CN112476576A - 一种风电叶片钝尾芯材设计及切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电叶片钝尾芯材设计及切割方法：采用将平板原材切割成梯形单元块、再将若干梯形单元块拼接成为风电叶片钝尾缘芯材。这种拼接方式更接近钝尾缘芯材的弧形轮廓，具有良好的可操作性；夹芯尺寸匹配准确，不需要填补间隙、减轻了重量；缩短了拼接时间、提高了生产效率；能有效解决钝尾缘芯材间隙过大引发的质量问题，保证了风电叶片质量。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片制造技术领域，特别涉及一种风电叶片钝尾芯材设计及切割方法。
背景技术
随着国家节能减排的政策推进，绿色环保能源是重点发展方向，风能具有能耗低、环保、储量大的优点，已成为国内外重点发展的能源。风电机组是将风能转化成电能的装置，而叶片是风电机组的核心部件之一；随着叶片行业的发展，轻量化是叶片发展的趋势，而芯材作为叶片的主体材料之一，是叶片轻量化的关键；目前叶片行业芯材间隙普遍要求在5mm以下，芯材采用拼接方式铺放，若芯材间隙超差，芯材间隙中形成富树脂，会提高叶片重量（树脂密度1200kg/m³，芯材（BALSA）150kg/m³）并影响叶片的结构性能。
在叶片设计中，钝尾缘设计因其良好的结构特性和气动特征，成为了目前叶片设计的新宠；钝尾缘拐角处因角度大（最大处接近80°），且该处夹芯厚度大（基本在35mm以上），而目前芯材加工方式通常为平板分块加工，分隔槽为直通型，导致钝尾缘拐角处（曲面）芯材铺设后自然形成V型间隙，从内表面识别难度较大，外表面间隙超差较大，最大处间隙近10mm，超出行业要求的5mm近一倍。为解决钝尾缘处夹芯外表面间隙过大的问题，目前风电行业普遍采用填补同种芯材或玻纤丝的方式，但操作难度较大，且耗时较长，存在质量隐患。
经专利检索，与本发明有一定关系的专利主要有以下专利：
1、申请号为“201510051172.6”、申请日为“2015.01.30”、公开号为“CN104552993A”、公开日为“2015.04.29”、名称为“一种风电叶片腹板芯材的铺放方法”、申请人为“迪皮埃风电叶片大丰有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种风电叶片腹板芯材的铺放方法，包括以下步骤：A：按照模具尺寸将腹板芯材划分为长方形芯材块，并对长方形芯材块的一对侧边分别标记为L和H，再将长方形芯材块分成第一分割块和第二分割块；B：将第一分割块的L 边贴紧模具左侧的法兰，将第二分割块的H边贴紧模具右侧的法兰呈“∧”状对应放置；C：在两块分割块的结合部放置木块并轻击直至两块分割块的完全平铺在同一水平面上；D：在两块分割块靠近模具法兰的侧边位置分别放置木块并轻击木块，直至两块分割块贴紧整个模具，即完成了风电叶片腹板芯材的铺放；该发明能够避免铺放过程中其下表面的玻璃布发生皱褶，铺放操作简单快速，确保玻璃布的平整，保证了产品的性能。
2、申请号为“201811540641.0”、申请日为“2018.12.17”、公开号为“CN109483917A”、公开日为“2019.03.19”、名称为“一种硬质泡沫在调整风电叶片后缘合模间隙中的应用”、申请人为“明阳智慧能源集团股份公司”的中国发明专利，该发明公开了一种硬质泡沫在调整风电叶片后缘合模间隙中的应用，根据已设计的叶片后缘UD、壳体芯材结构尺寸及叶片截面，通过三维模拟及实际验证确认硬质泡沫截面形状并加工；在叶片壳体铺设完毕外蒙皮后，在叶片后缘UD铺设前，按设计好的硬质泡沫铺设位置，将硬质泡沫于叶片后缘定位铺设，然后再在硬质泡沫上铺设叶片后缘UD，即硬质泡沫是铺设在外蒙皮之上叶片后缘UD之下，从而调整优化风电叶片后缘合模间隙，有利于后续灌注时叶片后缘粘接面处的粘接胶厚度保证，以提高粘结性能及质量，节省在叶片后缘上表面调整时所需的包裹玻纤，及节省叶片后缘UD下表面加快走胶速度的连续毡，减轻叶片重量，降低连续毡集气、积树脂风险。
3、申请号为“202010527599.X”、申请日为“2020.06.11”、公开号为“CN 111561419A”、公开日为“2020.08.21”、名称为“一种风电叶片后缘填充芯材设计方法”、申请人为“国电联合动力技术（保定）有限公司”的中国发明专利，该发明公开了一种风电叶片后缘填充芯材设计方法，包括以下步骤：制作SS面壳体、PS面壳体和挡胶板，在PS面壳体的后缘合模间隙超差区域的粘接面上设置多层玻纤布，并湿法袋压处理；在SS面壳体和PS面壳体的后缘上均设置隔离膜；翻转叶片模具，将PS面壳体平行悬于SS面壳体的上方；沿叶片后缘的合模缝将发泡泡沫喷于叶片的后缘区域，将发泡泡沫充满粘接区域的腔体，将合模锁紧；待发泡完全后打开模具，形成发泡泡沫毛坯，对发泡泡沫毛坯进行修型形成所需的发泡泡沫；绘制发泡泡沫各处的三维坐标并得出各断面的二维尺寸图或三维图形，调整发泡泡沫的形状。该发明设计出合适的填充芯材，调节了叶片后缘部分区域的合模间隙。
4、申请号为“201410069466.7”、申请日为“2014.02.27”、公开号为“CN 103850889B”、公开日为“2016.08.17”、名称为“钝尾缘风机叶片及其尾缘立面芯材固定方法”、申请人为“北京金风科创风电设备有限公司”的中国发明专利，该发明提供一种钝尾缘风机叶片，钝尾缘包括尾缘外蒙皮和尾缘内蒙皮，及所述尾缘外蒙皮和尾缘内蒙皮之间的立面芯材，所述尾缘外蒙皮在所述立面芯材对应区域开设有外蒙皮通孔，所述外蒙皮通孔内填充有粘结剂，所述粘结剂与所述芯材相粘结。本发明还提供一种钝尾缘风机叶片尾缘立面芯材固定方法。该发明实施例所提供的钝尾缘风机叶片，芯材铺放整齐，在钝后缘拐角处避免了芯材移位造成的富树脂区域芯材铺放平整，芯材边缘到模具边缘间距控制很好，不会由于芯材下滑而变得过大，造成芯材质量超差。
5、申请号为“201922036164.0”、申请日为“2019.11.22”、公开号为“CN 211031289U”、公开日为“2020.07.17”、名称为“一种风电叶片后缘立面区域填充结构”、申请人为“国电联合动力技术（保定）有限公司”的实用新型专利，该实用新型公开了一种风电叶片后缘立面区域填充结构，涉及一种填充结构，包括PVC垫块和包覆层，所述填充结构位于风电叶片壳体外蒙皮的外侧，可根据实际需求选择单侧或双侧填充。与现有技术相比，该实用新型的有益效果是：(1)结构设计简单合理，操作便捷，生产效率高。(2)避免了层铺时此处玻纤布悬空现象，从而消除富树脂缺陷，提高叶片质量。(3)能够有效地调节叶片后缘立面区域的合模间隙，消除此区域厚度超差问题，提高粘接强度。(4)减少合模胶用量，降低叶片重量，提高叶片后缘气动性能，增加叶片的强度和使用寿命。
但上述专利均没有涉及怎样解决钝尾缘处夹芯外表面间隙过大的问题。
因此设计出合适的钝尾缘芯材对解决钝尾缘芯材间隙超差至关重要，而目前难点在于如何准确地确定钝尾缘芯材的外形尺寸。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，通过研发设计与钝尾缘拐角（曲面）匹配的芯材加工方式，确定芯材外形尺寸，以解决叶片钝尾缘V型间隙质量问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种风电叶片钝尾芯材设计方法：采用将平板原材切割成梯形单元块、再将N块梯形单元块拼接成为风电叶片钝尾缘芯材。
进一步地，通过对平板原材采用V形切槽的方式进行切割，从而得到梯形单元块。这种风电叶片钝尾芯材设计方法能有效解决钝尾缘钝尾缘芯材间隙过大引发的质量问题，不需要填补间隙、减轻了重量、缩短了拼接时间、提高了生产效率、保证了风电叶片质量。
进一步地，将钝尾缘芯材轮廓的弧形部分展开成平板，将平板分成N等分，根据尾缘芯材弧形部分外圈弧长与弧形部分内圈弧长的弧长差，将弧长差分成N-1等分，得到V形切槽宽度。通过将平板分成合适数量，使得梯形单元块拼接后更接近钝尾缘芯材的弧形轮廓，进一步减少缝隙尺寸，以满足技术要求。
进一步地，选择平板原材长度等于钝尾缘芯材弧形部分外圈弧长，在平板原材的一侧面划N-1根等分线，在每根等分线的同向侧分别划出间距为V形切槽宽度的切割线，沿切割线向平板原材的另一侧切割V形切槽，将平板原材切割成为梯形单元块。采用梯形单元块拼接得到的钝尾缘芯材的缝隙比采用矩形单元块的缝隙小，不需要填补间隙。
进一步地，在每根等分线的同一侧、间距为V形切槽宽度的位置分别划出切割线。这种方式划线和切割较为简单，得到的梯形单元块为直角梯形。
进一步地，在每根等分线的两侧分别划出两根切割线，两根切割线的间距为V形切槽宽度。这种方式得到的梯形单元块为等边梯形，拼接间隙更小。
本发明还涉及一种风电叶片钝尾芯材切割方法，包括下述步骤：
步骤一：画出钝尾缘芯材轮廓图；
步骤二：根据钝尾缘芯材的厚度选择相同厚度的平板原材，根据钝尾缘芯材形部分外圈弧长裁切平板原材；
步骤三：根据尾缘芯材形部分外圈弧长与形部分内圈弧长的弧长差，将弧长差分成N-1等分，得到V形切槽宽度，在平板原材的一侧面划N-1根等分线；
步骤四：在每根等分线的位置分别划出间距为V形切槽宽度的切割线；
步骤五：沿切割线对平板原材进行V形切槽，将平板原材切割成为梯形单元块；
步骤六：将梯形单元块放入风电叶片模具内，拼接成钝尾缘芯材。
进一步地，采用电锯对平板原材进行V形切槽。
进一步地，利用V形刨刀采用刨削的方式，对平板原材进行V形切槽。
进一步地，利用V形铣刀采用铣削的方式，对平板原材进行V形切槽
本发明的有益效果为：采用将平板原材切割成梯形单元块、再将若干梯形单元块拼接成为风电叶片钝尾缘芯材。这种拼接方式更接近钝尾缘芯材的弧形轮廓，具有良好的可操作性；夹芯尺寸匹配准确，不需要填补间隙、减轻了重量；缩短了拼接时间、提高了生产效率；能有效解决钝尾缘钝尾缘芯材间隙过大引发的质量问题，保证了风电叶片质量。
附图说明
图1为现有风电叶片钝尾芯材分割示意图，
图2为现有风电叶片钝尾芯材拼接示意图，
图3为钝尾缘芯材轮廓示意图，
图4为钝尾缘芯材V形切槽实施例1平面示意图，
图5为钝尾缘芯材V形切槽实施例1侧面示意图，
图6为钝尾缘芯材V形切槽实施例2平面示意图，
图7为钝尾缘芯材V形切槽实施例2侧面示意图，
图8为钝尾缘芯材V形切槽立体示意图，
图9为风电叶片钝尾芯材采用梯形单元块拼接示意图，
图中：A—平板原材、B—梯形单元块、C—等分线、D—切割线、L1—弧形部分外圈弧长、L2—弧形部分内圈弧长、△L—弧长差、N—等分数、S—V形切槽宽度、X—间隙、X1～X5—现有平板分块外表面间隙。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的描述：
如图1和图2所示：叶片钝尾缘拐角处角度大（最大处接近80°），且该处夹芯厚度大（基本在35mm以上），而目前芯材加工方式通常为平板分块加工，分隔槽为直通型，导致钝尾缘拐角处（曲面）芯材铺设后自然形成V型间隙，从内表面识别难度较大，外表面间隙超差较大，最大处间隙近10mm，超出行业要求的5mm近一倍。为解决钝尾缘处夹芯外表面间隙过大的问题，目前风电行业普遍采用填补同种芯材或玻纤丝的方式，但操作难度较大，且耗时较长，存在质量隐患。
本发明的风电叶片钝尾芯材设计方法及切割方法如图1至9所示：
步骤一：首先画出风电叶片的钝尾缘芯材轮廓，找出钝尾缘芯材轮廓的弧形部分（如图3所示），测量钝尾缘芯材弧形部分外圈弧长L1及钝尾缘芯材弧形部分内圈弧长L2。
步骤二：根据钝尾缘芯材的厚度选择相同厚度的平板原材A，根据钝尾缘芯材形部分外圈弧长L1裁切平板原材A。
步骤三：根据尾缘芯材形部分外圈弧长L1与形部分内圈弧长L2的弧长差△L= L1-L2，将弧长差△L分成N-1等分，得到V形切槽宽度S=△L÷(N-1)，在平板原材A的一侧面划N-1根等分线C。
步骤四：在每根等分线C的同一方向分别划出间距为V形切槽宽度S的切割线D（如图4所示）；或在每根等分线C的两侧分别划出间距为V形切槽宽度S的两根切割线D（如图6所示）。
步骤五：采用电锯、刨削或铣削的方式，沿切割线D对平板原材A进行V形切槽，将平板原材A切割成为直角梯形单元块（如图5所示）或等腰梯形单元块（如图7和图8所示）。
步骤六：将梯形单元块B放入风电叶片模具内，拼接成钝尾缘芯材（如图9所示），这种由梯形单元块B之间的缝隙X很小，通常小于2.5mm，符合行业标准小于5mm的技术要求。不需要填补间隙、减轻了风电叶片重量、缩短了拼接时间、提高了生产效率、保证了风电叶片质量。
综上所述：本发明的有益效果为：采用将平板原材切割成梯形单元块、再将若干梯形单元块拼接成为风电叶片钝尾缘芯材。这种拼接方式更接近钝尾缘芯材的弧形轮廓，具有良好的可操作性；夹芯尺寸匹配准确，不需要填补间隙、减轻了重量；缩短了拼接时间、提高了生产效率；能有效解决钝尾缘钝尾缘芯材间隙过大引发的质量问题，保证了风电叶片质量。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应该由各权利要求限定。
Claims (10)
1.一种风电叶片钝尾芯材设计方法，其特征在于：采用将平板原材（A）切割成梯形单元块（B）、再将N块梯形单元块（B）拼接成为风电叶片钝尾缘芯材。
2. 根据权利要求1所述的风电叶片钝尾芯材设计方法，其特征在于： 通过对平板原材（A）采用V形切槽的方式进行切割，从而得到梯形单元块（B）。
3.根据权利要求2所述的风电叶片钝尾芯材设计方法，其特征在于：
将钝尾缘芯材轮廓的弧形部分展开成平板，将平板分成N等分，根据尾缘芯材弧形部分外圈弧长（L1）与弧形部分内圈弧长（L2）的弧长差（△L），将弧长差（△L）分成N-1等分，得到V形切槽宽度（S=△L÷(N-1)）。
4.根据权利要求3所述的风电叶片钝尾芯材设计方法，其特征在于：选择平板原材长度（L）等于钝尾缘芯材弧形部分外圈弧长（L1），在平板原材（A）的一侧面划N-1根等分线（C），在每根等分线（C）的同向侧分别划出间距为V形切槽宽度（S）的切割线（D），沿切割线（D）向平板原材（A）的另一侧切割V形切槽，将平板原材（A）切割成为梯形单元块（B）。
5.根据权利要求4所述的风电叶片钝尾芯材设计方法，其特征在于：在每根等分线（C）的同一侧、间距为V形切槽宽度（S）的位置分别划出切割线（D）。
6.根据权利要求4所述的风电叶片钝尾芯材设计方法，其特征在于：在每根等分线（C）的两侧分别划出两根切割线（D），两根切割线（D）的间距为V形切槽宽度（S）。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的风电叶片钝尾芯材设计方法的风电叶片钝尾芯材切割方法，其特征在于：包括下述步骤：
步骤一：画出钝尾缘芯材轮廓图；
步骤二：根据钝尾缘芯材的厚度选择相同厚度的平板原材（A），根据钝尾缘芯材形部分外圈弧长（L1）裁切平板原材（A）；
步骤三：根据尾缘芯材形部分外圈弧长（L1）与形部分内圈弧长（L2）的弧长差（△L），将弧长差（△L）分成N-1等分，得到V形切槽宽度（S），在平板原材（A）的一侧面划N-1根等分线（C）；
步骤四：在每根等分线（C）的位置分别划出间距为V形切槽宽度（S）的切割线（D）；
步骤五：沿切割线（D）对平板原材（A）进行V形切槽，将平板原材（A）切割成为梯形单元块（B）;
步骤六：将梯形单元块（B）放入风电叶片模具内，拼接成钝尾缘芯材。
8.根据权利要求7所述的风电叶片钝尾芯材切割方法，其特征在于：采用电锯对平板原材（A）进行V形切槽。
9.根据权利要求7所述的风电叶片钝尾芯材切割方法，其特征在于：利用V形刨刀采用刨削的方式，对平板原材（A）进行V形切槽。
10.根据权利要求7所述的风电叶片钝尾芯材切割方法，其特征在于：利用V形铣刀采用铣削的方式，对平板原材（A）进行V形切槽。
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