CN105346105B - 一种风电叶片的制作模具及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于非金属复合材料加工成型技术领域，主要涉及一种风电叶片的制作模具及制作方法。提出的一种风电叶片的制作模具包括有叶片下壳体模具、叶片上壳体模具、前缘外补强模具和后缘外补强模具；叶片下壳体模具包括有下壳体主体模具（1）、下壳体前缘可拆卸模具（5）和下壳体后缘可拆卸模具（6）；叶片上壳体模具包括有上壳体主体模具（7）、上壳体前缘可拆卸模具（9）和上壳体后缘可拆卸模具（10）；前缘外补强模具、后缘外补强模具均为表面为凹球面的模具，其凹球面分别与叶片前缘外壁面、叶片后缘外壁面的翼型相同。本发明避免了在原工艺条件下反复等待材料固化等问题，提高了叶片后处理效率与质量，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于非金属复合材料加工成型技术领域，主要涉及一种风电叶片的制作模具及制作方法。
背景技术
风电叶片按照部件的功能和特点一般分为壳体、大梁以及腹板，在传统的兆瓦级风电叶片制作时，一般是先预成型腹板以及叶片上、下壳体，在下壳体或上壳体的前缘和后缘预制了用于粘接合模的内粘接法兰，然后使用结构胶分别将腹板、叶片上壳体及叶片下壳体粘接在一起，固化之后将叶片前后缘的毛边清理干净，然后在上下壳体粘接的前缘和后缘的粘接缝分别进行外补强，加固粘接效果。当外补强的玻璃纤维布固化之后，再对叶片进行进一步的外形修正，以及喷漆，最终完成叶片的制造。
为了更好的获取风能，风力发电机叶片需要满足一定的气动外形条件。采用现有工艺技术进行制造叶片时，因结构要求，叶片合模后需要在叶片前后缘合模缝位置进行外补强，补强时玻璃纤维铺层破坏了改变了叶片最初设计的气动外形，当外补强结束后，需要重新使用聚氨酯腻子等材料对叶片前后缘的翼型进行修正至符合设计要求。在叶片外补强和翼型修正过程中涉及到多种材料的使用与固化，需要对叶片进行反复加工以及等待固化，尤其是在冬季，外补强及修型固化问题对叶片整体生产进度造成严重的影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提出一种风电叶片的制作模具及制作方法。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种风电叶片的制作模具，所述制作模具包括有用以成型叶片下壳体的叶片下壳体模具、用以成型叶片上壳体的叶片上壳体模具、用以预成型叶片前缘外补强的前缘外补强模具和用以成型后缘外补强的后缘外补强模具；所述的叶片下壳体模具包括有下壳体主体模具、下壳体前缘可拆卸模具和下壳体后缘可拆卸模具；所述的下壳体前缘可拆卸模具位于下壳体主体模具的前缘部位，并与所述的下壳体主体模具形成可拆卸式连接；所述的下壳体后缘可拆卸模具位于下壳体主体模具的后缘部位，并与所述的下壳体主体模具形成可拆卸式连接；所述下壳体前缘可拆卸模具的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由前缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述下壳体后缘可拆卸模具的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由后缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；
所述的叶片上壳体模具包括有上壳体主体模具、上壳体前缘可拆卸模具和上壳体后缘可拆卸模具；所述的上壳体前缘可拆卸模具位于上壳体主体模具的前缘部位，并与所述的上壳体主体模具形成可拆卸式连接；所述的上壳体后缘可拆卸模具位于上壳体主体模具的后缘部位，并与所述的上壳体主体模具形成可拆卸式连接；所述上壳体前缘可拆卸模具的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由前缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述上壳体后缘可拆卸模具的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由后缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；
所述前缘外补强模具为表面为凹球面的模具，其凹球面与叶片前缘外壁面的翼型相同；所述后缘外补强模具为表面为凹球面的模具，其凹球面与叶片后缘外壁面的翼型相同；
一种风电叶片的制备方法，所述的制备方法包括有叶片模具的准备、叶片下壳体成型、叶片上壳体成型、外补强层预成型、叶片合模和叶片脱模；其具体步骤如下：
1）叶片模具的准备：在下壳体主体模具的前缘部位的边缘、后缘部位的边缘分别铺放一条宽度为100mm的玻纤布，且玻纤布对称与下壳体主体模具的边缘放置，形成翻边；然后在下壳体主体模具的前缘部位、后缘部位分别安装下壳体前缘可拆卸模具、下壳体后缘可拆卸模具，并使下壳体前缘可拆卸模具、下壳体后缘可拆卸模具与下壳体主体模具之间形成可拆卸式密封连接；
在上壳体主体模具的前缘部位的边缘、后缘部位的边缘分别铺放一条宽度为100mm的玻纤布，且玻纤布对称与上壳体主体模具的边缘放置，形成翻边；然后在上壳体主体模具的前缘部位、后缘部位分别安装上壳体前缘可拆卸模具、上壳体后缘可拆卸模具，并使上壳体前缘可拆卸模具、上壳体后缘可拆卸模具与上壳体主体模具之间形成可拆卸式密封连接；
2）叶片下壳体成型：在叶片下壳体模具的上进行叶片下壳体铺层，叶片下壳体铺层完成后，在叶片下壳体铺层的上部铺设真空袋膜，建立真空系统，然后进行叶片下壳体灌注，并加热固化成型，待叶片下壳体完全固化之后，拆除下壳体前缘可拆卸模具和下壳体后缘可拆卸模具，并在下壳体前缘可拆卸模具和下壳体后缘可拆卸模具下的铺层翻边上以及下壳体主体模具边缘上贴密封胶带，利用真空袋膜建立真空吸附系统，使叶片下壳体完全固定在下壳体主体模具上；
3）叶片上壳体成型：在叶片上壳体模具的上进行叶片上壳体铺层，叶片上壳体铺层完成后，在叶片上壳体铺层的上部铺设真空袋膜，建立真空系统，然后进行叶片上壳体灌注，并加热固化成型，待叶片上壳体完全固化之后，拆除上壳体前缘可拆卸模具和上壳体后缘可拆卸模具，并在上壳体前缘可拆卸模具和上壳体后缘可拆卸模具下的铺层翻边上以及上壳体主体模具边缘上贴密封胶带，利用真空袋膜建立真空吸附系统，使叶片上壳体完全固定在上壳体主体模具上；
4）外补强层预成型：在叶片前缘外补强模具上进行前缘外补强铺层，并在铺层上布置导流网、注胶管等材料，建立真空系统，然后进行灌注，并加热固化成型；在叶片后缘外补强模具上进行后缘外补强铺层，并在铺层上布置导流网、注胶管等材料，建立真空系统，然后进行灌注，并加热固化成型；
5）叶片合模：将在步骤2）中所成型的叶片下壳体上粘接腹板，并在叶片下壳体的前缘粘接部分和后缘粘接部分涂抹胶黏剂；将步骤3）中所成型叶片上壳体的粘接部分涂抹胶黏剂，通过机械翻转叶片上壳体模具，完成叶片上壳体与叶片下壳体的粘接；在整个叶片的前缘、后缘外补强区域涂抹胶黏剂，并将步骤4）中预成型的前缘外补强层、后缘外补强层粘接在所对应的补强区域；使用固定装置将前缘外补强层、后缘外补强层固定，刮出多余胶黏剂，然后和叶片一起合模固化；
6）叶片脱模：叶片固化之后，翻转叶片上壳体模具，并吊装出叶片，将叶片边缘的毛边切除，即可得到已经完成叶片合模缝外补强的叶片，进行表面打磨和涂层的作业，无需再次对叶片的前后缘进行补强以及补强后的翼型修正。
本发明提出的一种风电叶片的制作模具及制作方法，在叶片成型阶段完成风电叶片结构所需的合模缝外补强，并使补强后的叶片获得和设计完全一致的气动外形，避免了在原工艺条件下反复等待材料固化等问题，提高了叶片后处理效率与质量，降低了生产成本。
附图说明
图1 本发明中叶片下壳体成型示意图。
图2 本发明中叶片上壳体成型示意图。
图3 本发明叶片合模示意图。
图中：1、下壳体主体模具，2、叶片下壳体，3、前缘内粘接法兰，4、后缘内粘接法兰，5、下壳体前缘可拆卸模具，6、下壳体后缘可拆卸模具，7、上壳体主体模具，8、叶片上壳体，9、上壳体前缘可拆卸模具，10、上壳体后缘可拆卸模具，11、后缘外补强层，12、前缘外补强层，13、后缘外补强固定架，14、前缘外补强固定架，15、腹板。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明：
如图1、2、3所示，一种风电叶片的制作模具，所述制作模具包括有用以成型叶片下壳体的叶片下壳体模具、用以成型叶片上壳体的叶片上壳体模具、用以预成型叶片前缘外补强的前缘外补强模具（图中未显示）和用以成型后缘外补强的后缘外补强模具（图中未显示）；所述的叶片下壳体模具包括有下壳体主体模具1、下壳体前缘可拆卸模具5和下壳体后缘可拆卸模具6；所述的下壳体前缘可拆卸模具5位于下壳体主体模具1的前缘部位，并与所述的下壳体主体模具1形成可拆卸式连接；所述的下壳体后缘可拆卸模具6位于下壳体主体模具1的后缘部位，并与所述的下壳体主体模具6形成可拆卸式连接；所述下壳体前缘可拆卸模具5的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由前缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述下壳体后缘可拆卸模具6的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由后缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；
所述的叶片上壳体模具包括有上壳体主体模具7、上壳体前缘可拆卸模具9和上壳体后缘可拆卸模具10；所述的上壳体前缘可拆卸模具9位于上壳体主体模具7的前缘部位，并与所述的上壳体主体模具7形成可拆卸式连接；所述的上壳体后缘可拆卸模具10位于上壳体主体模具7的后缘部位，并与所述的上壳体主体模具7形成可拆卸式连接；所述上壳体前缘可拆卸模具9的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由前缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述上壳体后缘可拆卸模具10的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由后缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；
所述前缘外补强模具为表面为凹球面的模具，其凹球面与叶片前缘外壁面的翼型相同；所述后缘外补强模具为表面为凹球面的模具，其凹球面与叶片后缘外壁面的翼型相同；
一种风电叶片的制备方法，所述的制备方法包括有叶片模具的准备、叶片下壳体成型、叶片上壳体成型、外补强层预成型、叶片合模和叶片脱模；其具体步骤如下：
1）叶片模具的准备：在下壳体主体模具1的前缘部位的边缘、后缘部位的边缘分别铺放一条宽度为100mm的玻纤布，且玻纤布对称与下壳体主体模具的边缘放置，形成翻边；然后在下壳体主体模具的前缘部位、后缘部位分别安装下壳体前缘可拆卸模具5、下壳体后缘可拆卸模具6，并使下壳体前缘可拆卸模具5、下壳体后缘可拆卸模具6与下壳体主体模具1之间形成可拆卸式密封连接；
在上壳体主体模具7的前缘部位的边缘、后缘部位的边缘分别铺放一条宽度为100mm的玻纤布，且玻纤布对称与上壳体主体模具的边缘放置，形成翻边；然后在上壳体主体模具的前缘部位、后缘部位分别安装上壳体前缘可拆卸模具9、上壳体后缘可拆卸模具10，并使上壳体前缘可拆卸模具9、上壳体后缘可拆卸模具10与上壳体主体模具7之间形成可拆卸式密封连接；
2）叶片下壳体成型：在叶片下壳体模具1上进行叶片下壳体铺层叶片下壳体铺层完成后，在叶片下壳体铺层的上部铺设真空袋膜，建立真空系统，然后进行叶片下壳体灌注，并加热固化成型，该实施例中，叶片下壳体铺层以及真空灌注采用现有技术的技术，在此不做过多说明；待叶片下壳体完全固化之后，拆除下壳体前缘可拆卸模具5和下壳体后缘可拆卸模具6，并在下壳体前缘可拆卸模具6和下壳体后缘可拆卸模具下6的铺层翻边上以及下壳体主体模具边缘上贴密封胶带，利用真空袋膜建立真空吸附系统，使叶片下壳体完全固定在下壳体主体模具1上；
3）叶片上壳体成型：在叶片上壳体模具7的上进行叶片上壳体铺层，叶片上壳体铺层完成后，在叶片上壳体铺层的上部铺设真空袋膜，建立真空系统，然后进行叶片上壳体灌注，并加热固化成型，该实施例中，叶片上壳体铺层以及真空灌注采用现有技术的技术，在此不做过多说明；待叶片上壳体完全固化之后，拆除上壳体前缘可拆卸模具9和上壳体后缘可拆卸模具10，并在上壳体前缘可拆卸模具7和上壳体后缘可拆卸模具10下的铺层翻边上以及上壳体主体模具边缘上贴密封胶带，利用真空袋膜建立真空吸附系统，使叶片上壳体完全固定在上壳体主体模具7上；
4）外补强层预成型：在叶片前缘外补强模具上进行前缘外补强铺层12，并在铺层上布置导流网、注胶管等材料，建立真空系统，然后进行灌注，并加热固化成型；在叶片后缘外补强模具上进行后缘外补强铺层11，并在铺层上布置导流网、注胶管等材料，建立真空系统，然后进行灌注，并加热固化成型；前缘外补强铺层、后缘外补强铺层的铺层及真空灌注均为现有技术中已有的结构，在此不再具体说明；
5）叶片合模：将在步骤2）中所成型的叶片下壳体上粘接腹板，并在叶片下壳体的前缘粘接部分和后缘粘接部分涂抹胶黏剂；将步骤3）中所成型叶片上壳体的粘接部分涂抹胶黏剂，通过机械翻转叶片上壳体模具，完成叶片上壳体与叶片下壳体的粘接；在整个叶片的前缘、后缘外补强区域涂抹胶黏剂，并将步骤4）中预成型的前缘外补强层、后缘外补强层粘接在所对应的补强区域；使用固定装置将前缘外补强层、后缘外补强层固定，刮出多余胶黏剂，然后和叶片一起合模固化；
6）叶片脱模：叶片固化之后，翻转叶片上壳体模具，并吊装出叶片，将叶片边缘的毛边切除，即可得到已经完成叶片合模缝外补强的叶片，进行表面打磨和涂层的作业，无需再次对叶片的前后缘进行补强以及补强后的翼型修正。
Claims (2)
1.一种风电叶片的制作模具，其特征在于：所述制作模具包括有用以成型叶片下壳体的叶片下壳体模具、用以成型叶片上壳体的叶片上壳体模具、用以预成型叶片前缘外补强层的前缘外补强层模具和用以成型后缘外补强层的后缘外补强层模具；所述的叶片下壳体模具包括有下壳体主体模具（1）、下壳体前缘可拆卸模具（5）和下壳体后缘可拆卸模具（6）；所述的下壳体前缘可拆卸模具（5）位于下壳体主体模具（1）的前缘部位，并与所述的下壳体主体模具（1）形成可拆卸式连接；所述的下壳体后缘可拆卸模具（6）位于下壳体主体模具（1）的后缘部位，并与所述的下壳体主体模具（1）形成可拆卸式连接；所述下壳体前缘可拆卸模具（5）的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由前缘外补强层的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述下壳体后缘可拆卸模具（6）的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由后缘外补强层的厚度和拟定的粘接间隙决定；
所述的叶片上壳体模具包括有上壳体主体模具（7）、上壳体前缘可拆卸模具（9）和上壳体后缘可拆卸模具（10）；所述的上壳体前缘可拆卸模具（9）位于上壳体主体模具（7）的前缘部位，并与所述的上壳体主体模具（7）形成可拆卸式连接；所述的上壳体后缘可拆卸模具（10）位于上壳体主体模具（7）的后缘部位，并与所述的上壳体主体模具（7）形成可拆卸式连接；所述上壳体前缘可拆卸模具（9）的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由前缘外补强层的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述上壳体后缘可拆卸模具（10）的内壁面具有向内凸出的凸起，凸起尺寸由后缘外补强层的厚度和拟定的粘接间隙决定；
所述前缘外补强层模具为表面为凹球面的模具，其凹球面与叶片前缘外壁面的翼型相同；所述后缘外补强层模具为表面为凹球面的模具，其凹球面与叶片后缘外壁面的翼型相同。
2.利用权利要求1所述的风电叶片的制作模具进行风电叶片制备的方法，其特征在于：所述的制备方法包括有叶片模具的准备、叶片下壳体成型、叶片上壳体成型、外补强层预成型、叶片合模和叶片脱模；其具体步骤如下：
1）叶片模具的准备：在下壳体主体模具（1）的前缘部位的边缘、后缘部位的边缘分别铺放一条宽度为100mm的玻纤布，且玻纤布对称于下壳体主体模具的边缘放置，形成翻边；然后在下壳体主体模具的前缘部位、后缘部位分别安装下壳体前缘可拆卸模具（5）、下壳体后缘可拆卸模具（6），并使下壳体前缘可拆卸模具（5）、下壳体后缘可拆卸模具（6）与下壳体主体模具（1）之间形成可拆卸式密封连接；
在上壳体主体模具（7）的前缘部位的边缘、后缘部位的边缘分别铺放一条宽度为100mm的玻纤布，且玻纤布对称于上壳体主体模具的边缘放置，形成翻边；然后在上壳体主体模具的前缘部位、后缘部位分别安装上壳体前缘可拆卸模具（9）、上壳体后缘可拆卸模具（10），并使上壳体前缘可拆卸模具（9）、上壳体后缘可拆卸模具（10）与上壳体主体模具（7）之间形成可拆卸式密封连接；
2）叶片下壳体成型：在下壳体主体模具（1）上进行叶片下壳体铺层，叶片下壳体铺层完成后，在叶片下壳体铺层的上部铺设真空袋膜，建立真空系统，然后进行叶片下壳体灌注，并加热固化成型；待叶片下壳体完全固化之后，拆除下壳体前缘可拆卸模具（5）和下壳体后缘可拆卸模具（6），并在下壳体前缘可拆卸模具（5）和下壳体后缘可拆卸模具（6）下的铺层翻边上以及下壳体主体模具边缘上贴密封胶带，利用真空袋膜建立真空吸附系统，使叶片下壳体完全固定在下壳体主体模具（1）上；
3）叶片上壳体成型：在上壳体主体模具（7）上进行叶片上壳体铺层，叶片上壳体铺层完成后，在叶片上壳体铺层的上部铺设真空袋膜，建立真空系统，然后进行叶片上壳体灌注，并加热固化成型；待叶片上壳体完全固化之后，拆除上壳体前缘可拆卸模具（9）和上壳体后缘可拆卸模具（10），并在上壳体前缘可拆卸模具（9）和上壳体后缘可拆卸模具（10）下的铺层翻边上以及上壳体主体模具边缘上贴密封胶带，利用真空袋膜建立真空吸附系统，使叶片上壳体完全固定在上壳体主体模具（7）上；
4）外补强层预成型：在叶片前缘外补强层模具上进行前缘外补强层铺层，并在铺层上布置导流网、注胶管材料，建立真空系统，然后进行灌注，并加热固化成型；在叶片后缘外补强层模具上进行后缘外补强层铺层，并在铺层上布置导流网、注胶管材料，建立真空系统，然后进行灌注，并加热固化成型；
5）叶片合模：在步骤2）中所成型的叶片下壳体上粘接腹板，并在叶片下壳体的前缘粘接部分和后缘粘接部分涂抹胶黏剂；将步骤3）中所成型叶片上壳体的粘接部分涂抹胶黏剂，通过机械翻转叶片上壳体模具，完成叶片上壳体与叶片下壳体的粘接；在整个叶片的前缘、后缘外补强区域涂抹胶黏剂，并将步骤4）中预成型的前缘外补强层、后缘外补强层粘接在所对应的补强区域；使用固定装置将前缘外补强层、后缘外补强层固定，刮出多余胶黏剂，然后和叶片一起合模固化；
6）叶片脱模：叶片固化之后，翻转叶片上壳体模具，并吊装出叶片，将叶片边缘的毛边切除，即可得到已经完成叶片合模缝外补强的叶片，进行表面打磨和涂层的作业，无需再次对叶片的前后缘进行补强以及补强后的翼型修正。
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