CN104385623B - 一种大型风电叶片整体成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大型风电叶片整体成型方法,所述大型风电叶片的成型模具倾斜或垂直设置,基体通过重力浇铸的方法并利用成型模具型腔与基体储罐之间高度差产生的压力进入成型模具的型腔内;其具体步骤为铺放下叶壳成型材料、安放气囊芯模、放上叶壳成型材料、密封合模、气囊芯模充气、重力浇铸、固化成型及整理。本发明的优点在于:采用重力浇铸,将大型风电叶片的成型模具倾斜或垂直设置,基体通过重力浇铸的方法并利用成型模具型腔与基体储罐之间高度差产生的压力进入成型模具的型腔内,节能的同时,且易排净浇铸过程中的气泡,提高了生产叶片的品质,使得叶片性能稳定。

Description

-种大型风电叶片整体成型方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种大型风电叶片整体成型方法,具体是一种利用重力诱铸提高产品 品质与性能的大型风力叶片整体成型方法。
背景技术
[0002] 风力发电机叶片技术是风力发电系统关键技术之一,大型风电叶片采用玻璃纤维 增强材料在模具内被树脂充分浸溃,排除气泡,然后树脂在常溫或加溫下固化,脱模后即成 为叶片制品,目前国内外已开始采用手糊FRP法或树脂传递模塑RTM法整体成型。
[0003] 手糊FRP法是利用人工将树脂与纤维增强材料进行浸溃、排气,其工作效率低、污 染大,工作环境较差。
[0004] 树脂传递模塑RTM法是一种介于手糊方法和SMC方法之间适合中等批量生产的闭 模成型方法,需要利用压力差将液态树脂注入模腔,浸润玻璃纤维增强材料,然后经固化、 脱模后形成产品;其相对于传统手糊法相比,大大提高了工作效率,且改善了工作环境;但 对于大型风电叶片,由于其体积较大,需要采用大型的RTM成型设备,且对设备的要求高, RTM成型设备比较昂贵,增加了生产成本。
[0005] 在专利号为CN I00385114C的发明专利,一种复合材料风力机叶片及制备方法,
[0006] 复合材料风力机叶片,由增强纤维布、树脂基、连接件、忍料组成,连接件由端部法 兰和卿趴状锥管构成,锥管靠法兰处的直径最小,叶片端部壳体为倒锥管,与连接件的卿趴 状锥管之间构成紧密嵌套;叶片壳体由浸润过树脂的增强纤维布经中溫柔性忍与模腔挤压 一次成型,忍料在叶壳成型后再填充进去;
[0007] 其叶片的制备方法是:纤维布包裹柔性忍袋和连接件并置于成型模的上下模腔之 间,其中柔性忍袋内设置有加热装置,连接件置于叶根端,合犹上下模腔、抽真空、注入树 月旨,向柔性忍袋内充液体使忍袋与模腔形成密实挤压、或向柔性忍袋内充气体使忍袋与模 腔形成密实挤压,起动加热装置、升溫固化,固化后脱去模腔、释放柔性忍袋中的液体或者 气体并退袋,再在空屯、叶壳内填充忍料、表面修饰,得到复合材料风力机叶片。
[000引上述的叶片采用传统的RTM法,利用真空压力,利用树脂自高压向低压向流动实现 充型、浸溃;充型时,模腔内的气泡不易排净,使得制得的叶片内有气泡,影响了叶片的品质 和性能。
发明内容
[0009] 本发明要解决的技术问题是提供一种利用重力诱铸提高产品品质与性能的大型 风力叶片整体成型方法。
[0010] 为解决上述技术问题,本发明的技术方案为:一种大型风力叶片整体成型方法,所 述大型风力叶片采用玻璃纤维增强材料与基体整体固化成型,其创新点在于:所述大型风 电叶片的成型模具倾斜或垂直设置,基体通过重力诱铸的方法并利用成型模具型腔与基体 储罐之间高度差产生的压力进入成型模具的型腔内。
[0011] 进一步地,成型模具与水平面的夹角为36°-90°。
[0012] 进一步地,所述基体储罐位于成型模具的上方,所述成型模具的诱口位于模具底 部,且基体储罐液面与成型模具型腔顶部的高度差h
[001 引 h 可/pg
[0014] P为诱铸成型模具型腔顶部所需的压强,g为常量9.8n/kg,P为基体的密度。
[0015] 进一步地,基体储罐液面与成型模具型腔顶端的高度差h最小为12~18m。
[0016] 进一步地,所述成型方法具体步骤如下:
[0017] a.铺放下叶壳成型材料,选择内腔为与叶片外表面形状配合的下叶壳模,对叶片 下叶壳模清理并涂上脱模剂,按常规制作胶衣层,胶衣初步固化后,铺放叶片成型用玻璃纤 维增强材料;
[0018] b.安放气囊忍模,气囊忍模外型为叶片内腔仿型,对气囊充气,至气囊外型略小于 叶片内腔状态,安放于对应的内腔中;
[0019] C.铺放上叶壳成型材料,在气囊忍模上铺放上叶片成型用玻璃纤维等增强材料;
[0020] d.密封合模,选择内腔为与叶片外表面形状配合的上叶壳模,对叶片上叶壳模清 理并涂上脱模剂,然后将上叶壳模与下叶壳模密封合模;
[0021 ] e.气囊忍模充气,使气囊忍模膨胀至其表面与叶壳的内型面形状相同的状态;
[0022] f.重力诱铸,将合模后的成型模具垂直或倾斜设置,将基体储罐设置在成型模具 的上方,诱口设置于成型模具的底部,利用成型模具型腔与基体储罐之间高度差产生的压 力向成型模模腔内注射基体;
[0023] g.固化成型及整理,打开成型模具的加热装置,按固化工艺要求使叶片充分固化 后脱去上下叶壳模,清理四周边缘,从叶片敞开的尾部取出内部放气后的气囊忍模,叶片成 型完毕。
[0024] 本发明的优点在于:玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料,早期在采用玻璃 纤维制作复合材料制品时,利用了金属诱铸的方法,金属诱铸的方法通常包括压铸、重力铸 及离屯、诱铸,重力诱铸是利用金属液自身的重力进行充型,由于树脂的比重较低,本领域技 术人员认为重力诱铸无法排净诱铸过程中的气泡,无法实现大型风电叶片的整体成型。
[0025] 本发明采用传统的重力诱铸,将大型风电叶片的成型模具倾斜或垂直设置,基体 通过重力诱铸的方法并利用成型模具型腔与基体储罐之间高度差产生的压力进入成型模 具的型腔内,节能的同时,且易排净诱铸过程中的气泡,提高了生产叶片的品质,使得叶片 性能稳定。
附图说明
[0026] 图1为本发明的大型风电叶片的结构示意图。
[0027] 图2为本发明的成型模具的结构示意图。
[0028] 图3为本发明的一种大型风电叶片整体成型方法的方法流程图。
具体实施方式
[0029] 本发明的大型风力叶片,结构如图1所示,包括叶片1与叶根2。
[0030] 实施例1
[0031] 如图2所示,本发明的一种大型风电叶片整体成型方法,大型风力叶片由玻璃纤维 增强材料与基体通过重力诱铸方法整体固化成型,具体为:将大型风电叶片的成型模具倾 斜或垂直设置,基体3通过重力诱铸的方法并利用成型模具型腔与基体储罐4之间高度差产 生的压力进入成型模具的型腔内;
[0032] 采用的成型模具结构为:包括下叶壳模5、上叶壳模6、气囊忍模7、玻璃纤维增强 材料8及诱口 9。
[0033] 本实施例中,成型叶片的长度为34m,功率为1.5MW
[0034] -:为了方便诱铸使成型模具大端10在下,小端11在上。
[0035] 二:成型模具倾斜或垂直设置,该成型模具的长轴与水平面的夹角为曰,a为36°- 90。;
[0036] 具体实施时,诱口位于成型模具型腔底部,当h满足充型要求时,角度a与重力诱铸 时叶片外光质量的关系表:
[0037]
Figure CN104385623BD00051
[00測 由上表可知,当a为36° -90°时,a越大,排泡越好,叶片的品质越局,特别是当a为 75°-80°时叶片表面无气泡;
[0039] 基体储罐4位于成型模具的上方,成型模具的诱口位于模具底部,且基体储罐 液面与成型模具型腔顶部的高度差h
[0040] h可/pg
[0041] p为诱铸成型模具型腔顶部所需的压强,g为常量9.8n/kg,P基体的密度1.2g/cm3, 且高度差h最小为12-18m;
[0042] 根据上述理论依据,具体实施时,当a为75%基体储罐4液面与成型模具型腔顶部 的高度差h与成型模具型腔顶部压强和重力诱铸后产品的外观的关系表:
[0043]
Figure CN104385623BD00061
[0044] 由上表可知,h越大,成型模具型腔顶部压强越大,充型越好,当h最小为12-1別寸, 能够达到成型模具型腔顶部所需压强要求,制得的叶片品质好。
[0045] 如图3所示,利用上述重力诱铸对大型风电叶片整体成型的方法具体步骤如下:下 叶壳模5、上叶壳模6、气囊忍模7、玻璃纤维增强材料8及诱口9;
[0046] 第一步101,铺放下叶壳成型材料,选择内腔为与叶片外表面形状配合的下叶壳模 5,对叶片下叶壳模5清理并涂上脱模剂,按常规制作胶衣层,胶衣初步固化后,铺放叶片成 型用玻璃纤维增强材料8;
[0047] 第二步102,安放气囊忍模7,气囊忍模7外型为叶片内腔仿型,对气囊充气,至气囊 外型略小于叶片内腔状态,安放于对应的内腔中;
[004引第Ξ步103,铺放上叶壳成型材料,在气囊忍模7上铺放上叶片成型用玻璃纤维等 增强材料;
[0049] 第四步104,密封合模,选择内腔为与叶片外表面形状配合的上叶壳模6,对叶片上 叶壳模6清理并涂上脱模剂,然后将上叶壳模6与下叶壳模5密封合模;
[0050] 第五步105,气囊忍模7充气,使气囊忍模7膨胀至其表面与叶壳的内型面形状相同 的状态;
[0051] 第六步106,重力诱铸,将合模后的成型模具垂直或倾斜设置,将基体储罐设置在 成型模具的上方,诱口 9设置于成型模具的底部,利用成型模具型腔与基体储罐4之间高度 差产生的压力向成型模模腔内注射基体3;
[0052] 第屯步107,固化成型及整理,打开成型模具的加热装置,按固化工艺要求使叶片 充分固化后脱去下叶壳模5,、上叶壳模6,清理四周边缘,从叶片敞开的尾部取出内部放气 后的气囊忍模7,叶片成型完毕。

Claims (3)

1. 一种大型风电叶片整体成型方法,所述大型风力叶片采用玻璃纤维增强材料与基体 整体固化成型,其特征在于: 所述大型风电叶片的成型模具倾斜设置,成型模具与水平面的夹角为75°-80°,基体通 过重力浇铸的方法并利用成型模具型腔与基体储罐之间高度差产生的压力进入成型模具 的型腔内; 所述成型方法具体步骤如下: 铺放下叶壳成型材料,选择内腔为与叶片外表面形状配合的下叶壳模,对叶片下叶壳 模清理并涂上脱模剂,按常规制作胶衣层,胶衣初步固化后,铺放叶片成型用玻璃纤维增强 材料; 安放气囊芯模,气囊芯模外型为叶片内腔仿型,对气囊充气,至气囊外型略小于叶片内 腔状态,安放于对应的内腔中; 铺放上叶壳成型材料,在气囊芯模上铺放上叶片成型用玻璃纤维增强材料; 密封合模,选择内腔为与叶片外表面形状配合的上叶壳模,对叶片上叶壳模清理并涂 上脱模剂,然后将上叶壳模与下叶壳模密封合模; 气囊芯模充气,使气囊芯模膨胀至其表面与叶壳的内型面形状相同的状态; 重力浇铸,将合模后的成型模具倾斜设置,将基体储罐设置在成型模具的上方,浇口设 置于成型模具的底部,利用成型模具型腔与基体储罐之间高度差产生的压力向成型模模腔 内注射基体; 固化成型及整理,打开成型模具的加热装置,按固化工艺要求使叶片充分固化后脱去 上下叶壳模,清理四周边缘,从叶片敞开的尾部取出内部放气后的气囊芯模,叶片成型完 毕。
2. 根据权利要求1所述的一种大型风电叶片整体成型方法,其特征在于:所述基体储罐 位于成型模具的上方,所述成型模具的浇口位于模具底部,且基体储罐液面与成型模具型 腔顶部的高度差h, h=p/pg, P为浇铸成型模具型腔顶部所需的压强,g为常量9.8N/Kg,P为基体的密度。
3. 根据权利要求2所述的一种大型风电叶片整体成型方法,其特征在于:基体储罐液面 与成型模具型腔顶端的高度差h最小为12m。
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