层间织物、叶片承力结构及其制造方法、风力发电机叶片与流程

1.本发明涉及风力发电机领域，尤其涉及一种层间织物、叶片承力结构及其制造方法、风力发电机叶片。


背景技术：

2.叶片承力结构作为风电发电机叶片的主要承力结构，包括纤维增强树脂复合材料板材(以下简称板材)和层间织物，层间织物夹设在两个板材之间，树脂灌注在层间织物以及层间织物和板材之间的间隙内，以实现两个板材之间的固定。
3.当前业内常用层间织物的材料为加捻织物，其纤维为相对扭转捆绑在一起，纤维束内间隙结合紧密且弯曲，灌注过程中树脂渗透率小，导致纤维束内和纤维间的树脂流动速度不同步，形成灌注缺陷。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中由加捻织物制成的层间织物纤维束内和纤维束间树脂流动速度不同步的缺陷，提供一种层间织物、叶片承力结构及其制造方法、风力发电机叶片。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.一种层间织物，用于风力发电机叶片的叶片承力结构，所述层间织物为两个板材之间的夹层，所述层间织物包括主体纤维层，所述主体纤维层由不加捻的直纤维构成。
7.在本方案中，采用不加捻的直纤维，可使纤维束内的间隙平直且均匀，由此在树脂灌注时，该纤维束内和纤维束间在毛细作用下的流速基本一致，可解决因纤维束内和纤维束间的树脂流动速度不同步导致的灌注缺陷。
8.较佳地，所述主体纤维层包括沿第一方向轴向延伸的第一纤维和沿第二方向轴向延伸的第二纤维，所述第一方向和第二方向间具有夹角，所述第一纤维和所述第二纤维交叉设置。
9.在本方案中，上述设置使得主体纤维层为双轴向织物，采用这样的结构可使灌注的树脂均匀的沿主体纤维层的整个表面扩散，提高灌注均匀度。
10.较佳地，所述层间织物还包括设于所述主体纤维层厚度方向两侧面的毡层。
11.在本方案中，当层间织物仅为片状的纤维编织织物时，其由于紧密的编织方式和灌注过程中真空的压力，层间织物会被压缩成薄片，很难通过毛细作用将树脂流体导入板材和层间织物之间的间隙内，从而造成层间织物灌注缺陷，导致力学性能下降。而当在主体纤维层两侧表面处设置毡层，毡层部分会与其导入的树脂流体结合，形成纤维增强树脂材料，该材料具有优良的界面结合性能，有利于提高叶片承力结构的结构强度，增强稳定性。
12.较佳地，所述毡层的材质为表面毡。
13.在本方案中，提供一种毡层的具体材料。
14.一种叶片承力结构，所述叶片承力结构包括多层沿所述板材的厚度方向依次排列
的板材层和如上所述的层间织物，任一所述板材层包括若干个水平布置的所述板材，所述层间织物夹设于在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间。
15.在本方案中，叶片承力结构作为风电发电机叶片的主要承力结构，用于保证风力发电机叶片的结构强度，提高风力发电机叶片使用过程中的稳定性。
16.较佳地，所述叶片承力结构还包括树脂，所述树脂灌注于在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间，所述树脂能够填充所述层间织物的内间隙以及所述板材与所述层间织物间的间隙。
17.在本方案中，树脂用于实现多个板材之间的连接，保证叶片承力结构的结构强度。
18.较佳地，所述板材朝向所述层间织物的端面上设有凹陷的容纳腔，所述树脂填充于所述容纳腔中并包裹所述层间织物的毡层。
19.在本方案中，容纳腔用于为后续灌注的树脂提供容纳空间，保证板材和层间织物之间灌注有足量的树脂，提高连接的牢固性。
20.较佳地，所述层间织物为整体结构，相邻的两层所述板材层之间夹设一个所述层间织物；
21.或，任一所述板材层包括多个所述板材，所述层间织物包括多个相互独立的层间织物单元，在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间夹设有一个所述层间织物单元。
22.在本方案中，相邻的两层板材层之间夹设一个所述层间织物，能够提高铺设的效率，节约组装的工时。两个板材之间夹设一个层间织物单元，能够减少层间织物的材料消耗，节约成本。
23.一种叶片承力结构的制造方法，所述叶片承力结构的制造方法用于制造如上所述的叶片承力结构，所述叶片承力结构的制造方法包括以下步骤：
24.步骤s1、将所述层间织物夹设于在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间；
25.步骤s2、对所述板材的容纳腔抽真空；
26.步骤s3、往所述层间织物的主体纤维层充树脂，所述树脂在真空负压以及所述主体纤维层的毛细作用下填充于所述容纳腔并包裹所述层间织物的毡层。
27.在本方案中，采用上述方法制成的叶片承力结构能够在两个板材的层间形成纤维增强树脂材料，该材料能够兼顾自身强度以及界面的贴合紧密度，从而提升叶片承力结构的整体强度。同时，由于采用直纤维的原因，树脂能够通过毛细作用在纤维束内和纤维束间以基本一致的速率流动，不易因树脂流动速度不均导致灌注不均的问题。
28.一种风力发电机叶片，所述风力发电机叶片包括如上所述的层间织物；或所述风力发电机叶片包括如上所述的叶片承力结构。
29.在本方案中，采用上述层间织物或叶片承力结构的风力发电机叶片强度高、寿命长、使用可靠稳定。
30.本发明的积极进步效果在于：本发明中的层间织物的主体纤维层采用不加捻的直纤维，可使纤维束内的间隙平直且均匀，由此在树脂灌注时，该纤维束内和纤维束间在毛细作用下的流速基本一致，可解决因纤维束内和纤维束间的树脂流动速度不同步导致的灌注缺陷。
附图说明
31.图1为本发明一实施例的层间织物的结构示意图。
32.图2为本发明一实施例的层间织物夹设于两个板材之间的结构示意图。
33.图3为图2右半部分的放大图。
34.图4为本发明一实施例的叶片承力结构的结构示意图。
35.图5为本发明一实施例的叶片承力结构的制造方法的流程示意图。
36.附图标记说明：
37.层间织物1
38.主体纤维层11
39.毡层12
40.板材2
41.容纳腔21
42.树脂3
具体实施方式
43.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
44.如图1-图4所示，本实施例提供了一种叶片承力结构，该叶片承力结构用于作为风力发电机叶片的主要承力结构，保证风力发电机叶片的结构强度，提高风力发电机叶片使用过程中的稳定性。
45.如图1-图4所示，叶片承力结构包括多层板材层、层间织物1和树脂3。
46.如图4所示，多层板材层沿板材2的厚度方向依次排列，任一板材层包括多个水平布置的板材2，需要说明的是，本实施例中所说的水平布置是指在图4所示的界面中处于水平布置状态，并不意味着在风力发电机叶片处于正常使用状态时同一板材层的多个板材2水平布置。
47.在其他可替代的实施方式中，一层板材层中的板材2的数量也可以为一个。
48.如图2-图4所示，不同板材层中的板材2在板材2的厚度方向一一对应设置，层间织物1夹设于在板材2的厚度方向上相邻的两个板材2之间，即层间织物1为两个板材2之间的夹层，层间织物1能够在叶片承力结构受冲击或受力时通过层间织物1的形变来化解冲击或受力，提高叶片承力结构的柔韧性和抗弯折性。从而提高叶片承力结构在作为风力发电机叶片的主要承力结构时的使用性能。
49.如图2-图4所示，板材2朝向层间织物1的端面上设有凹陷的容纳腔21，容纳腔21用于为后续灌注的树脂3提供容纳空间，保证板材2和层间织物1之间灌注有足量的树脂3，提高连接的牢固性。
50.如图1所示，层间织物1包括主体纤维层11，主体纤维层11由不加捻的直纤维构成，可使纤维束内的间隙平直且均匀，由此在树脂3灌注时，该纤维束内和纤维束间在毛细作用下的流速基本一致，可解决因纤维束内和纤维束间的树脂3流动速度不同步导致的灌注缺陷。
51.进一步地，主体纤维层11为双轴向编织物，主体纤维层11包括沿第一方向轴向延
伸的第一纤维和沿第二方向轴向延伸的第二纤维，第一方向和第二方向间具有夹角，第一纤维和第二纤维交叉设置。本实施例采用双轴向编织物作为主体纤维层11可使灌注的树脂3均匀的沿主体纤维层11的整个表面扩散，提高灌注均匀度。
52.需要说明的是，双轴向编织物为现有技术中已经存在的编织结构，在此不具体论述第一纤维和第二纤维如何编织形成双轴向编织物。
53.当层间织物1仅为片状的纤维编织织物时，其由于紧密的编织方式和灌注过程中真空的压力，层间织物1会被压缩成薄片，很难通过毛细作用将树脂3流体导入板材2和层间织物1之间的间隙内，从而造成层间织物1灌注缺陷，导致力学性能下降。
54.为解决该问题，在本实施例中，该层间织物1还包括设于主体纤维层11厚度方向两侧面的毡层12，具体为一种表面毡。表面毡相较于主体纤维层11而言更加蓬松稀疏，树脂3能够在表面毡的玻璃纤维的毛细作用下，流向板材2的容纳腔21内，使得容纳腔21被填满树脂3，不易形成层间灌注缺陷。而且，表面毡会与其导入的树脂3流体结合，形成纤维增强树脂3材料，该材料具有优良的界面结合性能，有利于提高叶片承力结构的结构强度，增强稳定性。
55.在板材2上设置容纳腔21还可以避免板材2的贴面挤压毡层12，让毡层12可以保持蓬松的状态。在后续灌注树脂3后，该分布于树脂3中的毡毛能够形成纤维增强树脂3材料，具有优良的界面结合性能，结构强度和稳定性。
56.在其他可替代的实施方式中，毡层12也可以采用其他材料制作形成。
57.如图2-图4所示，树脂3灌注于在板材2的厚度方向上相邻的两个板材2之间，树脂3能够填充层间织物1的内间隙以及板材2与层间织物1间的间隙，并包裹层间织物1的毡层12。树脂3用于实现多个板材2之间的连接，保证叶片承力结构的结构强度。
58.如图4所示，在本实施例中，层间织物1为整体结构，相邻的两层板材层之间夹设一个层间织物1，从而提高铺设的效率，节约组装的工时。采用整体结构的层间织物1能够在树脂3灌注时保证树脂3的流动连续性，使树脂3灌注的更为均匀。
59.在其他可替代的实施方式中，层间织物1包括多个相互独立的层间织物单元，在板材2的厚度方向上相邻的两个板材2之间夹设有一个层间织物单元，从而减少层间织物1的材料消耗，节约成本。
60.如图5所示，本实施例还提供了一种叶片承力结构的制造方法，叶片承力结构的制造方法用于制造上述中的叶片承力结构，叶片承力结构的制造方法包括以下步骤：
61.步骤s1、将层间织物1夹设于在板材2的厚度方向上相邻的两个板材2之间；
62.步骤s2、对板材2的容纳腔21抽真空；这里需要说明的，实现抽真空可以有多种方案，例如将叶片承力结构整体置于真空室，对真空室进行抽真空等；
63.步骤s3、往层间织物1的主体纤维层11充树脂3，树脂3在真空负压以及主体纤维层11的毛细作用下填充于容纳腔21并包裹层间织物1的毡层12。
64.具体地，在步骤s1中，由于本实施例中的层间织物1为一个整体结构，因此需要在完成一个板材层中所有板材2的摆放之后，再将层间织物1铺设在该层的所有板材2之上。在其他可替代的实施方式中，若层间织物1包括多个层间织物单元，则既可以在完成一个板材层中所有板材2的摆放之后，再将层间织物单元铺设在对应的板材2之上；也可以在完成一个板材2的摆放后，直接在该板材2上铺设对应的层间织物单元。
65.在本实施例中，采用上述方法制成的叶片承力结构能够在两个板材2的层间形成纤维增强树脂3材料，该材料能够兼顾自身强度以及界面的贴合紧密度，从而提升叶片承力结构的整体强度。同时，由于采用直纤维的原因，树脂3能够通过毛细作用在纤维束内和纤维束间以基本一致的速率流动，不易因树脂3流动速度不均导致灌注不均的问题。
66.本实施例还公开了一种风力发电机叶片，包括上述中的叶片承力结构，或者仅包括上述中的层间织物1，采用上述层间织物1或叶片承力结构的风力发电机叶片强度高、寿命长、使用可靠稳定。
67.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种层间织物，用于风力发电机叶片的叶片承力结构，所述层间织物为两个板材之间的夹层，其特征在于，所述层间织物包括主体纤维层，所述主体纤维层由不加捻的直纤维构成。2.如权利要求1所述的层间织物，其特征在于，所述主体纤维层包括沿第一方向轴向延伸的第一纤维和沿第二方向轴向延伸的第二纤维，所述第一方向和第二方向间具有夹角，所述第一纤维和所述第二纤维交叉设置。3.如权利要求1所述的层间织物，其特征在于，所述层间织物还包括设于所述主体纤维层厚度方向两侧面的毡层。4.如权利要求3所述的层间织物，其特征在于，所述毡层的材质为表面毡。5.一种叶片承力结构，其特征在于，所述叶片承力结构包括多层沿所述板材的厚度方向依次排列的板材层和如权利要求1-4中任意一项所述的层间织物，任一所述板材层包括若干个水平布置的所述板材，所述层间织物夹设于在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间。6.如权利要求5所述的叶片承力结构，其特征在于，所述叶片承力结构还包括树脂，所述树脂灌注于在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间，所述树脂能够填充所述层间织物的内间隙以及所述板材与所述层间织物间的间隙。7.如权利要求6所述的叶片承力结构，其特征在于，所述板材朝向所述层间织物的端面上设有凹陷的容纳腔，所述树脂填充于所述容纳腔中并包裹所述层间织物的毡层。8.如权利要求5所述的叶片承力结构，其特征在于，所述层间织物为整体结构，相邻的两层所述板材层之间夹设一个所述层间织物；或，任一所述板材层包括多个所述板材，所述层间织物包括多个相互独立的层间织物单元，在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间夹设有一个所述层间织物单元。9.一种叶片承力结构的制造方法，其特征在于，所述叶片承力结构的制造方法用于制造如权利要求5-8中任意一项所述的叶片承力结构，所述叶片承力结构的制造方法包括以下步骤：步骤s1、将所述层间织物夹设于在所述板材的厚度方向上相邻的两个所述板材之间；步骤s2、对所述板材的容纳腔抽真空；步骤s3、往所述层间织物的主体纤维层充树脂，所述树脂在真空负压以及所述主体纤维层的毛细作用下填充于所述容纳腔并包裹所述层间织物的毡层。10.一种风力发电机叶片，其特征在于，所述风力发电机叶片包括如权利要求1-4中任意一项所述的层间织物；或所述风力发电机叶片包括如权利要求5-8中任意一项所述的叶片承力结构。

技术总结
本发明公开了一种层间织物、叶片承力结构及其制造方法、风力发电机叶片，所述层间织物为两个板材之间的夹层，所述层间织物包括主体纤维层，所述主体纤维层由不加捻的直纤维构成。本发明中的层间织物的主体纤维层采用不加捻的直纤维，可使纤维束内的间隙平直且均匀，由此在树脂灌注时，该纤维束内和纤维束间在毛细作用下的流速基本一致，可解决因纤维束内和纤维束间的树脂流动速度不同步导致的灌注缺陷。陷。陷。


技术研发人员：王国军 张振聪 张振国 文欢 路绪恒 白宏伟
受保护的技术使用者：上海电气风电集团股份有限公司
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/6/26