CN107650397A - 叶片外补强的方法及风力发电机组叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种叶片外补强的方法及风力发电机组叶片，所述方法包括：预铺设多层玻纤布并将其缝制在一起；将缝制在一起的玻纤布层铺设到外补强区域并固定；对所述外补强区域进行抽真空，然后向所述玻纤布层注入树脂使树脂渗透到所述玻纤布层中并固化，其中，在注入树脂和树脂固化期间对外补强区域进行真空保压。该方法可提升外补强区域的强度，降低后期修补难度，确保叶片在运行期间不会出现开裂等现象。

Description

叶片外补强的方法及风力发电机组叶片
技术领域
本发明涉及风力发电领域，具体地说，本发明涉及一种用于对叶片进行补强的方法，特别是涉及一种叶片外补强的方法以及风力发电机组叶片。
背景技术
通常，风力发电机组的叶片分为上下两部分分别制作，然后通过结构胶将上下两部分进行粘接。在脱模后，需在叶片外表面以叶片粘接缝为中心手糊一定层数、幅宽的玻纤布进行外补强，以增强叶片上下两部分的连接强度，降低粘接区开裂风险，防止叶片在运行过程中因粘接区开裂失效。
目前的外补强工艺为手糊工艺成型，先使用手糊树脂将补强玻纤布逐层浸润，贴放在补强区，再使用刮板逐层赶刮布层，清除布层气泡、毛刺。但是，由于玻纤布是手糊的，会产生大量的气泡，虽然后期会刮除气泡，但是仍会有一些气泡残留在外补强区域内，进而会影响补强区域的强度，导致强度不足，这样，后期修型和维修难度会增大。此外，手糊区域不均匀，补强玻纤布的含胶量人为控制精度差，树脂浪费严重且补强强度不稳定，并且还会存在树脂流挂造成叶片表面大面积污染，且边沿区域易产生毛刺，影响补强外观及补强质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叶片外补强的方法，以提升外补强区域的强度，降低后期修补难度，确保叶片在运行期间不会出现开裂等现象。
本发明的目的在于提供一种风力发电机组叶片。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种对叶片进行外补强的方法，该方法包括：预铺设多层玻纤布并将其缝制在一起；将缝制在一起的玻纤布层铺设到外补强区域并固定；对所述外补强区域进行抽真空至预定真空度，然后向所述玻纤布层注入树脂使树脂渗透到所述玻纤布层中并固化，其中，在注入树脂和树脂固化期间对外补强区域进行真空保压。
优选地，所述方法还包括：在将所述玻纤布层铺设到所述外补强区域之前，清理叶片上的所述外补强区域，并使所述外补强区域形成密封且粗糙的表面。
优选地，清理所述外补强区域的操作包括：擦拭所述外补强区域，以消除污染物；在所述外补强区域涂刷手糊树脂或结构胶，并贴放脱模布，待所述手糊树脂或结构胶固化后，撕除所述脱膜布。
优选地，预铺设玻纤布的操作包括：按照玻纤布沿长度和宽度方向逐层缩小地叠加的方式铺设玻纤布，并使玻纤布在宽度方向上的中心线相重合，将所述中心线标记为缝制线进行缝制。
优选地，在铺设玻纤布期间，使所述缝制线与叶片的合模缝相对准，并按照所述外补强区域上的标记线定位所述玻纤布层，然后在所述玻纤布层上铺设脱模布以固定所述玻纤布层。
优选地，在将所述玻纤布层铺设到所述外补强区域之后，在所述玻纤布层上依次铺设导流网、注胶管，然后铺设抽气系统，以在所述外补强区域形成密封环境。
优选地，所述导流网在宽度方向上从下方开始向上大体上覆盖所述玻纤布层的2/3部分，并且所述导流网在长度方向上的两端处于所述玻纤布层的相应端部内侧且与其相距预定的距离。
优选地，所述导流网超出所述玻纤布层的下边缘，所述注胶管铺设在所述导流网的超出所述玻纤布层的下边缘的部分上。
优选地，在铺设所述导流网之前，在所述玻纤布层上还铺设多孔膜。
优选地，铺设抽气系统的操作包括：在所述玻纤布层的上方预定的距离处铺设抽气管，并在所述导流网和注胶管上铺设真空袋并固定。
优选地，所述注胶管为螺旋管，所述抽气管为螺旋管。
根据本发明的一方面，还提供了一种风力发电机组叶片，根据上述叶片外补强的方法制造。
通过上述提供的方法，在预先铺设且缝制玻纤布的情况下，有效杜绝了传统手糊工施工带来的补强玻纤布下滑、褶皱、错层不均匀等缺陷，并能够避免过多喷胶的使用。同时，通过真空灌注和固化树脂，可显著减少补强玻纤布层内气泡的产生以及毛刺等缺陷，从而降低后期维修工作量，并保证最后形成的玻璃钢的含胶量处于合理范围，同时可大幅提高玻纤布层的贴合强度，提高前后缘外补强区域的整体强度，从而避免在后期使用过程中因疲劳导致的气泡扩展，以及补强玻纤布与壳体剥离或者断裂等各种问题。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的玻纤布预先铺设和缝制的示意图；
图2是根据本发明的实施例的外补强区域铺设后的状态图；
图3是根据本发明的实施例的抽气和注胶状态的示意图；
图4是根据本发明的实施例的外补强的方法的流程图。
附图标记说明：
1：外补强区域，2：玻纤布层，3：脱模布，4：多孔膜，5：导流网，6：抽气管，7：真空袋，8：注胶管。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
风力发电机组的叶片在制造时，通常需要在合模之后于前后缘结构处的外表面上进行补强，以提高叶片在此处的结构强度，提高叶片上下两部分的连接强度，避免在风力发电机组运行期间发生开裂现象。叶片上在前后缘处进行补强的外补强区域1处于合模缝C周围，外补强区域1可长达数米，具体长度和宽度可根据叶片尺寸和风力发电机组的型号而确定。
因为在制造叶片壳时，可能在叶片的迎风面和背风面的结构胶粘接区域或叶片的表面上存在细小的孔洞等，为了确保在后续抽真空期间不发生漏气而实现保压的效果，所以在进行外补强之前，通常需要对叶片的外补强区域进行清理和密封处理，以清楚污染物并密封或填充这些可能会漏气的孔洞。具体地，可使用纱布将前、后缘处的外补强区域1及其周围区域表面擦拭干净，并使用酒精擦拭外补强区域的表面，清除污染物，然后在外补强区域1的表面上涂刷上手糊树脂或结构胶等材料，涂刷区域的厚度可为1-2mm。在涂刷完之后，可在涂刷区域覆盖上脱模布，该脱模布可以完全覆盖涂刷区域，以防止手糊树脂或结构胶流挂，使其在叶片表面上均匀分布。待手糊树脂或结构胶固化之后，可撕除脱模布，从而不仅密封了表面区域，并且还形成了粗糙表面，从而有助于提高后续铺设的玻纤布对叶片表面的附着度。
之后，可在经以上处理后的外补强区域上在长度和宽度方向上均做出标记线，以作为后续铺设玻纤布层的基准。具体地说，在宽度方向上，可从合模缝C向迎风面测量预定距离并在该处做标记。
在将玻纤布铺设到外补强区域之前，可预先将多层玻纤布叠加并缝制在一起，从而形成玻纤布层2，通常玻纤布可设置6-9层，最大的一个玻纤布的幅宽可在600mm左右。当然在满足补强强度要求的情况下，还可以设置其他的层数。
具体地说，可在适宜的工作台上，按照上下叠加的方式依次铺设好玻纤布，并且在铺设时，使玻纤布宽度方向上的中心线相重合。这些玻纤布的尺寸从下到上依次减小，也就是说，玻纤布从下到上逐层错开。在长度方向上，相邻的两个玻纤布的外边缘相互错开的距离可称为第一距离，在宽度方向上，相邻的两个玻纤布的外边缘相互错开的距离可称为第二距离，因为外补强区域的宽度要明显小于长度，因而在预先铺设玻纤布时，第一距离的值可大于第二距离的值。在一个实施例中，相邻玻纤布沿长度方向和宽度方向上的错层距离可在10-50mm的范围内。然后，可沿着玻纤布的宽度方向上的中心线进行缝制，可使用缝纫机或者针线手工缝制，具体可使用棉线或细纱线缝制，所形成的缝制线可用于后续玻纤布层的铺设，这样，玻纤布便被缝制为一体，形成玻纤布层2。通过预先铺设玻纤布可消除之前在外补强区域逐层铺设引起的补强工位时间浪费，缩减了补强工位时间，并且还能够确保玻纤布铺设错层均匀，并且因为事先缝制在一起便可在后续一次性地铺设到外补强区域，且不会出现错开等位置窜动问题，并消除了玻纤布在铺设时出现的错层不均匀引起的强度不均，并避免手糊时在玻纤布层内使用过多的喷胶而导致最后固化形成的玻璃钢强度不够等多种问题。另外，还可避免手工涂铺玻纤布时所形成的毛刺等缺陷，从而显著减少后期维修工作量。
需要说明的是，可在预先铺设并缝制完玻纤布之后，再对外补强区域进行处理，或者两种操作还可以同时进行，并不受限于以上描述的先后顺序。
接下来，便可将预先铺设且缝制在一起的玻纤布层2铺设到外补强区域。在铺设玻纤布层2时，可将玻纤布层2上的缝制线与前、后缘外补强区域处的合模缝C重合，并且以外补强区域上事先标记出的标记线作为参照，而在长度方向上，以外补强区域上事先标记的长度方向上的标记线作为基准进行定位。这样，玻纤布层2便可被铺设在外补强区域的预先设定的位置处，如图1所示。
然后在玻纤布层2上铺设一层脱模布3，该脱模布3可完全覆盖玻纤布层2，并且脱模布3的四周边缘超出玻纤布层2大约50-60mm。再利用喷胶将脱模布3固定在外补强区域，从而可利用脱模布3来固定玻纤布层2。当然，除此以外，还可以利用喷胶直接将玻纤布层2固定在叶片表面上。
之后，可铺设导流网5，可沿玻纤布层2的下边缘铺设导流网5，具体地，导流网5从玻纤布层2的下方开始向上地铺设到覆盖玻纤布层2的大约2/3部分，仅留出1/3的上部分未被覆盖。此外，导流网5的下边缘超出玻纤布层2的下边缘，超出的距离大约可为50-70mm，且导流网5长度方向上的两端处于玻纤布层2长度方向上的两端内侧，两者之间的间距可大约为30-50mm。导流网5的克重可为160-250g/m2。
在铺设完导流网5之后，可在导流网5的超出玻纤布层2的下边缘的部分上铺设注胶管8，也即，注胶管8铺设在导流网5的下边缘部分上，从而能够防止将注胶管直接铺设在玻纤布层2上而导致的玻纤布层压痕。注胶管8可设有多个注胶口，注胶口可沿玻纤布层2的长度方向均匀分布。注胶管8在注入树脂时，可将树脂注入到导流网5中，然后树脂通过导流网5流动到玻纤布层2上，然后缓慢渗入到玻纤布层2内。
通过使导流网5仅覆盖玻纤布层2的2/3部分，可在后续注入树脂时防止树脂在导流网5的边缘部分流动过快而形成包流，从而能够使树脂在导流网5上以大体上均匀的速率朝玻纤布层2上部流动，并且渗透到整个玻纤布层2内。
注胶管可具体地为螺旋管，从而能够以相对缓慢的速率向玻纤布层2注入树脂，避免使用传统的欧姆管过快注树脂而导致的树脂浪费。注胶管可连接有注胶管路，而注胶管路可连接到用于储存树脂的外部储液箱，以便向注胶管输送灌注树脂。
另外，为了在树脂最后固化形成玻璃钢之后便于撕除导流网5，可在铺设导流网5之前，在玻纤布层2上的脱模布3之上进一步铺设多孔膜4。多孔膜4上具有多个孔，从而不会妨碍树脂渗透到玻纤布层2内，且多孔膜4可仅铺设在导流网5所铺设的位置，以便于最后撕除导流网5。
在铺设完导流网5和注胶管之后，可铺设抽气系统，以在外补强区域处形成密封环境，从而进行注胶和固化操作。
可先在玻纤布层2的上方铺设抽气管6，该抽气管6与玻纤布层2不直接接触，而是相隔预定的距离，以避免将玻纤布层2内的树脂抽出。该抽气管6可与抽气管路连接，该抽气管路可连接到外部抽气泵，以在外补强区域形成真空环境。
为了防止抽气系统将注入的树脂抽出，还可以在抽气管6的抽气口处铺设一层隔离材料，以阻隔树脂。另外，还可以采用螺旋管形式的抽气管6，以通过控制抽气速率来防止抽出树脂。另外，还可以利用之前铺设的脱模布6，将抽气管6的抽气口部分处提升至玻纤布层2上空，大体上提升高度可为50-70mm。这样，仅外补强区域中的空气被抽气系统抽出，而有效防止注入到玻纤布层2上的树脂被抽气系统抽出导致的玻纤布层2发白、有气泡，并可避免在抽出树脂时导致的抽气系统堵塞等缺陷，进而可有效地保持玻纤布层内的树脂含量，确保最终形成的玻璃钢的强度。
随后可在外补强区域处铺设真空袋7，优选地，可铺设至少两层真空袋7，在本实施例中，可铺设两层真空袋7，以可靠地保持真空度持续一定时间。真空袋7可完全覆盖玻纤布层2、导流网5、注胶管、脱模布3和抽气管6。真空袋7可利用密封胶条固定住，两层真空袋7之间的密封胶条的间距可为20-30mm。
在铺设完抽气系统之后，便可进行抽气，并使得在外补强区域处达到预定的真空度并保压大约20分钟，以确保外补强区域确实处于密封状态，而不存在泄露的问题，从而可在注入树脂之后防止在玻纤布层2内形成气泡。例如，可抽真空至真空度变化在-0.002MPa之内，即，-0.098MPa～-0.1MPa，在这样的真空度范围下，可有效地避免抽气管6将注入的树脂抽出，确保玻纤布层的树脂含量。
在真空度大体上保持不变的情况下，便可灌注树脂。因外补强区域处于预定的真空度，因而可借助外补强区域与储存树脂的储液箱之间的压差经由注胶管将树脂输送到导流网5上，然后树脂在导流网5的导流作用下，流动到玻纤布层2上，并且沿着玻纤布层2向上方流动同时向玻纤布层2渗透。因为导流网5仅覆盖玻纤布层2的2/3部分，且长度方向上的两端距离玻纤布层2预定距离，所以树脂在导流网5的最外边缘位置处前锋速度会减小，同时能够避免树脂在边缘处流动过快而形成包流，从而有助于增加树脂向玻纤布层2的渗透，从而充分地浸透玻纤布层2。需要说明的是，在注入树脂的同时，抽气系统可同时执行抽气的操作，以确保外补强区域保持预定的真空度，防止外补强区域内部发生空气泄露而导致压强变化，进而防止树脂灌注速率变化而影响补强之后刚玻璃的强度不均等问题。
在预定量的树脂完全渗透到玻纤布层2内之后，在保持真空度的情况下，固化树脂。从而形成玻璃钢或者外补强层。之后，便可撤下抽气系统，以及导流网5、注胶管、多孔膜7和脱模布3等，从而完成外补强工艺。
通过预先敷设和缝制玻纤布，并利用抽气系统在外补强区域形成预定真空度的情况下进行灌注树脂和固化树脂的操作，可一次性地完成玻纤布层的铺设，节省铺设时间，显著提高效果，并有效防止人工涂糊树脂引起的玻纤布下滑、彼此相错窜动、褶皱、架空，并能避免固定玻纤布的喷胶残留过多而劣化强度，并且通过真空灌注和固化，确保了在注入树脂时周围环境不存在空气，从而能够使树脂均匀地渗入到玻纤布层内，并显著减少玻纤布层产生的气泡、毛刺等缺陷，从而降低后期清理或维修工作量，并防止疲劳导致的气泡扩展而引起的质量缺陷，并可减少树脂灌注和渗透的时间，进而减少补强工位的时间。
另外，通过真空灌注成型可大幅提高玻纤布和叶片壳的内表面的贴合强度，提高前、后缘外补强区域的整体强度，从而避免叶片在后期使用过程中出现补强玻纤布与叶片壳剥离或者断裂等问题。
除此以外，此灌注方法可广泛使用于不同长度预埋或打孔型叶片的前、后缘外补强灌注。
本发明还保护使用上述外补强方法制造的风力发电机组叶片。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种叶片外补强的方法，其特征在于，所述方法包括：
预铺设多层玻纤布并将其缝制在一起；
将缝制在一起的玻纤布层(2)铺设到外补强区域(1)并固定；
对所述外补强区域(1)进行抽真空，然后向所述玻纤布层(2)注入树脂使树脂渗透到所述玻纤布层(2)中并固化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在将所述玻纤布层(2)铺设到所述外补强区域(1)之前，清理叶片上的所述外补强区域(1)，并使所述外补强区域(1)形成密封且粗糙的表面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，清理所述外补强区域(1)的操作包括：擦拭所述外补强区域(1)，以消除污染物；在所述外补强区域(1)涂刷手糊树脂或结构胶，并贴放脱模布(3)，待所述手糊树脂或结构胶固化后，撕除所述脱膜布(3)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预铺设玻纤布的操作包括：按照玻纤布沿长度和宽度方向逐层缩小地叠加的方式铺设玻纤布，并使玻纤布在宽度方向上的中心线相重合，将所述中心线标记为缝制线进行缝制。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在铺设玻纤布期间，使所述缝制线与叶片的合模缝(C)相对准，并按照所述外补强区域(1)上的标记线定位所述玻纤布层(2)，然后在所述玻纤布层(2)上铺设脱模布以固定所述玻纤布层(2)。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述玻纤布层(2)铺设到所述外补强区域(1)之后，在所述玻纤布层(2)上依次铺设导流网(5)、注胶管(8)，然后铺设抽气系统，以在所述外补强区域(1)形成密封环境。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述导流网(5)在宽度方向上从下方开始向上大体上覆盖所述玻纤布层(2)的2/3部分，并且所述导流网(5)在长度方向上的两端处于所述玻纤布层(2)的相应端部内侧且与其相距预定的距离。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述导流网(5)超出所述玻纤布层(2)的下边缘，所述注胶管(8)铺设在所述导流网(5)的超出所述玻纤布层(2)的下边缘的部分上。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在铺设所述导流网(5)之前，在所述玻纤布层(2)上还铺设多孔膜(4)。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，铺设抽气系统的操作包括：在所述玻纤布层(2)的上方预定的距离处铺设抽气管(6)，并在所述导流网(5)和注胶管(8)上铺设真空袋(7)并固定。
11.一种风力发电机组叶片，根据权利要求1至10中任一项所述的叶片外补强的方法制造。
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