一種垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于風力發電機葉片結構設計領域，具體涉及一種垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層設計方法，可應用于大型H型垂直軸風力發電機復合材料葉片結構設
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【背景技術】
[0002]大型H型垂直軸風力發電機的風輪裝置由葉片、連接葉片的支撐桿和主軸構成。葉片是風力發電機的關鍵部件，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。風力發電機的葉片采用復合材料制造，由于葉片打孔連接區的孔周圍有較大的應力集中，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度和韌性，需要對復合材料葉片打孔連接區進行鋪層設計。
【發明內容】
[0003]為解決上述技術問題，本發明提出了一種H型垂直軸風電復合材料葉片打孔連接區鋪層設計方法，通過對復合材料的鋪層角度、鋪層厚度和軸向長度等參數的合理設計和優化，能減緩打孔連接區周圍應力集中的影響，顯著提高葉片打孔連接的強度和韌性。
[0004]本發明所采用的技術方案是:
[0005]一種H型垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層設計方法，所述復合材料葉片通過支撐桿與垂直軸風力機的主軸連接，所述支撐桿與復合材料葉片連接于復合材料葉片主梁上的葉片打孔連接區，其特征在于，所述葉片打孔連接區按照如下方式進行鋪層:
[0006](I)所述葉片打孔連接區的復合材料其鋪層角度、鋪層厚度沿葉片厚度方向采用均衡對稱設計，以減少因復合材料沿纖維方向和垂直纖維方向的熱膨脹系數不同而在加熱固化時產生的內應力；
[0007](2)在所述葉片打孔連接區的高應力集中部位，±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；
[0008](3)所述葉片打孔連接區最外層和最內層應設置雙向布或三向布，不宜采用單向布，以提高連接部位的抗擠壓和抗沖擊性能。
[0009](4)所述打孔連接區的復合材料鋪層厚度沿葉片軸向應漸變，使鋪層整體剛度變化平緩。
[0010](5)所述葉片打孔連接區的各鋪層纖維應連續，不允許拼接，以保證應力的有效傳遞。
[0011]優選地，在所述葉片打孔連接區的外周面設置有抱箍，所述打孔連接區內任一鋪層沿葉片軸向的最小長度L應大于抱箍寬度W，在抱箍寬度W內不應有鋪層厚度遞減。
[0012]優選地，在所述葉片打孔連接區中，相同方向的纖維布沿鋪層厚度方向應盡量分散，各層之間纖維走向的夾角不超過45°，以保證鋪層沿厚度方向的截面強度。
[0013]優選地，所述±45°雙向布在打孔連接區鋪層厚度中面的位置應盡量等量。
[0014]本發明提出的H型垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層方法，可應用于大型H型垂直軸風力機復合材料葉片上，通過對復合材料的鋪層角度、鋪層厚度和軸向長度等參數的合理設計和優化，能減緩打孔連接區周圍應力集中的影響，提高葉片連接的承載能力。
【附圖說明】
[0015]圖1為H型垂直軸風力機裝置示意圖；
[0016]圖2為葉片打孔連接區示意圖，其中，㈧為整體圖，⑶為俯視圖；
[0017]圖3為打孔連接區復合材料鋪層設計方法示意圖。
【具體實施方式】
[0018]為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發明進一步詳細說明。
[0019]如圖1所示，大型H型垂直軸風力機包括復合材料葉片1、連接葉片的支撐桿2和風力機主軸3，復合材料葉片I通過支撐桿2與主軸3相連，支撐桿2與復合材料葉片I連接于復合材料葉片I的打孔連接區。
[0020]在復合材料葉片I的主梁4上打孔，用螺栓5將葉片I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。
[0021]參照圖3，本發明的大型H型垂直軸風力發電機復合材料葉片打孔連接區鋪層設計方法，對葉片打孔連接區復合材料的鋪層角度、鋪層厚度和軸向長度等參數進行了設計。
[0022]復合材料的鋪層角度、鋪層厚度沿葉片厚度方向采用均衡對稱設計。在鋪層角度設計中，±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鋪層厚度中面的位置應盡量等量；沿鋪層厚度方向，相同方向的纖維布應盡量分散，且各層之間纖維走向的夾角不超過45° ;鋪層的最外層和最內層應設置雙向布或三向布，不宜采用單向布。在鋪層厚度設計中，鋪層厚度沿葉片軸向應漸變，使鋪層整體剛度變化平緩。在鋪層軸向長度設計中，打孔連接區內任一鋪層沿葉片軸向的最小長度L應大于抱箍寬度W，在抱箍寬度W內不應有鋪層厚度遞減。此外，各鋪層纖維應連續，不允許拼接。
[0023]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的范圍之內。
【主權項】
1.一種H型垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層方法，所述復合材料葉片通過支撐桿與垂直軸風力機的主軸連接，所述支撐桿與復合材料葉片連接于復合材料葉片主梁上的打孔連接區，其特征在于，所述復合材料葉片打孔連接區按照如下方式進行鋪層: (1)所述打孔連接區的復合材料其鋪層角度、鋪層厚度沿葉片厚度方向采用均衡對稱設計，以減少因復合材料沿纖維方向和垂直纖維方向的熱膨脹系數不同而在加熱固化時產生的內應力； (2)在所述打孔連接區的高應力集中部位，±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會K ; (3)所述打孔連接區最外層和最內層應設置雙向布或三向布，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)所述打孔連接區的復合材料鋪層厚度沿葉片軸向應漸變，使鋪層整體剛度變化平緩; (5)所述打孔連接區的各鋪層纖維應連續，不允許拼接，以保證應力的有效傳遞。
2.根據權利要求1所述的H型垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層方法，其特征在于，在所述打孔連接區的外周面設置有抱箍，所述打孔連接區內任一鋪層沿葉片軸向的最小長度L應大于抱箍寬度W，在抱箍寬度W內不應有鋪層厚度遞減。
3.根據權利要求1、2所述的H型垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層方法，其特征在于，所述相同方向的纖維布沿鋪層厚度方向應盡量分散，各層之間纖維走向的夾角不超過45°，以保證鋪層沿厚度方向的截面強度。
4.根據權利要求1、2所述的H型垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層方法，其特征在于，所述±45°雙向布在打孔連接區鋪層厚度中面的位置應盡量等量。
【專利摘要】本發明涉及一種H型垂直軸風力機復合材料葉片打孔連接區鋪層方法，所述H型垂直軸風力機的復合材料葉片通過支撐桿與主軸相連，葉片與支撐桿之間采用打孔(或抱箍并打孔)連接方式固定，本發明的鋪層方法對葉片打孔連接區復合材料的鋪層角度、鋪層厚度和軸向長度等參數進行了設計，將改善復合材料葉片打孔連接區周圍應力集中的影響,提高打孔連接的強度和韌性，提高葉片連接的承載能力。
【IPC分類】B29C70-30
【公開號】CN104816484
【申請號】CN201510242803
【發明人】閆建校, 陳嘯, 蔣大龍
【申請人】國能風力發電有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月13日