本发明涉及风电叶片制造工艺，具体涉及一种用于风电叶片的承载结构件及其制备方法。
背景技术：
随着叶片长度的增加，主梁承受的载荷也不断增大，对主梁的要求也越来越高。
纤维增强树脂复合材料拉挤板材(以下简称“板材”)具有力学性能优异、加工方法简单的优点，使用板材及板材堆叠作为增强结构件(如叶片主梁)是风电领域大叶片设计的重要技术思路。
如图1a所示，现有技术中风电叶片中拉挤板材1’的截面形状通常是长方形。这样的拉挤板材1’通过堆叠的方式形成板材结构件，如图1b所示。使用如图1a所示的长方形截面的拉挤板材1’，堆叠形成板材结构件时板材的边缘对齐后，会在厚度方向形成垂直(垂直于板材方向)的通缝2’，如图1b所示。在灌注成型后，通缝位置由树脂填充，但树脂的刚度与强度明显低于拉挤板材，由此制成的板材结构件(如主梁)，其通缝为结构的薄弱区域，降低了结构的刚度和强度。
技术实现要素：
本发明是通过改善拉挤板材的截面形状及其堆叠方式，从而达到以下目的：(1)避免长方形截面板材堆叠结构形成上下通缝的问题，增加主梁的承载能力；(2)使板材堆叠结构能够形成有效的树脂灌注流道，提高灌注效率，改善灌注质量。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于风电叶片的承载结构件，其由若干布置完全相同的拉挤板材层堆叠形成，两侧边缘对齐(即，各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐)；所述的拉挤板材层由偶数个梯形拉挤板材平铺布置形成，该梯形拉挤板材还设置至少一个倒角；每层相邻的两个拉挤板材的梯形上下底边相反布置，水平对齐，且相邻的梯形拉挤板材的侧壁紧贴设置连接，相邻的梯形拉挤板材的连接部在层间形成斜缝。
所述的斜缝包含i型斜缝、ii型斜缝，所述i型斜缝和所述倒角使得树脂从上向下灌注时，在同一拉挤板材层相邻两梯形拉挤板材连接界面的底部，分流成水平方向相反的两部分；所述ii型斜缝和所述倒角使得树脂从上向下灌注时，在同一拉挤板材层相邻两梯形拉挤板材连接界面的底部，分流成两部分，一部分树脂向右或向左流动，剩余部分直接向下流动。
较佳地，所述梯形拉挤板材的长边棱角设置呈倒角结构。
较佳地，所述堆叠形成的拉挤板材层经灌注一体成型固定连接。
较佳地，所述堆叠形成的拉挤板材层通过临时固定连接。
本发明还提供了一种风电叶片，其包含：叶片主体及上述的承载结构件。
本发明还提供了一种风力发电机组，其包含：上述的风电叶片。
本发明还提供了一种上述的用于风电叶片的承载结构件的制备方法，其包含：
s1，将上述的梯形拉挤板材逐层堆叠在主梁模具中，该堆叠方法包含：
s1.1，采用偶数个形制相同的梯形拉挤板材铺设第1层拉挤板材层，布置为相邻的两个拉挤板材的梯形上下底边相反水平对齐，侧壁紧贴；
s1.2，采用s1.1相同的铺设方法在第1层拉挤板材层上铺设若干层拉挤板材层，使得各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐；
s2，通过真空灌注工艺，灌注形成整体的承载结构件；或者，通过临时固定形成整体的承载结构件。
较佳地，在拉挤板材层之间还设置有脱模布，用于包覆拉挤板材的上下表面，板材上下表面的脱模布区域距离边缘有一定距离，堆叠后，层间接触面至少有一面包覆有脱模布，使得灌注过程中树脂能在层间流通顺畅，形成有效的树脂流道。
本发明还提供了一种风电叶片的制备方法，其包含：将所述的承载结构件放置于叶片模具中，并与叶片主体铺层、芯材进行一体灌注固化，形成叶片壳体整体。
本发明的技术效果：
1)通过设计梯形截面的拉挤板材，及保证边缘板材斜边对齐的堆叠方式，避免使薄弱的通缝在一个垂直截面，且增加了每层相邻两个拉挤板材的粘接面积，提升板材结构的整体承载能力，避免了长方形截面板材在堆叠时形成垂直通缝而降低板材结构刚度和强度的问题。
2)设计的梯形截面板材堆叠结构有利于板材层间形成树脂流道(斜缝)，减少灌注时间，提高灌注效率和效果。而且，由于板材上下表面的脱模布区域距离边缘有一定距离，脱模布区域表面是粗糙的，不含脱模布的区域表面光滑，如果采用矩形截面的板材堆叠，会在边缘处形成光滑面接触区域，从而堵塞树脂的流通；而本发明的梯形截面板材堆叠后，所有层间接触面至少有一面是粗糙的(在脱模布区域内)，因此树脂在层间流通顺畅，能够形成有效的树脂流道，提高灌注效率和效果。
3)设计的梯形截面板材的倒角能够在板材层间形成灌注树脂承接平台。
附图说明
图1a为现有技术的矩形拉挤板材的截面示意图。
图1b为现有技术的板材结构件的结构示意图。
图2a为本发明的梯形拉挤板材的截面示意图。
图2b为本发明的承载结构件的结构示意图。
图3a为本发明的承载结构件形成的i型斜缝的在灌注时树脂流通示意图。
图3b为本发明的承载结构件形成的ii型斜缝的在灌注时树脂流通示意图。
图4a为本发明的承载结构件采用一种堆叠方式的梯形拉挤板材层间接触示意图。
图4b为本发明的承载结构件采用另一种堆叠方式的梯形拉挤板材层间接触示意图。
附图标记说明：
承载结构件10
拉挤板材层100
梯形拉挤板材101
倒角102
斜缝200
脱模布区域300。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文所述的“叶片长度”是指：叶片径向方向上的最大长度。
本文所述的“脱模布”是一种复合材料构件成型固化过程的工艺辅助用布状材料，其置于模具与毛坯零件之间防止树脂与模具相粘，其作用主要是方便脱模，保证构件型面光滑。通常的脱模布是在玻璃布一面涂聚四氟乙烯，一面涂压敏胶制成的。
本文所述的“倒角”是指把工件的棱角切削形成的坡度。可根据需要，从棱角不同方向切削加工形成具有不同斜率不同角度的倒角。
本文所述的“斜缝”是指自上而下非直线型的缝隙。
本文所述的“形制相同”是指的每个拉挤板材是同样的模具制作，形状、尺寸大小完全相同。
本文所述的“平铺”是指水平铺设，铺设形成的每层拉挤板材层与水平面平行。
本文所述的“梯形拉挤板材”是指拉挤板材的水平横截面呈梯形。
本文所述的“边缘对齐”是指的承载结构件的两侧，每侧边缘处于同一平面。
本文所述的“临时固定连接”是指采用常规的连接或固定方式，将堆叠的拉挤板材层连接固定形成一个整体，便于运输、移动。
本文所述的“承载结构件”是指的主梁结构件。
如图2a、2b所示，本发明提供的承载结构件10由若干布置完全相同的拉挤板材层100垂直堆叠形成，各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐。每一层拉挤板材层100由偶数个梯形拉挤板材101平铺布置形成。每层相邻的两个拉挤板材的梯形上下底边相反布置(即，第一个拉挤板材梯形截面边长上短下长时，第二个拉挤板材梯形截面边长上长下短，第三个拉挤板材梯形截面边长上短下长......依次类推，反之亦然)，水平对齐，且相邻的梯形拉挤板材侧壁紧贴设置。所述的梯形拉挤板材的梯形截面结构可以保证后期堆叠可以形成斜缝200，而非上下垂直的通缝。
如图2a所示，该梯形拉挤板材101还设置至少一个倒角102。该倒角结构可以保证后续在a和b处形成灌注树脂承接平台，如图2b所示。
本发明的一些实施例中，所述梯形拉挤板材的长边棱角(即梯形截面的锐角)设置呈倒角结构。
本发明提供的承载结构件10的堆叠方法包含：
s1.1，采用偶数个形制相同的梯形拉挤板材铺设第1层拉挤板材层，布置为相邻的两个拉挤板材的梯形上下底边相反水平对齐，侧壁紧贴；
s1.2，采用s1.1相同的铺设方法在第1层拉挤板材层上依次铺设若干层拉挤板材层，使得各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐。
本发明的一些实施例中，所述堆叠形成的拉挤板材层经灌注一体成型固定连接。
本发明的一些实施例中，所述堆叠形成的拉挤板材层还以通过临时固定连接。
本发明的梯形截面板材堆叠结构有利于板材层间形成斜缝，其作为树脂流道，可减少灌注时间，提高灌注效率和效果。
梯形截面板材的倒角能够在板材层间形成灌注树脂承接平台，如图2b中的a和b。
本发明将梯形截面板材堆叠时保证构件各层板材的最外侧斜边对齐，会形成两种形式的斜缝，如图2b中的i型和ii型缝隙。对于i型缝隙，倒角b较佳是设置为与梯形拉挤板材的斜边倾斜方向相反，这样在灌注过程中，树脂沿着同一层相邻两个梯形拉挤板材的倾斜的连接界面从上向下流，到达连接界面的底部，即下层拉挤板材层处时，由于倒角方向是和梯形拉挤板材斜边方向相反的，树脂会分成水平方向相反的两部分a和b，b部分树脂向右流动，剩余部分a向左流动，以此类推，如图3a。对于ii型缝隙，在灌注过程中，树脂沿着同一层相邻两个提醒拉挤板材的倾斜的连接界面从上向下流，到达连接界面的底部时树脂也会分成两部分a和b，b部分树脂因倒角的存在向右或向左流动，剩余部分a继续向下，以此类推，如图3b。
如图4a、4b所示，由于板材上下表面的脱模布区域300距离边缘有一定距离，脱模布区域表面是粗糙的，不含脱模布的区域表面光滑。如果采用矩形截面的板材堆叠，会在边缘处形成光滑面接触区域，从而堵塞树脂的流通；而本发明的梯形截面板材堆叠后，所有层间接触面至少有一面是粗糙的(在脱模布区域内)，因此树脂在层间流通顺畅，能够形成有效的树脂流道，提高灌注效率和效果。
实施例1
s1，使用拉挤板材堆叠在主梁模具中，拉挤板材按照如图2(b)所示的堆叠方式逐层进行铺设，每层板材的数量为偶数，以保证各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐；
s2，通过真空灌注工艺，灌注形成整体的承载结构件；
s3，将所述的承载结构件放置于叶片模具中的合适位置，并与铺层、芯材进行一体灌注固化，形成叶片壳体整体。
实施例2
s1，使用拉挤板材堆叠在叶片模具中，拉挤板材按照如图2(b)所示的堆叠方式逐层进行铺设，每层板材的数量为偶数，保证各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐，并进行临时固定，得到堆叠板材；
s2，在叶片模具中铺设玻纤布与芯材等其他材料；
s3，通过真空灌注工艺，将堆叠板材、铺层、芯材一体灌注，形成叶片壳体整体。
综上所述，本发明通过设计具有梯形截面的梯形拉挤板材，及保证边缘板材斜边对齐的堆叠方式，避免了使薄弱的通缝在一个垂直截面，且增加了每层相邻两个拉挤板材的粘接面积，提升板材结构的整体承载能力，克服了长方形截面板材在堆叠时形成垂直通缝而降低板材结构刚度和强度的问题。
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。
1.一种用于风电叶片的承载结构件，其特征在于，该承载结构件由若干布置完全相同的拉挤板材层堆叠形成，各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐；所述的拉挤板材层由偶数个梯形拉挤板材平铺布置形成，该梯形拉挤板材包含至少一个倒角；每层相邻的两个梯形拉挤板材的梯形上下底边相反布置，水平对齐，相邻的梯形拉挤板材的侧壁紧贴设置连接，相邻的梯形拉挤板材的连接部在层间形成斜缝。
2.如权利要求1所述的用于风电叶片的承载结构件，其特征在于，所述的斜缝包含i型斜缝、ii型斜缝，所述i型斜缝和所述倒角使得树脂从上向下灌注时，在同一拉挤板材层相邻两梯形拉挤板材连接界面的底部，分流成水平方向相反的两部分；所述ii型斜缝和所述倒角使得树脂从上向下灌注时，在同一拉挤板材层相邻两梯形拉挤板材连接界面的底部，分流成两部分，一部分树脂向右或向左流动，剩余部分直接向下流动。
3.如权利要求1所述的用于风电叶片的承载结构件，其特征在于，所述梯形拉挤板材的长边棱角设置呈倒角结构。
4.如权利要求1所述的用于风电叶片的承载结构件，其特征在于，所述堆叠形成的拉挤板材层经灌注一体成型固定连接或通过临时固定连接。
5.一种风电叶片，其特征在于，其包含：叶片主体及权利要求1-4中任意一项所述的承载结构件。
6.一种风力发电机组，其特征在于，其包含：如权利要求5所述的风电叶片。
7.一种用于风电叶片的承载结构件的制备方法，其特征在于，该方法包含：
s1，将权利要求1-4中的梯形拉挤板材逐层堆叠在主梁模具中，该堆叠方法包含：
s1.1，采用偶数个形制相同的梯形拉挤板材铺设第1层拉挤板材层，布置为相邻的两个拉挤板材的梯形上下底边相反水平对齐，侧壁紧贴；
s1.2，采用s1.1相同的铺设方法在第1层拉挤板材层上铺设若干层拉挤板材层，使得各层拉挤板材层的最外侧侧壁对齐。
8.如权利要求7所述的用于风电叶片的承载结构件的制备方法，其特征在于，该方法还包含：
s2，通过真空灌注工艺，使s1堆叠的若干层拉挤板材层形成整体的承载结构件；或，
s2，通过临时固定方式，使s1堆叠的若干层拉挤板材层形成整体的承载结构件。
9.如权利要求7所述的用于风电叶片的承载结构件的制备方法，其特征在于，在拉挤板材层之间还设置有脱模布，用于包覆拉挤板材的上下表面，板材上下表面的脱模布区域距离边缘有一定距离，堆叠后，层间接触面至少有一面包覆有脱模布，使得灌注过程中树脂能在层间流通顺畅，形成有效的树脂流道。
10.一种风电叶片的制备方法，其特征在于，该方法包含：将权利要求1-4中任意一项所述的承载结构件放置于叶片模具中，并与叶片主体铺层、芯材进行一体灌注固化，形成叶片壳体整体。
技术总结