具有三維層連夾芯結構的導流罩及其制該導流罩的方法
2023-04-26 13:56:11
專利名稱：具有三維層連夾芯結構的導流罩及其制該導流罩的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於風力發電機的導流罩，更特別地說，是指一種具有三維層連 夾芯結構的導流罩。
背景技術：
風力發電機是一種將風能轉換為機械能，再把機械能轉換為電能或熱能等的能量 轉換裝置。經過多年的研究與發展，出現了多種多樣的風力發電機。近年來，風力發 電事業作為一種清潔能源在全球範圍內得到迅速發展，弓l起了眾多複合材料企業，尤 其是紡織複合材料企業的高度關注和投入，這是因為作為風力發電機主要構件中的葉 片和外罩製造上，紡織複合材料得到越來越多的推廣和應用。
風力發電機的外罩是一種大型殼體結構，包括有機艙罩、導流罩、輪轂罩等。 導流罩安裝在風力發電機上的葉片前端，有利於將迎面而來的風阻力進行分割化 解，降低風阻力。 發 明 內容
為了減輕現有導流罩的自身重量，以及在應用於大型風力發電機中的導流罩在拆 卸和運輸的不方便性，本發明設計出一種具有三維層連夾芯結構的導流罩。本發明釆 用模塊化設計理念使得該導流罩由前罩體和多個環罩體組成，多個環罩體的結構相 同，且多個環罩體按照圓筒結構布局後安裝在前罩體上。前罩體和環罩體釆用了紡織 工藝製作出的織物作為鋪層用料，有效地降低了導流罩的自身重量。
本發明的一種具有三維層連夾芯結構的導流罩，該導流罩由前罩體、A環罩體、 B環罩體和C環罩體組成，A環罩體、B環罩體和C環罩體的結構相同；A環罩體、 B環罩體和C環罩體按照圓筒結構布局。
前罩體為錐形圓桶結構；前罩體的截面結構從外向裡順次為面層、三維層連夾芯 織物層和裡層；三維層連夾芯織物層由上層織物、下層織物，以及用於連接上層織物 與下層織物的中間織物組成。A環罩體的上方設有A連接端，A環罩體的一側設有A側端、A半圓塊，A環罩 體的另一側設有B側端、B半圓塊；A半圓塊和B半圓塊以軸向中心線對稱設置；A 環罩體的截面結構從外向裡順次為環體面層、三維層連夾芯織物層和環體裡層；三維 層連夾芯織物層由上層織物、下層織物，以及用於連接上層織物與下層織物的中間織 物組成。
三個環罩體之間的連接，以及三個環罩體與前罩體的連接為
A環罩體的A連接端與前罩體的連接邊緣連接，A環罩體的A側端與B環罩體 的B側端連接，A環罩體的B側端與C環罩體的A側端連接；
B環罩體的B連接端與前罩體的連接邊緣連接，B環罩體的A側端與C環罩體 的B側端連接，B環罩體的B側端與A環罩體的A側端連接；
C環罩體的C連接端與前罩體的連接邊緣連接，C環罩體的A側端與A環罩體 的B側端連接，C環罩體的B側端與B環罩體的A側端連接；
A環罩體的A側端與B環罩體的B側端連接，使得A環罩體上的A半圓塊與B 環罩體上的B半圓塊形成了 A圓孔；
B環罩體的A側端與C環罩體的B側端連接，使得B環罩體上的A半圓塊與C 環罩體上的B半圓塊形成了 B圓孔；
A環罩體的B側端與C環罩體的A側端連接，使得A環罩體上的B半圓塊與B
環罩體上的A半圓塊形成了 C圓孔。
所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩，其前罩體中的面層厚度//, =0.1mm~ 裡層厚度//3 =0.1mw 20mw ;三維織物厚度//2 =0.5/ww ~40mm 。
所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩，其A環罩體的環體面層厚度4 = 0.1附w 20ww ;環體裡層厚度4-0.1/wm 20ww ;三維織物厚度4 =0.5mw 40附附。
所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩，其前罩體的三維層連夾芯織物層中的中 間織物的構形是"8"字形、"1"字形、斜"1"字形、"W"字形或者"V"字形。
所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩，其A環罩體的三維層連夾芯織物層中的 中間織物的構形是"8"字形、"1"字形、斜"1"字形、"W"字形或者"V"字形。本發明的一種具有三維層連夾芯結構的導流罩優點在於
(1) 導流罩自身重量輕，由於採用了紡織工藝製作出的三維空心織物與樹脂的配 合，經樹脂固化後，該三維空心織物便成為硬質性的帶有空隙的三維層連夾芯結構。
(2) 導流罩採用分層結構設計，即面層、三維空心織物、裡層，有利於不同層實現 不同的功能。面層起到防哂、防腐蝕，三維空心織物起到減輕導流罩重量，裡 層起到隔熱等功能。
(3) 導流罩的連接端、側端、半圓塊處可以不鋪設三維空心織物，而替換成短切纖 維，有利於提高接合處的強度。
(4) 釆用鋪層一塗覆方式在面層、三維空心織物、裡層上均勻塗覆上樹脂，並在常 溫下固化成硬質性的模殼，其製作工藝簡單可控，不需大型輔助機械設備，降 低了生產導流罩的生產成本。
(5) 由於導流罩採用的材料為玻璃纖維，並應用紡織工藝編制，提高了導流罩的使 用壽命。
圖1是本發明導流罩的外部結構圖。
圖1A是本發明三個環罩體的分開示意圖。
圖1B是本發明三個環罩體之間搭接處的連接示意圖。
圖2是本發明前罩體的結構圖。
圖2A是圖2的A—A視圖。
圖2B是本發明前罩體的三維層連夾芯織物層中的中間織物為"8"字形的結構圖。 圖2C是本發明前罩體的三維層連夾芯織物層中的中間織物為"1"字形的結構圖。 圖2D是本發明前罩體的三維層連夾芯織物層中的中間織物為斜"l"字形的結構圖。 圖2E是本發明前罩體的三維層連夾芯織物層中的中間織物為"W"字形的結構圖。 圖2F是本發明前罩體的三維層連夾芯織物層中的中間織物為"V"字形的結構圖。 圖3是本發明A環罩體的結構圖。 圖3A是圖3的B — B視圖。
圖3B是本發明A環罩體的三維層連夾芯織物層中的中間織物為"8"字形的結構圖。圖中l.前罩體ioi.連接邊緣103.面層
104.三維層連夾芯織物層105.裡層141.上層織物142.下層織物
143.中間織物144.中間織物145.中間織物146.中間織物147.中間織物
2.A環罩體21.A連接端22.A側端23.B側端24.A半圓塊
25.B半圓塊201.環體面層202.三維層連夾芯織物層221.上層織物
222.下層織物223.中間織物203.環體裡層
3.B環罩體31.B連接端32.A側端33.B側端34.A半畫塊
35.B半圓塊4.C環罩體41.C連接端42.A側端43.B側端
44.A半圓塊45.B半圓塊11. A圓孔12. B圓孔13. C圓孔
具體實施例方式
下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。
參見圖1、圖1A、圖1B所示，本發明的一種具有三維層連夾芯結構的導流罩， 該導流罩由前罩體l、 A環罩體2、 B環罩體3和C環罩體4組成，A環罩體2、 B 環罩體3和C環罩體4的結構相同；A環罩體2、 B環罩體3和C環罩體4按照圓 筒結構布局。本發明設計的導流罩，其前罩體1的頂點在軸向中心線上。由於前罩 體1的連接邊緣101是一個圓形，因此A環罩體2、 B環罩體3和C環罩體4圍成 的圓筒結構的筒心也在軸向中心線上。
A環罩體2的A連接端21與前罩體1的連接邊緣11連接,A環罩體2的A側 端22與B環罩體3的B側端33連接，A環罩體2的B側端23與C環罩體4的 A側端42連接。
B環罩體3的B連接端31與前罩體1的連接邊緣11連接，B環罩體3的A 側端32與C環罩體4的B側端43連接，B環罩體3的B側端33與A環罩體2 的A側端22連接。
C環罩體4的C連接端41與前罩體1的連接邊緣11連接，C環罩體4的A 側端42與A環罩體2的B側端23連接，C環罩體4的B側端43與B環罩體3 的A側端32連接。
A環罩體2的A側端22與B環罩體3的B側端33連接，使得A半圓塊24 (設在A環罩體2上)與B半圓塊35 (設在B環罩體3上)形成了A圓孔ll。B環罩體3的A側端32與C環罩體4的B側端43連接，使得A半圓塊34 (設在B環罩體3上)與B半圓塊45 (設在C環罩體4上)形成了B圓孔12。
A環罩體2的B側端23與C環罩體4的A側端42連接，使得B半圓塊25 (設在A環罩體2上)與A半圓塊34 (設在B環罩體3上)形成了 C圓孔13。
A圓孔11、 B圓孔12和C圓孔13分別供三個風力發電機的葉片穿過。
A環罩體2和B環罩體3的連接如圖IB所示，採用了常規的陰陽搭接形式。 如A環罩體2的A側端22與B環罩體3的B側端33搭接後，用鈷孔工具鈷出孔 後用螺釘與螺母配合可實現連接。A環罩體2與C環罩體4連接，以及B環罩體3 與C環罩體4連接均與A環罩體2和B環罩體3的連接相同。為了保證連接處的密 封和防止雨水入浸的侵蝕，可以在連接處塗上透明玻璃膠(學名中性矽酮密封膠) 達到密封的作用。
參見圖2、圖2A所示，前罩體1為錐形圓桶結構；前罩體1的連接邊緣101 為圓形；前罩體1的連接邊緣101分別與A環罩體2、 B環罩體3和C環罩體4的 連接端連接。該連接方式可以是前罩體1的連接邊緣101與三個環罩體的連接端陰 陽搭接好後，用鈷孔工具鑽出孔後用螺釘與螺母配合可實現連接。
前罩體1的截面如圖2A所示，前罩體1的截面結構從外向裡順次為面層103、 三維層連夾芯織物層104和裡層105。
面層103的厚度(面層厚度)記為巧，^-0.1mm 20ww。 裡層105的厚度(裡層厚度)記為//3， //3=0.1附附~20附附。 三維層連夾芯織物層104的厚度(三維織物厚度)記為//2， //2=0.5附附~ 40 m附。
製備前罩體l的方法為
(A) 在第一模具中先鋪上第一層面層用料；
(B) 第一次塗覆樹脂；
(C) 鋪第二層面層用料；
(D) 第二次塗覆樹脂；
(E) 鋪三維層連夾芯織物層用料；
(F) 第三次塗覆樹脂；(G) 鋪第一層裡層用料；
(H) 第四次塗覆樹脂；
(I) 鋪第二層裡層用料；
(J)在溫度22。C 32"下樹脂固化2 48小時後，脫模得到前罩體1。
塗覆樹脂用量為每一平方米用100g 350g的樹脂，釆用滾漿機進行塗覆； 上述塗覆的樹脂可以是液態的環氧系列樹脂或者酚醛樹脂(粘稠狀液態)。樹脂 為外購材料，在製備過程中對其進行配製。
面層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻璃纖維斜紋布。 裡層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻璃纖維斜紋布。 三維層連夾芯織物層用料是玻璃纖維三維空心織物。
在本發明的製備方法中，第一模具的形狀與前罩體1的形狀相同。在製備時， 在第一模具內部塗上脫模劑為常規工藝，故未加入製備步驟中進行說明。
在本發明的製備方法中，面層用料和裡層用料的鋪層層數可以相同，也可以不同。 其鋪層層數(鋪的方格布或斜紋布)至少為兩層。鋪層層數是分別根據面層厚度A、 裡層厚度^/3來確定的。
在本發明的製備方法中，三維層連夾芯織物層用料只需鋪一層。經步驟(J)的 無壓力、常溫條件下固化變硬後三維層連夾芯織物層厚度H2便取決於三維層連夾芯 織物層用料中的玻璃纖維三維織物的中間織物(標號記為143、 144、 145、 146和 147)的長度J ，設定//2 =",略去上層織物141和下層織物142的厚度，參見圖 2B、圖2C、圖2D、圖2E、圖2F所示。
三維層連夾芯織物層104由上層織物141、下層織物142，以及用於連接上層 織物141與下層織物142的中間織物143組成。糹艮據中間織物143與上層織物141、 下層織物142的連接方式不同，中間織物143的構形可以是"8"字形(圖2B所 示)、"1"字形(圖2C所示的中間織物144)、斜"1"字形(圖2D所示的中間織 物145)、 "W"字形(圖2E所示的中間織物146)或者"V"字形(圖2F所示的 中間織物147)。
參見圖3、圖3A、圖3B所示，A環罩體2的上方設有A連接端21， A環罩體 2的一側設有A側端22、 A半圓塊24， A環罩體2的另一側設有B側端23、 B半 圓塊25。 A半圓塊24和B半圓塊25以對稱中心線對稱設置。在本發明中，A半圓塊24和B半圓塊25的尺寸是根據風力發電機所使用的葉 片直徑大小來設計的，若葉片的直徑大則A半圓塊24和B半圓塊25的尺寸就大。 同理，A圓孔11、 B圓孔12和C圓孔13的直徑也大。
在本發明中，A半圓塊24和B半圓塊25在A環罩體2的兩側的位置，可以是 在對稱中心線上的任意位置，如中間、或者向下(如圖3所示)、向上。只需保證兩 個環罩體的搭接後，每兩個半圓塊形成一個圓孔，該圓孔能夠使風力發電機的葉片的 安裝端穿過。
A環罩體2的截面結構如圖3A所示，A環罩體2的截面結構從外向裡為環體面 層201、三維層連夾芯織物層202和環體裡層203。三維層連夾芯織物層202由上 層織物221、下層織物222，以及用於連接上層織物221與下層織物222的中間織 物223組成。
環體面層201的厚度記為4， 4=0.1mw~20/ww。 環體裡層203的厚度記為4， 4=0.1w/w 20/ww。 三維層連夾芯織物層202的厚度記為毛，4 =0.5附附 40wm 。 製備A環罩體2的方法與製備前罩體1的方法是相同的。 製備A環罩體2的方法為
(a) 在第二模具中先鋪上第一層環體面層用料；
(b) 第一次塗覆樹脂；
(c) 鋪第二層環體面層用料；
(d) 第二次塗覆樹脂；
(e) 鋪三維層連夾芯織物層用料；
(f) 第三次塗覆樹脂；
(g) 鋪第一層環體裡層用料；
(h) 第四次塗覆樹脂；
(i) 鋪第二層環體裡層用料；
(j)在溫度22。C 32。C下樹脂固化2~48小時後，脫模得到A環罩體2。
塗覆樹脂用量為每一平方米用100g 350g的樹脂，釆用滾漿機進行塗覆；上 述塗覆的樹脂可以是液態的環氧系列樹脂或者酚醛樹脂。環體面層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻璃纖維斜紋布。 環體裡層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻璃纖維斜紋布。 三維層連夾芯織物層用料是玻璃纖維三維織物。
在本發明的製備方法中，第二模具的形狀與A環罩體2的形狀相同。 在本發明的製備方法中，環體面層用料和環體裡層用料的鋪層層數可以相同，也
可以不同。其鋪層層數(鋪的方格布或斜紋布)至少為兩層。鋪層層數是分別根據環
體面層厚度4、環體裡層厚度4來確定的。
在本發明的製備方法中，三維層連夾芯織物層用料只需鋪一層。經步驟(j)的
無壓力、常溫條件下固化變硬後三維層連夾芯織物層厚度4便取決於三維層連夾芯
織物層用料中的玻璃纖維三維織物的中間織物的長度。
在本發明中，A環罩體2、 B環罩體3和C環罩體4中的三維層連夾芯織物層 的結構與前罩體1中的三維層連夾芯織物層的結構相同(如圖2A、圖3A所示)。
本發明的一種具有三維層連夾芯結構的導流罩，其結構從外向裡為面層、三維層 連夾芯織物層和裡層。在複合成型過程中，可以根據導流罩對各層的厚度要求進行鋪 層用料層數，所選樹脂可在常溫(22°C 32°C)下固化在鋪層用料上，使得固化後 的硬質性各層之間粘接牢固。本發明製得的導流罩自身重量輕，收縮型變小，強度高， 使用壽命長。
權利要求
1、一種具有三維層連夾芯結構的導流罩，其特徵在於該導流罩由前罩體(1)、A環罩體(2)、B環罩體(3)和C環罩體(4)組成，A環罩體(2)、B環罩體(3)和C環罩體(4)的結構相同，A環罩體(2)、B環罩體(3)和.C環罩體(4)按照圓筒結構布局；前罩體(1)為錐形圓桶結構；前罩體(1)的截面結構從外向裡順次為面層(103)、三維層連夾芯織物層(104)和裡層(105)；三維層連夾芯織物層(104)由上層織物(141)、下層織物(142)，以及用於連接上層織物(141)與下層織物(142)的中間織物(143)組成；A環罩體(2)的上方設有A連接端(21)，A環罩體(2)的一側設有A側端(22)、A半圓塊(24)，A環罩體(2)的另一側設有B側端(23)、B半圓塊(25)；A半圓塊(24)和B半圓塊(25)以軸向中心線對稱設置；A環罩體(2)的截面結構從外向裡順次為環體面層(201)、三維層連夾芯織物層(202)和環體裡層(203)；三維層連夾芯織物層(202)由上層織物(221)、下層織物(222)，以及用於連接上層織物(221)與下層織物(222)的中間織物(223)組成；三個環罩體之間的連接，以及三個環罩體與前罩體(1)的連接為A環罩體(2)的A連接端(21)與前罩體(1)的連接邊緣(11)連接，A環罩體(2)的A側端(22)與B環罩體(3)的B側端(33)連接，A環罩體(2)的B側端(23)與C環罩體(4)的A側端(42)連接；B環罩體(3)的B連接端(31)與前罩體(1)的連接邊緣(11)連接，B環罩體(3)的A側端(32)與C環罩體(4)的B側端(43)連接，B環罩體(3)的B側端(33)與A環罩體(2)的A側端(22)連接；C環罩體(4)的C連接端(41)與前罩體(1)的連接邊緣(11)連接，C環罩體(4)的A側端(42)與A環罩體(2)的B側端(23)連接，C環罩體(4)的B側端(43)與B環罩體(3)的A側端(32)連接；A環罩體(2)的A側端(22)與B環罩體(3)的B側端(33)連接，使得A環罩體(2)上的A半圓塊(24)與B環罩體(3)上的B半圓塊(35)形成了A圓孔(11)；B環罩體(3)的A側端(32)與C環罩體(4)的B側端(43)連接，使得B環罩體(3)上的A半圓塊(34)與C環罩體(4)上的B半圓塊(45)形成了B圓孔(12)；A環罩體(2)的B側端(23)與C環罩體(4)的A側端(42)連接，使得A環罩體(2)上的B半圓塊(25)與B環罩體(3)上的A半圓塊(34)形成了C圓孔(13)。
2、 根據權利要求1所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩，其特徵在於:前罩體(1) 中的面層厚度^ =0.1/ww 20ww ;裡層厚度//3 =0.1/ww 20aww ;三維織物
3、 根據權利要求1所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩，其特徵在於A環罩體(2)的環體面層厚度4 =0.1 mm 20mm ;環體裡層厚度4 =0.1 mm 20wm ; 三維織物厚度4 =0.5ww 40ww。
4、 根據權利要求1所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩,其特徵在於:前罩體(l) 的三維層連夾芯織物層(104)中的中間織物(143)的構形是"8"字形、"1" 字形、斜"1"字形、"W"字形或者"V"字形。
5、 根據權利要求1所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩，其特徵在於A環罩體(2)的三維層連夾芯織物層(202)中的中間織物(223)的構形是"8"字形、 "1"字形、斜"1"字形、"W"字形或者"V"字形。
6、 一種製備如權利1所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩中的前罩體(1)的方 法，其特徵在於有下列步驟(A) 在第一模具中先鋪上第一層面層用料；(B) 第一次塗覆樹脂；(C) 鋪第二層面層用料；(D) 第二次塗覆樹脂；(E) 鋪三維層連夾芯織物層用料；(F) 第三次塗覆樹脂；(G) 鋪第一層裡層用料；(H) 第四次塗覆樹脂；(I) 鋪第二層裡層用料；(J)在溫度22。C 32。C下樹脂固化2 48小時後，脫模得到前罩體(1);塗覆樹脂用量為每一平方米用100g 350g的樹脂，採用滾漿機進行塗覆；樹 脂是液態的環氧系列樹脂或者酚醛樹脂；面層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻璃纖 維斜紋布；裡層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻璃纖維斜紋布；三維層連夾芯織物層用料是玻璃纖維三維空心織物。
7、 一種製備如權利1所述的具有三維層連夾芯結構的導流罩中的A罩體(2)的方 法，其特徵在於有下列步驟(a) 在第二模具中先鋪上第一層環體面層用料；(b) 第一次塗覆樹脂；(c) 鋪第二層環體面層用料；(d) 第二次塗覆樹脂；(e) 鋪三維層連夾芯織物層用料；(f) 第三次塗覆樹脂；(g) 鋪第一層環體裡層用料-,(h) 第四次塗覆樹脂；(i) 鋪第二層環體裡層用料；(j)在溫度22。C 32。C下樹脂固化2 48小時後，脫模得到A環罩體(2); 塗覆樹脂用量為每一平方米用100g 350g的樹脂，釆用滾漿機進行塗覆；樹 脂是液態的環氧系列樹脂或者酚醛樹脂；環體面層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻 璃纖維斜紋布；環體裡層用料可以是玻璃纖維方格布或者玻璃纖維斜紋布；三維層連 夾芯織物層用料是玻璃纖維三維織物。
全文摘要
本發明公開了一種具有三維層連夾芯結構的導流罩及其製作該導流罩的方法，該導流罩由前罩體(1)、A環罩體(2)、B環罩體(3)和C環罩體(4)組成，A環罩體(2)、B環罩體(3)和C環罩體(4)的結構相同，A環罩體(2)、B環罩體(3)和C環罩體(4)按照圓筒結構布局。前罩體(1)為錐形圓桶結構；前罩體(1)的連接邊緣(101)分別與A環罩體(2)、B環罩體(3)和C環罩體(4)的連接端連接。本發明的導流罩由於採用了紡織工藝製作出的三維空心織物與樹脂的配合，經樹脂固化後，該三維空心織物便成為硬質性的帶有空隙的三維層連夾芯結構。導流罩自身重量輕，收縮型變小，強度高，使用壽命長。
文檔編號B29C70/54GK101560944SQ20091014342
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者吳伯明 申請人:常州伯龍三維複合材料有限公司