[發(fā)明專利]一種垂直軸風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片打孔連接區(qū)鋪層方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510242803.2
• 申請(qǐng)日: 2015-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN104816484B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆建校;陳嘯;蔣大龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)能風(fēng)力發(fā)電有限公司
• 主分類號(hào): B29C70/30
• 分類號(hào): B29C70/30
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種垂直軸風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片打孔連接區(qū)鋪層設(shè)計(jì)方法,可應(yīng)用于大型H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

大型H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪裝置由葉片、連接葉片的支撐桿和主軸構(gòu)成。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件，為確保葉片與支撐桿之間的連接可靠性，葉片可采用打孔(或抱箍并打孔)連接方式與支撐桿固定。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片采用復(fù)合材料制造，由于葉片打孔連接區(qū)的孔周圍有較大的應(yīng)力集中，將明顯降低葉片連接的承載能力，為提高葉片打孔連接的強(qiáng)度和韌性，需要對(duì)復(fù)合材料葉片打孔連接區(qū)進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種H型垂直軸風(fēng)電復(fù)合材料葉片打孔連接區(qū)鋪層設(shè)計(jì)方法，通過(guò)對(duì)復(fù)合材料的鋪層角度、鋪層厚度和軸向長(zhǎng)度等參數(shù)的合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能減緩打孔連接區(qū)周圍應(yīng)力集中的影響，顯著提高葉片打孔連接的強(qiáng)度和韌性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種H型垂直軸風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片打孔連接區(qū)鋪層設(shè)計(jì)方法，所述復(fù)合材料葉片通過(guò)支撐桿與垂直軸風(fēng)力機(jī)的主軸連接，所述支撐桿與復(fù)合材料葉片連接于復(fù)合材料葉片主梁上的葉片打孔連接區(qū)，其特征在于，所述葉片打孔連接區(qū)按照如下方式進(jìn)行鋪層：

(1)所述葉片打孔連接區(qū)的復(fù)合材料其鋪層角度、鋪層厚度沿葉片厚度方向采用均衡對(duì)稱設(shè)計(jì)，以減少因復(fù)合材料沿纖維方向和垂直纖維方向的熱膨脹系數(shù)不同而在加熱固化時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；

(2)在所述葉片打孔連接區(qū)的高應(yīng)力集中部位，±45°雙向布鋪層比例不少于40％，0°單向布比例不低于25％，90°單向布比例10～25％，以提高該部位極限承載力和抗疲勞性能；

(3)所述葉片打孔連接區(qū)最外層和最內(nèi)層應(yīng)設(shè)置雙向布或三向布，不宜采用單向布，以提高連接部位的抗擠壓和抗沖擊性能。

(4)所述打孔連接區(qū)的復(fù)合材料鋪層厚度沿葉片軸向應(yīng)漸變，使鋪層整體剛度變化平緩。

(5)所述葉片打孔連接區(qū)的各鋪層纖維應(yīng)連續(xù)，不允許拼接，以保證應(yīng)力的有效傳遞。

優(yōu)選地，在所述葉片打孔連接區(qū)的外周面設(shè)置有抱箍，所述打孔連接區(qū)內(nèi)任一鋪層沿葉片軸向的最小長(zhǎng)度L應(yīng)大于抱箍寬度W，在抱箍寬度W內(nèi)不應(yīng)有鋪層厚度遞減。

優(yōu)選地，在所述葉片打孔連接區(qū)中，相同方向的纖維布沿鋪層厚度方向應(yīng)盡量分散，各層之間纖維走向的夾角不超過(guò)45°，以保證鋪層沿厚度方向的截面強(qiáng)度。

優(yōu)選地，所述±45°雙向布在打孔連接區(qū)鋪層厚度中面的位置應(yīng)盡量等量。

本發(fā)明提出的H型垂直軸風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片打孔連接區(qū)鋪層方法，可應(yīng)用于大型H型垂直軸風(fēng)力機(jī)復(fù)合材料葉片上，通過(guò)對(duì)復(fù)合材料的鋪層角度、鋪層厚度和軸向長(zhǎng)度等參數(shù)的合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化，能減緩打孔連接區(qū)周圍應(yīng)力集中的影響，提高葉片連接的承載能力。

附圖說(shuō)明

圖1為H型垂直軸風(fēng)力機(jī)裝置示意圖；

圖2為葉片打孔連接區(qū)示意圖，其中，(A)為整體圖，(B)為俯視圖；

圖3為打孔連接區(qū)復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)方法示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，大型H型垂直軸風(fēng)力機(jī)包括復(fù)合材料葉片1、連接葉片的支撐桿2和風(fēng)力機(jī)主軸3，復(fù)合材料葉片1通過(guò)支撐桿2與主軸3相連，支撐桿2與復(fù)合材料葉片1連接于復(fù)合材料葉片1的打孔連接區(qū)。

在復(fù)合材料葉片1的主梁4上打孔，用螺栓5將葉片1與支撐桿2相連接(或先用抱箍6固定葉片，再打孔連接)，形成如圖2所示的葉片打孔連接區(qū)。

參照?qǐng)D3，本發(fā)明的大型H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片打孔連接區(qū)鋪層設(shè)計(jì)方法，對(duì)葉片打孔連接區(qū)復(fù)合材料的鋪層角度、鋪層厚度和軸向長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

復(fù)合材料的鋪層角度、鋪層厚度沿葉片厚度方向采用均衡對(duì)稱設(shè)計(jì)。在鋪層角度設(shè)計(jì)中，±45°雙向布鋪層比例不少于40％，0°單向布比例不低于25％，90°單向布比例10～25％。其中，±45°雙向布在打孔連接區(qū)鋪層厚度中面的位置應(yīng)盡量等量；沿鋪層厚度方向，相同方向的纖維布應(yīng)盡量分散，且各層之間纖維走向的夾角不超過(guò)45°；鋪層的最外層和最內(nèi)層應(yīng)設(shè)置雙向布或三向布，不宜采用單向布。在鋪層厚度設(shè)計(jì)中，鋪層厚度沿葉片軸向應(yīng)漸變，使鋪層整體剛度變化平緩。在鋪層軸向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)中，打孔連接區(qū)內(nèi)任一鋪層沿葉片軸向的最小長(zhǎng)度L應(yīng)大于抱箍寬度W，在抱箍寬度W內(nèi)不應(yīng)有鋪層厚度遞減。此外，各鋪層纖維應(yīng)連續(xù)，不允許拼接。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。