一种风电机舱罩用玻璃钢固废增强泡沫板的制作方法

本发明属于风电机舱罩设计，尤其涉及一种风电机舱罩用玻璃钢固废增强泡沫板。

背景技术：

1、风力发电机机舱罩通常采用玻璃钢蒙皮与泡沫夹芯的复合结构。现有技术的缺陷主要体现在以下两点：

2、第一，现有泡沫夹芯多采用单一密度结构，难以同时兼顾机舱罩不同区域的承载需求：若整体密度过低，则顶盖承载区、法兰连接区等受力集中部位强度不足；若整体密度过高，则导致罩体过重、成本上升。

3、第二，风力发电行业产生大量玻璃钢退役件及生产废料，由于热固性树脂无法熔融再生，目前主要依赖填埋或焚烧处理，缺乏高值化回收利用的有效途径，环保压力大。

4、此外，单纯依靠增加泡沫厚度或追加金属骨架来提升局部强度，往往导致界面结合不可靠、应力集中明显，且工序繁琐。

5、因此，亟需一种能够利用玻璃钢固废、同时适配机舱罩多区域载荷需求的新型增强泡沫板及对应结构设计。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种风电机舱罩用玻璃钢固废增强泡沫板。

2、一种风电机舱罩用玻璃钢固废增强泡沫板，包括沿厚度方向依次设置的外侧蒙皮层、高密度表层、中密度过渡层、芯层、中密度过渡层、高密度表层和外侧蒙皮层，芯层为低密度核心层；

3、低密度核心层、中密度过渡层和高密度表层均由玻璃钢固废材质制成；在厚度方向上，低密度核心层的密度不超过中密度过渡层的密度，中密度过渡层的密度不超过高密度表层的密度；

4、低密度核心层、中密度过渡层、高密度表层和蒙皮层中相邻两层之间通过粘接层结合，形成连续无缝界面，通过在厚度方向设置密度梯度，解决了现有的单一密度泡沫难以满足机舱罩不同区域对泡沫芯层的力学性能的不同要求的缺陷；

5、芯层内部、距两侧蒙皮层 3～8mm处分别设有第一定向纤维增强层和第二定向纤维增强层；

6、第一定向纤维增强层和第二定向纤维增强层内均含有由玻璃钢固废中回收获得的连续长纤维，连续长纤维以纤维束形式排布；

7、第一定向纤维增强层和第二定向纤维增强层在厚度方向上按照纤维束间距递增的顺序依次划分为纤维加密区、纤维过渡区和纤维非加密区；

8、第一定向纤维增强层内的连续长纤维包括主方向长纤维和次方向长纤维，主方向长纤维与泡沫板长度方向夹角为0°，次方向长纤维与泡沫板长度方向夹角为90°或±45°，主方向长纤维与次方向长纤维形成交叉网格。

9、作为优选：低密度核心层密度为30～50kg/m³，中密度过渡层密度为50～80kg/m³，高密度表层密度为80～120kg/m³。

10、作为优选：低密度核心层、中密度过渡层、高密度表层和蒙皮层中相邻两层之间通过聚氨酯粘接层结合。

11、作为优选：主方向长纤维与泡沫板的长度方向夹角为0°，次方向长纤维与泡沫板的长度方向夹角为90°，主方向长纤维、次方向长纤维形成正交网格。

12、作为优选：主方向长纤维与泡沫板长度方向夹角为0°，次方向长纤维与泡沫板长度方向夹角为±45°，以提供抗剪切能力。

13、作为优选：纤维加密区中纤维束之间的间距为0.5～2mm，纤维过渡区中纤维束之间的间距在2～5mm范围内沿厚度方向递增（纤维间距在此区域渐变过渡，以避免力学性能突变），纤维非加密区中纤维束之间的间距为5～8mm。

14、一种采用如上述泡沫板的风电机舱罩，包括机舱罩本体，风电机舱罩的xy平面划分为常规区和承载增强区，承载增强区覆盖风电机舱罩的加强筋位置、连接法兰位置和螺栓安装位置，常规区覆盖风电机舱罩上除了加强筋位置、连接法兰位置和螺栓安装位置之外的其他区域；承载增强区采用泡沫板，承载增强区的泡沫板强度高于常规区的泡沫板强度，以灵活应对风电机舱罩表面不同位置对于泡沫板强度的不同要求。

15、一种采用如上述泡沫板的风电机舱罩，包括机舱罩本体，其特征在于：机舱罩本体分为侧壁迎风区、承载区、法兰连接区和开口边缘区；

16、侧壁迎风区为机舱罩本体的侧壁区域，侧壁迎风区采用泡沫板；

17、承载区为机舱罩本体的顶盖上的部分用于人员行走的区域，承载区采用具备以下构造的泡沫板：中间层为泡沫芯层，两侧最外层均为蒙皮层，在泡沫芯层内部、距两侧蒙皮层与泡沫芯层的界面3～8mm处分别设有第一定向纤维增强层和第二定向纤维增强层；

18、法兰连接区为机舱罩本体的与主机架连接的螺栓法兰周缘，法兰连接区的宽度为法兰宽度的2～3倍，法兰连接区在厚度方向上依次包括：玻璃钢实心垫片层、第一定向纤维增强层、高密度表层、第二定向纤维增强层和玻璃钢实心垫片层，预埋金属衬套孔贯穿法兰连接区；预埋金属衬套孔用作法兰的连接位；

19、开口边缘区为机舱罩本体的通风口周缘和检修门开口周缘，开口边缘区在通风口周缘和检修门开口周缘均设有环绕开口边缘的u型包边增强结构，u型包边增强结构为玻璃钢固废材质。

20、作为优选：侧壁迎风区的外侧还设有防腐层。

21、本发明的有益效果是：

22、本发明将风力发电产生的大量玻璃钢退役件及生产废料回收、粉碎并分级重构为低密度核心层、中密度过渡层和高密度表层，改变了热固性复合材料难以回收利用的现状。不仅解决了固废填埋或焚烧带来的环境压力，还大幅降低了机舱罩原材料成本，真正实现了风电装备全生命周期的绿色化。

23、本发明在厚度方向上，利用低密度核心层来实现整体轻量化与隔音保温，利用高密度表层来提供优异的面外抗压与抗冲击性能。避免了传统单一密度泡沫强度不足或整体过重的弊端，使泡沫板在不同厚度位置均能满足相应的力学需求；

24、本发明在距蒙皮层3~8mm的芯层内部埋设第一定向纤维增强层和第二定向纤维增强层，利用回收的连续长纤维形成“主方向（0°）+次方向（90°或±45°）”的交叉网格结构，有效抑制了泡沫材料的脆性开裂与剪切变形；将纤维束在厚度方向上划分为加密区、过渡区和非加密区，精确匹配纤维增强密度与层间剪切应力分布，避免了力学性能突变导致的界面分层，显著提升了机舱罩在风载、雪载及检修载荷下的结构可靠性与疲劳寿命。

25、本发明打破了传统机舱罩均质化设计的局限，基于实际受力特点将罩体科学划分为侧壁迎风区、承载区、法兰连接区及开口边缘区。针对不同区域的载荷特征，采用不同构造的泡沫板：侧壁迎风区利用密度梯度与纤维增强抵御风压；承载区通过内嵌双纤维层提供人员行走所需的局部高强支撑；法兰连接区采用“实心垫片层-纤维层-高密度层”的复合结构，有效分散螺栓预紧力，解决了法兰区应力集中与微裂纹难题；开口边缘区通过u型包边增强结构抑制了开口处的应力集中与裂纹扩展。该设计在保证整机强度与刚度的前提下，最大限度地减少了材料浪费，实现了机舱罩的轻量化，降低了生产成本。

1.一种风电机舱罩用玻璃钢固废增强泡沫板，其特征在于，包括沿厚度方向依次设置的外侧蒙皮层、高密度表层、中密度过渡层、芯层、中密度过渡层、高密度表层和外侧蒙皮层，所述芯层为低密度核心层；

2.根据权利要求1所述泡沫板，其特征在于：所述低密度核心层密度为30～50kg/m³，所述中密度过渡层密度为50～80kg/m³，所述高密度表层密度为80～120kg/m³。

3.根据权利要求1所述泡沫板，其特征在于：所述低密度核心层、所述中密度过渡层、所述高密度表层和所述蒙皮层中相邻两层之间通过聚氨酯粘接层结合。

4.根据权利要求1所述泡沫板，其特征在于：所述主方向长纤维与所述泡沫板的长度方向夹角为0°，所述次方向长纤维与所述泡沫板的长度方向夹角为90°，所述主方向长纤维、所述次方向长纤维形成正交网格。

5.根据权利要求1所述泡沫板，其特征在于：所述主方向长纤维与所述泡沫板长度方向夹角为0°，所述次方向长纤维与所述泡沫板长度方向夹角为±45°。

6.根据权利要求1所述泡沫板，其特征在于：所述纤维加密区中纤维束之间的间距为0.5～2mm，所述纤维过渡区中纤维束之间的间距在2～5mm范围内沿厚度方向递增，所述纤维非加密区中纤维束之间的间距为5～8mm。

7.一种采用如权利要求1所述泡沫板的风电机舱罩，包括机舱罩本体，其特征在于：所述风电机舱罩的xy平面划分为常规区和承载增强区，所述承载增强区覆盖所述风电机舱罩的加强筋位置、连接法兰位置和螺栓安装位置，所述常规区覆盖所述风电机舱罩上除了加强筋位置、连接法兰位置和螺栓安装位置之外的其他区域；所述承载增强区采用所述泡沫板，所述承载增强区的泡沫板强度高于所述常规区的泡沫板强度。

8.一种采用如权利要求1至6任一项所述泡沫板的风电机舱罩，包括机舱罩本体，其特征在于：所述机舱罩本体分为侧壁迎风区、承载区、法兰连接区和开口边缘区；

9.根据权利要求8所述风电机舱罩，其特征在于：所述侧壁迎风区的外侧还设有防腐层。