CN103759621A - 检验风轮叶片修复后气动外形的模具、制作方法及检验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检验风轮叶片修复后气动外形的模具、模具制作方法及运用该模具检验修复状况的方法，该制作模具的方法主要是对应叶片的坏损处，在完好的叶片或原始整体叶片模具上找出的对应该坏损处的位置，以该位置作为制模区域，制模区域的大小依据叶片修复区域的大小而定，并该制模区域为基础制作一个检验模具。由于该检验模具符合坏损处于坏损前的标准外形，且体积、重量都比较小，因此可以方便地将其搬运到叶片的修复区域以检验被修复的叶片其修复处的气动外形，从而指导修复作业人员做出精确的判断和修复工作的调整，使叶片修复后的气动外形满足设计要求，最大限度地满足叶片气动性能的要求，提高在高空直接修复叶片的工作效率，降低修复成本。

Description

检验风轮叶片修复后气动外形的模具、制作方法及检验方法

技术领域

本发明涉及检验风轮叶片修复后气动外形的模具、制作方法及检验方法，用于检验一叶片的坏损处经修复后是否能够达到原始的精度，以保证经修复的叶片气动外形能够维持原始的气动外形。 

背景技术

我国幅员辽阔，风力资源丰富。风力能源作为绿色可再生的能源，风力发电在我国已经日益发挥其作用。特别在我国北方冬春两季，风力很大，在这些地方风力发电设备相对较多。风力发电机组是把风能转化为机械能、电能的设备，风轮叶片气动外形准确与否，直接关系到风能利用的效率。举例而言，比如处在我国西南地区的风电场雷暴日较多，上述地区的风轮叶片就较容易遭受到雷击的损害，导致风轮叶片表面尤其是后缘部分开裂；再比如我国沙尘较多的地区，上述地区的风轮叶片的表面就较容易在高速旋转的工作过程中因沙土尘埃导致风轮叶片表面坑洼不平，彻底改变了最开始的气动外形。由于各种原因，使得叶片出现损坏，无论是叶片结构部分出现损坏，还是叶片外形出现损坏，在修复叶片的损坏的过程中，都会破坏叶片的气动外形，从而导致叶片整体气动性能不能满足设计要求，降低出力特性，甚至增加叶片的载荷，对叶片及整机产生非常不利的影响。 

综上所述，由于各地的气候及其天气情况也大相径庭。我国在各个地区都设有风电场，每个风电场中的风轮叶片都会面临不同特定的天气情况的考验，由于种种原因，风轮叶片在运行过程中会出现损坏，损坏后的叶片，都会改变风轮叶片原始的气动外形，由于一个风轮叶片的气动外形，在最先设计时都是曾经过重要的参数优化后设计出来的，因此一旦叶片气动外形改变，就会直接影响风轮叶片的气动性能，从而影响风力发电机组的工作效率，甚至存在安全隐患。 

目前，当叶片受损后，都要及时对风轮叶片进行修复。修复时，目前通用的做法是先将风轮叶片从塔架上整体拆卸下，再用起重机及运输车将风轮叶片运回制造商的厂房中对其进行修复，修复过程中的一个重要的过程，主要是对叶片表面变形的部位进行矫正，对开裂的部位进行粘合，经修复后，再通过眼睛或手相关设备或仪器测试并判断修复处是否达到预定要求。但是，这样的成本非常高，为了节省叶片修复的成本，节省修复时间，大多数情况下，采用直接在高空中对损坏的叶片进行修复，并没有把叶片拆卸后运输到工厂进行修复。虽然，不取下整个叶片也可以人工直接对坏损处进行修复，但是不取下叶片，由于高空操作存在难度，只是通过眼睛或手摸测试并判断修复处是否达到预定要求，这样的结果是使修复后外形与原始标准外形之间差别很大，很难把握修复后的精准度，修复后的效果很不理想。 

然而，如图1所示，风力发电机组一般主要包括有三个叶片，长度在40m~80m之间、单个叶片重量分别约5吨至12吨，风轮叶片设置在高约80m的塔架上，对于风能更集中的场合，风力发电机组的单机容量可能会更大。风轮叶片对气动外形对精度的要求很高，如S1、S2、S3所示，其上每一个点的表面误差都不允许超过0.5mm，而风轮叶片根部气动外形表面的误差应该小于2mm，风轮叶片中部、尖部气动外形表面的误差应该小于1mm，因此每一个叶片的局部损坏都会影响中心点的受力，造成中心点的载荷不平衡。 

由此可知，现有的叶片外形坏损处的修复方法，存在以下的问题： 

（1）、要将体积、重量如此庞大的叶片从几十米的塔架上拆卸下来，本身就是一个非常繁重的作业，需要很多人力、机械设备来支持；而且修复完毕之后，还要再将叶片装回到塔架上去，双倍提高作业成本。

（2）风力发电机组一般设在高山、斜坡上，即使将如此庞大的叶片从塔架上取下后，也不一定有合适的位置来放置叶片，更无从谈如何修复；若搬回到工厂，也需要足够大的运输工具能够到达塔架的位置，而高山、斜坡根本无法使运输工具通行。 

（3）叶片在修复的过程中，工人用结构胶或者树脂将破损的风轮叶片进行修复，但修复后只能通过手感或者凭目测判断修复后的风轮叶片的气动外形是否与标准的原状态完全一致，由于风轮叶片气动外形的尺寸较大，这种只凭借工人工作经验的检验方法很难保证修复后的风轮叶片的尺寸与原风轮叶片的设计尺寸完全一致，更何况前文已经提到风轮叶片对气动外形的精度有严格的要求，因此，现有的修复和检验方法已很难用于对精度要求极高的风轮叶片领域中了。 

有鉴于此，申请人基于多年在本领域的工作经验，并经过反复设计，发明创造出一种能够精确检验风轮叶片经修复后，其气动外形是否符合标准的检验装置，并利用该检验装置来检验修复后叶片的气动外形，从而在修复时，即使不取下叶片工人直接对叶片进行修复后，作业人员也可以利用该检验装置直接检验修复后的成果，并依据检验情况继续调整和修复该坏损处，直到坏损叶片修复达到原始标准的外形，从而使修复后的叶片还能够维持原设计时的气动外形，大大提升修复效率和减少修复成本。 

发明内容

为克服现有风轮叶片气动外形修复后检验方法的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种用于检验风轮叶片修复后气动外形的检验模具、其制作方法和运用该模具进行检验的方法。 

为此，本发明一种风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，该检验模具用于检验一叶片的坏损处经修复后是否能够达到原始的精度，该方法包括如下步骤： 

（a）在具有完好外形的风轮叶片上确定需要制模的区域，该区域与该坏损风轮叶片的坏损位置相对应；

（b）用腻子均匀涂覆所述需要制模的区域，并使该腻子具有一定的厚度；

（c）待所述腻子硬化后形成一个检验模具，取下该检验模具，以用于检验叶片坏损处的修复精确度。

上述方法，在（a）步骤中，用划线的方式在一个完好叶片上标记出所述需要制模的区域。 

上述方法，在（b）步骤中，先用离型薄膜覆盖所述需要制模的区域，赶出风轮叶片表面与该离型薄膜之间的气泡，将该离型薄膜贴附在该风轮叶片的表面后，在该离型薄膜上涂覆所述腻子。 

上述方法，在（b）步骤中，用腻子均匀涂覆所述需要制模的区域后，待腻子未完全硬化前，固定一个便于将模具取下的模具托架，该模具托架包含若干个支杆，所述支杆的前端与所述模具连接。 

上述方法，该模具托架通过玻璃纤维布、树脂或结构胶与所述未完全硬化的模具连接。 

上述方法，在（c）步骤中，待腻子完全硬化后，通过搬动该模具托架整体而取下由腻子形成的检验模具，以用于检验叶片的修复精确度。 

为此，本发明另一种风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，该检验模具用于检验一叶片的坏损处经修复后是否能够达到原始的精度，该方法包括如下步骤： 

（a）在所述叶片的原始模具上确定需要制模的区域，该区域与该坏损风轮叶片的坏损位置（展向及弦向位置）相对应;

(b) 用腻子均匀覆盖所述需要制模的区域，并使该腻子具有一定的厚度；

(c) 待所述腻子硬化后形成一个检验母模，取下该检验母模，该检验母模的外形与该叶片坏损前相应位置处的外形相同；

（d）在该检验母模背侧再均匀涂覆腻子，待腻子硬化后形成所述检验模具，取下该检验模具，以用于检验叶片坏损处的修复精确度。

上述所有方法中，所述腻子均能够替换为石膏或其他任何能够由软性泥状硬化成固定石状的材质。 

与此相应，本发明另一个所要解决的技术问题是提供一种能够精确的检验风轮叶片修复后叶片气动外形的方法，该方法使得即使不将叶片取下，工人直接在空中对叶片修复，也可以通过上述的检验模具精确地检验修复的结果是否符合预定要求，并根据检验的结果，及时调整、例如局部打磨或涂覆腻子等方式，直至使坏损处修复到原设计标准，使修复后的叶片仍能够恢复至原设计时的气动外形。 

本发明利用上述检验模具检验修复后叶片气动外形的方式是：将该检验模具升高至叶片损坏处，然后将检验模具对齐一坏损叶片经过修复的位置处，通过观察修复后的叶片与该检验模具的吻合程度，来判断经修复后风轮叶片的气动外形的精确度。 

优选的，可以在该检验模具的表面用软性腻子点上几个等高的触点，将该检验模具对齐叶片修复位置处时，通过观察触点被挤压的情况判断修复位置处的修复情况，从而相应作出调整。 

本发明还提供了一种上述制作方法所制作的检验模具。 

本发明的技术效果在于：由于一台风力发电机组的风轮的叶片包括至少两个叶片（一般来说是三个），且所述同一台风力发电机组的几个叶片是完全相同的，在制造时都出自同一个叶片整体模具。因此，当一个叶片表面发生坏损时，其他的叶片仍然是标准的外形。此时只要在完好叶片的表面找对与该坏损叶片的坏损处对应的位置，将该位置定义为制模区，并以腻子涂覆的方式将该制模区复制下来使硬化的腻子制成一检验模具，由于该检验模具仅仅是对应坏损处外形的局部模具（体积、重量都很小，仅是叶片整体模具的一部分），因此可以轻易地由修复工人带到叶片损坏处，对齐修复的叶片坏损位置处，以检验修复的该坏损处是否已经修复到标准的外形，从而保持修复后的叶片具有原设计的气动外形，使叶片仍能够发挥最佳的功能，从而提升叶片修复效率，减少修复成本。 

此外，由于任何一个叶片在制作之初都有一个原始的整体模具，因此也可以在原始整体模具上选择出对应叶片坏损处的局部位置作为制模区（相对来说这样比从完好叶片上选择制模区更为严谨，因为完好叶片经过使用后多少都有一定微小的变形），并在该制模区涂覆腻子，待腻子硬化后形成一个检验母模，以该检验母模为基准，在背侧形成一个与该检验母模互补的模具，即构成一个检验模具。同样可以运用这个检验模具来检验叶片的修复情况。 

第二种“检验模具”制作方法好处在于，所有的制作过程都可以在工厂或地面进行，而且相对来说更为精确，但是要经过二次“制模”，获得检验母模后再制作与检验母模互补的检验模具，过程较为繁琐。而第一种方法较为简单，仅需经过一次制模，但是由于完好的叶片在塔架顶上，因此制模也是在空中进行，因此对于检验模具的制作也有一定的难度，要求模具托架结构性能比较好。不过如果若工厂内有备用的完好叶片，则就不存在这个问题了。 

附图说明

图1为风力发电机组外形示意图。 

图2为本发明一较佳实施例检验模具的制作流程图。 

图3为本发明一较佳实施例检验模具的制作过程中的结构示意图。 

图4为本发明另一较佳实施例检验模具的制作流程图。 

图5A为本发明另一较佳实施例检验模具的制作过程结构示意图一。 

图5B为本发明另一较佳实施例检验模具的制作过程结构示意图二。 

图6为运用本发明检验模具检验叶片坏损修复处的示意图。 

具体实施方式

为了让本发明的上述及其它目的，特征及优点能够更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下： 

如图1所示，风力发电机组具有三个叶片S1，S2，S3。当叶片S1存在一个坏损处时，S2和S3至少其中之一是完好的，假定叶片S2是完好的（完好是指维持原设计时的气动外形）。若叶片S1的坏损处D发生在叶片S1的迎风面，且离叶片根部展向距离为20米处，距离叶片前缘弦向距离为2米处，依此，可以在叶片S2上根据上述位置参数找到对应S1坏损处D的对应位置D1，此时用划线的方式将D1圈出，并选定其为制模区域。

在叶片S2的制模区D1上平铺一个塑料薄膜，作为离型薄膜，赶出风轮叶片表面与该离型薄膜之间的气泡，将该离型薄膜贴附在该风轮叶片的表面后，在该离型薄膜上涂覆一定厚度的腻子，此处的腻子也可以替换成石膏或其他能够由软性泥状硬化成石状的材质等。 

在腻子硬化前，可以将一个模具托架3固定于该腻子上，该模具托架可用木材制成，包括数个支杆31，这些支杆均匀分布着力于腻子上，在支杆末端31与腻子接触处，采用玻璃纤维布、树脂或结构胶等4进行加固，玻璃纤维布4使支杆末端31与腻子接触面积更大，具体可使玻璃纤维布4包裹于支杆末端31，使支杆31与腻子更好地稳固连接。然后将模具托架3与叶片S2捆绑固定在一起。 

待腻子硬化后形成一个模具，即本发明的检验模具2，借助夹持工具夹持该模具托架3可使硬化后的检验模具2整体自该叶片S2上取下，由于叶片S2与腻子之间事先铺了一层离型薄膜1，因此可以顺利与叶片S2表面分离，并将检验模2具取下。为了使模具2可以更加完好地取下，模具托架3的制作上需要尽可能多的均匀分布一些支杆31，使支杆的末端借助纤维布和腻子连接。 

制作完成后的检验模具2，拿到叶片S1的坏损处D处，叶片S1经过修复（修复过程是现有技术采用树脂或结构胶）后，其D处表面可能相较于原始完好时的表面更突出或者内凹，或与周围其他位置处的连接不连贯，或者是改变了该位置处的原始流线形状。此时，可借助该检验模具2对齐叶片S1的D处，并观察与检验模具2的吻合程度。具体的还可以在检验模具2上用腻子点出几个等高触点，以具有该等高触点的一侧对齐该D处，然后观察触点被挤压变形的情况，从而判断D经过修复后，是否还需要进行打磨或者继续涂覆腻子进行修复，以及具体是何处需要打磨或涂覆。因此，本发明的检验模具2能够非常迅速、精确地检验出人工修复叶片S1的坏损处D后的修复效果，并指导操作人员及时进行局部位置的调整工作。另外，由于检验模具2仅是针对坏损位置D制作的局部模具，因此其体积、重量都较小，人工可以轻易将其搬到塔架顶端对叶片S1的修复状况进行检测，可实现不拆卸坏损叶片的情况下，直接修复和矫正坏损叶片，并达到预定标准。 

参考图2，为本发明一较佳实施例检验模具的制作流程图，主要包括三个步骤：（a）在具有完好外形的风轮叶片上确定需要制模的区域，该区域与该坏损风轮叶片的坏损位置相对应；（b）用腻子均匀涂覆所述需要制模的区域，并使该腻子具有一定的厚度；（c）待所述腻子硬化后形成一个检验模具，取下该检验模具，以用于检验叶片坏损处的修复精确度。 

图3为本发明一较佳实施例检验模具的制作过程中的结构示意图，其包括完好叶片S2的制模区D1，离型薄膜1，检验模具2，托架3、支杆31以及玻璃纤维布、结构胶等4等辅助固定的结构或材料。待腻子硬化后，检验模具2即可整体取下，并移动至S1的D处做检验。当工厂或仓库有与S2相同规格的叶片时，也可以将制作检验模具2的所有操作在地面的工厂内进行。 

上述为本发明的一个较佳实施例。图4为本发明另一较佳实施例检验模具的制作流程图，该方法包括如下步骤：（a）在所述叶片的原始模具上确定需要制模的区域，该区域与该坏损风轮叶片的坏损位置相对应;(b) 用腻子均匀覆盖所述需要制模的区域，并使该腻子具有一定的厚度；(c) 待所述腻子硬化后形成一个检验母模，取下该检验母模，该检验母模的外形与该叶片坏损前相应位置处的外形相同；（d）在该检验母模背侧再均匀涂覆腻子，待腻子硬化后形成所述检验模具，取下该检验模具，以用于检验叶片坏损处的修复精确度。 

其中，同样采用划线的方式选出制模区域，并以离型薄膜隔离在未硬化的腻子与制模区域之间，同样也使用模具托架3及玻璃纤维布、结构胶4等辅助材料。区别仅在于，选择制模区域D2是位于原始整体叶片模具5上，而非另外一个完好叶片S2上。如此一来就要经过二次制模程序，首先在制模区域D2处制作检验母模6，再以检验母模为基础制作检验模具7。 

图5A为本发明另一较佳实施例检验模具的制作过程结构示意图一，其中包括原始叶片整体模具5对应的区域D2，离型薄膜1，检验母模6，托架3、支杆31及玻璃纤维布、结构胶4等辅助材料。图5B为本发明另一较佳实施例检验模具的制作过程结构示意图二，包括检验母模6，离型薄膜1，检验模具7，托架3、支杆31及玻璃纤维布、结构胶4等辅助材料。 

第二实施例的方法好处在于，所有的制作过程都可以在工厂或地面进行，而且相对叶片S2为基准选择制模区D1来说，第二实施例的方法更为精确（叶片S2经使用一段时间后多少会存在一些变形），但是第二实施例方法要经过二次“制模”，即在获得检验母模6后再制作与检验母模6互补的检验模具7，过程较为繁琐。而第一实施例方法较为简单，仅需经过一次制模，但是由于完好的叶片S2在塔架顶上，因此制模也是在高空中进行，对于检验模具2的制作也有一定的难度，要求模具托架3结构性能比较好。不过如果若工厂内有备用的完好叶片，则也可以以该完好的叶片作为基础选择制模区域。 

图6为运用本发明检验模具检验叶片坏损修复处的示意图。对叶片S1坏损已经修复处D，使用本发明的检验模具2（或检验模具7），可直接将检验模具2对齐于叶片S1的坏损处D，观察检验模具2与该处的吻合状况，当然也可以通过事先在检验模具2上点上几个等高的腻子触点，再对齐该修复处D后，施加一定力度按压，再通过观察触点被挤压变形的情况来判断修复处D的修复情况，以便指导工人及时作出修复操作的调整。 

本发明通过制作一个检验模具，使检验模具符合坏损处于坏损前的标准外形，由于该检验模具体积、重量都比较小，因此可以方便地将其搬运到塔架顶端检验被修复的叶片其修复处的状态，从而指导修复作业人员做出判断和修复工作的调整，实为一个非常有价值的发明。 

只是以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施范围；因此，凡依本发明申请专利范围所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。 

Claims (10)

1.一种风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，该检验模具用于检验一叶片的坏损处经修复后是否能够达到原始的精度，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（a）在具有完好外形的风轮叶片上确定需要制模的区域，该区域与该坏损风轮叶片的坏损位置相对应；

（b）用腻子均匀涂覆所述需要制模的区域，并使该腻子具有一定的厚度；

（c）待所述腻子硬化后形成一个检验模具，取下该检验模具，以用于检验叶片坏损处的修复精确度。

2.如权利要求1所述风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，其特征在于，在（a）步骤中，用划线的方式在一个完好叶片上标记出所述需要制模的区域。

3.如权利要求1所述风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，其特征在于，在（b）步骤中，先用离型薄膜覆盖所述需要制模的区域，并赶出风轮叶片表面与该离型薄膜之间的气泡，将该离型薄膜贴附在该风轮叶片的表面后，在该离型薄膜上涂覆所述腻子。

4.如权利要求3所述所述风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，其特征在于，在（b）步骤中，用腻子均匀涂覆所述需要制模的区域后，待腻子未完全硬化前，固定一个便于将模具取下的模具托架，该模具托架包含若干个支杆，所述支杆的前端与所述模具连接。

5.如权利要求4所述所述风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，其特征在于，该模具托架通过玻璃纤维布、树脂或结构胶与所述未完全硬化的模具连接。

6.如权利要求5所述所述风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，其特征在于，在（c）步骤中，待腻子完全硬化后，通过搬动该模具托架整体而取下由腻子形成的检验模具，以用于检验叶片的修复精确度。

7.一种风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，该检验模具用于检验一叶片气动外形的坏损处经修复后是否能够达到原始的精度，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（a）在所述叶片的原始模具上确定需要制模的区域，该区域与该坏损风轮叶片的坏损位置相对应;

(b) 用腻子均匀覆盖所述需要制模的区域，并使该腻子具有一定的厚度；

(c) 待所述腻子硬化后形成一个检验母模，取下该检验母模，该检验母模的外形与该叶片坏损前相应位置处的外形相同；

（d）在该检验母模背侧再均匀涂覆腻子，待腻子硬化后形成所述检验模具，取下该检验模具，以用于检验叶片坏损处的修复精确度。

8.如权利要求1-7任一项所述的所述风轮叶片气动外形的修复检验模具的制作方法，其特征在于，所述腻子均能够替换为石膏或其他任何能够由软性泥状硬化成固定石状的材质。

9.一种检验风轮叶片修复后气动外形的方法，其特征在于，利用权利要求1-8任一项方法制作的检验模具，检验叶片坏损处的修复精度，是将该检验模具升高至叶片已修复区域，然后将检验模具对齐一坏损叶片经过修复的位置处，通过观察修复后的叶片外形与该检验模具的吻合程度，来判断经修复后风轮叶片的气动外形的精确度。

10.一种检验风轮叶片修复后气动外形的模具，其特征在于，其是利用权利要求1-8中任一项所述的方法制作。

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