阅读说明：本技术 用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法 (Forming method for wind power blade root bolt structure ) 是由 谈源 汤娟 周敏杰 邓嘉康 王瑞 于 2019-11-11 设计创作，主要内容包括：本发明涉及风电叶片零部件制造技术领域,具体涉及用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法,包括以下步骤：织物的铺设：将至少一层织物铺设于模具内；底层填充物的设置：将复合材料填充物放置于织物铺设完成后所形成的腔体内；金属螺套的设置：将螺栓结构的金属螺套设置于放置完成的复合材料填充物上；顶层填充物的设置：将复合材料填充物设置于放置完成的金属螺套上；织物边缘的闭合：将织物裸露的两端部边缘进行闭合；成型：对模具内的组合结构进行成型。通过本发明,可有效保证叶片根部的质量,提高螺栓套与复合材料的连接可靠性以及根部螺栓的承载能力,保证产品的使用寿命和安全。(The invention relates to the technical field of wind power blade part manufacturing, in particular to a forming method for a bolt structure at the root part of a wind power blade, which comprises the following steps: laying a fabric: laying at least one layer of fabric in a mould; setting of the underfill: placing the composite material filler in a cavity formed after the fabric is laid; the arrangement of the metal thread insert: arranging a metal thread insert of a bolt structure on the placed composite material filler; setting of top layer filler: arranging the composite material filler on the placed metal screw sleeve; closing of the fabric edge: closing the edges of the two exposed end parts of the fabric; molding: and forming the combined structure in the mold. The invention can effectively ensure the quality of the root of the blade, improve the connection reliability of the bolt sleeve and the composite material and the bearing capacity of the root bolt, and ensure the service life and the safety of the product.)

用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法

技术领域

本发明涉及风电叶片零部件制造技术领域，具体涉及用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，风力发电产业迅速发展，成为继欧洲、美国和印度之后的全球风力发电主要市场之一。

中国产业调研网发布的2019-2025年中国风电叶片市场现状全面调研与发展趋势分析认为，风机叶片是风能技术进步的关键核心风力机部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。中国风机叶片行业的发展是伴随着风电产业及风电设备行业的发展而发展起来的，由于起步较晚，中国风机叶片最初主要是依靠进口来满足市场需求的，随着国内企业和科研院所的共同努力，中国风机叶片行业的供给能力迅速提升。

风电叶片根部作为连接的主要位置，对整个风电叶片组件的正常运行起到至关重要的作用，现有叶片根部螺栓结构连接处的质量问题严重影响了产品的使用寿命。

鉴于上述问题，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法，使其更具有实用性。

发明内容

本发明中提供了一种用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法，可有效保证叶片根部的质量，提高螺栓套与复合材料的连接可靠性以及根部螺栓的承载能力，保证产品的使用寿命和安全。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括：

一种用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法，包括以下步骤，

织物的铺设：将至少一层织物铺设于模具内，且织物的两端部边缘处裸露于所述模具外部；

底层填充物的设置：将复合材料填充物放置于所述织物铺设完成后所形成的腔体内；

金属螺套的设置：将螺栓结构的金属螺套设置于放置完成的所述复合材料填充物上；

顶层填充物的设置：将复合材料填充物设置于放置完成的所述金属螺套上，其中，通过所述底层填充物和顶层填充物对所述金属螺套的包裹而获得截面为矩形的棱柱体结构；

织物边缘的闭合：将织物裸露的两端部边缘进行闭合，从而对所述棱柱体结构进行周向的包覆；

成型：对模具内的组合结构进行成型。

进一步地，当在模具内所铺设的织物大于一层时，各层织物间的接缝处错位设置。

进一步地，每层织物的接缝处存在重叠部分。

进一步地，在将织物铺设于所述模具内之前，至少对其与所述模具内的成形腔体内壁形状进行局部的适应性预成型。

进一步地，所述棱柱结构为正四棱柱结构。

进一步地，所述复合材料填充物包括与所述金属螺套外部贴合的1/4圆柱表面，以及分别与所述圆柱表面两端连接的两平面，两所述平面连接后形成直角结构。

进一步地，所述复合材料填充物为复合材料预成型体，成型基体为纤维或者纤维织物。

进一步地，所述成型基体外部还包覆有纤维织物。

进一步地，所述复合材料填充物和织物的材料选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维或尼龙纤维中的一种或多种。

进一步地，成型的工艺为RTM工艺、HP-RTM工艺或VARI工艺。。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

在本发明中，通过上述方式对风电叶片用螺栓结构进行成型，一方面可降低成型过程中的难度，保证最终成型后的尺寸稳定性和精度，还可形成稳定的螺栓结构形式，通过复合材料结构与金属结构的组合形式保证了螺栓结构的使用强度，且外部棱柱体结构避免了在风电叶片内的转动情况，通过多个螺栓结构并列设置的方式可形成完整的风电叶片根部形态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明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。

图1为用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法的流程图；

图2为步骤S1中织物铺设于模具内示意图；

图3为步骤S2中复合材料填充物放置于腔体内的示意图；

图4为步骤S3中金属螺套放置于复合材料填充物上的示意图；

图5为步骤S4中复合材料填充物放置于金属螺套上的示意图；

图6为步骤S5中织物两端边缘闭合后的示意图；

图7和图8中为两种织物接缝处的示意图；

图9为图2中A处的局部放大图；

图10为仅对织物进行局部预成型后铺设的示意图；

图11为对织物进行整体预成型后的示意图；

图12和图13为棱柱体结构为正四棱柱体的示意图；

图14为棱柱体结构为非正四棱柱体的示意图；

图15和16为复合材料填充物的一种优化示意图；

图17为复合材料预成型体的成型基体为纤维的示意图；

图18为复合材料预成型体的成型基体为带状纤维织物的示意图；

图19为复合材料预成型体的成型基体为片状纤维织物铺设堆叠的示意图；

图20~22为图17`19中复合材料预成型体通过纤维织物层进行包覆的示意图；

图23为复合材料预成型体的3D编织示意图；

附图标记：织物1、边缘11、腔体12、缝隙13、重叠部分14、模具2、复合材料填充物3、组合部分31、1/4圆柱表面32、平面33、纤维织物层34、金属螺套4。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，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。

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，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，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。本实施例采用递进的方式撰写。

一种用于风电叶片根部螺栓结构的成型方法，如图1所示，包括以下步骤，

S1.织物1的铺设：如图2所示，将至少一层织物1铺设于模具2内，且织物1的两端部边缘11处裸露于模具2外部，其中，图中示出了设置两层织物1的具体形式，但在本发明中，如3层、4层、5层及其他织物层数也均在保护范围内；织物1与模具2贴合后，形成与模具1内壁适应性的腔体12，而裸露的边缘11以供连接；

S2.底层填充物的设置：将复合材料填充物3放置于织物1铺设完成后所形成的腔体12内，如图3所示，需保证放置的贴合性，通过较好的贴合，可保证后续的成型效果；

S3.金属螺套4的设置：如图4所示，将螺栓结构的金属螺套4设置于放置完成的复合材料填充物3上，通过复合材料填充物3对其进行依托；

S4顶层填充物的设置：如图5所示，将复合材料填充物3设置于放置完成的金属螺套4上，其中，通过底层填充物和顶层填充物对金属螺套4的包裹而获得截面为矩形的棱柱体结构；

S5织物边缘的闭合：如图6所示，将织物1裸露的两端部边缘进行闭合，从而对棱柱体结构进行周向的包覆；

S6成型：对模具内的组合结构进行成型，其中组合结构即指织物1及其内部所包覆的结构组合体。

作为上述实施例的优选，当在模具内所铺设的织物大于一层时，各层织物间的接缝处错位设置，此设置的目的在于避免在螺栓结构上产生局部的薄弱部位，从而提高螺栓结构的整体强度，如图7和8所示的两种错位形式，均可实现本发明的上述技术目的，但图7中的织物的边缘11的对接处存在缝隙13，此处的缝隙部分在后续的成型后，难免会形成局部的结构薄弱点，而导致结构寿命受到影响，因此作为一种优选，图8中所示的在每层织物的接缝处存在重叠部分14，通过此部分的设置，使得各层织物均形成完整的闭合结构，从而保证了内部所包覆结构的完整性和稳定性，会在一定程度上增加最终成型后的螺栓结构的整体强度。

因为织物存在一定的柔软性，因此在步骤S1中织物1铺设的过程中，难免存在弯折而影响最终的成型效果，因此为了解决上述问题，铺设于模具2内之前，至少对织物1与模具2内的成形腔体内壁形状进行局部的适应性预成型。如图9所示，上述的局部适应性预成型至少包括图中所示的弯折部分（即直角部分），因为此处会影响将螺栓结构与风电叶片根部进行一体化成型的效果，经过此处的局部预成型后，如图10所示，边缘11可弯折的搭设于模具2上以供后续的闭合。当然本优化方案中，还存在对织物1进行整体预成型的情况，如图11所示，整体的预成型后仅形成腔体12的敞口端，从而使得复合材料填充物3和金属螺套4进入。其中，本优选方案中的预成型可通过树脂实现。

在步骤S4中所形成的棱柱体结构可以为如图12和13所示的正四棱柱体，也可为如图14所示的非正四棱柱体，均可通过设置于风电叶片的根部结构内而实现风电叶片的安装，但是在使用的过程中，在满足金属螺套4尺寸要求的情况下，尽可能的降低螺栓结构的外部轮廓尺寸可提高根部强度，因此优选正四棱柱体结构。其中，位于顶部的和底部的复合材料填充物3可以为一体结构，如图13中所示的近似U型的结构而对金属螺套4进行包覆，也可为如图14中所示的，作为顶层填充物和底层填充物的复合材料填充物3包括两组合部分31而通过对接拼合的方式而形成近似U型的结构而对金属螺套4进行包覆，作为此种形式的优选，如图15所示，复合材料填充物3的包括与金属螺套外部贴合的1/4圆柱表面32，以及分别与圆柱表面两端连接的两平面33，两平面连接后形成直角结构，上述结构即为组合部分31，通过四个组合部分31可对整个金属螺套4的外部进行完整的包覆，此种方式可进一步降低螺栓结构的外部尺寸。

作为上述实施例的优选，复合材料填充物3为复合材料预成型体，成型基体为纤维或者纤维织物。如图17所示，展示了成型基体为纤维的情况，具体可通过将纤维丝束沿金属螺套4的轴线方向进行并列的设置，从而通过树脂进行预成型，而形成相对稳定的填充物结构，保证其放置于腔体12内之后的结构稳定性，此处也可通过纤维3D编织的方式而获得，而图18则展示了成型基体为带状纤维织物的情况，此处的带状纤维可通过适当的分布形式而达到使用要求，图19展示了成型基体为片状纤维织物的情况，通过铺设堆叠的方式也可实现本优选方案的技术目的，此处的成型也需通过树脂实现，且成型后的预成型体仍然在后续的成型过程中存在变形的余地。为了保证上述复合材料填充物3的结构稳定性，成型基体外部还包覆有纤维织物层34，具体如图20~22所示。

其中，如图23所示，在纤维进行上述3D编织的过程中，需设置芯材，芯材可选择泡沫结构或复材拉挤件结构等实现织物的支撑，编织后的织物覆盖在芯材表面。

在本发明中，复合材料填充物3和织物1的材料选自玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚酰亚胺纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维或尼龙纤维的一种或多种。具体包括上述纤维、纤维织物层34和织物1的材料选择。

在步骤S6中的成型的工艺为RTM工艺、HP-RTM工艺或VARI工艺，均可实现上述目的，当然，其他可实现成型目的的工艺方法也均在本发明的保护范围内。

本行业的技术人员应该了解，本发明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发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明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发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。