一种风力机叶根结构及其生产方法与流程

本发明涉及风力机叶根领域，具体涉及一种风力机叶根结构及其生产方法。

背景技术：

随着新能源需求的增加，风力机单机装机容量逐渐增加，风电叶片作为风电机组的核心出功部件，由于风电叶片的长度越来越大，其最大弦长尺寸也在逐步增大。为了保证大叶片的叶根的气动效率，兼顾叶片根部的气动效率和叶根的强度，现有技术在叶根的圆柱段包络或者套一种钝尾缘翼型状的中空壳体结构，以减弱叶根的三维分离流动，提升叶根的气动性能，进而可以提高风机的发电量。如专利cn103629044b，提出了一种水平轴风力机叶片的叶根结构，所述基础叶片从叶根到叶尖的展向方向依次包括叶根圆柱段50、过渡段和主体段100，即在基础叶片的圆柱段50以及过渡段的外表面附件一种中空结构40，用于改善叶片圆柱段50和过渡段的空气动力学性能，提高叶片的风能利用效率。该中空结构40以附件的形式套在叶根段或者粘贴在叶根段，在并在所属中空结构的起始展向位置附近增加一段圆筒型结构或法兰结构，用来作为限制中空结构的展向运动的限位固定器。而该中空结构40是在风电叶片粘接工序通过粘接胶在风电叶片后缘特定位置与叶片后缘内壳体粘接成一体，如图1所示。

现有技术的叶根结构存下如下问题：

现有基础叶片的根部至最大弦长区域形状复杂，曲率较大，生产复杂，且玻纤铺设易产生皱褶。现有基础叶片的圆柱段至最大弦长处(叶根过渡段与主体段之间的截面)是一个整体，最大弦长宽度大，为预防屈曲失稳，需使用较厚的中空结构层，造成叶片重量较重，材料成本高。不同型号叶片的外形一般是不同，根部区域的外形一般无法通用。生产不同的叶片需要使用不同的模具，模具投入成本高。套在叶根的中空结构一般采用预制生产，生产成本高、安装工艺复杂。现有的叶根翼型壳体结构，以附件的形式，通过粘贴或者紧固连接的方式与叶片表面连接，安装操作繁琐，可靠性差，容易脱落，运行维护成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是避免中空结构以附件的形式粘贴而产生的粘接缺陷，提高叶根结构的可靠性，减少风电叶片生产所用的人工时及模具，降低成本，可以减少叶片的占模时间，提高生产效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种风力机叶根结构，该叶根结构包含：

叶根部；

包裹在叶根部外周的外壳体，所述外壳体具有翼型；及

叶片夹心层，其设置在叶根部和外壳体之间；

其中，所述叶根部、叶片夹心层、外壳体紧密贴合固定。

较佳地，所述外壳体包括外壳体外层、外壳体内层、以及夹在所述外壳体外层和外壳体内层之间的外壳体夹心层，所述外壳体夹心层填充有轻质材料，所述轻质材料包括泡沫芯材、轻质木材、聚氯乙烯的至少一种。

较佳地，所述外壳体外层和外壳体内层均至少铺设5-10层玻纤布，所述至少5-10层玻纤布包含：三轴玻纤布至少一层，双轴玻纤布至少两层，单轴玻纤布至少两层。

较佳地，所述叶片夹心层填充有轻质材料，所述轻质材料包括泡沫芯材、轻质木材、聚氯乙烯的至少一种。

较佳地，所述叶片夹心层包含若干支撑件，支撑件之间填充有轻质材料。

较佳地，所述外壳体、叶片夹心层、叶根部采用真空灌注工艺，一体成型。

较佳地，所述的外壳体的外表面光滑过渡。

本发明还提供了一种风力机叶根结构的生产方法，该方法包含以下步骤：

s1：进行第一铺层制备外壳体；

s2：第一铺层结束后，进行第二铺层制备叶片夹心层；

s3：叶片夹心层铺层完毕后，进行第三铺层制备叶根部；所述的外壳体、叶片夹心层和叶根部一起构成整体的叶根结构；

s4：当整体的叶根结构铺层结束后，对整体的的叶根结构进行真空灌注工艺，使其一体成型。

较佳地，步骤s1包括：铺设至少5-10层玻纤布形成外壳体外层，随后铺设至少5-10层玻纤布形成对外壳体内层，最后采用轻质材料填充外壳体夹心层，从而形成玻纤布-轻质材料-玻纤布的外壳体。

较佳地，步骤s2包括：按照预设标记线在外壳体内侧间隔铺设若干支撑件，并在肋板之间填充轻质材料，所述轻质材料包括泡沫芯材、轻质木材、聚氯乙烯的至少一种。

较佳地，所述至少5-10层玻纤布包含：三轴玻纤布至少一层，双轴玻纤布至少两层，单轴玻纤布至少两层。

本发明取得的有益效果：

本发明将风力机叶片的叶根部、叶片夹心层及外壳体一体连接，省去了外壳体的粘贴和固定于叶根部外部的环节，节约人力和物料成本，不需要使用粘接胶，可以降低材料成本；叶根外壳体随叶片主体一体化成型和生产，使得外壳体结构强度高，叶根部叶根处无需设计限位固定法兰或者挡板，可以降低后续叶片在运行维护环节和成本。

附图说明

图1为现有技术中的风力机叶片的叶根结构；

图中：50-叶根的圆柱段，40-中空结构，100-主体段。

图2为本发明的风力机叶根结构的截面图；

图中：1-外壳体，2-叶片夹心层，3-叶根部。

图3为本发明的风力机的叶根结构的剖面图；

图中：1-外壳体，3-叶根部。

图4为本发明的风力机的叶根结构的剖面图；

图中：1-外壳体，2-叶片夹心层，3-叶根部，101-外壳体外层，102-外壳体夹心层；103-外壳体内层，201-肋板，202-肋板之间的空余区域。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明所述气动外形是指在气体介质中运动的物体为减少运动阻力，而采用的适合在该介质中运动的外形。

本发明所述真空灌注工艺是本领域常规技术，是一种先进的复合材料低成本液体模塑成型技术，具有低成本、环保和适合于大尺寸复合材料构件整体成型等优点，其工艺原理是在单面刚性模具上以柔性真空袋膜包覆、密封增强材料预成型体，真空负压下排除模腔中的气体，利用树脂的流动、渗透实现树脂对纤维及其织物的浸渍，并固化成型得到复合材料构件。

如图2～4所示，本发明提供了一种风力机叶根结构，该叶根结构包含叶根部3，包裹在叶根部3外周的外壳体1，设于叶根部3和外壳体1之间的叶片夹心层2，该叶片夹心层2具有一定的刚性强度，用于支撑所述外壳体1。

所述叶根部3、外壳体1、叶片夹心层2紧密贴合固定。

现有技术的叶根部3通常具有圆柱段、过渡段和主体段，所述外壳体1包裹于整个所述叶根部3外部后，使得叶根结构形成翼型，可增大所述风力机的发电效率。

其中，所述叶根部3采用常规的叶片铺层技术制备，该叶根部3作为叶根结构的承力结构，保证叶根的承力效果。

进一步地，所述外壳体1、叶片夹心层2及叶根部3采用真空灌注工艺，一体成型；所述的外壳体1的外表面11光滑过渡。

进一步地，外壳体为玻璃钢或塑料薄层。外壳体为玻璃钢时，分为外壳体内层103和外壳体外层101，以及夹在外壳体内层和外壳体外层之间的外壳体夹心层102的三层结构。所述外壳体外层101和外壳体内层103为玻纤布材质，采用真空灌注工艺，所述玻纤布材质至少铺设5-10层玻纤布，其中，三轴玻纤布至少一层，双轴玻纤布至少两层，单轴玻纤布至少两层。所述外壳体夹心层102采用轻质材料102进行铺层，作为外壳体1的结构支撑部分。所述外壳体1呈玻纤布-轻质材料-玻纤布的结构，可在保证外壳体翼型长度的情况下，还降低所述外壳体的重量和成本。

进一步地，所述叶片夹心层2填充有轻质材料(包括但不限于泡沫芯材、轻质木材等材料，该轻质材料为中空加筋结构)，采用轻质材料可以降低叶片的重量，从而节省成本。叶片夹心层2还包含支撑件201，在本实施例中，所述支撑件为肋板201，轻质材料填充在肋板201之间的空余区域202。所述叶片夹心层2可用于支撑所述外壳体1。

本发明还提供了一种风力机叶根结构的生产方法，该方法包含以下步骤：

s1：首先进行第一铺层制备外壳体1，所述第一铺层指：首先铺设至少5-10层玻纤布制备外壳体外层101，随后铺设至少5-10层玻纤布制备外壳体内层103，随后采用轻质材料填充外壳体夹心层102，从而形成玻纤布-轻质材料-玻纤布的外壳体1；

s2：铺层结束后，进行第二铺层制备叶片夹心层2，按照预设标记线在外壳体1内侧间隔铺设若干肋板201，并在肋板201之间的空余区域202填充轻质材料；

s3：叶片夹心层2铺层完毕后再进行第三铺层制备叶根部3，所述第三铺层指对其进行常规的叶片铺层；

s4：当整体的叶根结构(包含叶根部3、叶片夹心层2、外壳体1)铺层结束后，对整体的叶根结构铺放真空灌注的辅材(例如灌注时候所需的导流网、欧姆管等)，同时对整体的的叶根结构进行真空灌注工艺，使其一体成型。

综上所述，本发明将风力机叶根结构的叶根部3、叶片夹心层2及外壳体1一体成型(即一体化铺层、一体化灌注成型)，省去了预制外壳体以及将预制外壳体粘贴和固定于叶根部外部的环节，节约人力和物料成本，不需要使用粘接胶，可以降低材料成本；叶根外壳体1随叶片主体一体化成型和生产，使得外壳体1结构强度高，叶根部3叶根处无需设计限位固定法兰或者挡板，可以降低后续叶片在运行维护环节和成本。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。