CN105346106B - 一种风电叶片外补强和壳体一体成型的方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于非金属复合材料加工成型技术领域，提出一种风电叶片外补强和壳体一体成型的方法及模具。提出的一种风电叶片外补强和壳体一体成型的模具包括有叶片下壳体模具（1）和叶片上壳体模具（8）；叶片下壳体模具（1）包括有下壳体模具本体（17）、后缘外补强法兰模具（5）、前缘内粘接法兰模具（3）和前缘可拆卸模具（7）；叶片上壳体模具（8）包括有上壳体模具本体（18）、前缘外补强法兰模具（10）、后缘内粘接法兰模具（12）和后缘可拆卸模具（14）；进行风电叶片制备的方法包括有叶片下壳体成型、叶片上壳体成型、叶片合模和叶片脱模。本发明提高了叶片后处理效率与质量，降低了生产成本。

Description

一种风电叶片外补强和壳体一体成型的方法及模具

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外补强和壳体一体成型的方法及模具。

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壳体、叶片下壳体，在叶片下壳体或叶片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、后缘的粘接缝处分别进行外补强，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，风电叶片制造过程中的外补强、翼型修正工序，是一个破坏翼型，然后再重新修正翼型的过程。补强时玻璃纤维铺层破坏了并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外补强和壳体一体成型的方法及模具。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种风电叶片外补强和壳体一体成型的模具，所述的模具包括有叶片下壳体模具和叶片上壳体模具；所述的叶片下壳体模具包括有下壳体模具本体、后缘外补强法兰模具、前缘内粘接法兰模具和前缘可拆卸模具；所述的下壳体模具本体具有与风电叶片外壁面形状一致的弧面；所述的前缘可拆卸模具设置在叶片下壳体模具的前缘部分，其内壁面、外壁表面均为弧面，且前缘可拆卸模具的内壁面具有向内伸出的凸起；所述前缘可拆卸模具截面形状为上大下小的楔形，便于使用过程中的拆卸和安装；所述前缘可拆卸模具在叶片下壳体成型时与所述的下壳体模具本体共同形成叶片下壳体模具，在叶片下壳体成型后拆除并作为前缘外补强法兰的粘接空间；所述的前缘内粘接法兰模具位于所述前缘可拆卸模具的上部，所述的前缘内粘接法兰模具具有与风电叶片内壁面相一致的弧面；所述后缘外补强法兰模具设置在下壳体模具后缘边缘部分的上部，所述后缘外补强法兰模具具有与风电叶片外壁面一致的弧面；

所述的叶片上壳体模具包括有上壳体模具本体、前缘外补强法兰模具、后缘内粘接法兰模具和后缘可拆卸模具；所述的上壳体模具本体具有与风电叶片外壁面形状一致的弧面；所述的后缘可拆卸模具设置在上壳体模具本体的后缘部分，其内壁面、外壁面均为弧面，且后缘可拆卸模具的内壁面具有向内伸出的凸起；所述后缘可拆卸模具截面形状为上小下大的楔形，便于使用过程中的拆卸和安装；所述后缘可拆卸模具在叶片上壳体成型时与所述的上壳体模具本体共同形成叶片上壳体模具，在叶片上壳体成型后拆除并作为后缘外补强法兰的粘接空间；所述的后缘内粘接法兰模具位于所述后缘可拆卸模具的上部，所述的后缘内粘接法兰模具具有与风电叶片内壁面相一致的弧面；所述前缘外补强法兰模具设置在上壳体模具前缘边缘部分的上部，所述前缘外补强法兰模具具有与风电叶片外壁面一致的弧面。

利用上述风电叶片外补强和壳体一体成型的模具进行风电叶片制备的方法，所述的方法包括有叶片下壳体成型、叶片上壳体成型、叶片合模和叶片脱模，其具体步骤如下：

1）叶片下壳体成型：

a）首先在下壳体模具本体的前缘部分安装前缘可拆卸模具，然后在由下壳体模具本体与前缘可拆卸模具所组成叶片下壳体模具上进行下壳体的铺层；铺层时，先进行后缘外补强法兰的铺层，并使后缘外补强法兰铺层的上部伸出下壳体模具本体；然后在下壳体模具本体上进行叶片下壳体铺层；叶片下壳体铺层完成后，在叶片下壳体铺层内壁面的前缘部分进行前缘内粘接法兰的铺层；

b）在叶片下壳体模具的前缘部分、后缘部分分别放置前缘内粘接法兰模具、后缘外补强法兰模具；并建立真空系统。

c）进行叶片下壳体灌注固化成型、固化脱模后拆除前缘可拆卸模具，完成叶片下壳体的成型；

2）叶片上壳体成型：

a）首先在上壳体模具本体的后缘部分安装后缘可拆卸模具，然后在由上壳体模具本体与后缘可拆卸模具所组成叶片上壳体模具上进行上壳体的铺层；铺层时，先进行前缘外补强法兰的铺层，并使前缘外补强法兰铺层的上部伸出上壳体模具本体；然后在上壳体模具本体上进行叶片上壳体铺层；叶片上壳体铺层完成后，在叶片上壳体铺层内壁面的后缘部分进行后缘内粘接法兰的铺层；

b）在叶片上壳体模具的后缘部分、前缘部分分别放置后缘内粘接法兰模具、前缘外补强法兰模具；

c）进行叶片上壳体灌注固化成型、固化脱模后拆除后缘可拆卸模具，完成叶片上壳体的成型；

3）叶片合模：

在步骤1）中所成型的叶片下壳体上粘接腹板，并在腹板粘接法兰、叶片下壳体的前缘内粘接法兰和后缘外补强法兰上涂抹结构胶，在步骤 2）中成型的叶片上壳体的前缘外补强法兰和后缘内粘接法兰上涂抹结构胶，通过机械翻转叶片上壳体模具，完成叶片上壳体与下壳体的粘接合模、固化；

4）叶片脱模：

叶片固化之后，翻转上壳体模具，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外补强和壳体一体成型的方法及模具，在叶片成型阶段就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，无需叶片脱模之后再进行外补强以及翼型修正；避免了在原工艺条件下反复等待材料固化的问题，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、叶片下壳体模具，2、叶片下壳体，3、前缘内粘接法兰模具，4、前缘内粘接法兰，5、后缘外补强法兰模具，6、后缘外补强法兰，7、前缘可拆卸模具，8、叶片上壳体模具，9、叶片上壳体，10、前缘外补强法兰模具，11、前缘外补强法兰，12、后缘内粘接法兰模具，13、后缘内粘接法兰，14、后缘可拆卸模具，15、腹板，16、脱模叶片，17、下壳体模具本体，18、上壳体模具本体。

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所示，一种风电叶片外补强和壳体一体成型的模具，所述的模具包括有叶片下壳体模具1和叶片上壳体模具8；所述的叶片下壳体模具1包括有下壳体模具本体17、后缘外补强法兰模具5、前缘内粘接法兰模具3和前缘可拆卸模具7；所述的下壳体模具本体17具有与风电叶片外壁形状一致的弧面外形；所述的前缘可拆卸模具7设置在凹球面的前缘部分，其内壁面、外壁面均为弧面且与叶片下壳体模具相吻合，与叶片接触的表面略向叶片方向略微凸起，凸起尺寸由前缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述前缘可拆卸模具7截面形状为上大下小的楔形，便于使用过程中的拆卸和安装；所述前缘可拆卸模具7在叶片下壳体成型时与所述的下壳体模具本体17共同形成叶片下壳体模具1，在叶片下壳体成型后拆除并作为前缘外补强法兰的粘接空间；所述的前缘内粘接法兰模具3位于所述前缘可拆卸模具11的上部，所述的前缘内粘接法兰模具3具有与风电叶片内壁面相一致的弧面外形；所述后缘外补强法兰模具5设置在下壳体模具本体17后缘边缘部分的上部；所述后缘外补强法兰模具5具有与风电叶片外壁相一致的弧面外形；

如图2所示，所述的叶片上壳体模具8包括有上壳体模具本体18、前缘外补强法兰模具10、后缘内粘接法兰模具12和后缘可拆卸模具14；所述的上壳体模具本体18具有与风电叶片外壁形状一致的弧面外形，所述的后缘可拆卸模具14设置在凹球面的后缘部分，其内壁面、外壁面均为弧面且与叶片上壳体模具相吻合，与叶片接触的表面略向叶片方向凸起，凸起尺寸由后缘外补强的厚度和拟定的粘接间隙决定；所述后缘可拆卸模具14截面形状为上小下大的楔形，便于使用过程中的拆卸和安装；所述后缘可拆卸模具14在叶片上壳体成型时与所述的上壳体模具本体18共同形成叶片上壳体模具8，在叶片上壳体成型后拆除并作为后缘外补强法兰7的粘接空间；所述的后缘内粘接法兰模具12位于所述后缘可拆卸模具14的上部，所述的后缘内粘接法兰模具12具有与风电叶片内壁面相一致的弧面外形；所述前缘外补强法兰模具10设置在上壳体模具本体18后缘边缘部分的上部；所述前缘外补强法兰模具10具有与风电叶片外壁相一致的弧面外形。

如图1、图2、图3所示，利用上述风电叶片外补强和壳体一体成型的模具进行风电叶片制备的方法，所述的方法包括有叶片下壳体成型、叶片上壳体成型、叶片合模和叶片脱模，其具体步骤如下：

1）叶片下壳体成型：

a）首先在下壳体模具本体17的前缘部分安装前缘可拆卸模具7，然后在由下壳体模具本体17与前缘可拆卸模具7所组成叶片下壳体模具1上进行下壳体的铺层，铺层时，先进行后缘外补强法兰6的铺层，并使后缘外补强法兰铺层的上部伸出下壳体模具本体17，然后在下壳体模具本体17上进行叶片下壳体铺层；叶片下壳体铺层完成后，在叶片下壳体铺层内壁面的前缘部分进行前缘内粘接法兰4的铺层。

b）在叶片下壳体模具1的前缘部分、后缘部分分别放置前缘内粘接法兰模具3、后缘外补强法兰模具5；并建立真空系统。

c）进行叶片下壳体灌注固化成型、固化脱模后拆除前缘可拆卸模具7，完成叶片下壳体的成型；

2）叶片上壳体成型：

a）在上壳体模具本体18的后缘部分安装后缘可拆卸模具14，然后在由上壳体模具本体18与后缘可拆卸模具14所组成叶片上壳体模具8上进行上壳体铺层，铺层时，先进行前缘外补强法兰11的铺层，并使前缘外补强法兰铺层的上部伸出上壳体模具本体18，然后在上壳体模具本体18上进行叶片上壳体铺层；叶片上壳体铺层完成后，在叶片上壳体铺层内壁面的后缘部分进行后缘内粘接法兰13的铺层。

b）在叶片上壳体模具8的后缘部分、前缘部分分别放置后缘内粘接法兰模具12、前缘外补强法兰模具10；并建立真空系统。

c）进行叶片上壳体灌注固化成型、固化脱模后拆除后缘可拆卸模具14；

3）叶片合模：

在步骤1）中所成型的叶片下壳体上粘接腹板15，并在叶片下壳体2的前缘内粘接法兰4和后缘外补强法兰6上涂抹结构胶，在步骤 2）中成型的叶片上壳体9的前缘外补强法兰11和后缘内粘接法兰13上涂抹结构胶，通过机械翻转叶片上壳体模具，完成叶片上壳体与下壳体的粘接合模、固化；

4）叶片脱模：

叶片固化之后，翻转上壳体模具，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)

1.一种风电叶片外补强和壳体一体成型的模具，所述的模具包括有叶片下壳体模具（1）和叶片上壳体模具（8）；所述的叶片下壳体模具（1）包括有下壳体模具本体（17）、后缘外补强法兰模具（5）、前缘内粘接法兰模具（3）和前缘可拆卸模具（7）；所述的下壳体模具本体（17）具有与风电叶片外壁形状一致的弧面；所述的前缘可拆卸模具（7）设置在叶片下壳体模具的前缘部分，其内壁面、外壁面均为弧面，且前缘可拆卸模具的内壁面具有向内伸出的凸起；所述前缘可拆卸模具（7）截面形状为上大下小的楔形，便于使用过程中的拆卸和安装；所述前缘可拆卸模具（7）在叶片下壳体成型时与所述的下壳体模具本体（17）共同形成叶片下壳体模具（1），在叶片下壳体成型后拆除并作为前缘外补强法兰的粘接空间；所述的前缘内粘接法兰模具（3）位于所述前缘可拆卸模具（7）的上部，所述的前缘内粘接法兰模具（3）具有与风电叶片内壁面相一致的弧面；所述后缘外补强法兰模具（5）设置在下壳体模具后缘边缘部分的上部，所述后缘外补强法兰模具（5）具有与风电叶片外壁相一致的弧面；所述的叶片上壳体模具（8）包括有上壳体模具本体（18）、前缘外补强法兰模具（10）、后缘内粘接法兰模具（12）和后缘可拆卸模具（14）；所述的上壳体模具本体（18）具有与风电叶片外壁形状一致的弧面，所述的后缘可拆卸模具（14）设置在上壳体模具本体的后缘部分，其内壁面、外壁面均为弧面，且后缘可拆卸模具的内壁面具有向内伸出的凸起；所述后缘可拆卸模具（14）截面形状为上小下大的楔形，便于使用过程中的拆卸和安装；所述后缘可拆卸模具（14）在叶片上壳体成型时与所述的上壳体模具本体（18）共同形成叶片上壳体模具（8），在叶片上壳体成型后拆除并作为后缘外补强法兰（6）的粘接空间；所述的后缘内粘接法兰模具（12）位于所述后缘可拆卸模具（14）的上部，所述的后缘内粘接法兰模具（12）具有与风电叶片内壁面相一致的弧面；所述前缘外补强法兰模具（10）设置在上壳体模具本体（18）前缘边缘部分的上部；所述前缘外补强法兰模具（10）具有与风电叶片外壁相一致的弧面。

2.利用权利要求1所述的风电叶片外补强和壳体一体成型的模具进行风电叶片制备的方法，所述的方法包括有叶片下壳体成型、叶片上壳体成型、叶片合模和叶片脱模，其具体步骤如下：

1）叶片下壳体成型：

a）首先在下壳体模具本体（17）的前缘部分安装前缘可拆卸模具（7），然后在由下壳体模具本体（17）与前缘可拆卸模具（7）所组成叶片下壳体模具（1）上进行下壳体的铺层，铺层时，先进行后缘外补强法兰（6）的铺层，并使后缘外补强法兰铺层的上部伸出下壳体模具本体（17），然后在下壳体模具本体（17）上进行叶片下壳体铺层；叶片下壳体铺层完成后，在叶片下壳体铺层内壁面的前缘部分进行前缘内粘接法兰（4）的铺层；

b）在叶片下壳体模具（1）的前缘部分、后缘部分分别放置前缘内粘接法兰模具（3）、后缘外补强法兰模具（5）；并建立真空系统；

c）进行叶片下壳体灌注固化成型、固化脱模后拆除前缘可拆卸模具（7），完成叶片下壳体的成型；

2）叶片上壳体成型：

a）在上壳体模具本体（18）的后缘部分安装后缘可拆卸模具（14），然后在由上壳体模具本体（18）与后缘可拆卸模具（14）所组成叶片上壳体模具（8）上进行上壳体铺层，铺层时，先进行前缘外补强法兰（11）的铺层，并使前缘外补强法兰铺层的上部伸出上壳体模具本体（18），然后在上壳体模具本体（18）上进行叶片上壳体铺层；叶片上壳体铺层完成后，在叶片上壳体铺层内壁面的后缘部分进行后缘内粘接法兰（13）的铺层；

b）在叶片上壳体模具（8）的后缘部分、前缘部分分别放置后缘内粘接法兰模具（12）、前缘外补强法兰模具（10）；并建立真空系统；

c）进行叶片上壳体灌注固化成型、固化脱模后拆除后缘可拆卸模具（14）；

3）叶片合模：

在步骤（1））中所成型的叶片下壳体上粘接腹板（15），并在叶片下壳体（2）的前缘内粘接法兰（4）和后缘外补强法兰（6）上涂抹结构胶，在步骤 （2））中成型的叶片上壳体（9）的前缘外补强法兰（11）和后缘内粘接法兰（13）上涂抹结构胶，通过机械翻转叶片上壳体模具，完成叶片上壳体与下壳体的粘接合模、固化；

4）叶片脱模：

叶片固化之后，翻转上壳体模具，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。