CN103029310A

CN103029310A - 一种翼型叶片的生产方法

Info

Publication number: CN103029310A
Application number: CN 201110307051
Authority: CN
Inventors: 陈施宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-10

Abstract

以现有的已经经过长期使用的叶片为模板或全新设计的并经风洞测试通过的叶片进行数据采集和数据处理，将分解的每个数据变换成结构数据库，并将每个数据用于相关模具制作；模具完成分解后的叶片结构件的前期生产工作，接下来由数控加工设备作进一步处理，加工成型的所有结构件经组装成叶片形，在此基础上裹覆复合材料以加强整体结构强度，然后进行表面处理，提高叶片的耐候性。最后进行力学、性能、探伤、平衡测试。

Description

一种翼型叶片的生产方法

技术领域

本发明涉及一种翼型叶片的生产方法，属风电技术领域。尤其涉及翼型叶片通过数字化处理后，被分解成多种不同的结构部件数据；利用常规塑胶成型工艺生产加工各个部件，最后将所有部件按设计拼装成型，并进行表面处理的生产方法。

背景技术

传统复合材料叶片多采用手糊工艺制造。手糊工艺的主要特点在于手工操作、开模成型、生产效率低以及树脂固化程度往往偏低，适合产品批量较小、质量均匀性要求较低复合材料制品的生产。因此手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大，生产效率低和产品的而且产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高。

RTM工艺主要原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体，采用注射设备将专用低粘度注射树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料构件。

RTM工艺属于半机械化的复合材料成型工艺，工人只需将设计好的干纤维预成型体放到模具中并合模，随后的工艺则完全靠模具和注射系统来完成和保证，没有任何树脂的暴露，并因而对工人的技术和环境的要求远远低于手糊工艺并可有效地控制产品质量。RTM工艺采用闭模成型工艺，特别适宜一次成型整体的风力发电机叶片(纤维、夹芯和接头等可一次模腔中共成型)。

由于RTM工艺是依赖模具成型，因此缺少足够的随意性，使得每种规格的叶片都必须有一种模具，这在标准体系中有比较好的表现，一旦将此工艺用于非标体系，RTM工艺就无法适应大规模生产应用的要求，特别是因风因地制宜的个性化要求。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供一种数字化加工零部件、规格尺寸可变的、拼装成型的、工业流水化高效生产的翼型叶片生产方法。

本发明的核心技术内容是：以现有的已经经过长期使用的叶片为模板或全新设计的并经风洞测试通过的叶片进行数据采集和数据处理，将分解的每个数据变换成结构数据库，并将每个数据用于相关模具制作；模具完成分解后的叶片结构件的前期生产工作，接下来由数控加工设备作进一步处理，加工成型的所有结构件经组装成叶片形，在此基础上裹覆复合材料以加强整体结构强度，然后进行表面处理，提高叶片的耐候性。最后进行力学、性能、探伤、平衡测试。

具体而言本发明所提供的翼型生产技术按全部过程分为如下几个步骤：

建立叶片数据库：已经经过长期使用的叶片或全新设计的并经风洞测试通过的叶片为模板，借助相关技术手段将其数字化，并建成翼型叶片数据库。

建立叶片结构件数据库：将数字叶片按方便生产加工为原则进行切割及分形，标识每个切割的实型数字结构件和分形数字结构件并构建成数据库。

模具制作：利用分形数字结构件的数据库制作不同材质不同成型工艺的模具(塑胶类、五金类、铸造类)。

生产结构毛胚件：按设计要求选定结构件的分形模具，配合相应的模具成型工艺生产出符合标准的结构件毛胚。

结构件成型：符合标准的结构件毛胚经截断和数控设备的加工，变成符合设计要求的结构件实体。

框架拼装：将结构件实体按顺序及结构配合的要求组装成符合设计要求的框架

叶片成型：将框架和结构件实体按顺序及结构配合的要求组装成符合设计要求的翼型叶片。

叶片表面平整加工：利用切割的实型数字结构件数据库的相关数据，借助专用数控设备，对成型叶片进行整体表面加工；依照胶合强度的要求，对叶片表面进行粗糙度打磨。

整体裹贴叶片表面：采用缠绕及预浸料/热压工艺和改进的RTM工艺将复合材料胶合在叶片表面。每完成一个流程要求做一次气泡检测。

叶片表面处理：对表面固化好的叶片先期进行裁剪打磨抛光，然后原子灰填平后二次打磨抛光；表面光洁度满足设计要求。

叶片内部发泡填充：在叶片内腔体内注入发泡材料，做硬质发泡。静平衡检测：利用专门设备检测叶片的重量、重心；重量偏差满足标准要求的归为一类，重心一致的配成一套，不达标的要配重调心。

叶片表面涂饰：将叶片放置于专门的涂漆房中，用叶片专用漆对其表面进行涂饰，漆膜固化后方能启出。

叶片力学测试：在自建的符合认证标准的测试台上检测每片叶片。

附图说明

图1为翼型叶片生产流程示意图。图中1--叶片；2--数据库；3--模具；4--数控加工设备；5--框架组装；6--叶片拼装；7--表面数控加工；8--裹覆缠绕；9--打磨抛光；10--硬胶发泡；11--静平衡测试；12--涂饰房；13--叶片力学测试。

图2为叶片构成示意图。图中1-1--连接端；1-2--叶柄；1-3--叶片螺旋主体；1-4--叶脊；1-5--叶尖；1-6--叶腹；1-7--叶片过度主体。

图3为数据库示意图。图中2-1--叶片完整数字图；2-2--叶尖数字图集；2-3--叶柄数字图集；2-4--叶片切割数字图集。

图4为模具示意图。图中3-1--叶腹模具；3-2--叶柄模具；3-3--叶尖模具；3-4--叶脊模具；3-5--叶片主体模具；3-5-1--叶片侧曲面1；3-5-2--叶片侧曲面2；3-5-3--框架组件1；3-5-4--框架组件2

图5为数控加工设备示意图。图中4-1--成型设备；4-2--结构加工设备；4-3--曲面加工设备。

图6为框架组装示意图。图中5-1--构件1；5-2--构件二。

图7为叶片拼装示意图。图中6-1--叶柄构件；6-2--拼接框架组装成型构件；6-3--叶尖构件；6-4--叶脊构件；6-5--叶腹构件；6-6--曲面构件。

图8为表面裹覆缠绕示意图。图中7-1--裹覆工艺；7-2--缠绕工艺。

具体实施方式

下面结合具体的示意图进一步说明本发明涉及翼型叶片的生产流程技术方案。

如图1所示的流程，1--叶片是本发明涉及的翼型叶片生产方法的基本条件。不论是已经在使用的还是全新设计的成型叶片，都必须是以基本参数为依据的高效可靠类型。

叶片1上与轮毂固定连接的结构件连接端1-2是唯一的与外部联系的部位，结合部位不仅强度要足够，还必须标准化；叶柄1-2是支撑整个叶片的着力点，结构上满足叶片的受最大风力要求；叶片螺旋主体1-3确保叶片的空气动力学效果；叶脊1-4、叶腹1-6、叶片过度主体1-7加强叶片的空气动力学效能；叶尖1-5根据风力条件的不同，形态多样化以适应环境。

数据库2是将叶片1数字化的结果，为了方便生产并使得工艺简单易行，按叶片1的结构分类分别建立叶片完整数字图2-1；叶尖数字图集2-2；叶柄数字图集2-3；叶片切割数字图集2-4；这些数字图集应用于后期的加工工作。

模具3的制作必须依赖数据库2；叶腹模具3-1、叶脊模具3-4以及叶片侧曲面A3-5-1；叶片侧曲面B3-5-2；框架组件A3-5-3；框架组件B3-5-4等构件模具需要叶片切割数字图集2-4的支持；叶柄模具3-2离不开叶柄数字图集2-3；叶尖模具3-3决定于叶尖数字图集2-2。

制作出模具3后，所有构成叶片1的结构件就可以通过专业的数控加工设备4中的成型设备4-1生产出来，每个结构件再经过结构加工设备4-2和曲面加工设备4-3的数控加工，就可以获得符合设计要求的构件。

由框架组件A3-5-3、框架组件B3-5-4等构件模具生产出来的构件A5-1、构件B5-2实施框架组装5。

接下来进入叶片拼装6工序，以框架组装5工序生产出来的框架6-2作为为基础，两端分别是叶柄6-1和叶尖6-3，两侧装配曲面侧板6-6构成叶片螺旋主体 1-3和叶片过度主体1-7，再将叶脊6-4和叶腹6-5安装到位，叶片的形体就成型了。

叶片成型后需数控加工设备7的二次加工，之后才可以把复合材料通过缠绕工艺8-2和裹覆工艺8-1完成叶片的裹覆缠绕8。至此叶片完全成型，为了解决叶片表面的平整要求，需对表面填平打磨抛光9，再向叶片内腔硬胶发泡10，然后做静平衡11测试和配重；接下来就是将叶片拖入涂饰房11，对叶片整体涂饰以提高叶片的耐候性能。最后是叶片的力学测试12，经过测试的叶片被分类和成套。

Claims

1.一种翼型叶片的生产方法，其特征在于，所述的翼型叶片的生产方法以现有的已经经过长期使用的叶片或全新设计的并经风洞测试通过的叶片为模板进行数据采集和数据处理，将分解的每个数据变换成结构数据库，并将每个数据用于相关模具制作；模具完成分解后的叶片结构件的前期生产工作，接下来由数控加工设备作进一步处理，加工成型的所有结构件经组装成叶片形，在此基础上裹覆复合材料以加强整体结构强度，然后进行表面处理，提高叶片的耐候性。最后进行力学、性能、探伤、平衡测试。

2.根据权利要求1所述的数据采集和数据处理，其特征在于，将模板叶片数字化，再利用专业软件将数字化的叶片进行切割分类建数据库。

3.据权利要求1所述的模具制作，其特征在于，叶片切割分类所建的数据库的相关数据分别应用于模具加工的全过程。

4.根据权利要求1所述的叶片结构件生产，其特征在于，叶片结构件的成型工作由模具完成，结构件的成品工作由机械加工设备完成。

5.根据权利要求1所述的组装叶片，其特征在于，先完成框架的拼装，再将框架组装成基体，然后安装表面构件，最后采用机械加工工艺完成叶片成型。

6.根据权利要求1所述的加强整体结构强度，其特征在于，用整料包裹叶片表面，使得拼装结构连成整体，每包一层都要做测试；腔内填充发泡胶。

7.根据权利要求1所述的表面处理，其特征在于，采用机械工具打磨抛光叶片表面，表面涂饰达到叶片的表面要求。

8.根据权利要求1所述的测试，其特征在于，在自建的符合认证标准的测试台上检测每片叶片的力学性能，测试过的叶片被分类和成套。