1.本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种叶片芯材及其铺设方法、风机叶片以及风力发电机组。
背景技术：2.风能是一种清洁无公害的可再生能源，利用风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。叶片作为风电机组的核心部件之一，其性能优良与否直接影响着风电机组是否能够可靠运行。
3.现有技术中，风机叶片一般采用三明治结构，即包括内蒙皮、外蒙皮和设置在内蒙皮与外蒙皮之间的芯材。这样，当叶片承受风载时，叶片三明治结构可以有效地提高叶片局部稳定性。
4.目前，如图1所示，芯材10主要铺设在主梁20的两侧，分别为前缘芯材11和后缘芯材12。并且沿叶片的弦向，芯材10的厚度为等厚度设计。
5.但是，随着风电市场的不断开发，叶片逐渐呈现大型化发展趋势，叶片重量不断增加。因此，轻量化叶片成为叶片厂商等追逐的目标。然而，壳体芯材弦向采用等厚度设计，不利于叶片的轻量化，无法满足叶片特别是大型叶片的应用需求。
6.因此，亟待提供一种新型的风机叶片芯材铺层，以实现叶片轻量化设计，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
技术实现要素：7.本发明的目的在于提供一种叶片芯材及其铺设方法、风机叶片以及风力发电机组，用以解决现有技术中所存在的问题，以实现叶片轻量化设计，降低叶片成本。
8.为了实现上述目的，本发明提供一种叶片芯材，包括前缘芯材和后缘芯材，所述前缘芯材和所述后缘芯材分别设置在主梁的两侧，
9.所述前缘芯材和所述后缘芯材中的至少一者包括至少两个沿叶片弦向依次设置的弦向分区，且至少其中一个所述弦向分区与剩余的所述弦向分区的厚度不同。
10.根据本发明提供的叶片芯材，还包括第一过渡芯材，所述第一过渡芯材的两端分别与所述主梁和所述前缘芯材相连接，且沿所述主梁至所述前缘芯材的方向，所述第一过渡芯材的厚度逐渐减小。
11.根据本发明提供的叶片芯材，所述第一过渡芯材具有相对的第一相对面和第二相对面，所述第一相对面与所述主梁和所述前缘芯材的底面相平齐，
12.所述第二相对面为斜面，且所述第二相对面的两端分别与所述主梁和所述前缘芯材的顶面相交接。
13.根据本发明提供的叶片芯材，还包括第二过渡芯材，所述第二过渡芯材的两端分别与所述主梁和所述后缘芯材相连接，且沿所述主梁至所述后缘芯材的方向，所述第二过渡芯材的厚度逐渐减小。
14.根据本发明提供的叶片芯材，所述第二过渡芯材具有相对的第三相对面和第四相对面，所述第三相对面与所述主梁和所述后缘芯材的底面相平齐，
15.所述第四相对面为斜面，且所述第四相对面的两端分别与所述主梁和所述后缘芯材的顶面相交接。
16.本发明还提供一种如上述任一项所述的叶片芯材的铺设方法，包括：
17.对前缘芯材和/或后缘芯材沿叶片弦向进行分区，以得到沿叶片弦向依次布置的各个弦向分区；
18.沿叶片弦向，在主梁的两侧分别铺设所述前缘芯材和所述后缘芯材。
19.根据本发明提供的叶片芯材的铺设方法，各个所述弦向分区的厚度根据叶片弦向的载荷分布进行变化，所述弦向分区承受的载荷越大，所述弦向分区的厚度越大。
20.根据本发明提供的叶片芯材的铺设方法，还包括：
21.在所述主梁与所述前缘芯材的交接处铺设第一过渡芯材；和/或，
22.在所述主梁与所述后缘芯材的交接处铺设第二过渡芯材。
23.本发明还提供一种风机叶片，包括内蒙皮、外蒙皮和设置在所述内蒙皮与所述外蒙皮之间的芯材，所述芯材设置为如上述任一项所述的叶片芯材。
24.本发明还提供一种风力发电机组，包括风机叶片，所述风机叶片设置为如上述任一项所述的风机叶片。
25.本发明提供的叶片芯材，包括前缘芯材和后缘芯材，前缘芯材和后缘芯材分别设置在主梁的两侧。前缘芯材和后缘芯材中的至少一者包括至少两个沿叶片弦向依次设置的弦向分区，且至少其中一个弦向分区与剩余的弦向分区的厚度不同。如此设置，根据叶片弦向受载分布不均匀性，将芯材沿叶片弦向进行分区、铺设在主梁两侧，实现壳体芯材弦向非等厚设计、分区域布置，优化了弦向各区域芯材厚度，在保证芯材足以提供壳体局部刚度的同时，达到叶片轻量化目的，有效降低叶片重量和制造成本，满足叶片的应用需求。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
27.图1是现有技术中叶片芯材的分布示意图；
28.图2是现有技术中主梁与叶片芯材连接处的结构示意图；
29.图3是本发明提供的叶片芯材的结构示意图；
30.图4是本发明提供的主梁与前缘芯材连接处的结构示意图；
31.图5是本发明提供的主梁与后缘芯材连接处的结构示意图；
32.附图标记：
33.10：芯材；20：主梁；30：主梁边倒角；40：后缘轮廓线；
34.11：前缘芯材；12：后缘芯材；13：弦向分区；14：第一过渡芯材；15：第二过渡芯材；
35.141：第一相对面；142：第二相对面；
36.151：第三相对面；152：第四相对面。
具体实施方式
37.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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作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。
38.下面结合图3至图5描述本发明的叶片芯材。
39.如图3所示，本发明实施例提供了一种叶片芯材，包括前缘芯材11和后缘芯材12，前缘芯材11和后缘芯材12分别设置在主梁20的两侧。前缘芯材11和后缘芯材12中的至少一者包括至少两个沿叶片弦向依次设置的弦向分区13，且至少其中一个弦向分区13与剩余的弦向分区13的厚度不同。具体来说，以轮廓线变化较为明显的后缘芯材12为例，后缘芯材12可分为两个及两个以上区域。例如，如图3所示，后缘芯材12分为两个弦向分区13，且两个弦向分区13的厚度不同。第一个弦向分区13位于靠近主梁20的一侧，第二个弦向分区13位于靠近后缘轮廓线40的一侧。具体地，各区域可根据弦向载荷分布特点设计芯材铺层，以确定各个弦向分区13的厚度以及数量等。这样，根据叶片各截面载荷在弦向方向上分布的不均匀性，分区域设计芯材铺层，以实现叶片轻量化设计。需要说明的是，以如图3所示的叶片芯材的摆放位置来说，图中x方向表示叶片展向，y方向表示叶片弦向，z方向表示叶片厚度方向。
40.如此设置，根据叶片弦向受载分布不均匀性，将芯材沿叶片弦向进行分区、铺设在主梁两侧，实现壳体芯材弦向非等厚度设计、分区域布置，优化了弦向各区域芯材厚度，在保证芯材足以提供壳体局部刚度的同时，达到叶片轻量化的目的，有效降低叶片重量和制造成本，满足叶片的应用需求。
41.此外，在现有技术中，沿叶片展向即沿叶片的长度方向，长叶片载荷增大显著。主梁20为叶片提供挥舞刚度，芯材10为叶片提供结构稳定性。如图2所示，主梁20和芯材10之间的厚度相差非常明显。为此，在主梁区和壳体芯材区需增加主梁边倒角30以进行过渡。但是这样，会造成铺设工序繁琐。而且沿叶片展向，因主梁边倒角30不随型，主梁20和芯材10之间会产生较大的缝隙，易导致出现主梁边富树脂风险。
42.因此，于本发明实施例中，叶片芯材还包括第一过渡芯材14。如图4所示，第一过渡芯材14的左右两端分别与前缘芯材11和主梁20相连接。并且，沿主梁20至前缘芯材11的方向，即沿图4中从右到左的方向，第一过渡芯材14的厚度逐渐减小。从而直接采用过渡芯材代替倒角条，使主梁20过渡连接至前缘芯材11，省去了铺设主梁边倒角30的工序。需要说明的是，以如图4所示的前缘芯材11和主梁20的摆放位置来说，图中左右方向即为上述所指左右方位，图中上下方向即为第一过渡芯材14的厚度方向，图中y方向表示叶片弦向。
43.进一步地，在本发明的可选实施例中，叶片芯材还包括第二过渡芯材15。如图5所示，第二过渡芯材15的左右两端分别与主梁20和后缘芯材12相连接。并且，沿主梁20至后缘芯材12的方向，即沿图5中从左到右的方向，第二过渡芯材15的厚度逐渐减小。从而通过第二过渡芯材15取代主梁边倒角条，使主梁20过渡连接至后缘芯材12，简化了叶片铺设工序。需要说明的是，以如图5所示的主梁20和后缘芯材12的摆放位置来说，图中左右方向即为上述所指左右方位，图中上下方向即为第二过渡芯材15的厚度方向，图中y方向表示叶片弦向。
44.如此设置，不管是在主梁20和前缘芯材11的交接位置，或是在主梁20和后缘芯材12的交接位置，相当于对主梁边芯材进行细化分区设计。通过设置沿弦向厚度变化的过渡芯材区，可以省去铺设主梁边倒角条的工序，降低主梁边富树脂风险，简化叶片铺层工序，缩短叶片成型周期，提高叶片生产效率。
45.具体来说，如图4所示，第一过渡芯材14具有相对的第一相对面141和第二相对面142。其中，第一相对面141与主梁20和前缘芯材11的底面相平齐。第二相对面142设置为斜面，且第二相对面142的左右两端分别与前缘芯材11和主梁20的顶面相交接。具体地，第二相对面142可设计为倾斜的平面或曲面。从而第一过渡芯材14截面呈梯形结构，易于加工及铺设，并形成自然过渡倒角区。需要说明的是，以如图4所示的前缘芯材11和主梁20的摆放位置来说，图中左右方向即为上述所指左右方位，图中上端面即为所指顶面，图中下端面即为所指底面。
46.如图5所示，第二过渡芯材15具有相对的第三相对面151和第四相对面152。其中，第三相对面151与主梁20和后缘芯材12的底面相平齐。第四相对面152为斜面，且第四相对面152的左右两端分别与主梁20和后缘芯材12的顶面相交接。具体地，第四相对面152可设计为倾斜的平面或曲面。从而第二过渡芯材15截面呈梯形结构，便于制造和铺设，并形成自然过渡倒角区。需要说明的是，以如图5所示的主梁20和后缘芯材12的摆放位置来说，图中左右方向即为上述所指左右方位，图中上端面即为所指顶面，图中下端面即为所指底面。
47.如此设置，将主梁边芯材也进行分区设计，通过铺设过渡芯材代替倒角条，构成主梁边芯材弦向变厚度过渡区，避免单独铺设倒角条带来的富树脂风险，有效简化叶片铺层工序，提高叶片结构质量，且结构简单，易于实施。
48.本发明实施例中，叶片芯材由balsa木(巴沙木，又称轻木)、pvc(polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、pet(polyethylene glycol terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)中的任意一种或多种材料制成。其中，balsa木质地虽轻，但结构却非常牢固，可用于芯材承受载荷较大的位置，以保证提供较高的结构强度。pvc为产量较大的通用塑料，应用非常广泛，经济实用。pet为环保材料，具有优良的物理机械性能，绿色实用。当然，在其他实施例中，叶片芯材不仅限于由上述材料制成。
49.综上所述，本发明提供了一种新型叶片芯材铺层结构，结合叶片三明治夹芯结构的稳定性分布规律和叶片弦向的受力特点，将壳体芯材弦向分区域铺设，实现弦向芯材变厚度设计。具体地，将前缘芯材11和后缘芯材12中至少一者沿叶片弦向依次分为两个及以上弦向分区13，且其中至少一个弦向分区13的厚度与其余弦向分区13的厚度不同。从而根据叶片弦向实际受载特点，优化各区域芯材厚度和材料分布，使芯材提供壳体局部刚度的同时，实现叶片轻量化设计。
50.同时，为了解决铺设主梁边倒角条不随型造成的富树脂问题，将主梁边芯材也进行分区设计，通过直接铺设过渡芯材，省去铺设主梁边倒角条的工序，降低主梁边富树脂风险，缩短叶片成型周期，提高叶片生产效率。其结构简单，易于实现。
51.下面对本发明提供的叶片芯材的铺设方法进行描述，下文描述的叶片芯材的铺设方法与上文描述的叶片芯材可相互对应参照。
52.本发明实施例还提供了一种叶片芯材的铺设方法，应用于如上述各实施例中的叶片芯材，包括：
53.对前缘芯材11和/或后缘芯材12沿叶片弦向进行分区，以得到沿叶片弦向依次布置的各个弦向分区13；
54.沿叶片弦向，在主梁20的两侧分别铺设前缘芯材11和后缘芯材12，完成壳体芯材铺设。从而通过弦向分区，对壳体芯材铺层进行优化，实现轻量化设计。
55.于本发明的具体实施例中，各个弦向分区13的厚度根据叶片弦向的载荷分布进行变化，弦向分区13承受的载荷越大，弦向分区13的厚度越大。从而根据弦向实际载荷分布，确定各分区的厚度和材料分布。
56.在本发明的可选实施例中，叶片芯材的铺设方法还包括：
57.在主梁20与前缘芯材11的交接处铺设第一过渡芯材14；和/或，
58.在主梁20与后缘芯材12的交接处铺设第二过渡芯材15。从而通过主梁边芯材分区设计，可以省去铺设主梁边倒角条的工序，缩短叶片成型周期，提高生产效率。
59.下面对本发明提供的风机叶片进行描述，下文描述的风机叶片与上文描述的叶片芯材可相互对应参照。
60.本发明实施例还提供了一种风机叶片，包括内蒙皮、外蒙皮和设置在内蒙皮与外蒙皮之间的芯材，该芯材设置为如上述各实施例中的叶片芯材。如此设置，根据叶片弦向受载分布不均匀性，将芯材沿叶片弦向进行分区，铺设在主梁两侧，实现壳体芯材弦向非等厚设计、分区域布置，优化了弦向各区域芯材厚度，在保证芯材足以提供壳体局部刚度的同时，达到叶片轻量化的目的，有效降低叶片重量和制造成本，满足叶片的应用需求。该有益效果的推导过程和上述叶片芯材的有益效果的推导过程大致类似，故在此不再赘述。
61.下面对本发明提供的风力发电机组进行描述，下文描述的风力发电机组与上文描述的风机叶片可相互对应参照。
62.本发明实施例还提供了一种风力发电机组，包括风机叶片，该风机叶片设置为如上述实施例中的风机叶片。如此设置，根据叶片弦向受载分布不均匀性，将芯材沿叶片弦向进行分区，铺设在主梁两侧，实现壳体芯材弦向非等厚设计、分区域布置，优化了弦向各区域芯材厚度，在保证芯材足以提供壳体局部刚度的同时，达到叶片轻量化的目的，有效降低叶片重量和制造成本，满足叶片的应用需求。该有益效果的推导过程和上述风机叶片的有益效果的推导过程大致类似，故在此不再赘述。
63.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
技术特征：1.一种叶片芯材，包括前缘芯材和后缘芯材，所述前缘芯材和所述后缘芯材分别设置在主梁的两侧，其特征在于，所述前缘芯材和所述后缘芯材中的至少一者包括至少两个沿叶片弦向依次设置的弦向分区，且至少其中一个所述弦向分区与剩余的所述弦向分区的厚度不同。2.根据权利要求1所述的叶片芯材，其特征在于，还包括第一过渡芯材，所述第一过渡芯材的两端分别与所述主梁和所述前缘芯材相连接，且沿所述主梁至所述前缘芯材的方向，所述第一过渡芯材的厚度逐渐减小。3.根据权利要求2所述的叶片芯材，其特征在于，所述第一过渡芯材具有相对的第一相对面和第二相对面，所述第一相对面与所述主梁和所述前缘芯材的底面相平齐，所述第二相对面为斜面，且所述第二相对面的两端分别与所述主梁和所述前缘芯材的顶面相交接。4.根据权利要求1所述的叶片芯材，其特征在于，还包括第二过渡芯材，所述第二过渡芯材的两端分别与所述主梁和所述后缘芯材相连接，且沿所述主梁至所述后缘芯材的方向，所述第二过渡芯材的厚度逐渐减小。5.根据权利要求4所述的叶片芯材，其特征在于，所述第二过渡芯材具有相对的第三相对面和第四相对面，所述第三相对面与所述主梁和所述后缘芯材的底面相平齐，所述第四相对面为斜面，且所述第四相对面的两端分别与所述主梁和所述后缘芯材的顶面相交接。6.一种如权利要求1-5任一项所述的叶片芯材的铺设方法，其特征在于，包括：对前缘芯材和/或后缘芯材沿叶片弦向进行分区，以得到沿叶片弦向依次布置的各个弦向分区；沿叶片弦向，在主梁的两侧分别铺设所述前缘芯材和所述后缘芯材。7.根据权利要求6所述的叶片芯材的铺设方法，其特征在于，各个所述弦向分区的厚度根据叶片弦向的载荷分布进行变化，所述弦向分区承受的载荷越大，所述弦向分区的厚度越大。8.根据权利要求6所述的叶片芯材的铺设方法，其特征在于，还包括：在所述主梁与所述前缘芯材的交接处铺设第一过渡芯材；和/或，在所述主梁与所述后缘芯材的交接处铺设第二过渡芯材。9.一种风机叶片，包括内蒙皮、外蒙皮和设置在所述内蒙皮与所述外蒙皮之间的芯材，其特征在于，所述芯材设置为如权利要求1-5任一项所述的叶片芯材。10.一种风力发电机组，包括风机叶片，其特征在于，所述风机叶片设置为如权利要求9所述的风机叶片。
技术总结本发明提供一种叶片芯材及其铺设方法、风机叶片以及风力发电机组，叶片芯材包括前缘芯材和后缘芯材，前缘芯材和后缘芯材分别设置在主梁的两侧。前缘芯材和后缘芯材中的至少一者包括至少两个沿叶片弦向依次设置的弦向分区，且至少其中一个弦向分区与剩余的弦向分区的厚度不同。如此设置，根据叶片弦向受载分布不均匀性，将芯材沿叶片弦向进行分区、铺设在主梁两侧，实现壳体芯材弦向非等厚设计、分区域布置，优化了弦向各区域芯材厚度，在保证芯材足以提供壳体局部刚度的同时，达到叶片轻量化目的，有效降低叶片重量和制造成本，满足叶片的应用需求。的应用需求。的应用需求。
技术研发人员：魏昕 易平 梁湿
受保护的技术使用者：三一重能股份有限公司
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/5
