一种风电叶片一体化成型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种水平轴风电叶片一体化成型装置及方法，所述装置包括真空抽气系统、加压设备、树脂消泡系统、树脂供给系统及树脂收集系统。制备风电叶片时，采用正压辅助真空灌注的方式一体化成型，既克服了传统真空灌注工艺的不足，提高叶片成型的产品质量，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，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。现有技术的风电叶片成型方法或装置，都是采用传统的真空灌注工艺，未能解决 真空压力小、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。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风电叶片一体化成型装置及方 法，以解决现有技术的风电叶片成型方法中灌注速度慢、成型质量差、生产效率低、制造成本闻等关键问题。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为一种风电叶片一体化成型装置， 所述装置包括真空抽气系统、加压设备、树脂消泡系统、树脂供给系统及树脂收集系统，其 特征在于所述真空抽气系统包括真空泵47、真空管道45及位于所述真空管道I 45上的控 制阀I 46，所述真空管道I 45—端与真空泵47连接，另一端与所述风电叶片模具型腔的 密封空气系统相连，用于灌注树脂前抽出所述型腔内部的空气，抽气时打开控制阀I 46，抽 气结束时关闭控制阀I 46 ；所述树脂消泡系统包括真空消泡箱29、真空管道II 30、位于所述真空管道II 30上 的控制阀II 31、排气管道32、位于所述排气管道32上的控制阀III 33、通气管道35、位于所 述通气管道35上的控制阀IV 34、流胶管路I 42、位于所述流胶管路42的控制阀V 41，所述 真空管道II 30、排气管道32设置于真空消泡箱29上部，所述通气管道35连通储胶罐38的 上部和所述真空消泡箱29的上部，所述流胶管路42连通所述储胶罐38的底部和所述真空 消泡箱29的底部；所述树脂消泡系统进行真空消泡时，打开控制阀II 31，关闭控制阀III33、 控制阀IV 34、控制阀V 41，所述真空管道II 30接入所述真空抽气系统；所述树脂供给系统包括所述储胶罐38、主供胶管路44、位于所述主供胶管路44的 控制阀VI43、加压管路36、位于所述加压管路36的控制阀VII 37，所述主供胶管路44与所述 风电叶片模具型腔中的注胶管路16连接，所述加压管路36与加压设备连接；对所述风电叶 片进行灌注树脂时，首先开启控制阀IV 34、控制阀V 41及控制阀III33，关闭控制阀II 31、控 制阀VI 43、控制阀珊39，真空消泡箱29中的树脂在重力作用下通过所述流胶管路42流入 所述储胶罐38中，同时所述储胶罐38中的空气通过通气管道35、排气管路32排放出去；之 后关闭控制阀IV 34、控制阀V 41，开启控制阀VII 37、控制阀VI 43，储胶罐38中的树脂在加 压设备的加压下通过所述主供胶管路44供给到所述风电叶片模具型腔中的注胶管路16 ；所述树脂收集系统包括密封箱体27、位于密封箱体27中的树脂收集器28、回胶管 路23、位于所述回胶管路23的控制阀VDI 24、通气管路26、位于所述通气管路26的控制阀 IX 25，所述回胶管路23 —端通入树脂收集器28，另一端与所述风电叶片模具尾缘处的回胶 管道连接，所述通气管路26 —端与密封箱体27连通，另一端与真空泵连接；对所述风电叶 片进行灌注树脂时，打开控制阀珊24、控制阀IX 25，接通真空泵，当树脂的流动前锋到达模 具的尾缘时，树脂溢出进入所述回胶管路23，进入树脂收集器28中，当所有相关的树脂收 集器管路中都有树脂流入时，关闭控制阀VI 43，停止注胶，同时关闭控制阀IX 25，防止树脂 过多被抽出。优选地，所述真空管道I 45的另一端与位于所述风电叶片模具前缘翻模边上的 管道口相连。优选地，所述真空消泡箱29布置于比所述储胶罐38高的位置。优选地，所述树脂供给系统还包括备用供胶管路40及位于所述备用供胶管路40 的控制阀珊39，所述备用供胶管路40在需要时与所述注胶管路16连接或与所述风电叶片 模具型腔中的备用注胶管路连接，需要时开启控制阀珊39，将储胶罐38中的树脂通过备用 供胶管路40供给到所述风电叶片模具型腔中。优选地，当所述真空抽气系统进行真空抽气时，同时打开控制阀珊24、控制阀IX 25，所述通气管路26接通真空泵，对所述真空抽气系统进行辅助抽真空，抽真空完毕后， 关闭控制阀IX 25。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种风电叶片一体化成型方法，使用本专利技术上 述的风电叶片一体化成型装置，所述风电叶片包括上壳体和下壳体，采用纤维增强基体材 料，用于成型所述风电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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电叶片一体化成型装置，所述装置包括真空抽气系统、加压设备、树脂消泡系统、树脂供给系统及树脂收集系统，其特征在于：所述真空抽气系统包括真空泵47、真空管道45及位于所述真空管道Ⅰ45上的控制阀Ⅰ46，所述真空管道Ⅰ45一端与真空泵47连接，另一端与所述风电叶片模具型腔的密封空气系统相连，用于灌注树脂前抽出所述型腔内部的空气，抽气时打开控制阀Ⅰ46，抽气结束时关闭控制阀Ⅰ46；所述树脂消泡系统包括真空消泡箱29、真空管道Ⅱ30、位于所述真空管道Ⅱ30上的控制阀Ⅱ31、排气管道32、位于所述排气管道32上的控制阀Ⅲ33、通气管道35、位于所述通气管道35上的控制阀Ⅳ34、流胶管路Ⅰ42、位于所述流胶管路42的控制阀Ⅴ41，所述真空管道Ⅱ30、排气管道32设置于真空消泡箱29上部，所述通气管道35连通储胶罐38的上部和所述真空消泡箱29的上部，所述流胶管路42连通所述储胶罐38的底部和所述真空消泡箱29的底部；所述树脂消泡系统进行真空消泡时，打开控制阀Ⅱ31，关闭控制阀Ⅲ33、控制阀Ⅳ34、控制阀Ⅴ41，所述真空管道Ⅱ30接入所述真空抽气系统；所述树脂供给系统包括所述储胶罐38、主供胶管路44、位于所述主供胶管路44的控制阀Ⅵ43、加压管路36、位于所述加压管路36的控制阀Ⅶ37，所述主供胶管路44与所述风电叶片模具型腔中的注胶管路16连接，所述加压管路36与加压设备连接；对所述风电叶片进行灌注树脂时，首先开启控制阀Ⅳ34、控制阀Ⅴ41及控制阀Ⅲ33，关闭控制阀Ⅱ31、控制阀Ⅵ43、控制阀Ⅷ39，真空消泡箱29中的树脂在重力作用下通过所述流胶管路42流入所述储胶罐38中，同时所述储胶罐38中的空气通过通气管道35、排气管路32排放出去；之后关闭控制阀Ⅳ34、控制阀Ⅴ41，开启控制阀Ⅶ37、控制阀Ⅵ43，储胶罐38 中的树脂在加压设备的加压下通过所述主供胶管路44供给到所述风电叶片模具型腔中的注胶管路16；所述树脂收集系统包括密封箱体27、位于密封箱体27中的树脂收集器28、回胶管路23、位于所述回胶管路23的控制阀Ⅷ24、通气管路26、位于所述通气管路26的控制阀Ⅸ25，所述回胶管路23一端通入树脂收集器28，另一端与所述风电叶片模具尾缘处的回胶管道连接，所述通气管路26一端与密封箱体27连通，另一端与真空泵连接；对所述风电叶片进行灌注树脂时，打开控制阀Ⅷ24、控制阀Ⅸ25，接通真空泵，当树脂的流动前锋到达模具的尾缘时，树脂溢出进入所述回胶管路23，进入树脂收集器28中，当所有相关的树脂收集器管路中都有树脂流入时，关闭控制阀Ⅵ43，停止注胶，同时关闭控制阀Ⅸ25，防止树脂过多被抽出。...

【技术特征摘要】
1.一种风电叶片一体化成型装置，所述装置包括真空抽气系统、加压设备、树脂消泡系统、树脂供给系统及树脂收集系统，其特征在于所述真空抽气系统包括真空泵47、真空管道45及位于所述真空管道I 45上的控制阀 I 46，所述真空管道I 45—端与真空泵47连接，另一端与所述风电叶片模具型腔的密封空气系统相连，用于灌注树脂前抽出所述型腔内部的空气，抽气时打开控制阀I 46，抽气结束时关闭控制阀I 46 ；所述树脂消泡系统包括真空消泡箱29、真空管道II 30、位于所述真空管道II 30上的控制阀II 31、排气管道32、位于所述排气管道32上的控制阀III 33、通气管道35、位于所述通气管道35上的控制阀IV 34、流胶管路I 42、位于所述流胶管路42的控制阀V 41，所述真空管道II 30、排气管道32设置于真空消泡箱29上部，所述通气管道35连通储胶罐38的上部和所述真空消泡箱29的上部，所述流胶管路42连通所述储胶罐38的底部和所述真空消泡箱29的底部；所述树脂消泡系统进行真空消泡时，打开控制阀II 31，关闭控制阀III33、控制阀IV 34、控制阀V 41，所述真空管道II 30接入所述真空抽气系统；所述树脂供给系统包括所述储胶罐38、主供胶管路44、位于所述主供胶管路44的控制阀VI43、加压管路36、位于所述加压管路36的控制阀VII 37，所述主供胶管路44与所述风电叶片模具型腔中的注胶管路16连接，所述加压管路36与加压设备连接；对所述风电叶片进行灌注树脂时，首先开启控制阀IV 34、控制阀V 41及控制阀III33，关闭控制阀II 31、控制阀 VI 43、控制阀珊39，真空消泡箱29中的树脂在重力作用下通过所述流胶管路42流入所述储胶罐38中，同时所述储胶罐38中的空气通过通气管道35、排气管路32排放出去；之后关闭控制阀IV 34、控制阀V 41，开启控制阀VII 37、控制阀VI 43，储胶罐38中的树脂在加压设备的加压下通过所述主供胶管路44供给到所述风电叶片模具型腔中的注胶管路16 ；所述树脂收集系统包括密封箱体27、位于密封箱体27中的树脂收集器28、回胶管路23、位于所述回胶管路23的控制阀VDI 24、通气管路26、位于所述通气管路26的控制阀 IX 25，所述回胶管路23 —端通入树脂收集器28，另一端与所述风电叶片模具尾缘处的回胶管道连接，所述通气管路26 —端与密封箱体27连通，另一端与真空泵连接；对所述风电叶片进行灌注树脂时，打开控制阀珊24、控制阀IX 25，接通真空泵，当树脂的流动前锋到达模具的尾缘时，树脂溢出进入所述回胶管路23，进入树脂收集器28中，当所有相关的树脂收集器管路中都有树脂流入时，关闭控制阀VI 43，停止注胶，同时关闭控制阀IX 25，防止树脂过多被抽出。2.根据权利要求1所述的一体化成型装置，其特征在于所述真空管道I45的另一端与位于所述风电叶片模具前缘翻模边上的管道口相连。3.根据权利要求1所述的一体化成型装置，其特征在于所述真空消泡箱29布置于比所述储胶罐38高的位置。4.根据权利要求1所述的一体化成型装置，其特征在于所述树脂供给系统还包括备用供胶管路40及位于所述备用供胶管路40的控制阀珊39，所述备用供胶管路40在需要时与所述注胶管路16连接或与所述风电叶片模具型腔中的备用注胶管路连接，需要时开启控制...

【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：