[发明专利]一种风力机叶片及其叶片增强结构件

说明书

本发明公开了一种风力机叶片及其叶片增强结构件，该叶片增强结构件包含若干个板材，板材的层间界面区域铺设有树脂流控层，树脂流控层至少包含一层用于填充揭去剥离布形成的矩形界面凹陷区域的填充层；树脂流控层还包含位于填充层的表面的包覆层，包络板材层间的接触面。该风力机叶片包含若干个主梁、内外蒙皮、芯材和腹板。本发明减少了可能的层间树脂富集，精确控制层间树脂灌注厚度；树脂流控材料包络对接界面，减少对接间隙区域树脂富集，可避免灌注过程中的包抄现象，使得灌注更加充分；还能增强树脂在板材表面纵向上的流动速度，提高灌注性能和灌注质量，纵向方向还可灌注更大厚度的板材堆叠。

技术领域

本发明涉及风力机叶片领域，特别涉及一种风力机叶片及其叶片增强结构件。

背景技术

风能作为新能源的最重要的板块之一。目前在世界各国都获得了较大发展，大风轮直径的风力发电机组成为风电领域的技术趋势，随着叶片长度的增加，风机机组功率的增大，叶片的驱动设计逐渐从强度驱动转移到刚度驱动，因此单位模量成本较低的材料成为叶片结构设计的优选。

碳纤维作为模量较高的一种纤维材料。现阶段主要使用真空灌注成型工艺和预浸料成型工艺制备风力机叶片的主梁，当碳纤维材料较厚时，由于碳纤维单丝较细，真空灌注工艺不容易灌透主梁结构的整个厚度；而预浸料工艺在运输，存储、生产工艺等环节都有较高的要求，且很难控制碳纤维的皱褶和空隙，影响风机叶片的质量。

拉挤板材由于力学性能优异，单位模量成本较低，加工方法成熟简单等优点，使用拉挤板材及板材堆叠作为叶片主梁或者辅梁的增强结构件逐渐成为风电领域叶片设计的重要技术思路。特别地，对于拉挤型板材，拉挤时通常在表面粘附一层剥离层（peel ply），以获得板材表面预制的粗糙纹理，当板材堆叠时，粗糙纹理在堆叠构件的层间提供了树脂渗入流动的间隙空间，当树脂引入板材堆叠层时，树脂渗入层间间隙，树脂固化后，各层板材粘合在一起形成叶片的增强结构件。

拉挤板材一般用于叶片的主梁或者辅梁结构。拉挤板材堆叠成叶片增强结构件，与叶片壳体铺层一起固化，或者先固化成梁结构预制件，然后和叶片壳体一起固化，最终制成叶片壳体结构。由于拉挤板材表面大致是平的，考虑板材与叶片模具的随形性，通常板材的宽度较窄，板材叠层后再横向对接堆叠在一起，具体应用时将涉及板材横向对接堆叠的界面对接或者板材堆叠与芯材之间的界面对接。

如图1所示，由于拉挤工艺限制，剥离层11通常无法包裹拉挤板材12表面全部宽度，若剥离层11延伸至板材12宽度边缘处，将极易造成拉挤通道的堵塞。当揭去板材粘接的剥离层11后，剥离层粘附区域将形成带有粗糙纹理的表面，并在原剥离层覆盖处形成一个矩形界面的凹陷区域13，在板材堆叠制作叶片主梁或者辅梁结构时，两层板材的横向非凹陷区域对接接触，树脂不能完全渗透过该非凹陷区域，导致凹陷区域浸透不充分或者没有浸透足够的树脂，导致界面粘结强度低甚至分层。

如图2所示，矩形凹陷区域易富集树脂。剥离层揭去后，上下板材堆叠后将进一步扩大凹陷区域，矩形凹陷区域更易形成树脂富集区，削弱板材堆叠的承载能力。

由于板材叠层之间的凹陷区域和不凹陷区域共存，板材横向堆叠以及板材与芯材之间不可避免地出现界面空隙区域，在真空灌注过程中如果不控制树脂整体的流动前沿，极易形成 “包抄”，使得灌注不充分，形成了树脂前锋31和包抄区域32。如图3所示，“包抄”是指灌注过程中（通过注胶管道33进行灌注）树脂由于流速不同，将一块未浸透树脂的区域包围起来，并且这块区域（即包抄区域32）后续难以浸透树脂。其中，箭头A是指注胶方向，箭头B是指包抄树脂。

如图4所示，拉挤板材叠层的横向堆叠对接区域41不可避免出现微小间隙（即间隙区域42），削弱板材与板材间的对接界面强度，其中。在实际载荷下间隙区域将是容易最先失效的薄弱区域，当树脂灌注过程中在界面出形成富树脂区，将大大削弱界面强度，增加结构失效风险。

发明内容