风力发电叶片及其制作方法与流程

本发明涉及一种叶片制作方法，尤其涉及一种风力发电叶片制作方法，本发明还涉及一种风力发电叶片。

背景技术：

随着风电行业的发展，行业竞争日益激烈，如何降低设计成本和制造成本是每个企业面临的难题。其中，在保证产品质量的前提下，如何提高主承力结构的承载能力和生产效率并实现减重是一直以来的核心问题。

使用高模量材料已经被作为一个可能的选择，得到发展和应用。真空导入成型的主梁帽制作由最初的普通E玻纤，发展到使用高模量的H玻纤或更高模量的碳纤维。这些高模量原材料的使用使得相同功率的叶片重量得到不同程度的降低，也推进了大型化叶片的不断更新。然而，材料的性能毕竟有其极限，不可能无限制的增加，另外，高性能的原材料往往意味着更高的材料成本，与叶片低成本发展趋势相背离。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种重量轻、成本低并能提高生产效率的风力发电叶片制作方法。

本发明的另一目的在于提供一种利用该制造方法生产的风力发电叶片。

为了实现上方发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，一种风力发电叶片制作方法，包括如下步骤：

提供由拉挤工艺制造的带材，所述带材包括树脂及纤维，且纤维的体积含量高于60％；

将所述带材切割为多种不同长度的片材，并将所述片材的两端加工为楔形；

将片材按照长度由大到小的顺序逐层堆叠在平面模具的表面上以形成多个片材层，相邻的两个片材层之间设有纤维织物层，并将堆叠完毕后的片材捆绑固定以形成主承力构件预制件；

将主承力构件预制件放入风力发电叶片半壳体模具，并制成风力发电叶片的上半壳体和下半壳体；

将上半壳体、下半壳体以及腹板粘接为完整的风力发电叶片。

根据本发明的一实施方式，所述片材的厚度为0.5～5mm，宽度为100～400mm。

根据本发明的一实施方式，每个所述片材层具有至少一个片材。

根据本发明的一实施方式，每个所述片材层内设置有多个片材，同一片材层内的相邻两片材之间的拼接缝小于3mm。

根据本发明的一实施方式，相邻的两个片材层内的片材在竖直方向上彼此交错。

根据本发明的一实施方式，相邻的两个片材层内的片材在竖直方向上彼此平齐。

根据本发明的一实施方式，制作所述片材使用的树脂为聚氨酯、乙烯基酯或环氧树脂，制作所述片材使用的纤维为普通E玻纤、H玻纤或碳纤维。

根据本发明的另一实施方式，将主承力构件预制件放入风力发电叶片半壳体模具前，还包括如下步骤：在一主承力构件模具上用真空灌注成型的方式将主承力构件预制件制作成主承力构件。

根据本发明的一实施方式，所述带材的方向与0°纤维方向一致。

根据本发明的另一个方面，一种风力发电叶片，所述风力发电叶片由上述风力发电叶片制作方法制成。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明风力发电叶片制作方法，通过使用纤维体积含量高于60％的带材，并将带材切割为不同长度的片材，将片材逐层堆叠后制成主承力构件预制件，能够提高制成风力发电叶片中的主承力构件的结构强度，从而提高风力发电叶片的承载力，进而在优化设计的基础上可以减轻风力发电叶片的重量，并且，还能够避免或减少真空灌注成型工艺中昂贵的碳纤维的使用，降低风电叶片的材料成本，同时简化风电叶片的制作方法降低人工 成，从而显著地降低制造成本并提高生产效率。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明一示例性实施方式的风力发电叶片的示意图；

图2是本发明一示例性实施方式的片材端面的纵向示意图；

图3是本发明一示例性实施方式的风力发电叶片的制作方法中的主承力构件预制件的纵向示意图；

图4是显示本发明一示例性实施方式中片材排列方式的横截面示意图；

图5是显示本发明另一示例性实施方式中片材排列方式的横截面示意图；

图6是显示本发明第三种示例性实施方式中片材排列方式的横截面示意图。

图中：1、片材；2、片材层；3、纤维织物层；4、上半壳体；5、下半壳体；6、腹板；7、主承力构件预制件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

参见图1至图6，本发明公开了一种风力发电叶片制作方法，用于制造一种重量轻、成本低并能够提高生产效率的风力发电叶片。本风力发电叶片制作方法包括如下步骤：

提供由拉挤工艺制造的带材，带材包括树脂及纤维，且纤维的体积含量高于60％；

将带材切割为多种不同长度的片材1，并将片材1的两端加工为楔形；

将片材1按照长度由大到小的顺序逐层堆叠在平面模具的表面上以形成 多个片材层2，相邻的两个片材层2之间设有纤维织物层3，并将堆叠完毕后的片材1捆绑固定以形成主承力构件预制件7；

将主承力构件预制件7放入风力发电叶片半壳体模具，并制成风力发电叶片的上半壳体4和下半壳体5；

将上半壳体4、下半壳体5以及腹板6粘接为完整的风力发电叶片。

在本风力发电叶片制作方法中，在拉挤制造带材时，该带材的纤维的体积含量高于60％，远高于真空灌注成型工艺或现有带材产品的纤维的体积含量，如此一来，就可以显著地提高结构强度，更进一步而言，该带材内的纤维的体积含量较佳可为61％～64％，在此范围内，带材具有较好的强度和较好的韧性，可达到最长的使用寿命。

带材中的树脂可为聚氨酯、乙烯基酯或环氧树脂，纤维可为普通E玻纤、H玻纤或碳纤维。并且，带材的方向与0°纤维方向一致，这样能够保证在纤维的体积含量较高的情况下能够顺利地拉挤成型，并且带材的强度达到最高。

由于本发明中的带材可以使用普通E玻纤来进行制造，其结构强度较高，用该带材来制造风力发电叶片时，能够降低带材的使用量，从而达到减轻风力发电叶片的重量的目的。

结合图2和图3可知，带材在使用时切割为不同长度的片材1，其中，片材1的厚度为0.5～5mm，但并不以此为限。参见图2可知，这些片材1的两端加工为楔形时，在风电叶片承受剪切力时，应力分布均匀，粘接面积大，承载能力高，片材层间过渡时比较平滑，可以使得风电叶片运行中力的传递比较平滑，能够避免产生应力集中，延长使用寿命。参见图3可知，用片材制备主承力结构件时，每个片材层的长度不同，片材长度由下至上逐渐减少，这样主承力结构件纵向界面类似为一个梯形，片材层的两端有厚度的过渡，同一片材层内的楔形大小一致，从而使应分分布更加均匀，承载力更高，减少内应力的集中。

结合图4、图5及图6可知，片材1在平面模具上逐层堆叠时，每个片材层2内至少具有一个片材1，在每个片材层2内的片材1可以有多种布置型式。参见图4可知，在本发明一示例性实施方式中，该片材1是一个整体，也就是说，每个片材层2内具有一个片材1。而参见图5及图6可知，在本 发明的其他实施方式中，每个片材层2内也可以具有多个片材1，同一片材层内的相邻两片材1之间的拼接缝小于3mm，每个片材1的宽度可为100～400mm。相邻的两个片材层2内的片材在竖直方向上可以如图5所示彼此平齐或者如图6所示彼此交错。在片材层2之间的纤维织物层3可选用单位面积重量小于等于200克每平方米的织物。纤维织物层3可为玻璃纤维或碳纤维织物、纤维预浸料等，尤其是±45°纤维织物。

本发明中的片材1在堆叠完毕后，直接用纤维条捆绑固定以形成主承力构件预制件7，可以将主承力构件预制件7铺设在一主承力结构件模具上，然后铺放导流系统抽真空后灌注树脂，用真空灌注成型的方式制成一主承力构件，然后再放入风力发电叶片半壳体模具内。但是，也可以使该主承力构件预制件7不需要该预先灌注树脂固化，而是在制作风力发电叶片的上半壳体4和下半壳体5时，直接在风力发电叶片半壳体模具内形成主承力构件，这样就省略了预先灌胶固化所需的模具和加工工序，有效地降低了成本，提高了生产效率。

清理风力发电叶片半壳体模具的表面后，在表面擦拭脱模剂，并在前后缘及叶根等位置处铺放脱模布，然后按照风力发电叶片的铺层设计铺放下层玻璃纤维织物，然后放置主承力构件定位工装，用吊装设备将主承力构件预制件7吊装到风力发电叶片中主承力构件的位置处，然后去除吊装设备和吊带，在主承力构件预制件7的两侧铺放芯材，然后去除主承力构件预制件7上表面的柔性刚板，纤维条带可保留或去除，然后铺放上层玻璃纤维织物，接着铺放脱模布、多孔膜、导流系统、第一真空膜、导气材料和第二真空膜等辅助材料，然后铺放真空膜抽真空灌注树脂。当风力发电叶片壳体浸渍完全后，在第二真空膜上面整体覆盖保温材料，然后加热固化形成风力发电叶片的下半壳体5。同样的工艺制作风力发电叶片的上半壳体4，然后用结构胶将上半壳体4、下半壳体5、腹板6等粘接在一起形成风力发电叶片。

综上可知，风力发电叶片制作完成后，该主承力构件预制件7即形成为该风力发电叶片的主承力构件。由于制成该主承力构件的带材的纤维体积含量较高，因而即使使用相对而言具有较低模量的普通E玻纤或H玻纤，也能够具有较好的承载能力，可以避免使用碳纤维造成的成本高昂的问题，具有较好的经济效益。

由图1至图6还可知，本实施方式还公开了一种风力发电叶片，该风力发电叶片由本实施方式公开的风力发电叶片制作方法制成，其重量轻、成本低并且生产效率较高。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。