[0022] 圖2為本實用新型提供的沿葉片展向結(jié)構(gòu)示意圖（吸力邊)。
[0023] 圖3為本實用新型提供的沿葉片展向結(jié)構(gòu)示意圖(壓力邊)。
[0024] 圖例說明
[0025] 1、吸力邊靠前緣大梁；2、吸力邊靠后緣大梁；3、吸力邊后緣小梁；4、壓力邊靠前 緣大梁；5、壓力邊靠后緣大梁；6、壓力邊后緣小梁；7、靠前緣腹板；8、靠后緣腹板；9、吸力 邊大梁間區(qū)域；10、壓力邊大梁間區(qū)域；11、葉片蒙皮吸力邊；12、葉片蒙皮壓力邊。

【具體實施方式】
[0026] 以下結(jié)合說明書附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0027] 圖1為本實施例葉片殼體結(jié)構(gòu)橫截面示意圖，圖2、圖3為其葉片殼體結(jié)構(gòu)沿展向 分布示意圖。
[0028] 通過附圖可以看出，本實用新型提供了一種多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，采用空心 布局結(jié)構(gòu)，包括葉片蒙皮吸力邊（11)、葉片蒙皮壓力邊（12)、主承力結(jié)構(gòu)大梁（1、2、4、5)、 抗剪切腹板（7、8)、后緣承力結(jié)構(gòu)小梁（3、6)。主承力結(jié)構(gòu)大梁（1、2、4、5)分為四個葉片結(jié) 構(gòu)大梁，本實施葉片結(jié)構(gòu)大梁寬度為0. 31m，大梁總長度為52. 51m，大梁的鋪層單向碳纖維 鋪設(shè)，即0°纖維與葉片大梁中心線一致，碳纖維布面密度為600g/ Hf。
[0029] 本實施例中的葉片結(jié)構(gòu)大梁寬度為0. 31m，大梁總長度為52. 51m，大梁的鋪層單 向碳纖維鋪設(shè)，即0°纖維與葉片大梁中心線一致，碳纖維布面密度為600g/ m2。
[0030] 本實施例中的吸力邊大梁間區(qū)域9和壓力邊大梁間區(qū)域10分別采用夾層結(jié)構(gòu)，該 區(qū)域?qū)挾?. 29m，夾層中夾芯采用碳纖維布面，夾層中夾芯厚度依據(jù)葉片載荷通過穩(wěn)定性計 算優(yōu)化確定。
[0031] 本實例實施中，為了減輕葉片的重量，葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊四個葉 片大梁采用碳纖維布鋪設(shè)并固化而成，并且碳纖維布的面密度小于玻璃纖維布的面密度。 在一個優(yōu)選的實施例中，碳纖維布的面密度為600g/ m2,玻璃纖維布的面密度1215g/ m2。優(yōu) 先地，使用環(huán)氧樹脂作為灌注樹脂通過真空灌注工藝以實現(xiàn)固化。
[0032] 本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)中完全使用玻璃纖維布的葉片相比，本實用新型的葉片將 大梁所用的玻璃纖維替換為面密度更小的碳纖維布，從而大大減小了葉片的重量。
[0033] 本實例實施制作中，先進行葉片結(jié)構(gòu)大梁制作，在完成了葉片結(jié)構(gòu)大梁預(yù)制后，將 抗剪切腹板粘結(jié)在葉片結(jié)構(gòu)大梁的內(nèi)面中間位置；再將預(yù)制好的葉片結(jié)構(gòu)大梁放置到依據(jù) 蒙皮制作的定位工裝中；在定位工裝模具中，大梁間夾層結(jié)構(gòu)、蒙皮與預(yù)制完成的大梁一起 鋪放、灌注。使得葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊形成多段組合結(jié)構(gòu)，且通過多段分別與 葉片結(jié)構(gòu)大梁的側(cè)面連接在一起形成葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊整體，并與葉片結(jié) 構(gòu)大梁和抗剪切腹板組合形成一個截面為流線型的空腔風(fēng)電葉片。
[0034] 在相同的風(fēng)場等級下，將本實用新型的葉片與現(xiàn)有技術(shù)中的葉片的性能進行了對 比，如表1所示?，F(xiàn)有技術(shù)中的葉片的壓力邊大梁與吸力邊大梁均僅使用玻璃纖維/環(huán)氧 樹脂體系灌注成型。
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，采用空心布局結(jié)構(gòu)，包括葉片蒙皮吸力邊、葉片蒙皮 壓力邊、主承力結(jié)構(gòu)大梁和抗剪切腹板，由葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成一 個截面為流線型的空腔結(jié)構(gòu)，在葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊組合形成的空腔結(jié)構(gòu)內(nèi) 布置有由主承力結(jié)構(gòu)大梁和抗剪切腹板組合形成的支撐結(jié)構(gòu)；其特征在于，所述葉片蒙皮 吸力邊與葉片蒙皮壓力邊都是采用多段組合結(jié)構(gòu)，通過多段分別與主承力結(jié)構(gòu)大梁的側(cè)面 連接在一起形成葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊整體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的主承力結(jié)構(gòu) 大梁為四個葉片大梁組合形成，其中在葉片蒙皮吸力邊上布置有第一葉片大梁和第二葉片 大梁，在葉片蒙皮壓力邊上布置有第三葉片大梁何第四葉片大梁，四個葉片大梁與葉片蒙 皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的連接為側(cè)面連接，使得四個葉片大梁分別成為葉片蒙皮吸力 邊和葉片蒙皮壓力邊的一部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的四個葉片大 梁與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的連接為粘結(jié)連接，四個葉片大梁的兩個側(cè)面分別 與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的側(cè)面以等截面形式通過樹脂膠粘劑粘結(jié)在一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的葉片蒙皮吸 力邊與葉片蒙皮壓力邊都是采用多段組合結(jié)構(gòu)是將葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊分 別分成三段，分別為葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊前段、大梁之間區(qū)域段和葉片蒙皮 吸力邊與葉片蒙皮壓力邊尾部段。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的大梁之間區(qū) 域段采用夾層結(jié)構(gòu)，夾層中夾芯厚度依據(jù)葉片載荷通過穩(wěn)定性計算優(yōu)化確定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的抗剪切腹板 分別放置于葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的對應(yīng)葉片大梁中部，使得四個葉片大梁形 成兩個"工"字結(jié)構(gòu)的支撐大梁。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的葉片蒙皮吸 力邊和葉片蒙皮壓力邊的尾部分別布置有后緣承力結(jié)構(gòu)小梁，后緣承力結(jié)構(gòu)小梁分別連接 在葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力邊尾部中間一段，形成葉片蒙皮吸力邊與葉片蒙皮壓力 邊尾部的一部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的后緣承力結(jié) 構(gòu)小梁與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊是粘結(jié)連接的，后緣承力結(jié)構(gòu)小梁的兩個側(cè)面 分別與葉片蒙皮吸力邊和葉片蒙皮壓力邊的尾部側(cè)面通過膠粘劑粘結(jié)在一起。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的多梁結(jié)構(gòu)大尺寸風(fēng)電葉片，其特征在于，所述的四個葉片大 梁與后緣承力結(jié)構(gòu)小梁是采用碳纖維鋪層并固化而成，且碳纖維布的面密度小于玻璃纖維 布的面密度。
【文檔編號】F03D11/00GK204253287SQ201420594772
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】馮學(xué)斌, 彭超義, 曾竟成, 鄧航, 楊孚標, 張子謙 申請人:株洲時代新材料科技股份有限公司