CN101363399B - 一种轮毂罩及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂罩及其制造方法，所述轮毂罩包括：U形空心薄壁的轮毂罩本体以及嵌于所述轮毂罩侧壁的第一筒状突出部、第二筒状突出部、第三筒状突出部；所述轮毂罩本体与所述第一、第二、第三筒状突出部是整体铸造而成并且连接为一体的。制造所述轮毂罩时采用分型拼接模具，利用真空吸铸方式，由复合材料及树脂吸铸、固化后制得。本发明的一体轮毂具有结构强度好表面光滑等优点。

Description

一种轮毂罩及其制造方法

技术领域

本发明涉及风力发电设备制造技术领域，尤其涉及一种用于风力发电设备上的轮毂罩及其制造方法。

背景技术

随着近代工业化进程的不断发展，人类对化石能源(例如石油、煤炭)的需求与日剧增，这种不可再生能源的大量消耗一方面提高了人类的生活质量，但与之相伴同样带给人类诸如能源危机、气候变暖、环境污染等威胁人类生存的严峻问题

目前，可再生能源例如水电、太阳能、生物质能、风能的利用因其可部分的替代化石能源的消耗而逐渐被大规模应用。其中，风能因其分布广泛、可大规模建设、对生态环境的负面影响较小而成为新能源发展的热点。风力发电设备，通常包括基座、立于基座上的塔筒、安装在塔筒顶端的机舱、与机舱一端连接安装的轮毂及轮毂罩、以及对称安装在所述轮毂上的若干叶片组成，其中所述机舱中安置有风力发电机，当有风时，风力带动叶片及轮毂沿轮毂的轴线旋转，带动发电机的转子转动产生电能，从而通过轮毂将由风能转换而来的机械能进一步经发电机转换为电能。而轮毂罩则是安装在轮毂罩外侧的一个装置。为了获得尽可能多的风力，使得风力发电装置可以进行高效发电并使其所产生的电能够顺利的并入现有电网，通常风力发电机都做得非常庞大，例如塔筒高度及叶片长度达数十米，而轮毂作为连接叶片和塔筒上的机舱内发电机的连接装置，不但体积较大而且对其机械性能要求也很高。相应的，由于轮毂是安装在轮毂罩内部的，而轮毂罩则也是体积巨大的，并且由于其直接面对风，其整体结构性能以及表面气动性能都很重要。

现有技术中，通常轮毂罩是采用复合材料(例如玻璃纤维、碳纤维、玻璃钢材料等轻质硬度高的材料)通过模具铸造而成。

如图1所示，显示了通常风机轮毂罩的理想结构示意图。轮毂罩10通常包括U形空心薄壁的轮毂罩本体100，所述轮毂罩本体100具有同轴心的圆形开口102和103，所述开口102的半径大于开口103的半径。所述轮毂罩本体100在中部外侧连接有三个对称分布的筒状突出部104、105、106，所述三个筒状突出部的轴线在同一水平面并且三条轴线彼此间隔120度。所述筒状突出部104、105、106分别用于在组装时安装叶片根部于此。

如图2所示，给出了一种现有轮毂罩的结构示意图。图1所示轮毂罩10的轮毂罩本体由100在图2中由三块分离的组块1001、1002、1003拼接而成，拼接线为位于两个突出部之间的A1、A2、A3(未示出)。所述组块1001包括突出部106，所述组块1002包括突出部105，所述组块1003包括突出部1004。所述组块1001、1002、1003分别是利用各自单独对应的模具组块制造而成，即对应的模具也非整体模具而是由相应的三个模具组块构成，其模具组块的形状与所述轮毂罩组块相同，在此不再赘述。所述组块1001、1002、1003在任意两块之间的拼接线处具有拼接机构，例如拼接处向内与轮毂罩表面垂直方向上的拼接条，通过拼接条的插接、啮合、铆接、螺钉连接、扣接等方式，将相邻的两个轮毂罩组块连接起来，在3个轮毂罩组块都连接完成后形成图1所示的完整轮毂罩，但该轮毂罩为非一体轮毂罩。

如图3所示，给出了另一种现有轮毂罩的结构示意图。图1所示轮毂罩10的轮毂罩本体由100在图3中由三块分离的组块2001、2002、2003拼接而成，拼接线为位于每一突出部的垂直中分线平面的拼接线B1、B2、B3。所述组块2001包括突出部106的一部分以及突出部105的一部分，所述组块2002包括突出部105的一部分以及突出部104的一部分，所述组块2003包括突出部104的一部分以及突出部105的一部分。所述轮毂罩组块2001、2002、2003分别也是利用各自单独对应的模具组块制造而成，即对应的模具也非整体模具而是由相应的三个模具组块构成，其模具组块的形状与所述轮毂罩组块相同，每一模具组块都包括两个半筒结构，在此不再赘述。所述轮毂罩组块2001、2002、2003在任意两块之间的拼接线处具有拼接机构，例如拼接处向内与轮毂罩表面垂直方向上的拼接条，通过拼接条的插接、啮合、铆接、螺钉连接、扣接等方式，将相邻的两个轮毂罩组块连接起来，在3个轮毂罩组块都连接完成后形成图1所示的完整轮毂罩，但该轮毂罩亦非一体轮毂罩。

综上所述，可知随着风机功率的增大，大型化风机组件，尤其轮毂罩的体积也必将日益增大，对大型机构而言，在恶劣的风厂环境下，结构的稳定性及应力结构的均衡性都有很高的要求。而上述拼接而成的轮毂罩，其结构强度将很大程度上受限与轮毂罩组块的拼接机构，存在致命的缺点；另一方面，拼接而成的轮毂罩其表面形状因拼接缝的存在必然会影响表面气流动力性能，虽然可以通过后期的修补将缝隙填平磨光来达到表面曲线平滑，但也因而增加了轮毂罩制造工艺流程及相应费用。

因而需要一种整体成形的一体轮毂罩来克服拼接轮毂罩的所存在的各种问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种轮毂罩以及其制造方法，用于解决分体轮毂罩的结构强度及表面气动性能的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种轮毂罩，包括：U形空心薄壁的轮毂罩本体以及嵌于所述轮毂罩侧壁的第一筒状突出部、第二筒状突出部、第三筒状突出部；其中：

所述轮毂罩本体在开口处具有第一开口、在底部具有第二开口，所述第一开口与所述第二开口为同心开口并且所述第一开口半径大于所述第二开口半径；

所述轮毂罩本体与所述第一、第二、第三筒状突出部是整体铸造而成并且连接为一体的。

进一步地，所述第一、第二、第三筒状突出部是完全相同的。

进一步地，所述第一、第二、第三筒状突出部是对称分布在所述轮毂罩本体外侧，即任意两者之间的轴线间隔为120度，且与所述第一开口、第二开口的轴线相垂直。

进一步地，所述轮毂罩是由玻璃钢纤维、或碳纤维材料结合树脂材料制成的。

进一步地，所述轮毂罩是由玻璃钢纤维、或碳纤维材料结合树脂材料采用真空吸铸方式而制成。

本发明还提供一种轮毂罩的制造方法，包括如下步骤：

整固拼接用于轮毂罩制作的轮毂罩模具，并清洁模具内表面；

在模具内表面依次涂布胶衣、黏贴复合材料层、铺设脱模布、导流网、以及分布于所述导流网表面的注入管；

再罩装真空膜附于最外层，并使所述真空膜与模具外侧边缘密封，其中需要在边缘处预留注入管入口及抽真空口；

关闭注入管入口，并通过真空口抽真空使得真空膜内空间的气压达到预定气压；

关闭抽真空口，并打开注入管入口，通过注入管将树脂利用负压吸入至真空膜覆盖的密闭空间内，待树脂完全浸润真空膜内空间后停止注入；

待树脂固化后，去除真空膜、注入管、导流网、脱模布后，首先将轮毂罩模具的每一筒状突出部的最大水平口径之上至所述第一开口处的部分打开去除，将固化后的轮毂罩从轮毂罩模具的U形本体中吊装出来即制得一体轮毂罩。

其中：所述树脂为环氧树脂。所述复合材料层为玻璃纤维、或玻璃钢纤维、或碳纤维材料层。所述复合材料层的厚度为1至3厘米。

所述制造方法中所使用的所述轮毂罩模具包括U形空心薄壁的轮毂罩模具本体以及嵌于所述模具本体侧壁的第一筒状突出部模件、第二筒状突出部模件、第三筒状突出部模件；

所述轮毂罩本体在开口处具有第三开口、在底部具有第一柱状突出部，所述第三开口与所述第一柱状突出部为同轴心并且所述第三开口的半径大于所述第一柱状突出部的半径；

所述筒状突出部模件为所述筒状突出部的水平最大口径至所述第三开口之间的部分。

本发明的轮毂罩，由于采用一体结构，避免了分体结构中存在的因拼接造成的结构强度较低以及拼接缝导致的后续修补流程及费用，并且因整体铸造而成具有良好的光滑表面。

附图说明

图1是一种轮毂罩的原理结构图；

图2是现有技术中一种拼接轮毂罩的结构示意图；

图3是现有技术中另一中拼接轮毂罩的结构示意图；

图4是用于本发明中铸造一体轮毂罩的模具的结构示意图；

图5是所述模具本体C0与模具组件C1之间的拼接线处的局部放大图；

图6是图5所示的密封槽的示例性的密封结构示意图；

图7是利用轮毂罩模具铸造轮毂罩时的层状结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

对于一体轮毂罩而言，由于所述轮毂罩的U形本体上具有三个筒状突出部，而对应的模具也必然具有三个筒状突出部，而一旦一体轮毂罩整体铸造完成后，如何将体积巨大的轮毂罩从模具中脱离出来则成为一个极为重要的问题。这是因为轮毂罩的突出部是水平嵌入在轮毂罩模具的对应突出部中的，为解决上述技术问题，本发明的主要思想在于：利用分型技术，针对轮毂罩的每一突出部，采用一个宽度超过筒状突出部最大口径的一个模具组件，在水平最大口径处进行水平分割确定水平拼接线，并在所述任意两个突出部之间确定竖直分割的拼接线，所述水平拼接线和竖直拼接线连接处可以采用弧形拼接线将所述两条拼接线进行连接。

如图4所示，显示了本发明中用于铸造图1所示轮毂罩的模具示意图。由于轮毂罩的形状与轮毂罩模具的形状基本一致，尤其轮毂罩的外表面与轮毂罩模具的内表面完全贴合，所以图4所示轮毂罩模具与图1所示轮毂罩原理结构示意图基本一致。在图4中，用于实现轮毂罩铸造的轮毂罩模具20，由4个模具组件拼接而成，包括主体形状为U形的模具本体C0，以及三个分型模具组件C1、C2(未示出)、C3(未示出)。图4中所示虚线C11-C12表示的模具组件C1与模具本体C0之间的拼接线，为了在由C0、C1、C2、C3拼接成的模具20中铸造完成的轮毂罩10能够完整的与模具脱离，在对应例如图1所示的突出部105的最大口径处的水平位置上划定为水平拼接线，即C0和C1在水平位置上从水平拼接线处进行分离的，而竖直拼接线可选择在任意两个突出部之间的位置，但优选的应距离突出部较近的位置进行划分，例如在距离最大口径边缘约为半径一半的竖直位置对称划分。这样既能确保模具的强度，也能减小分型模具组件C1的大小，从而尽可能保证轮毂罩与模具本体C0的接触面积，从而确保轮毂罩的形状与模具一致，避免因分型可能会造成的形变。

如图5所示，显示了图4所示模具本体C0与模具组件C1之间的拼接线处的局部放大图。由于用于铸造轮毂罩的模具为模具本体C0与模具组件C1、C2、C3拼接而成，那么在拼接处必然存在拼接缝隙，而本发明中采用真空吸铸方式，为了确保拼接处的密封性，需要进行密封处理。

如图5A所示，给出了本发明中的一种用于确保拼接密封性的拼接结构示意图。在C0与C1相接的模具壁接口的截面表面分别具有一个密封槽G01。在模具本体C0的接口处还包括向外侧延展的连接体C0A，在模具组件C1的几口处还包括与所述C0A对应的外侧延展的连接体C1A。所述连接体C0A与C1A通过至少一个连接件51进行连接，所述连接件51可以将所述连接体C0A与C1A进行紧固，所述连接件51为螺栓连接件、或锁扣连接件、或榫接件、或电磁吸引紧固件。进行拼接时，在所述密封槽G01中填充入密封条S01，所述密封条S01是具有弹性的密封材料制成的，例如可以是硅胶条、橡胶条等。拼接时，在所述密封槽G01中填入密封条S01之后，将模具本体C0与模具组件C1、C2、C3对齐后，利用连接件对拼接体进行紧固，使得模具本体C0与模具组件C1、C2、C3紧密拼接，并且压缩所述密封条S01阻断模具内表面与外侧的缝隙以保证后续真空吸铸工艺的真空效果。

如图5B所示，给出了本发明中的另一种用于确保拼接密封性的拼接结构示意图。在模具本体C0的接口处还包括向外侧延展的连接体C0A，在模具组件C1的接口处还包括与所述C0A对应的外侧延展的连接体C1A。所述连接体C0A与C1A通过至少一个连接件51进行连接，所述连接件51可以将所述连接体C0A与C1A进行紧固，所述连接件51为螺栓连接件、或锁扣连接件、或榫接件、或电磁吸引紧固件。在所述连接体C0A与C1A相接的接口截面表面分别具有一个密封槽G02。进行拼接时，在所述密封槽G02中填充入密封条S02，所述密封条S02是具有弹性的密封材料制成的，例如可以是硅胶条、橡胶条等。拼接时，在所述密封槽G02中填入密封条S02之后，将模具本体C0与模具组件C1、C2、C3对齐后，利用连接件51对拼接体进行紧固，使得模具本体C0与模具组件C1、C2、C3紧密拼接，并且压缩所述密封条S02阻断模具内表面与外侧的缝隙以保证后续真空吸铸工艺的真空效果。

进一步地，图5所示的密封槽G01、G02还可以进一步采用其它形状的槽体结构。如图6所示，显示了几种示例性的密封结构。图6A中显示为图5所示的密封结构，即采用矩形槽体结构。图6B显示了一种在拼接的两个界面处，在一侧上开有矩形槽体，而另一侧则不必开槽的实施例。图6C显示了一种在拼接的两个界面处，在一侧上开有矩形槽体，而另一侧开有弧形槽体的实施例，所述弧形槽体可以为半圆形、或圆弧形、或U形。图6D显示了一种在拼接的两个界面处均开有弧形槽体的实施例，所述弧形槽体可以为半圆形、或圆弧形、或U形。当然根据本领域技术人员的技能，所述槽体还可以为三角形、或其它利于密封处理的槽体形状。

基于图4所示的模具在拼接完成后，进行一体轮毂罩的铸造时，需要从模具内表面开始铺设各种层体，并在最外侧加罩真空膜进行整体密封后，开始真空吸铸，完成一体模具的铸造。如图7所示显示了各层的层次关系示意图。下面结合图7将详细介绍本发明实现一体轮毂罩铸造的制造方法，包括：

步骤S100，首先要将模具本体C0与模具组件C1、C2、C3在加入密封条后利用连接件51进行紧固为整体轮毂罩模具；

步骤S200，清洗干净模具内表面后，在模具内表面上涂布胶衣701；

步骤S300，将复合材料逐层粘布在所述胶衣层701上，直到达到所述厚度，通常为1至3厘米，形成复合材料层702。由于模具本体为U形结构，在侧面上铺设复合材料布时不易保持每层材料的贴合性，可以采用强力胶加以固定。所述复合材料为玻璃纤维、碳纤维材料，通常为网状织物形式即玻璃纤维布、碳纤维布。

步骤S400，在复合材料层702之上进一步铺设脱模布703；

步骤S500，在所述脱模布703之上铺设导流网704，所述导流网704为网格状，用于将铸造所用的凝固剂，例如环氧树脂等导流至所需的空间。

步骤S600，在铺设导流网704之后，进一步铺设若干注入管708，所述注入管应尽量均匀分布在导流网表面；

步骤S700，在最外侧罩设一层真空膜705，所述真空膜705的边缘与模具外缘通过粘合剂或粘合条进行密封处理；

步骤S800，在所述真空膜705与模具边缘处预留有注入管入口以及抽真空口，所述注入管通过注入管入口与树脂注入装置706相连，所述注入管入口与抽真空口在与真空膜接触处也要进行密封处理，并且所述注入管入口有第一开关装置720，用于控制是否允许树脂注入；所述抽真空口具有第二开关装置730，用于控制是否进行真空抽取。

步骤S900，在进行真空密封完成后，关闭第一开关装置720，打开抽真空口的第二开关装置730，利用相连接的抽真空装置707对真空膜705所密封罩闭的空间进行抽真空；

步骤S1000，待真空度达到预定气压后，关闭第二开关装置730，确保注入管在真空膜外部的部分的入口浸入至树脂液面以下后，打开第一开关装置720，利用真空膜内外的负压，将树脂通过注入管抽取至真空膜内，通过注入管708注入至导流网704表面，通过导流网704的纵横网格将树脂导流至膜内各个区域，并浸润至真空膜与模具内表面之间的任何空间内，之后关闭所述第一开关装置720；

步骤S1100，待树脂固化坚固后，从外之内，依次揭开真空膜、去除注入管、导流网、脱模布后，即只剩下由复合材料结合树脂铸成的轮毂罩，以及用于铸造轮毂罩的轮毂罩模具，轮毂罩与模具紧密贴合，此时，去除连接件51，将模具组件C1、C2、C3从C0上分离开，此时，所述轮毂罩的筒状突出部的上半部已经不在受模具的禁锢，此时，只有模具本体C0与铸造完成的一体模具相贴合，通过吊装装置利用预先埋置的吊点，将一体轮毂罩直接吊起，即可实现轮毂罩与模具的分离。需要说明的是，由于胶衣701的存在，在树脂固化后，模具与轮毂罩之间是极易脱离的。

经过上述步骤之后，就最终得到了一体铸造的轮毂罩。该一体轮毂罩在铸造、固化时是一体完成的，从结构上而言在任一水平面上是均匀一致的，从而不会存在图2、3所示拼接轮毂罩所固有的结构缺陷，并且由于采用了较小的分型模具组件C1～3，其外表面上的拼接线痕迹也会很小，仅需进行简单打磨掉细小痕迹即可得到美观平滑的外表面，对轮毂罩的气动性能的影响极其微小。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种轮毂罩，其特征在于，包括：U形空心薄壁的轮毂罩本体以及嵌于所述轮毂罩侧壁的第一筒状突出部、第二筒状突出部、第三筒状突出部；其中：

所述轮毂罩本体在开口处具有第一开口、在底部具有第二开口，所述第一开口与所述第二开口为同心开口并且所述第一开口半径大于所述第二开口半径；

所述轮毂罩本体与所述第一、第二、第三筒状突出部是整体铸造而成并且连接为一体的，仅在所述每一筒状突出部的水平中线位置的两侧存在因整体铸造而留下的左右对称的L型铸造凸起边；所述凸起边位于轮毂罩外侧；

所述轮毂罩具有预先埋置的吊点。

2.如权利要求1所述的轮毂罩，其特征在于，所述第一、第二、第三筒状突出部是完全相同的。

3.如权利要求1所述的轮毂罩，其特征在于，所述第一、第二、第三筒状突出部是对称分布在所述轮毂罩本体外侧，即任意两者之间的轴线间隔为120度，且与所述第一开口、第二开口的轴线相垂直。

4.如权利要求1所述的轮毂罩，其特征在于，所述轮毂罩是由玻璃钢纤维、或碳纤维材料结合树脂材料制成的。

5.如权利要求4所述的轮毂罩，其特征在于，所述轮毂罩是由玻璃钢纤维、或碳纤维材料结合树脂材料采用真空吸铸方式而制成。

6.一种轮毂罩的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

整固拼接用于轮毂罩制作的轮毂罩模具，将主体形状为U形的模具本体(C0)，以及三个分型模具组件(C1、C2、C3)密封拼接在一起，并清洁模具内表面；

在模具内表面依次涂布胶衣、黏贴复合材料层、铺设脱模布、导流网、以及分布于所述导流网表面的注入管；

再罩装真空膜附于最外层，并使所述真空膜与模具外侧边缘密封，其中需要在边缘处预留注入管入口及抽真空口；

关闭注入管入口，并通过真空口抽真空使得真空膜内空间的气压达到预定气压；

关闭抽真空口，并打开注入管入口，通过注入管将树脂利用负压吸入至真空膜覆盖的密闭空间内，待树脂完全浸润真空膜内空间后停止注入；

待树脂固化后，去除真空膜、注入管、导流网、脱模布后，首先将轮毂罩模具的每一筒状突出部的最大水平口径之上至所述U形的模具本体(C0)开口处的部分的三个分型模具组件(C1、C2、C3)打开去除，将固化后的轮毂罩从轮毂罩模具的U形本体中吊装出来即制得一体轮毂罩。

7.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述树脂为环氧树脂。

8.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述复合材料层为玻璃纤维、或玻璃钢纤维、或碳纤维材料层。

9.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述复合材料层的厚度为1至3厘米。

10.如权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述轮毂罩模具包括U形空心薄壁的轮毂罩模具本体以及嵌于所述模具本体侧壁的第一筒状突出部模件、第二筒状突出部模件、第三筒状突出部模件；

所述轮毂罩本体在开口处具有第三开口、在底部具有第一柱状突出部，所述第三开口与所述第一柱状突出部为同轴心并且所述第三开口的半径大于所述第一柱状突出部的半径；

所述筒状突出部模件为所述筒状突出部的水平最大口径至所述第三开口之间的部分。