一种工字增强梁及模块化风电叶片的制作方法

1.本实用新型涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种工字增强梁及模块化风电叶片。


背景技术：

2.随着技术的发展，风电叶片逐渐朝向大型化和轻量化的方向发展，为了实现大型化，现有技术中多开始采用分段式或者模块化等以拼接的方式来扩大风电叶片的尺寸，并减少制作、运输和安装时空间的占用；然而如何降低叶片重量，提高叶片的结构强度，成为了目前亟待解决的问题；
3.现有技术中，为了进一步提高叶片壳体的结构强度，如申请公布号为cn115822867a的中国发明专利申请于2023年3月21日公开了一种模块化风电叶片结构及其制作方法，其在叶片壳体内部固定了用于提高叶片强度的t型筋，该t型筋通过拉挤工艺一体成型，通过t型筋的加强在一定程度上可以提高叶片的结构强度；
4.然而发明人在实施上述方案时发现，t型筋结构在叶片壳体上在某些应力集中的区域的支撑强度不够，不仅需要增加t型筋的布设密集程度，在一定程度上也增加了叶片的重量。


技术实现要素：

5.鉴于以上技术问题中的至少一项，本实用新型提供了一种工字增强梁及模块化风电叶片，采用结构的改进以提高对叶片壳体的支撑强度。
6.根据本实用新型的第一方面，提供一种工字增强梁，包括：
7.包括拉挤上翼梁、拉挤下翼梁和拉挤腹板；
8.所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁相对设置，所述拉挤腹板设置在所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁之间；
9.所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁相对的面上均具有朝向对方的凸起部，所述凸起部上具有连接槽，所述拉挤腹板的两端分别连接在所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁的所述连接槽内；
10.其中，所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁均包括外层和填充层，所述填充层为ud纱线，所述外层为多轴向织物。
11.在本实用新型的一些实施例中，所述凸起部在远离所述拉挤上翼梁或者拉挤下翼梁的方向宽度渐窄设置。
12.在本实用新型的一些实施例中，所述凸起部的两侧为弧形面结构。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述连接槽为u型槽。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述拉挤腹板与所述连接槽粘接连接。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述外层为三轴向织物。
16.在本实用新型的一些实施例中，所述拉挤腹板包括内部芯材和外部包裹层。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述内部芯材为泡沫芯材，所述外部包裹层为双轴布。
18.根据本实用新型的第二方面，提供一种模块化风电叶片，包括壳体，所述壳体内具有如第一方面中任一项所述的工字增强梁。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述工字增强梁的拉挤下翼梁固定在壳体上、拉挤腹板与拉挤下翼梁相垂直、拉挤上翼梁悬空设置；
20.或者拉挤下翼梁和上翼梁分别固定在壳体相对的两侧上，所述拉挤腹板垂直支撑在壳体内。
21.本实用新型的有益效果为：本实用新型通过将工字增强梁设置为拉挤上翼梁、拉挤下翼梁和拉挤腹板的方式，借助拉挤上翼梁和拉挤下翼梁上的连接槽实现与拉挤腹板两端进行连接，通过将拉挤上翼梁和拉挤下翼梁通过内部填充ud纱线，外部包裹多轴向织物的方式，与现有技术相比，该结构具有断面力学性能优异，侧向刚度大、抗弯能力强的优点，并且由于采用ud纱线填充的方式，与现有技术相比重量有所减轻。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本实用新型实施例中工字增强梁；
24.图2为本实用新型实施例中工字增强梁的爆炸分解结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例中半块模块化风电叶片的结构示意图；
26.图4为本实用新型实施例中图3中的a处局部放大图；
27.图5为本实用新型实施例中模块化风电叶片的截面示意图；
28.图6为本实用新型实施例中图5中的爆炸分解结构示意图。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
31.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
32.如图1至图2所示的工字增强梁，包括：包括拉挤上翼梁1、拉挤下翼梁2和拉挤腹板
3；这里需要指出的是，在本实用新型实施例中，拉挤上翼梁1、拉挤下翼梁2以及拉挤腹板3均通过拉挤工艺成型，拉挤工艺为现有技术，其指经过浸渍的连续纤维通过具有一定截面形状的成型模具，在模腔内固化成型，在牵引机械拉力的作用下可连续引拔出无限长的型材产品；
33.请继续参阅图1，在本实用新型实施例中，拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2相对设置，拉挤腹板3设置在拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2之间；通过这种设置，构成“工字型”结构，当然这里需要指出的是，本实用新型实施例中的“工字型”是对该增强梁的整体形状描述，并非特指上翼梁短、下翼梁长的结构，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置；
34.在本实用新型实施例中，拉挤上翼梁1、拉挤下翼梁2以及拉挤腹板3均单独成型，成型之后再进行具体的连接，请继续参照图1，拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2相对的面上均具有朝向对方的凸起部11，凸起部11上具有连接槽12，拉挤腹板3的两端分别连接在拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2的连接槽12内；如图2中所示，在本实用新型实施例中，连接槽12的形状与拉挤腹板3的顶部和底部的形状相适配，即拉挤腹板3的顶部和底部为矩形倒圆角结构时，连接槽12也呈相应的矩形倒圆角结构，通过这种结构形式的设置，可以保证拉挤腹板3和连接槽12进行连接时的贴合度，进而提高连接可靠性；当然这里需要指出的是，在本实用新型实施例中，连接槽12的结构形式具有多种，可以是如图2中所示的u型结构，也可以是例如v型、半圆形、半等腰梯形、半正多边形的结构形式等；
35.在本实用新型实施例中，拉挤上翼梁1或者拉挤下翼梁2与叶片内壳连接，为了提高连接可靠性，拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2均包括外层和填充层，填充层为ud纱线，外层为多轴向织物。在具体进行拉挤成型时，填充层和外层经过树脂浸渍并经模具出模固化以后，形成了树脂包覆ud纱线并且被多轴向织物包覆的结构形式，该种结构形式不仅抗弯能力强而且重量轻，并且通过工字型结构的设置，翼缘宽度大、断面力学性能优良，弥补了现有技术中拉挤t型筋结构强度不足的缺陷。
36.在上述实施例中，通过将工字增强梁设置为拉挤上翼梁1、拉挤下翼梁2和拉挤腹板3的方式，借助拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2上的连接槽12实现与拉挤腹板3两端进行连接，通过将拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2通过内部填充ud纱线，外部包裹多轴向织物的方式，与现有技术相比，该结构具有断面力学性能优异，侧向刚度大、抗弯能力强的优点，并且由于采用ud纱线填充的方式，与现有技术相比重量有所减轻。
37.在上述实施例的基础上，请继续参照图1，为了在保证结构强度的同时降低整体的重量，凸起部11在远离拉挤上翼梁1或者拉挤下翼梁2的方向宽度渐窄设置。具体如图1中所示，拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2的凸起部11均从两翼缘的中间开始凸起，靠近翼缘位置的宽度较大，可以保证凸起部11与翼缘的连接结构强度，连接槽12的内凹深度小于凸起部11的总高度，通过这种设置，可以保证连接槽12的结构强度，而在高于连接槽12底部的区域凸起部11对连接槽12的扶持作用逐渐减弱，故通过该种宽度渐窄的结构形式设置，既可以保证凸起部11与翼缘的连接结构强度，又可以保证连接槽12与拉挤腹板3的连接结构强度，同时还可以减少材料的浪费，提高产品的利用率。
38.请继续参阅图2，在本实用新型实施例中，凸起部11的两侧为弧形面结构，即弧形面起始于翼缘上并平滑过渡至凸起部11顶端，通过这种结构形式，一方面有利于模具的制作，同时在成型时由于表面光滑，还可以对模具起到保护作用，减少拉挤过程中对模具的损
伤，另一方面还可以起到加强支撑的作用，在连接槽12内壁受到侧向力时，弧形面结构可以起到缓冲作用，避免应力的集中造成的损坏。
39.如图2中所示，在本实用新型一些实施例中，连接槽12为u型槽。同时还需要指出的是，在本实用新型实施例中，u型槽的开口处还具有圆弧外扩导向面，如此设置，可以便于拉挤腹板3的连接，提高对接的便捷性。
40.在具体与拉挤腹板3进行连接时，如图1中所示，拉挤腹板3与连接槽12粘接连接，在具体进行粘接时，可以使用胶粘剂涂抹在u型槽内，或者涂覆在拉挤腹板3的顶部和底部连接位置处，或者在二者接触面上进行同时涂抹，然后再进行连接，实现二者的固化可靠连接。当然这里需要指出的是，连接槽12与拉挤腹板3的连接除了采用胶粘连接的方式还可以采用胶铆连接，或者采用紧固件的形式进行连接等。
41.在本实用新型实施例中，外层为三轴向织物。三轴向织物可以是三轴布，其中三层纱的铺放角度可以是0
°
、+45
°
和-45
°
，在进行具体铺设时，+45
°
和-45
°
的交织面处于外侧，通过这种设置，可以提高拉挤时外表面的光滑程度，减少对模具的损伤并且减少富树脂的问题，以提高产品的成型质量。
42.在本实用新型实施例中，关于拉挤腹板3的结构如图2中所示，拉挤腹板3包括内部芯材31和外部包裹层32。这里的内部芯材31也可以是ud纱线的结构形式，在本实用新型的一些实施例中，内部芯材31为泡沫芯材，外部包裹层32为双轴布。通过上述结构形式的设置，将芯材设置为泡沫材质，可以进一步降低整体的质量，有利于减轻叶片整体的质量。
43.根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种模块化风电叶片，如图3至图6中所示，包括壳体，壳体内具有上述工字增强梁。在本实用新型实施例中，壳体采用拼接的形式分为上下两块，在具体制作时，如图4中所示，先将拉挤下翼梁2与壳体内壁进行连接，具体的连接形式可以是胶铆连接，也可以是采用真空袋灌注树脂胶的工艺将拉挤下翼梁2固定在壳体内壁上，然后再将拉挤腹板3与连接槽12进行连接，通过上述结构形式的设置，降低了粘接的难度，提高了连接的效率和质量。
44.如图5和图6中所示，在本实用新型实施例中，工字增强梁具有两种结构形态，一种是以加强筋的形式贴合在壳体内壁上，如图4中所示，工字增强梁的拉挤下翼梁2固定在壳体上、拉挤腹板3与拉挤下翼梁2相垂直、拉挤上翼梁1悬空设置；
45.在本实用新型实施例中的另一种工字增强梁的结构形式为支撑结构，如图5和图6中所示，拉挤下翼梁2和上翼梁分别固定在壳体相对的两侧上，拉挤腹板3垂直支撑在壳体内。这里的垂直支撑是指如图6中所示与两片壳体的结合面所在的平面垂直，即此时拉挤上翼梁1和拉挤下翼梁2作为梁帽，拉挤腹板3作为支撑梁帽的结构形式；通过上述结构形式的设置，便于叶片的整体装配，如图6中所示，在具体进行连接时，仅需通过涂胶至连接槽12的结构，然后将两片壳体进行对接粘接的形式即可形成整体叶片结构。
46.本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

技术特征：
1.一种工字增强梁，其特征在于，包括拉挤上翼梁、拉挤下翼梁和拉挤腹板；所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁相对设置，所述拉挤腹板设置在所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁之间；所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁相对的面上均具有朝向对方的凸起部，所述凸起部上具有连接槽，所述拉挤腹板的两端分别连接在所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁的所述连接槽内；其中，所述拉挤上翼梁和拉挤下翼梁均包括外层和填充层，所述填充层为ud纱线，所述外层为多轴向织物。2.根据权利要求1所述的工字增强梁，其特征在于，所述凸起部在远离所述拉挤上翼梁或者拉挤下翼梁的方向宽度渐窄设置。3.根据权利要求2所述的工字增强梁，其特征在于，所述凸起部的两侧为弧形面结构。4.根据权利要求1所述的工字增强梁，其特征在于，所述连接槽为u型槽。5.根据权利要求1所述的工字增强梁，其特征在于，所述拉挤腹板与所述连接槽粘接连接。6.根据权利要求1所述的工字增强梁，其特征在于，所述外层为三轴向织物。7.根据权利要求1所述的工字增强梁，其特征在于，所述拉挤腹板包括内部芯材和外部包裹层。8.根据权利要求7所述的工字增强梁，其特征在于，所述内部芯材为泡沫芯材，所述外部包裹层为双轴布。9.一种模块化风电叶片，其特征在于，包括壳体，所述壳体内具有如权利要求1至8中任一项所述的工字增强梁。10.根据权利要求9所述的模块化风电叶片，其特征在于，所述工字增强梁的拉挤下翼梁固定在壳体上、拉挤腹板与拉挤下翼梁相垂直、拉挤上翼梁悬空设置；或者拉挤下翼梁和上翼梁分别固定在壳体相对的两侧上，所述拉挤腹板垂直支撑在壳体内。

技术总结
本实用新型涉及风电叶片技术领域，尤其涉及一种工字增强梁及模块化风电叶片，包括拉挤上翼梁、拉挤下翼梁和拉挤腹板；拉挤上翼梁和拉挤下翼梁相对设置，拉挤腹板设置在拉挤上翼梁和拉挤下翼梁之间；拉挤上翼梁和拉挤下翼梁相对的面上均具有朝向对方的凸起部，凸起部上具有连接槽，拉挤腹板的两端分别连接在拉挤上翼梁和拉挤下翼梁的连接槽内；其中，拉挤上翼梁和拉挤下翼梁均包括外层和填充层，填充层为UD纱线，外层为多轴向织物。本实用新型通过将拉挤上翼梁和拉挤下翼梁通过内部填充UD纱线，外部包裹多轴向织物的方式，该结构具有断面力学性能优异，侧向刚度大、抗弯能力强的优点，并且由于采用UD纱线填充的方式，并且重量得到降低。低。低。


技术研发人员：谈昆伦 刘叶霖 张健 曹鑫 陆泉龙
受保护的技术使用者：新创碳谷集团有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/19