风电叶片模具智能化分段控温系统技术方案

一种风电叶片模具智能化分段控温系统，本创作所根据的技术理论，系依据叶片结构设计形成区域厚度的不同，应分区段实施控温；另运用基体材料反应放热特性，使降低固化制程中对外部加热的依赖，达到节能目的；为达前述目的，本创作采行之技术手段为：模具分区段温控管路的建构，使各温控区段可依固化制程中对热能的需求独立进行加热及冷却；建置智能化温控系统，撷取自模具与叶壳体之温度及硬度数据，以判断加热设定、放热峰起始温度与完成、凝胶固化程度等状态是否完成或符合设计值；前提技术手段，充分利用材料自身之反应热加热而节省能耗，并使反应与温控搭配来符合温度曲线的设计，有助于获致固化均匀、品质优异的叶片并提高生产效率为其特征者。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

Intelligent section temperature control system of wind turbine blade mould

A wind turbine blade mould intelligent temperature controlling system, the theory of technology creation according to the system according to the blade structure design forming region thickness in different sections, should implement control; the other by the exothermic reaction characteristic of matrix material, reduce dependence on external heating curing process, to achieve the purpose of saving energy; for the the purpose of the creation, production technology means for building mold section temperature control of the pipeline, the temperature control section according to the curing process of the energy needs of independent heating and cooling; temperature control system for intelligent temperature and hardness data, extracted from the mold and leaf shell, setting, to determine the initial exothermic peak heating the temperature and curing degree, gel state is complete or conform to the design value; the premise of technical means, make full use of the heating and heat of reaction materials can save itself The reaction and temperature control are matched with the design of the temperature curve, which is helpful to obtain the blades with uniform curing and excellent quality and to improve the production efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本技术创作涉及一种风电叶片模具智能化分段控温系统，特别是关于一种应 用于大型风电机组的关键零组件风机叶片的生产制造，以智能手段分区段控温、实时监控 模具及叶壳温度并进行控制，辅以硬度测定，确保预固化制程温度稳定及获致优异叶壳品 质的风电叶片模具智能化分段控温系统。
技术介绍
随着全世界石油资源的日益匮乏，风能作为一种清洁的可再生能源而逐渐获人们 重视；开发和利用风能资源形成一种趋势，其不仅为寻找新的替代能源，运用风能资源更有 利于环境保护。近年来，风力发电亦成为国家重点发展的绿能产业，其发展趋势趋向于大型 化兆瓦级风电机组的设置，其目的系在考虑整体发电的瓦数及效率，撷取更多的风能来提 高风能转换效率，其发电效率亦随之提高，符合风场利用的经济效益；其中，风电叶片是风 力发电系统中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证风 电机组正常稳定运行的决定要素。前提，随着风电机组单机容量大型化，其配套的叶片长度设计亦随之增加，单机容 量在1. 5兆瓦的主流风电机组叶片产品长度在40. 3 42米以上，更大单机容量5兆瓦的叶 片其长度更在61. 5米以上；叶片结合气动与结构设计，依其气动特性与结构的需求，在结 构强度与重量等配套条件限制下，叶片设计为一呈中空的壳体，搭配主复合层31 (Spar Cap or Girder)与主支架32 (Shear Web)建构而成，叶壳体纵向设置不同厚度的增强材料铺层 结构，以具有轻质、耐腐蚀和高拉伸弹性模量特性的纤维增强树脂(FRP)制作，藉由在叶片 模具〔请参阅图1所示〕铺设玻璃纤维布层，真空导注环氧树脂进入玻纤布层浸润，后经由 叶片模具升温活化树脂分子进行反应，完成预固化制程而形成一 “半叶”的叶片壳体结构。 前述的叶壳体结构的主要材质“玻璃纤维布”与“环氧树脂”，需要在一定温度状态下促使材 料活化产生反应，如采行常温固化，其所需的固化时间长，所得到的胶接强度低，不符合实 际生产与品质的需求；是以透过加温的手段，使基材(环氧树脂)反应后与增强材料(玻璃 纤维布)胶接良好，并呈稳定的凝胶及固化，达到预固化的目的。承前言，习知技艺在叶片壳体的预固化制程的加温需求，由设置在叶片模具背侧 的加热系统供给之；该加热系统，有铺设电热丝或加热布于模具的电加热系统，以及采埋设 铜管搭配导热填料的模具的水加热系统；前述的电加热系统，藉由电流导入电热丝、加热布 内进而产生热量，并进一步穿过模具的结构层传导热量以提供叶片壳体树脂预固化所需的 温度；水加热系统则是藉由一外部的模具温控机，将流体状的传热介质行加热或冷却的温 度控制，通入铜管管路中对模具传导热量或冷却；实务上，电加热系统的发热组件 电热丝 故障频仍、检修不易，常发生断点导致模具局部区域无法被加热而导致叶壳体局部固化不 完全的品质问题，另外电加热系统仅具加热功能而无法进行冷却，在升温固化后需仰赖环 境的空气冷却，造成叶壳体在预固化后降温等待时间长而影响生产效率；水加热系统兼具 加热与冷却的功效，虽造价偏高与因铜管管路建构，而造成重量增加致使模具结构要求随之提高，但考虑到加热、冷却的功能对生产制程控制的帮助，使其渐为叶片模具制造采用的 加热模式；然而，前述的设置在叶片模具的加热系统，无论是电加热方式或是水加热方式，在 加热温度控制上皆采单一设置、均温加热方式进行，其系采取基材活化与固化所需的温度 参数平均值，在不影响芯材质量的因素下，使得模具整体加热温度的设定值设定为定值；亦 即在模具的加热系统直接由计算机或由一模具温控机搭配计算机(请参阅图幻设定温度 控制数据，依加温需求输入设定值，进行叶片壳体树脂预固化制程；是以在增强材料(玻璃 纤维布)铺设时同步将模具升温至适当温度的35°C，以帮助后续真空导注基材(环氧树 脂)的流动与充填，待完成真空导注后，提升叶片模具温度至50°C引发树脂放热峰1小时， 再提升叶片模具温度至65°C恒温8小时，等待树脂凝胶及固化，再进行模具降温的冷却；请 参阅图3所示，图示中A曲线为理想的叶片模具加热曲线，B曲线由模具背侧的温度传感器 测定温度数据而得的实际温度曲线，B曲线所呈现的实际测定温度与A曲线的理想加热曲 线有着明显差异，其原因在于基材树脂经升温后到达活化所需的温度，使得树脂产生放热 反应，尤其在铺层结构厚的区域，其反应更为剧烈所释放出的能量产生的反应热造成温度 飙高，据B曲线所显现的放热峰温度最大值几近100°C，有时甚至高达110 130°C，此现象 需注意及控制散热与冷却，以防止温度上升过高达到小分子沸腾温度，而破坏基材；此外， 现今的叶片壳体预固化加热工艺中，系持续地依设定温度值进行模具加温及恒温维持，在 长时间的温度控制下，60 72KW功率的模具加热装置持续做功，使得预固化制程中的电能 消耗大，致使预固化制程成为一高耗能的生产制程，高功率的加热设备昂贵，再加上高耗能 产生的费用成本摊提连带地增加叶片制造成本；且固化时间长造成生产效率无法提升，是 以，如何能够在降低能量耗损的前提下，兼顾叶片预固化的温度需求，同时获致品质稳定的 叶片成品并提高生产效率，为风电叶片制造业者间亟欲解决的课题。如上所述，习用的风电叶片预固化加热工艺技术存在着温度控制、高能耗及品质 稳定度不佳等相关问题而亟待改善者；鉴于上述习用技术的诸项问题点，创作人凭借着多 年在风电叶片领域丰富的从业经验，潜心思考希能解决并降低前述问题点，以充分运用材 料自身反应特性、控制加热或冷却温度进而缩短叶片预固化时间，并获致品质稳定的叶片 为目标，终得出本技术创作风电叶片模具智能化分段控温系统。
技术实现思路
本创作风电叶片模具智能化分段控温系统的主要目的在针对叶片壳体不同厚度 的区域结构，采行分区段的温度控制，使不同区段得视其固化温度需求独立进行加热或冷 却，可得到均温固化、品质稳定的叶片；次一目的在充分运用树脂材料放热峰的特性，智能 化控温使可大幅降低预固化制程的加热能耗，有效降低成本；又一目的在叶片模具实施精 确的温度控制，于预固化制程中加温以催化反应进行及完成，缩短预固化制程时间而提升 生产效率；再一目的在实施智能化分段控温，并实时监测叶片模具与叶片壳体温度值变化， 反复核对设定温度与放热峰起始及完成温度状态并作控温调整，另搭配硬度测定单元确认 叶片预固化后表面硬度值，藉硬度与玻璃化转化温度(Tg)值关连性得验证叶片预固化凝 胶合乎标准值。本创作风电叶片模具智能化分段控温系统，由一计算机、复数台模具温控装置、一叶壳模具包含设置在内部的温控管路、一模温测定单元、一叶壳温测单元、一叶壳硬度测定 单元所构成，其特征在于该叶壳模具结构层背面，设置分区段的温控管路，温控管路外对 应设置模具温控装置，模具温控装置统一配接入计算机，由计算机控制叶壳模具分区段的 加热与冷却，达到均温固化及叶片预固化制程节能减耗的目的。本创作风电叶片模具智能化分段控温系统，其设计理念与建构基础为因应叶片 壳体玻纤铺层厚度的不同，对应在叶片模具结构层背面设置的温控管路，设置为3区段独 立管路，建置形成一 0 1. 9米、1. 9 9. 8米及9. 8米 叶尖3区段独立的温控管路；模具 温控装置对应温控管路的设置，可设置为3台本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电叶片模具智能化分段控温系统，由一计算机、复数台模具温控装置、一叶壳模具包含设置在内部的温控管路、一模温测定单元、一叶壳温测单元、一叶壳硬度测定单元所构成，其特征在于：该叶壳模具结构层背面，设置分区段的温控管路，温控管路外对应设置模具温控装置，模具温控装置统一配接入计算机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李嶙，刘建波，曹贵杰，
申请(专利权)人：力仓风力设备上海有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]