一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，屬于風(fēng)力機(jī)葉片技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于一次性能源（石油、煤炭等）越來(lái)越短缺，可再生性能源的開(kāi)發(fā)利用成為人類 的共識(shí)，受到各國(guó)的極大關(guān)注。其中，風(fēng)能是目前最有商業(yè)開(kāi)發(fā)價(jià)值的一種再生性能源，必 將成為我國(guó)能源開(kāi)發(fā)利用的一個(gè)重點(diǎn)。
[0003] 風(fēng)力發(fā)電是把分散的風(fēng)能收集起來(lái)做機(jī)械功，再轉(zhuǎn)化為電能，從而可被人類直接 利用。葉片在風(fēng)力發(fā)電機(jī)中占有舉足輕重的地位。葉片的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量水平，是風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)水平代表。通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，單位能量密度比較低的風(fēng)能可 以集中起來(lái)形成強(qiáng)大的旋轉(zhuǎn)機(jī)械功，再帶動(dòng)電機(jī)，產(chǎn)生風(fēng)電。由于空氣的密度很小，風(fēng)力發(fā) 電機(jī)葉片必須要有足夠大的表面面積，才可能產(chǎn)生風(fēng)電的規(guī)模效益。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉 片通常都是很長(zhǎng)、面積龐大。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)向大功率和/或低速風(fēng)場(chǎng)方向發(fā)展，葉片尺寸 的不斷增大，葉片受到的載荷隨之增大，如何降低葉片的自重，同時(shí)保證葉片在強(qiáng)風(fēng)場(chǎng)中也 具有足夠的剛度、強(qiáng)度尤其是抗疲勞強(qiáng)度、以及穩(wěn)定性，是葉片設(shè)計(jì)與制造面臨的關(guān)鍵問(wèn)題 所在。
[0004] 查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)專利技術(shù)，目前，專利（【申請(qǐng)?zhí)枴緾N101749173、CN102465826A、 CN 101539116A、CN 101526070A、US2010104447 和 US7758313B2)主要涉及碳纖維在大梁 上應(yīng)用的成型工藝，其中CN101749173具體介紹了一種主梁結(jié)構(gòu)形式，與本實(shí)用新型不 同，US2010104447提及到了碳纖維和玻璃纖維混雜，但未見(jiàn)具體碳纖維、玻璃纖維混雜的 實(shí)施方法，并未涉及碳纖維、玻璃纖維混雜的風(fēng)力機(jī)葉片前后緣輔梁設(shè)計(jì)的報(bào)道。
[0005] 為了提高風(fēng)力機(jī)葉片的承載能力，在葉片主梁區(qū)域增加碳纖維以提高其揮舞方向 性能，實(shí)際中，純用碳纖維制作風(fēng)力機(jī)葉片大梁，碳纖維用量很高，綜合成本然較高，同時(shí)較 厚的純碳纖維增強(qiáng)風(fēng)力機(jī)葉片大梁對(duì)灌注工藝要求較高，生產(chǎn)過(guò)程中廢品率高；同時(shí)揮舞 性能提高的同時(shí)如何提高擺陣性能也不容忽視，因此，如何提高擺陣剛度、如何降低主梁碳 纖維灌注工藝技術(shù)難度、以及如何在葉片設(shè)計(jì)中優(yōu)化利用碳纖維，用較低成本換來(lái)較大的 效益，是需要研宄的。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合材料 風(fēng)力機(jī)葉片，以提高葉片在擺陣方向的強(qiáng)剛度。
[0007] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：
[0008] 一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，包括上下殼體、前后緣輔梁、上下主梁、芯材，其中上下 殼體為夾層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)表面和外表面蒙皮、位于蒙皮中間的芯材以及位于芯材同一鋪層 上的上下主梁；上下主梁連線通過(guò)殼體截面的剪切中心，連接上下主梁設(shè)有腹板，前后緣輔 梁內(nèi)嵌于上下殼體的內(nèi)表面蒙皮，前后緣輔梁和上下主梁之間由加強(qiáng)帶連接，葉片兩端為 葉根及葉尖。
[0009] 所述上下主梁由碳纖維和玻纖材料鋪層按厚度比例為1/4-2/1構(gòu)成。
[0010] 所述上下主梁從葉根至葉尖寬度逐漸變窄。
[0011] 前后緣輔梁區(qū)域可從葉根到葉尖全長(zhǎng)，或其中局部的一段區(qū)域。
[0012] 前后緣輔梁區(qū)域的厚度從葉根到葉尖方向上遞減，或呈周期性的增、減。
[0013] 加強(qiáng)帶的厚度不大于前后緣輔梁厚度。
[0014] 本實(shí)用新型的有益效果：
[0015] (1)本實(shí)用新型在揮舞和擺陣方向同時(shí)提高了葉片的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)隨形鋪設(shè) 在葉片上下殼體內(nèi)加強(qiáng)帶，使上下主梁和前后緣輔梁構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，抗彎抗扭性能 進(jìn)一步提尚。
[0016] (2)本實(shí)用新型主梁采用一定的碳纖維和玻纖材料厚度比例間隔鋪層，在工藝上 降低了較厚的純碳纖維增強(qiáng)風(fēng)力機(jī)葉片大梁對(duì)灌注工藝難度，提高了生產(chǎn)過(guò)程中合格率。
[0017] (3)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)性風(fēng)力機(jī)價(jià)比高、實(shí)用性強(qiáng)、適用性廣。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本實(shí)用新型的葉片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2為本實(shí)用新型葉片結(jié)構(gòu)X-X剖面示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)敘述。
[0021] 一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，包括上下殼體、前后緣輔梁6、上下主梁3、芯材2,其中 上下殼體為夾層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)表面和外表面蒙皮、位于蒙皮中間的芯材2以及位于芯材2同 一鋪層上的上下主梁3 ;上下主梁3連線通過(guò)殼體截面的剪切中心，上下主梁3由碳纖維和 玻纖材料鋪層按厚度比例為1/4-2/1構(gòu)成，上下主梁3從葉根至葉尖寬度逐漸變窄；連接上 下主梁3設(shè)有腹板8,前后緣輔梁6內(nèi)嵌于上下殼體的內(nèi)表面蒙皮，前后緣輔梁6和上下主 梁3之間由加強(qiáng)帶7連接，加強(qiáng)帶7的厚度不大于前后緣輔梁6厚度，葉片兩端為葉根及葉 尖。前后緣輔梁6區(qū)域可從葉根到葉尖全長(zhǎng)，或其中局部的一段區(qū)域。前后緣輔梁（6)區(qū) 域的厚度從葉根到葉尖方向上遞減，或呈周期性的增、減。
[0022] 采用具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行制作的步驟為：
[0023] 第一步：材料準(zhǔn)備，模具準(zhǔn)備；
[0024] 第二步：制備葉片上下主梁3和前后腹板8,其中主梁采用的鋪層順序?yàn)椋–2\B)循 環(huán)，主梁3從距離葉根2m處開(kāi)始至距離葉根57m處結(jié)束，主梁3在距離葉根2m-40m之間寬 度為500mm，在距離葉根40m-57m之間主梁3寬度從500mm線性變化至400mm ;
[0025] 第三步：制備葉片上下殼體
[0026] A.材料鋪放：鋪設(shè)葉片最外側(cè)玻璃纖維織物鋪層，之后在前后緣輔梁6區(qū)域鋪設(shè) (C2\B)循環(huán)的4層單向布，同時(shí)在葉片最大弦寬和葉片長(zhǎng)度1/3處分別設(shè)置300mm寬的加 強(qiáng)帶7連接于主梁3和前后緣輔梁6之間；在主梁3、前后緣輔梁6和加強(qiáng)帶7之間鋪放芯 材2 ;最后鋪設(shè)葉片最內(nèi)側(cè)玻璃纖維織物鋪層；
[0027] B.復(fù)合材料成型：采用真空灌注工藝，灌注環(huán)氧樹(shù)脂，固化。
[0028] 第四步：合模，先將前后腹板8用環(huán)氧專用膠固定于下殼體，再將葉片前后緣和腹 板8上翻邊涂膠，最后將上殼體壓覆在下殼體上，使葉片上殼、葉片下殼與梁切貼合良好， 室溫下固化。
[0029] 第五步：脫模、修整將經(jīng)得到本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片。
[0030] 其中：C2為碳纖維，B為玻纖材料。
[0031] 通過(guò)對(duì)上述實(shí)施例中的葉片進(jìn)行有限元計(jì)算分析，得到結(jié)果如下：
[0032] 表1性能對(duì)比數(shù)據(jù)
[0033]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，包括上下殼體、前后緣輔梁（6)、上下主梁 (3)、芯材（2)，其中上下殼體為夾層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)表面和外表面蒙皮、位于蒙皮中間的芯材 (2)以及位于芯材（2)同一鋪層上的上下主梁（3);上下主梁（3)連線通過(guò)殼體截面的剪切 中心，連接上下主梁（3)設(shè)有腹板（8)，前后緣輔梁（6)內(nèi)嵌于上下殼體的內(nèi)表面蒙皮，前后 緣輔梁（6)和上下主梁（3)之間由加強(qiáng)帶（7)連接，葉片兩端為葉根及葉尖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，所述上下主梁（3)由碳 纖維和玻纖材料鋪層按厚度比例為1/4-2/1構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，所述上下主梁（3)從葉 根至葉尖寬度逐漸變窄。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，前后緣輔梁（6)區(qū)域可 從葉根到葉尖全長(zhǎng)，或其中局部的一段區(qū)域。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，前后緣輔梁（6)區(qū)域的 厚度從葉根到葉尖方向上遞減，或呈周期性的增、減。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，其特征在于，加強(qiáng)帶（7)的厚度不大 于前后緣輔梁（6)厚度。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片，包括上下殼體、前后緣輔梁、上下主梁、芯材，其中上下殼體為夾層結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)表面和外表面蒙皮、位于蒙皮中間的芯材以及位于芯材同一鋪層上的上下主梁；上下主梁連線通過(guò)殼體截面的剪切中心，連接上下主梁設(shè)有腹板，前后緣輔梁內(nèi)嵌于上下殼體的內(nèi)表面蒙皮，前后緣輔梁和上下主梁之間由加強(qiáng)帶連接，葉片兩端為葉根及葉尖。本實(shí)用新型在揮舞和擺陣方向同時(shí)提高了葉片的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)隨形鋪設(shè)在葉片上下殼體內(nèi)加強(qiáng)帶，使上下主梁和前后緣輔梁構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，抗彎抗扭性能進(jìn)一步提高。
【IPC分類】F03D11-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204572349
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520070277
【發(fā)明人】許曉燕, 顏鴻斌, 黃汝超
【申請(qǐng)人】航天材料及工藝研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日