一种风机叶片的制造方法及其专用预应力施加装置

摘要

本发明公开了一种风机叶片的制造方法，在单轴向纤维织物层叠铺设过程中，通过利用固定在叶片模具上的预应力施加装置对单轴向纤维织物施加预应力，然后再进行增强树脂灌注；本发明还公开了一种实现上述方法中的预应力施加装置，将单轴向纤维织物两端固定在单轴向纤维织物拉紧杆上，再将单轴向纤维织物拉紧杆放置在拉紧杆固定板两端的卡槽上，通过预应力调节机构调节单轴向纤维织物拉紧杆的位置，从而使单轴向纤维织物产生预应力；通过上述方法和装置，有效提高了单轴向复合材料的整体力学性能及其疲劳特性；采用上述带有预应力的单轴向复合材料制造的风机叶片，能够有效提高叶片的静强度和疲劳强度，实现叶片的轻量高效设计。

权利要求

1.一种制造风机叶片的专用预应力施加装置，用于为层叠铺设在叶片模具内的单轴向纤维织物施加预应力，其特征在于，包括：多对单轴向纤维织物拉紧杆，每对分别用于固定并拉紧单轴向纤维织物的两端，且所述单轴向纤维织物拉紧杆的长度大于单轴向纤维织物的宽度；

两片拉紧杆固定板，固定安装在所述叶片模具内，分别沿叶片模具轴向设置，两片之间的间隔距离等于或大于单轴向纤维织物的宽度，且所述拉紧杆固定板两端分别由下至上设置有多个用于放置单轴向纤维织物拉紧杆的卡槽；

预应力调节机构，安装在拉紧杆固定板上，且每对单轴向纤维织物拉紧杆至少对应有一个预应力调节机构，所述预应力调节机构用于调节单轴向纤维织物拉紧杆在拉紧杆固定板上的位置并锁定其位置。

2.根据权利要求1所述的预应力施加装置，其特征在于，所述单轴向纤维织物拉紧杆为圆杆。

3.根据权利要求1所述的预应力施加装置，其特征在于，所述拉紧杆固定板两端的卡槽分别呈阶梯状分布。

4.根据权利要求1、2或3所述的预应力施加装置，其特征在于，所述预应力调节机构包括预应力调节杆及与预应力调节杆配合作用的推力施加及测量部件。

5.根据权利要求4所述的预应力施加装置，其特征在于，所述推力施加及测量部件为液压或电动形式。

说明书

一种风机叶片的制造方法及其专用预应力施加装置

技术领域

[0001] 本发明涉及风机叶片制造领域，具体地，涉及一种风机叶片的制造方法及其专用预应力施加装置。

背景技术

[0002] 太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风，其携带的能量即风能。风吹动风机旋转从而带动发电机旋转发电称风力发电即风电。风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染排放的可再生自然能源。与太阳能、生物、地热和海洋能发电相比，风电是当前技术和经济上最具商业化规模开发条件的新能源。现代风机的风轮大多由三叶片组成，由于风机输出功率与叶片的扫风面积成正比，并且与风速的立方成正比，因此大功率风机的叶片往往十分庞大。一台5MW的风机叶片长度超过60米，风机高度超过20层楼高。国外研发中的8MW风机叶片更是长达80米，风机高度达到了131米。未来风机的叶片必将越来越长。

[0003] 目前风机叶片主要由纤维增强树脂复合材料制成，其中纤维主要是玻璃纤维或碳纤维。叶片的结构形式主要由主梁，腹板和蒙皮组成。蒙皮由很少的几层纤维布中间夹轻质材料，如结构泡沫板，轻竹板或轻木制成。主梁为叶片的结构提供刚度和强度，一般主梁的纤维铺层较厚，通过手工或机械铺设在模具中，进行灌注制造。

[0004] 现有的单轴向复合材料在制造过程中多为手工或机械铺设在叶片模具中，玻璃纤维或碳纤维织物在铺设过程中难免会有一些微小的弯曲存在，而这些对于成品的纤维增强树脂复合材料的力学性能产生了不利的影响。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种风机叶片的制造方法，可以使单轴向纤维织物在铺设中的微小弯曲减少或消失，从而解决目前常用技术方案中单轴向复合材料力学性能降低的问题，有效提高单轴向复合材料的整体力学性能，并有效提高其疲劳特性。

[0006] 本发明的另一个目的在于提供一种实现上述风机叶片制造方法中的预应力施加装置。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种风机叶片的制造方法，包括在叶片模具上进行单轴向纤维织物的层叠铺设，然后再进行增强树脂灌注，在所述单轴向纤维织物层叠铺设过程中，通过利用固定在叶片模具上的预应力施加装置对单轴向纤维织物施加预应力，然后再进行所述的灌注。

[0009] 实现上述风机叶片制造方法中的预应力施加装置，包括：

[0010] 多对单轴向纤维织物拉紧杆，每对分别用于固定并拉紧单轴向纤维织物的两端，且所述单轴向纤维织物拉紧杆的长度大于单轴向纤维织物的宽度。

[0011] 两片拉紧杆固定板，固定安装在所述叶片模具内，分别沿叶片模具轴向设置，两片之间的间隔距离等于或大于单轴向纤维织物的宽度，且所述拉紧杆固定板两端分别由下至上设置有多个用于放置单轴向纤维织物拉紧杆的卡槽。

[0012] 预应力调节机构，安装在拉紧杆固定板上，且每对单轴向纤维织物拉紧杆至少对应有一个预应力调节机构，所述预应力调节机构用于调节单轴向纤维织物拉紧杆在拉紧杆固定板上的位置并锁定其位置。

[0013] 进一步地，所述单轴向纤维织物拉紧杆为圆杆。

[0014] 进一步地，所述拉紧杆固定板两端的卡槽分别呈阶梯状分布。

[0015] 进一步地，所述预应力调节机构包括预应力调节杆及与预应力调节杆配合作用的推力施加及测量部件。

[0016] 进一步地，所述推力施加及测量部件为液压或电动形式。

[0017] 由于采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

[0018] 1、在风机叶片的制造方法中，本发明通过在单轴向纤维织物层叠铺设过程中对单轴向纤维织物施加预应力，可以使单轴向纤维织物在铺设中的微小弯曲减少或消失，从而解决了目前常用技术方案中单轴向复合材料力学性能降低的问题，有效提高了单轴向复合材料的整体力学性能，并有效提高了其疲劳特性；采用上述带有预应力的单轴向复合材料制造的风机叶片，能够有效提高叶片的静强度和疲劳强度，实现叶片的轻量高效设计。

[0019] 2、本发明通过固定在叶片模具内的预应力施加装置对单轴向纤维织物进行预应力施加，将单轴向纤维织物两端固定在单轴向纤维织物拉紧杆上，再将单轴向纤维织物拉紧杆放置在拉紧杆固定板的卡槽上，通过预应力调节机构，调节单轴向纤维织物拉紧杆的位置，从而使单轴向纤维织物产生合适的预应力，有效地提高了单轴向复合材料的整体力学性能，并有效提高了其疲劳特性。

[0020] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0021] 图1是带有预应力的单轴向纤维织物示意图；

[0022] 图2是单轴向纤维织物的铺层结构示意图；

[0023] 图3是预应力施加装置结构示意图；

[0024] 图4是图3中的局部结构放大示意图；

[0025] 其中，1-单轴向纤维织物，2-单轴向纤维织物拉紧杆，3-拉紧杆固定板，4-预应力调节杆，5-推力施加及测量部件。

具体实施方式

[0026] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0027] 现有的风机叶片制造方法，主要步骤包括在叶片模具上进行单轴向纤维织物的层叠铺设，然后再进行增强树脂灌注，采用上述方法，单轴向纤维织物在铺设中会产生微小弯曲，导致单轴向复合材料力学性能降低。

[0028] 本发明的一种风机叶片的制造方法，对上述方法进行了改进，主要是在所述单轴向纤维织物（玻璃纤维或碳纤维织物）层叠铺设过程中，通过利用固定在叶片模具上的预应力施加装置对单轴向纤维织物施加预应力，然后再进行所述的灌注。

[0029] 如图1-4所示，实现上述风机叶片制造方法中的预应力施加装置，包括：

[0030] 多对单轴向纤维织物拉紧杆2，每对分别用于固定并拉紧单轴向纤维织物1的两端，且单轴向纤维织物拉紧杆2的长度大于单轴向纤维织物1的宽度，其具体尺寸可根据不同单轴向纤维织物1宽度确定。

[0031] 两片拉紧杆固定板3，固定安装在叶片模具内，分别沿叶片模具轴向设置，两片之间的间隔距离等于或大于单轴向纤维织物1的宽度，且拉紧杆固定板3两端分别由下至上设置有多个用于放置单轴向纤维织物拉紧杆2的卡槽。

[0032] 预应力调节机构，安装在拉紧杆固定板3上，且每对单轴向纤维织物拉紧杆2至少对应有一个预应力调节机构（图中仅示出部分），预应力调节机构包括预应力调节杆4及与预应力调节杆4配合作用的推力施加及测量部件5，推力施加及测量部件5通过预应力调节杆4调节单轴向纤维织物拉紧杆2在拉紧杆固定板3上的位置并锁定其位置。

[0033] 在单轴向纤维织物1层叠铺设过程中，将单向纤维织物1两端固定在单轴向纤维织物拉紧杆2上，再将单轴向纤维织物拉紧杆2放置在拉紧杆固定板3两端的卡槽上，推力施加及测量部件5通过预应力调节杆4，调节单轴向纤维织物拉紧杆2的位置，从而使单轴向纤维织物1产生预应力。在叶片模具上对整个装置进行密封抽真空灌注，经过固化，可将单轴向纤维织物1同单轴向纤维织物拉紧杆2一体取出，再将单轴向纤维织物拉紧杆2从单轴向纤维织物1中抽出，并对单轴向纤维织物1做适当打磨。成型后的单轴向复合材料即带有了预应力。

[0034] 在上述实施例中，单轴向纤维织物拉紧杆2优选圆杆。

[0035] 在上述实施例中，拉紧杆固定板3两端的卡槽分别呈阶梯状分布。

[0036] 在上述实施例中，推力施加及测量部件5为液压或电动形式。

[0037] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。