CN105383074B - 一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法 - 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，主要涉及一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法。提出的一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法包括有叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备、大梁的制备以及叶片合模粘接成型；通过分别对叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备、大梁的制备及叶片合模粘接过程进行重量和质量分布的控制，从而完成对风电叶片质量分布的控制。本发明使叶片的最终质量分布能够控制在一定的范围之内，避免或减少叶片后期的单点配重，减少单点配重的质量和安全风险。

Description

一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法
技术领域
本发明属于非金属复合材料加工成型技术领域，主要涉及一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法。
背景技术
风电叶片安装在整机轮毂之上，在风的作用下带动发电机进行发电；目前大型的水平轴风力发电机组按叶片的数量分为单叶片、双叶片和三叶片等几种类型，其中三叶片的风能利用效率最高，目前风电市场基本上都采用三叶片的风力发电机组；由于叶片需要三只一起成套使用，为了保证风电机组的整体结构稳定性，防止主轴的额外磨损，需要对成套的三只叶片进行配重处理，使成套的三只叶片重量和力矩达到平衡。
由于兆瓦级风力发电机叶片采用的是手工制造，采用真空辅助灌注成型工艺进行生产，在生产过程中叶片的材料用量都会存在波动，进而导致每只叶片的重量、质量分布情况都会存在不一样的现象；而风力发电机叶片较大，占用场地情况严重，无法待叶片批量生产后挑选质量分布相近的进行配重工作，而一般是生产出来三只就开始配重，导致单只叶片配重较多。
叶片配重的部分是用额外的铁块、钢珠、玻纤布、树脂和胶黏剂等材料在叶片的特定位置粘接相应重量的材材料，受使用环境条件制约，一般配重的单个重量不宜过大，配重块需要可靠的粘接以防止在运转过程受到离心力和循环载荷影响而导致的脱落，引起重大的质量和安全事故；就目前现行的技术状态总体而言，风力发电机叶片配重是一个不可或缺的过程，配重的重量对叶片的强度没有贡献，相反还会带来一些其他的质量和运维风险。
发明内容
针对目前风力发电机叶片成套配重的工艺现状，叶片配重的材料不能对叶片的整体强度进行提高，反而会增加一些质量和安全方面的风险，本发明的目的是提出一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法，在叶片生产过程中对叶片质量分布情况进行控制，使叶片生产出来可以不配重或者极少的配重就可以达到配套的目的；同时将配重的材料转化成对叶片强度和强度有贡献的补强层，减少现工艺中“集中配重”方式对叶片后期质量和安全造成影响的风险。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法，所述风电叶片制备方法包括有叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备、大梁的制备以及叶片合模粘接成型；通过分别对叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备、大梁的制备及叶片合模粘接过程进行重量和质量分布的控制，从而完成对风电叶片质量分布的控制；
所述风电叶片制备方法的具体步骤如下：
1）叶片模具的准备：
在模具钢架与叶片上壳体模具之间、模具钢架与叶片下壳体模具之间、模具钢架与前缘腹板模具之间、模具钢架与后缘腹板模具之间、模具钢架与上壳体大梁模具之间、模具钢架与下壳体大梁模具之间分别设置重量传感器，所述的重量传感器分布在模具与钢架的支撑连接支点上，并通过线缆连接至计算机，利用计算机将实时的叶片壳体、大梁及腹板的重量信息进行收集，得出相应的质量分布情况；
2）腹板的生产：
a、分别在前缘腹板模具和后缘腹板模具上布置腹板用结构材料，然后建立真空系统；
b、使用树脂分别对前缘腹板和后缘腹板进行真空辅助灌注，在灌注过程中根据设定的前缘腹板、后缘腹板的质量分布情况和实际灌注过程中的实际质量分布情况进行对比，实时控制腹板不同位置的树脂注入量，达到控制腹板质量分布的目的；
c、前缘腹板、后缘腹板固化后进行脱模以及相应的处理，得到已知重量及重量分布的前缘腹板、后缘腹板；
3）大梁的制造
a、在大梁模具上进行大梁玻纤布的铺层，并布置相应的导流网、注胶管和抽气管，建立真空系统；
b、分别对叶片上壳体大梁、叶片下壳体大梁进行真空辅助灌注，根据设定的叶片上壳体大梁、叶片下壳体大梁的质量分布情况和实际灌注过程中的计算机反馈出来的大梁质量分布情况进行对比，实时控制不同位置的树脂注入量，使最终得到叶片上壳体大梁、叶片下壳体大梁的质量分布与预设的情况一致；
4）叶片上壳体和叶片下壳体的生产
a、分布在叶片上壳体模具和下壳体模具上进行铺层，然后在制品表面布置导流网，注胶管及抽气管，建立真空系统；
b、分别对叶片上壳体和下壳体进行灌注，根据设定的叶片上壳体和下壳体的质量分布情况和实际过程中计算机反馈出来实际的质量分布情况进行对比，实时控制不同位置树脂的注入量，使叶片上壳体、叶片下壳体的质量分布与预设情况一致；
c、叶片上壳体、叶片下壳体灌注完成之后，计算机根据叶片上壳体、叶片下壳体、前缘腹板、后缘腹板以及大梁各自的质量分布情况模拟出最终叶片的质量分布状态，根据该状态的情况和预定的叶片质量分布情况对比，在叶片上壳体、叶片下壳体脱模之后在叶片的不同位置可进行额外的玻纤布补强，来调整整体的质量分布情况；
5）叶片合模及脱模处理：
将步骤2）中所制备的前缘腹板、后缘腹板分别粘接在步骤4）中所制备的叶片下壳体上，并在其它粘接区域涂抹胶黏剂；翻转叶片上壳体模具，完成叶片上下壳体的粘接；叶片脱模前，根据叶片最终在模具上显示出来的质量分布情况，确定叶片在打孔阶段的根部端面切割量，从而得到预定质量分布的叶片。
本发明提出的一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法，在生产过程中控制、调整真空辅助灌注成型叶片的树脂分布情况，并在叶片上下壳体脱模之前模拟叶片最终的质量分布情况，预先将单点配重材料转化为叶片某一段位置的补强层，来完成预配重，使叶片的最终质量分布能够控制在一定的范围之内，避免或减少叶片后期的单点配重，减少单点配重的质量和安全风险。
附图说明
图1 为本发明中腹板的成型示意图。
图2为本发明中叶片大梁的成型示意图。
图3为叶片成型结构示意图。
图4为本发明灌注过程控制质量分布的示意图。
图中：1、模具钢架，2、剪板，3、模具连接支座，4、重量感应器，5、前缘腹板模具，6、前缘腹板，7、后缘腹板模具，8、后缘腹板，9、连接系统，10、计算机，11、叶片下壳体大梁模具，12、叶片下壳体大梁，13、叶片上壳体大梁模具，14、叶片上壳体大梁，15、叶片下壳体模具，16、叶片下壳体，17、叶片上壳体模具，18、叶片上壳体，19、结构胶，20、注胶管，21、制品，22、导流网，23、注胶口。
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、4所示，一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法，所述风电叶片制备方法包括有叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备、大梁的制备以及叶片合模粘接成型；通过分别对叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备以及大梁的制备及叶片合模粘接过程进行重量和质量分布的控制，从而完成对风电叶片质量分布的控制；
所述风电叶片制备方法的具体步骤如下：
1）叶片模具的准备：
在模具钢架与叶片上壳体模具之间、模具钢架与叶片下壳体模具之间、模具钢架与前缘腹板模具之间、模具钢架与后缘腹板模具之间、模具钢架与上壳体大梁模具之间、模具钢架与下壳体大梁模具之间分别设置重量传感器，各个位置的重量感应器4通过连接系统9相互关联并与计算机10连接，使计算机10能够实时的测试出模具上制品的质量及质量分布情况，便于在成型过程中控制采用真空辅助灌注成型的制品的树脂分布，来完对制品质量分布的控制；
2）腹板的生产：
a、分别在前缘腹板模具和后缘腹板模具上布置腹板用结构材料，然后在制品表面21布置导流网22、注胶管20、注胶口23以及真空抽气系统，然后使用密封胶带和真空袋膜密封建立真空系统，前缘腹板、后缘腹板的铺层均采用现有技术中已有的结构，在此不作过多说明；使用真空泵对制品系统抽真空，使其达到真空负压状态；
b、在制品处于真空负压状态下使用树脂分别对前缘腹板和后缘腹板进行真空辅助灌注，在灌注过程中，根据制品的外形尺寸，制品上分布有多根注胶管20和多个注胶口23，通过在计算机10上实时显示的质量分布情况，与拟定的制品质量分布情况进行对比，然后控制各个注胶口23的树脂注入速度和总量，使制品分别在不同区域的质量分布尽量与拟定值一致，完成灌注过程；实时控制腹板不同位置的树脂注入量，达到控制腹板质量分布的目的；
c、前缘腹板、后缘腹板固化后进行脱模以及相应的处理，得到已知重量及重量分布的前缘腹板、后缘腹板；
3）大梁的制造
a、分别在叶片下壳体大梁模具11和叶片上壳体大梁模具13上铺放叶片下壳体大梁铺层及叶片下壳体大梁铺层，然后在制品表面21布置导流网22、注胶管20、注胶口23以及真空抽气系统，然后使用密封胶带和真空袋膜密封建立真空系统，使用真空泵对制品系统抽真空，使其达到真空负压状态；
b、分别对叶片上壳体大梁、叶片下壳体大梁进行真空辅助灌注，在灌注过程中，根据制品的外形尺寸，制品上分布有多根注胶管20和多个注胶口23，通过在计算机10上实时显示的质量分布情况，与拟定的制品质量分布情况进行对比，然后控制各个注胶口23的树脂注入速度和总量，使制品分别在不同区域的质量分布尽量与拟定值一致，完成灌注过程；根据设定的叶片上壳体大梁、叶片下壳体大梁的质量分布情况和实际灌注过程中的计算机反馈出来的大梁质量分布情况进行对比，实时控制不同位置的树脂注入量，使最终得到叶片上壳体大梁、叶片下壳体大梁的质量分布与预设的情况一致；
4）叶片上壳体和叶片下壳体的生产
a、在大分别在叶片下壳体模具15和叶片上壳体模具17上铺放叶片下壳体铺层16及叶片上壳体铺层18，然后在制品表面21布置导流网22、注胶管20、注胶口23以及真空抽气系统，然后使用密封胶带和真空袋膜密封建立真空系统，使用真空泵对制品系统抽真空，使其达到真空负压状态；
b、分别对叶片下壳体和上壳体进行灌注，在灌注过程中，根据制品的外形尺寸，制品上分布有多根注胶管20和多个注胶口23；根据设定的叶片下壳体和上壳体的质量分布情况和实际过程中计算机反馈出来实际的质量分布情况进行对比，实时控制不同位置树脂的注入量，使叶片上壳体、叶片下壳体的质量分布与预设情况一致；
c、叶片上壳体、叶片下壳体灌注完成之后，计算机根据叶片上壳体、叶片下壳体、前缘腹板以及后缘腹板各自的质量分布情况模拟出最终叶片的质量分布状态，根据该状态的情况和预定的叶片质量分布情况对比，在叶片上壳体、叶片下壳体脱模之后在叶片的不同位置可进行额外的玻纤布补强，来调整整体的质量分布情况；
5）叶片合模及脱模处理：
使用结构胶19将步骤2）中所制备的前缘腹板、后缘腹板分别粘接在步骤4）中所制备的叶片下壳体上，并在其它粘接区域涂抹胶黏剂；翻转叶片上壳体模具，完成叶片上下壳体的粘接；叶片脱模前，根据计算机10上显示的腹板粘接后的叶片下壳体和叶片上壳体的质量分布情况进行模拟分析，预测合模粘接之后的叶片整体质量和质量分布情况，并与拟定的叶片质量分布情况进行对比；当出现模拟的叶片质量分布情况与拟定的叶片质量分布情况存在差异时，计算机计算出叶片上需要补强的位置和重量，在合模粘接之前使用玻纤布和树脂对叶片局部进行加强，调整叶片的质量分布情况；在叶片的前缘、后缘和腹板的粘接区域分布涂抹结构胶19，并通过机械翻转叶片模具，完成叶片的合模；叶片固化后进行脱模、切边，并根据脱模前的叶片质量分布情况进行叶片根部切割量的调整，完成最终叶片质量及质量分布的控制；叶片进行表面处理和涂层等工序，得到特定质量分布状态的叶片。

Claims (1)

1.一种控制风电叶片质量分布的风电叶片制备方法，其特征在于：所述风电叶片制备方法包括有叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备、大梁的制备以及叶片合模粘接成型；通过分别对叶片上壳体的制备、叶片下壳体的制备、前缘腹板的制备、后缘腹板的制备、大梁的制备及叶片合模粘接过程进行重量和质量分布的控制，从而完成对风电叶片质量分布的控制；
所述风电叶片制备方法的具体步骤如下：
1）叶片模具的准备：
在模具钢架（1）与叶片上壳体模具（17）之间、模具钢架（1）与叶片下壳体模具（15）之间、模具钢架（1）与前缘腹板模具（5）之间、模具钢架（1）与后缘腹板模具（7）之间、模具钢架（1）与上壳体大梁模具之间（13）、模具钢架（1）与下壳体大梁模具（11）之间分别设置重量传感器（4），所述的重量传感器（4）分布在模具与钢架的支撑连接支点上，并通过线缆连接至计算机（10），利用计算机（10）将实时的叶片壳体、大梁及腹板的重量信息进行收集，得出相应的质量分布情况；
2）腹板的生产：
a、分别在前缘腹板模具（5）和后缘腹板模具（7）上布置腹板用结构材料，然后建立真空系统；
b、使用树脂分别对前缘腹板（6）和后缘腹板（8）进行真空辅助灌注，在灌注过程中根据设定的前缘腹板（6）、后缘腹板（8）的质量分布情况和实际灌注过程中的实际质量分布情况进行对比，实时控制腹板不同位置的树脂注入量，达到控制腹板质量分布的目的；
c、前缘腹板（6）、后缘腹板（8）固化后进行脱模以及相应的处理，得到已知重量及重量分布的前缘腹板（6）、后缘腹板（8）；
3）大梁的制造
a、在大梁模具上进行大梁玻纤布的铺层，并布置相应的导流网、注胶管和抽气管，建立真空系统；
b、分别对叶片上壳体大梁（14）、叶片下壳体大梁（12）进行真空辅助灌注，根据设定的叶片上壳体大梁（14）、叶片下壳体大梁（12）的质量分布情况和实际灌注过程中的计算机反馈出来的大梁质量分布情况进行对比，实时控制不同位置的树脂注入量，使最终得到叶片上壳体大梁、叶片下壳体大梁的质量分布与预设的情况一致；
4）叶片上壳体和叶片下壳体的生产
a、分布在叶片上壳体模具（17）和叶片下壳体模具（15）上进行铺层，然后在制品表面布置导流网，注胶管及抽气管，建立真空系统；
b、分别对叶片上壳体（18）和叶片下壳体（16）进行灌注，根据设定的叶片上壳体和叶片下壳体的质量分布情况和实际过程中计算机反馈出来实际的质量分布情况进行对比，实时控制不同位置树脂的注入量，使叶片上壳体、叶片下壳体的质量分布与预设情况一致；
c、叶片上壳体（18）、叶片下壳体（16）灌注完成之后，计算机根据叶片上壳体（18）、叶片下壳体（16）、前缘腹板（6）、后缘腹板（8）以及大梁各自的质量分布情况模拟出最终叶片的质量分布状态，根据该状态的情况和预定的叶片质量分布情况对比，在叶片上壳体、叶片下壳体脱模之后在叶片的不同位置可进行额外的玻纤布补强，来调整整体的质量分布情况；
5）叶片合模及脱模处理：
将步骤2）中所制备的前缘腹板（6）、后缘腹板（8）分别粘接在步骤4）中所制备的叶片下壳体（16）上，并在其它粘接区域涂抹胶黏剂；翻转叶片上壳体模具（17），完成叶片上下壳体的粘接；叶片脱模前，根据叶片最终在模具上显示出来的质量分布情况，确定叶片在打孔阶段的根部端面切割量，从而得到预定质量分布的叶片。
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