一种分段叶片一体化成型方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水平轴分段式风电叶片一体化成型的制作工艺方法及适用于该方法的一体化装置。该风电叶片至少包含两段复合材料叶片段，两个相邻段的连接部位在制作时预埋金属螺栓套，然后采用正压辅助真空灌注的方式一体化成型，既克服了传统灌注工艺的不足，同时解决了分段叶片的制作问题，另外一体化成型工艺也避免了传统工艺壳体使用粘接剂粘接带来的各种弊端和风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分段式风电叶片一体化成型工艺方法，尤其涉及一种叶片分段式制作工艺和一体化成型方法及适用于该方法的一体化装置，属于风力发电设备的关键零部件。
技术介绍
随着能源和环境问题的日益突出，风力发电作为一种清洁能源和可再生能源而得到全球性的关注和高度重视。随着各国研发的投入，风电技术也取得了长足的进步，风电机组单机容量不断增加。从初期的千瓦级到今天的多兆瓦级，叶片长度也从几米达到目前的八十多米。目前商业化的最长叶片已经达到了 61. 5米，更大更长的叶片也在研发中。大型化已经成为一个必然的趋势，但是带来的运输问题和高昂的运费也无法承受。关于风电叶片的专利，还未有关于分段叶片的工艺方法介绍。西门子曾有专利介绍过一体化成型技术，适用于一般叶片，但是未考虑到分段叶片的特殊性，有诸多不适应之处，需要进行改进。并且它采用的还是传统的真空灌注工艺，未能解决灌注速度慢、成型质量差等一些关键问题。传统的风电叶片都是先分别制作出吸力面和压力面壳体，前固化后在固定面上粘接一个或两个抗剪腹板，之后在前尾缘和抗剪腹板的顶部使用粘接剂将两个半面壳体粘接起来，然后叶根端面切割打孔制成成形叶片。壳体一般采用真空灌注或预浸料工艺制作，抗剪腹板一般采用真空灌注、手糊或缠绕工艺预制。分段叶片的连接处，传统制作工艺采用加厚层合板加强层，然后打孔，这种工艺会破坏纤维层，降低结构强度；或者采用箱体式接口，然后用粘接剂粘接，这种方式承载能力弱。而分段叶片的连接处，由于要求承受较大的载荷，并且有载荷集中现象，所以该处的结构强度要求较高。另外，传统叶片工艺的最大缺点是上下壳体(包括抗剪腹板)完全靠粘接剂来连接，容易带来很多问题。粘接剂本身从广泛的意义上来说，是一种高粘度的纯树脂，有的加入了一些毫米级短切纤维或其他填料，但相比纤维增强的层合板，性能等级相差甚大。并且粘接剂是一种脆性材料，韧性和疲劳性能差，造成叶片的粘接区域多为叶片的性能薄弱区域。实际情况也是，叶片在风场运行过程中粘接剂常发生裂纹、粘接面开裂和剥离的现象。传统的真空灌注工艺，由于主要依赖于真空负压的作用，压差不好(不超过一个大气压)，所以导致灌注过程的速度慢，并且会发生吸不透等质量缺陷。另外，在纤维增强材料层数厚的地方还需要加上连续毡等导流介质，保证增强材料能够浸透，但是连续毡等导流介质本身是多孔性材料，容易聚集气泡，含胶量也大，这些不利因素会消弱层合板层间剪切能力，降低叶片在实际运行中的承载能力。另外，整个灌注过程高度依赖真空负压的压力推动树脂的流动前峰，对真空系统的要求高，一般需要使用二套真空系统防止灌注和固化阶段泄露造成的质量缺陷。传统的RTM工艺，使用树脂注射机，在较高的正压下，将树脂液体在高压下流动浸透增强纤维材料。整套系统效率高，但是整个模具系统设计复杂，硬件投入成本高。同时对树脂注射机的要求也非常高，模具承受的压力大，刚度要求高，成本高。所以RTM工艺一般适合于中小型的复合材料部件，在风电叶片上的成型工艺上应用受限。
技术实现思路
针对现有技术的缺点和不足，本专利技术旨在提供一种分段叶片一体化成型方法以及适用于该方法的分段叶片一体化成型装置，以解决现有技术的分段叶片成型方法中灌注速度慢、成型质量差、生产效率低、制造成本高等关键问题，同时本专利技术还有效解决了分段叶片连接处的结构强度低、叶片的承载能力低等问题。根据本专利技术的一方面，提供了一种分段叶片一体化成型方法，所述分段叶片包括上壳体和下壳体，用于成型所述分段叶片的模具包括上壳体阴模和下壳体阴模，其特征在于，所述成型方法包括如下步骤S1.下壳体原材料铺放在所述下壳体阴模的内表面上涂抹完脱模剂后铺设下壳体外蒙皮，比所述下壳体阴模的内表面大，从而超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线；然后在所述下壳体外蒙皮上铺设夹芯材料；之后在所述夹芯材料上铺设下壳体内蒙皮，所述下壳体内蒙皮部分或者整体超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的分模线；之后在所述下壳体内蒙皮上铺放脱模布；最后在所述下壳体阴模的前缘位置铺放注胶管路；S2.放置剪切腹板和芯模首先在所述内蒙皮的脱模布上面，设置至少一个剪切腹板，之后在腹板的左右两侧分别设置芯模，腹板两侧覆盖的纤维布需要延伸到芯模的上下面上，分别与所述内蒙皮、芯模的上下面搭接；各所述芯模外面再覆盖真空袋；S3.铺放上壳体材料在各所述芯模、剪切腹板及其两侧超出的纤维布铺层、以及步骤SI中超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线的纤维铺层上面铺放上壳体内蒙皮，然后在该内蒙皮上铺放夹芯材料，之后铺放，覆盖内蒙皮和夹芯材料；S4.上下壳体合模在上壳体阴模涂抹完脱模剂后，翻转上壳体阴模放置在所述上壳体外蒙皮的上面，并使上、下壳体阴模准确配合紧密连接在一起，形成密闭型腔；S5.真空灌注前的准备工作(I)抽真空，使用真空抽气设备抽出所述型腔内部的空气；(2)对树脂进行消泡处理，将树脂放入真空消泡装置中，真空消泡装置接通真空抽气设备，对树脂进行抽真空消泡处理；S6.分段叶片一体化灌注成型将树脂通过所述注胶管路加压注入到所述上、下壳体阴模和各芯模之间的区域内；S7.叶片灌注完成并加热固化达到规定要求的固化度后翻转模具进行起模，并去除各所述芯模。进一步地，各所述芯模由芯材及包裹于其外表面的气囊组成，所述气囊的外面再覆盖真空袋，在步骤S5中，可以根据需要在所述气囊内充入一定压力，使得各纤维铺层和夹芯材料紧密贴合在上、下壳体阴模的内表面上。优选地，步骤S2中，按一定间隔设置两个剪切腹板，在所述两个剪切腹板的左右两侧分别设置前缘段芯模、中间段芯模和尾缘段芯模；对应于前缘段芯模、中间段芯模和尾缘段芯模的上、下壳体的前缘段、尾缘段处的夹芯材料为Balsa木或PVC材料，中间段的夹芯材料为玻璃纤维或其预制品、或碳纤维或其预制品。进一步地，步骤S2中，在剪切腹板与内蒙皮接触的拐角处沿叶片展向设置PVC泡沫或玻璃钢支撑块，以定位和支撑剪切腹板。优选地，所述剪切腹板的芯材为Balsa木、PVC或其他硬质泡沫材料，吸注成型后腹板两侧的纤维布和芯材构成三明治结构。进一步地，根据叶片气动外形和工艺便捷性的需要，所述前缘段芯模、中间段芯模和尾缘段芯模每个都可以是单独的整体，或者由可拆装的多部分组装构成，尤其是尾缘段芯模，其几何形状可能会有弯扭部分；各芯模的组成材料相同，为在木质或泡沫材料的外面包裹硅橡胶或其它橡胶类弹性材料而成，其中所述木质或泡沫材料用数控机床、线切割或其他加工方式做成与所述模具内腔表面接近的型面。进一步地，所述外蒙皮为复合纤维层，所述复合纤维层为玻璃纤维布、碳纤维织物。进一步地，除在所述下壳体阴模的前缘位置铺放注胶管路外，还需在非前缘位置铺放备用注胶管路。进一步地，为了增加所述分段叶片前、尾缘的强度，上、下壳体的外蒙皮和前缘、尾缘超出分模线部分的纤维可以交叉重叠铺放。进一步地，所述上、下壳体阴模中均布设有加热系统，并能根据工艺过程的需要对温度能进行调控。本专利技术中，按照如下工艺步骤处理分段叶片的所述至少一个连接端Al.在进行步骤SI时，将固定法兰通过定位螺栓准确固定连接在所述下壳体阴模的一端上，将定位法兰通过螺栓与固定法兰固定连接，在完成所述下壳体外蒙皮的铺设后，铺放缠绕纤维丝的金属螺栓套，铺放所述金属螺栓套时使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分段叶片一体化成型方法，所述分段叶片包括上壳体和下壳体，采用纤维增强基体材料，并包括至少一个连接端，用于成型所述分段叶片的模具包括上壳体阴模和下壳体阴模，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1.下壳体原材料铺放：在所述下壳体阴模的内表面上涂抹完脱模剂后铺设外蒙皮，所述外蒙皮比所述下壳体阴模的内表面大，超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线；然后在所述外蒙皮上铺设夹芯材料；之后在所述夹芯材料上铺设内蒙皮，所述内蒙皮部分或者整体超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线；之后在所述内蒙皮上铺放脱模布；最后在所述下壳体阴模的前缘位置铺放注胶管路；S2.放置剪切腹板和芯模：首先在所述内蒙皮的脱模布上面，设置至少一个剪切腹板，之后在腹板的左右两侧分别设置芯模，腹板两侧覆盖的纤维布需要延伸到芯模的上下面上，分别与所述内蒙皮、芯模的上下面搭接；各所述芯模外面再覆盖真空袋；S3.铺放上壳体材料：在各所述芯模、剪切腹板及其两侧超出的纤维布铺层、以及步骤S1中超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线的纤维铺层上面铺放上壳体内蒙皮，然后在上壳体内蒙皮上铺放夹芯材料，之后铺放上壳体外蒙皮，覆盖内蒙皮和夹芯材料;S4.上下壳体合模：在上壳体阴模涂抹完脱模剂后，翻转上壳体阴模放置在所述上壳体外蒙皮的上面，并使上、下壳体阴模准确配合紧密连接在一起，形成密闭型腔;S5.真空灌注前的准备工作:（1）抽真空，使用真空抽气设备抽出所述型腔内部的空气；（2）对树脂进行消泡处理,将树脂放入真空消泡装置中， 真空消泡装置接通真空抽气设备，对树脂进行抽真空消泡处理；S6.分段叶片一体化灌注成型：将树脂通过所述注胶管路加压注入到所述上、下壳体阴模和各芯模之间的区域内；S7.叶片灌注完成并加热固化达到规定要求的固化度后翻转模具进行起模，并去除各所述芯模。...

【技术特征摘要】
1.一种分段叶片一体化成型方法，所述分段叶片包括上壳体和下壳体，采用纤维增强基体材料，并包括至少一个连接端，用于成型所述分段叶片的模具包括上壳体阴模和下壳体阴模，其特征在于，所述方法包括如下步骤51.下壳体原材料铺放在所述下壳体阴模的内表面上涂抹完脱模剂后铺设外蒙皮， 所述外蒙皮比所述下壳体阴模的内表面大，超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线；然后在所述外蒙皮上铺设夹芯材料；之后在所述夹芯材料上铺设内蒙皮，所述内蒙皮部分或者整体超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线；之后在所述内蒙皮上铺放脱模布；最后在所述下壳体阴模的前缘位置铺放注胶管路；52.放置剪切腹板和芯模首先在所述内蒙皮的脱模布上面，设置至少一个剪切腹板， 之后在腹板的左右两侧分别设置芯模，腹板两侧覆盖的纤维布需要延伸到芯模的上下面上，分别与所述内蒙皮、芯模的上下面搭接；各所述芯模外面再覆盖真空袋；53.铺放上壳体材料在各所述芯模、剪切腹板及其两侧超出的纤维布铺层、以及步骤 SI中超出所述下壳体阴模的前缘和尾缘处的法兰边的分模线的纤维铺层上面铺放上壳体内蒙皮，然后在上壳体内蒙皮上铺放夹芯材料，之后铺放上壳体外蒙皮，覆盖内蒙皮和夹芯材料；54.上下壳体合模在上壳体阴模涂抹完脱模剂后，翻转上壳体阴模放置在所述上壳体外蒙皮的上面，并使上、下壳体阴模准确配合紧密连接在一起，形成密闭型腔；55.真空灌注前的准备工作(I)抽真空，使用真空抽气设备抽出所述型腔内部的空气；(2)对树脂进行消泡处理，将树脂放入真空消泡装置中，真空消泡装置接通真空抽气设备，对树脂进行抽真空消泡处理；56.分段叶片一体化灌注成型将树脂通过所述注胶管路加压注入到所述上、下壳体阴模和各芯模之间的区域内；57.叶片灌注完成并加热固化达到规定要求的固化度后翻转模具进行起模，并去除各所述芯模。2.根据权利要求1所述的分段叶片一体化成型方法，其特征在于各所述芯模由芯材及包裹于其外表面的气囊组成，所述气囊的外面再覆盖真空袋，在步骤S5中，可以根据需要在所述气囊内充入一定压力，使得各纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣晓敏，杨科，赵晓路，秦志文，徐建中，刘丛庆，马双彦，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：