CN102797646B - 一种风力发电机叶片及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机叶片，包括壳体、腹板、根部法兰，壳体分为上壳体、下壳体，分别包括主梁、预制件、根部预成型、铺层；铺层包括玻纤布、巴沙木芯材、泡沫芯材；腹板位于叶片上壳体和下壳体之间；根部法兰用于连接叶片和风力发电机主体。本发明还提供一种风力发电机叶片制造方法，包括：在单独的模具中分别制备根部预成型、主梁、预制件；将根部法兰、根部预成型、主梁、预制件同玻纤布、巴沙木、泡沫芯材、避雷针一起铺放在壳体模具中，通过真空灌注技术将树脂注入壳体模具，形成叶片上壳体和下壳体；将上壳体与腹板粘接在一起翻转180度，与下壳体合模粘接；脱模后即制成风力发电机叶片。利用本发明方法制造的风力发电机叶片，受力强度高，寿命长。

Description

一种风力发电机叶片及其制造方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种风力发电机叶片及其制造方法。

背景技术

利用先进的技术将风力资源转化为电能利用，给我们带来了巨大的节能潜力。使用风力发电不仅创造了可新生能源，而且具有环保清洁、永不枯竭、生产周期短，节省煤炭、石油等常规能源减少环境污染等特点。风力发电能源在可再生能源中成本相对较低，有着广阔的发展前景。风力发电技术日趋成熟，装机规模灵活，既可以并网运行，也可以离网独立运行，还可以与其它能源技术组成互补发电系统。有效利用丰富的自然风能资源，可以为国家电网补充电力，弥补并缓解现行用电紧张的状态。

在现有的风力发电机叶片制造技术中，主要利用真空灌注技术，在制造过程中，对于边缘或层数较多的部位，会出现铺放玻纤布时的褶皱，在玻纤布层数厚的部位或叶片边缘部位，树脂很难浸润玻璃纤维布，极容易出现浸润不透的弊端，同时也会造成成型叶片强度下降的问题，目前生产的风力发电机叶片经常会出现需要修补、维修的情况，又耗时又耗精力。同时，由于叶片壳体长期在恶劣的环境下工作，悬于高空，维护极不方便。因而在叶片的生产过程中严格进行控制，提高工艺水平，减少铺层褶皱、搭桥等缺陷，提高叶片的抗疲劳强度，是提高风力发电技术水平的必然要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗疲劳强度高、重量轻、生产周期短、质量有保证的风力发电机叶片及其制造方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种风力发电机叶片，其特征在于，包括：壳体、腹板、根部法兰，其中，所述壳体由上壳体和下壳体组成，所述上壳体、下壳体分别包括主梁、预制件、根部预成型、铺层；所述铺层包括玻纤布、巴沙木芯材、泡沫芯材；所述腹板位于叶片上壳体和下壳体之间；所述根部法兰用于连接所述叶片和风力发电机主体。

进一步地，在上述风力发电机叶片中，所述预制件位于所述壳体后缘处，其外形形变区与壳体后缘的外形形变区完全吻合。

进一步地，在上述风力发电机叶片中，所述叶片壳体内部装有避雷针。

本发明还提供一种风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：在单独的模具中通过真空灌注工艺分别制备根部预成型、主梁、预制件；

步骤2：将根部法兰、根部预成型、主梁、预制件同玻纤布、巴沙木、泡沫芯材、避雷针一起铺放在叶片壳体模具中，通过真空灌注技术，将树脂注入壳体模具，形成叶片上壳体；

步骤3：在上壳体前后缘法兰处，通过紧固真空方式将叶片上壳体固定于壳体模具中；

步骤4：使用与步骤2同样的方法制成叶片下壳体并通过紧固真空方式将叶片下壳体固定于壳体模具中；

步骤5：将上壳体与腹板粘接在一起；

步骤6：将上壳体与腹板翻转180度，与下壳体合模粘接；

步骤7：脱模后即制成风力发电机叶片。

进一步地，在上述风力发电机叶片的制造方法中，所述步骤1中预制件的制作工艺包括如下步骤：

步骤101：在预制模具中铺玻纤布、泡沫芯材以及巴沙木，在铺放时将其赶平，使其没有褶皱；

步骤102：利用真空灌注技术将树脂注入模具，形成预制件。

进一步地，在上述风力发电机叶片的制造方法中，所述步骤2具体包括：

步骤201：清理壳体模具，预热壳体模具至40摄氏度左右；

步骤202：将根部法兰装入壳体模具，上紧三处固定螺栓，用表面毡覆盖整个模具，用胶粘剂将表面毡固定；

步骤203：安装避雷针；

步骤204：用半透膜盖住内侧紧固真空槽；

步骤205：安装根部预成型，预成型轴向中心线与模具轴向中心线贴合；

步骤206：铺放玻纤布，在铺层过程中赶平，确保没有褶皱与搭桥；

步骤207：在放置主梁的位置上先铺放连续毡，然后用工装固定主梁在叶片壳体中的位置；

步骤208：在壳体模具后缘边铺放防裂纹带，修建铺层尖部使其与主梁齐平；

步骤209：铺放预制件，用工装将其定位在壳体模具后缘处；

步骤210：壳体模具后缘边铺放玻纤布，与预制件搭接，进一步加强叶片；

步骤211：安装定位巴沙木和泡沫芯材，继续铺放玻纤布，铺放导流网、脱模布、真空袋；

步骤212：打开真空，形成负压，通过真空灌注技术注入树脂，把预制件、大梁、根部预成型、巴沙木、泡沫芯材等结合成一体，制成叶片壳体。

进一步地，在上述风力发电机叶片的制造方法中，所述步骤209具体为：将预制件用吊具移至模具上方合适的位置，不要与铺层接触；将预制件缓慢地向壳体模具根部移动，直到预制件形变区与叶片壳体模具形变区符合；缓慢地放下预制件使其后缘边先与铺层接触；调整预制件轴向位置，使后缘预制件的形变区与壳体模具的形变区完全吻合；将预制件放到底使其彻底与铺层接触，将预制件定位工装固定安装在壳体模具侧面的钢架上，用定位工装定位预制件；移走吊具。

进一步地，在上述风力发电机叶片的制造方法中，每一个预制件定位工装的定位钩都与铺层紧密接触无缝隙。

进一步地，在上述风力发电机叶片的制造方法中，在所述步骤2、步骤4、步骤、步骤6中，即在真空灌注和壳体粘接过程中，同时对壳体模具进行电加热。

本发明提供的风力发电机叶片因在壳体叶片后缘处增加预制件，增强了叶片的受力强度及寿命。使用本发明提供的风力发电机叶片制造方法制造风力发电机叶片，解决了直接在壳体模具中整体制作时容易出现的褶皱和在真空灌注过程中出现浸润不完全的现象，减小了缺陷叶片的概率，确保了叶片的质量。

附图说明

图1为预制件和大梁在壳体模具中铺放位置及叶片外形示意图；

图2为叶片后缘侧铺放防裂纹带结构示意图。

其中，1…主梁；2…预制件；3…防裂纹带。

具体实施方式

以下结合实施例并参照附图对本发明作进一步说明，但下面的说明并非用于限制本发明的保护范围。

本发明提供的风力发电机叶片及其制造方法技术要点在于在壳体叶片后缘（叶片翼型在旋转方向的最后端）处增加预制件，增强叶片的受力强度及寿命；预制件、主梁、叶片根部从壳体模具中脱离出来，单独制作。

本发明提供的风力发电机叶片整体制造工艺为：采用真空灌注技术先单独制作预制件、主梁、根部预成型，然后再利用真空灌注技术分体制作叶片的上壳体、下壳体，二者制作工艺相同。叶片壳体的制作材料包括：UD930玻纤布、UD970玻纤布、CFM连续毡、叶片巴沙木芯材套装、叶片泡沫芯材套装、避雷针、3M77胶粘剂等。

本发明提供的叶片制造方法主要利用了真空树脂灌注技术。真空树脂灌注技术的基本原则就是通过真空压力将树脂吸入预先铺好的增强纤维或纤维布中,真空操作降低纤维一面的压力后,大气压力会驱使树脂浸润增强纤维。风力发电机的叶片因为叶片壳体的几何形状中不存在复杂的结构，非常适合采用灌注工艺制造。

产品实施例一

一种风力发电机叶片，其特征在于，包括：壳体、腹板、根部法兰，其中，所述壳体由上壳体和下壳体组成，所述上壳体、下壳体分别包括主梁1、预制件2、根部预成型、铺层；所述铺层包括玻纤布、巴沙木芯材、泡沫芯材；所述腹板位于叶片上壳体和下壳体之间；所述根部法兰用于连接所述叶片和风力发电机主体。

产品实施例二

实施例二是对实施例一的进一步优化，一种如上所述的风力发电机的叶片，其特征在于，所述预制件位于所述壳体后缘处，其外形形变区与壳体后缘的外形形变区完全吻合。

在壳体后缘增加预制件可提高叶片的强度和受力能力。

产品实施例三：

在上述实施例的基础上进一步优化设计，在所述叶片壳体内部安装避雷针。

风力发电机一般安装在野外比较空旷的地方，相对周围的物体，叶片所处位置较高，雷雨天气易受雷击，因此安装避雷针可以防止雷雨天气对风力发电机的损坏。

方法实施例一

一种风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：在单独的模具中通过真空灌注工艺分别制备根部预成型、主梁、预制件；

步骤2：将根部法兰、根部预成型、主梁、预制件同玻纤布、巴沙木、泡沫芯材、避雷针一起铺放在叶片壳体模具中，通过真空灌注技术，将树脂注入壳体模具，形成叶片上壳体；

步骤3：在上壳体前后缘法兰处，通过紧固真空方式将叶片上壳体固定于壳体模具中；

步骤4：使用与步骤2同样的方法制成叶片下壳体并通过紧固真空方式将叶片下壳体固定于壳体模具中；

步骤5：将上壳体与腹板粘接在一起；

步骤6：将上壳体与腹板翻转180度，与下壳体合模粘接；

步骤7：脱模后即制成风力发电机叶片。

本实施例的优点在于：根部预成型、主梁、预制件这几部分脱离叶片壳体在单独的模具中制作，在真空灌注时，环氧树脂容易浸润玻纤布，可以很好地控制半干纱和褶皱，确保叶片壳体质量。同时，用紧固真空把成型的上、下壳体叶片固定在模具内，解决了成型的叶片在模具中滑动移位的问题并防止上壳体在翻转过程中从模具中脱落。

方法实施例二：

对上述实施例进行优化设计，在上述风力发电机叶片的制造方法中，所述步骤1中预制件的制作工艺包括如下步骤：

步骤101：在预制模具中铺玻纤布、泡沫芯材以及巴沙木，在铺放时将其赶平，使其没有褶皱；

步骤102：利用真空灌注技术将树脂注入模具，形成预制件。

预制件的制作工艺中用到巴沙木芯材和泡沫芯材，这些材料可减轻预制件的重量并增加其强度。在叶片外壳后缘处增加的预制件是在单独的模具中制成，重量轻。

方法实施例三：

作为对上述实施例的进一步优化，一种风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

步骤201：清理壳体模具，预热壳体模具至40摄氏度左右；

步骤202：将根部法兰装入壳体模具，上紧三处固定螺栓，用表面毡覆盖整个模具，用3M77胶粘剂将表面毡固定；

步骤203：安装避雷针；

步骤204：用半透膜盖住内侧紧固真空槽；

步骤205：安装根部预成型，预成型轴向中心线与模具轴向中心线贴合；

步骤206：铺放玻纤布，在铺层过程中赶平，确保没有褶皱与搭桥；

步骤207：在放置主梁的位置上先铺放CFM连续毡，然后用工装固定主梁在叶片壳体中的位置；

步骤208：在壳体模具后缘边铺放UD600防裂纹带，修建铺层尖部使其与主梁齐平，如图2所示；

步骤209：铺放预制件，用工装将其定位在壳体模具后缘处；

步骤210：壳体模具后缘边铺放930玻纤布，与预制件搭接，进一步加强叶片；

步骤211：安装定位巴沙木和泡沫芯材，继续铺放玻纤布，铺放导流网、脱模布、真空袋；

步骤212：打开真空，形成负压，通过真空灌注技术注入树脂，把预制件、大梁、根部预成型、巴沙木、泡沫芯材等结合成一体，制成叶片壳体。

铺放主梁1和预制件2的位置如图1所示。

方法实施例四：

本实施例对上述实施例进一步优化，一种风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，上述步骤209具体为：

将预制件用吊具移至模具上方合适的位置，不要与铺层接触；将预制件缓慢地向壳体模具根部移动，直到预制件形变区与叶片壳体模具形变区符合；缓慢地放下预制件使其后缘边先与铺层接触；调整预制件轴向位置，使后缘预制件的形变区与壳体模具的形变区完全吻合；将预制件放到底使其彻底与铺层接触，将预制件定位工装固定安装在壳体模具侧面的钢架上，用定位工装定位预制件；移走吊具。

在本实施例中，要求每一个预制件定位工装的定位钩都与铺层紧密接触无缝隙。

方法实施例五：

本实施例对上述实施例进一步优化，一种风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，在上述步骤2、步骤4、步骤5、步骤6中，即在真空灌注和壳体粘接过程中，对壳体模具进行电加热。

在真空灌注的同时加热模具，可以加快环氧树脂在叶片壳体模具中的流动速度，缩短固化时间，有利于提高叶片强度。在粘接时进行加热，有利于胶粘剂快速发挥作用，加快壳体粘接速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (3)

1.一种风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：在单独的模具中通过真空灌注工艺分别制备根部预成型、主梁、预制件；包括：

步骤101：在预制模具中铺玻纤布、泡沫芯材以及巴沙木，在铺放时将玻纤布赶平，使其没有褶皱；

步骤102：利用真空灌注技术将树脂注入模具，形成预制件；

步骤2：将根部法兰、根部预成型、主梁、预制件同玻纤布、巴沙木、泡沫芯材、避雷针一起铺放在叶片壳体模具中，通过真空灌注技术，将树脂注入壳体模具，形成叶片上壳体；包括：

步骤201：清理壳体模具，预热壳体模具至40摄氏度左右；

步骤202：将根部法兰装入壳体模具，上紧三处固定螺栓，用表面毡覆盖整个模具，用胶粘剂将表面毡固定；

步骤203：安装避雷针；

步骤204：用半透膜盖住内侧紧固真空槽；

步骤205：安装根部预成型，预成型轴向中心线与模具轴向中心线贴合；

步骤206：铺放玻纤布，在铺层过程中赶平，确保没有褶皱与搭桥；

步骤207：在放置主梁的位置上先铺放连续毡，然后用工装固定主梁在叶片壳体中的位置；

步骤208：在壳体模具后缘边铺放防裂纹带，修建铺层尖部使其与主梁齐平；

步骤209：铺放预制件，用工装将其定位在壳体模具后缘处；具体地，将预制件用吊具移至模具上方合适的位置，不要与铺层接触；将预制件缓慢地向壳体模具根部移动，直到预制件形变区与叶片壳体模具形变区符合；缓慢地放下预制件使其后缘边先与铺层接触；调整预制件轴向位置，使后缘预制件的形变区与壳体模具的形变区完全吻合；将预制件放到底使其彻底与铺层接触，将预制件定位工装固定安装在壳体模具侧面的钢架上，用定位工装定位预制件；移走吊具；

步骤210：壳体模具后缘边铺放玻纤布，与预制件搭接，进一步加强叶片；

步骤211：安装定位巴沙木和泡沫芯材，继续铺放玻纤布，铺放导流网、脱模布、真空袋；

步骤212：打开真空，形成负压，通过真空灌注技术注入树脂，把预制件、大梁、根部预成型、巴沙木、泡沫芯材结合成一体，制成叶片壳体；

步骤3：在上壳体前后缘法兰处，通过紧固真空方式将叶片上壳体固定于壳体模具中；

步骤4：使用与步骤2同样的方法制成叶片下壳体并通过紧固真空方式将叶片下壳体固定于壳体模具中；

步骤5：将上壳体与腹板粘接在一起；

步骤6：将上壳体与腹板翻转180度，与下壳体合模粘接；

步骤7：脱模后即制成风力发电机叶片，该风力发电机叶片通过所述根部法兰连接于发电机主体。

2.根据权利要求1所述风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，每一个预制件定位工装的定位钩都与铺层紧密接触无缝隙。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机叶片的制造方法，其特征在于，在所述步骤2、步骤4、步骤5、步骤6中，同时对壳体模具进行电加热。