CN108943771A - 一种风电叶片叶根预制件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片叶根预制件的制造方法，包括如下步骤：在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，1‑4h后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，升高液体介质的温度至40‑60℃，4‑6h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为50‑70℃；对液体介质降温，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5‑20℃时，停止供应液体介质，脱模即得叶根预制件。本发明通过精确控制固化过程中通入叶根预制件模具内的液体介质的温度、时间以及保温层的设置时机，能够使整个树脂固化过程中的放热峰温度控制在50‑70℃，减小其固化过程中的内应力，达到控制其固化变形的目的。

Description

一种风电叶片叶根预制件的制造方法

技术领域

本发明属于风电设备技术领域，具体涉及一种风电叶片叶根预制件的制造方法。

背景技术

预埋螺栓套为风电叶片行业中普遍采用的技术之一，而预埋螺栓套技术在实施过程中存在预埋件端部易出现褶皱缺陷等问题，同时随着叶片技术的发展，叶片成型效率的提升成为不可忽视的问题，预埋螺栓套技术中包含预埋螺栓套、预埋楔形块，预埋填充块等大量零星部件的安装过程，耗时较长，因此便产生了叶根预制技术。

叶根预制技术是指风电叶片叶根单独成型，固化完成后再安装至叶片模具，完成叶片整体成型的一种技术。其中，预制叶根在真空灌注成型过程中，经历较高温度固化成型及冷却后，由于材料的热胀冷缩、基体树脂的化学反应收缩以及复合材料成型模具与复合材料在热膨胀系数上的显著差异等，使其在室温下的自由形状与预期的理想形状之间会产生一定程度的不一致，通常将这种不一致状态称为产品的固化变形。在叶片成型及后续叶片与轮毂的连接过程中，均对叶根预制件螺栓套的位置有较高的精度要求，而叶根预制件的固化变形会导致螺栓套相对位置发生变化，从而出现螺栓安装困难甚至因无法安装而导致叶根预制件或叶片的报废的情况；目前行业内对预制叶根固化变形的应对措施主要有两种思路，一是变形的叶根预制件在使用过程中使用机械外力调整至理论尺寸进行安装使用，二是调整叶根预制件模具的尺寸，使所制备叶根固化变形后与理论尺寸接近。第一种方式是对已经变形的叶根预制件进行尺寸调整，费时费力，调整尺寸后的叶根预制件其变形一致存在；第二种方式是通过改变预制叶根模具的尺寸，使所制备叶根固化变形后与理论尺寸接近，但因为成型过程中未对预制叶根成型过程中的固化变形进行控制，不同环境、不同时期生产的预制叶根变形量不完全一致，导致预制叶根的尺寸稳定性不高，这两种方式并没有从源头上解决叶根预制件的变形问题，不利于工业化生产。

专利申请号CN201510051294.5中在固化过程中先将模具升温至70-85℃，然后再降温至50-55℃，固化完成后空冷至室温；该方式是为了提高叶片灌注、固化等工序中的速率，因为温度升高会导致树脂粘度降低从而灌注速度加快，而前期的加热能促进树脂更快反应，缩短固化时间。其并没有考虑通过控制模具的温度来控制固化过程的放热峰温度以及叶根预制件内外表面的温差，从而叶根预制件的固化变形问题依然存在，导致螺栓安装困难甚至因无法安装而导致叶根预制件或叶片的报废的情况。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种风电叶片叶根预制件的制造方法。

本发明提供了一种风电叶片叶根预制件的制造方法，包括如下步骤：

1)将30-35℃的液体介质通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成1-4h后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，升高通入叶根预制件模具中的液体介质的温度至40-60℃，使叶根预制件模具升温，4-6h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为50-70℃；

3)对通入叶根预制件模具中的液体介质降温，控制降温速率使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5-20℃时，停止供应液体介质，脱模即得叶根预制件。

优选的，步骤1)所述叶根预制件模具包括叶根预制件模具本体和法兰。

优选的，步骤2)所述保温层的材料为棉被、保温棉、海绵中的一种或几种。

优选的，步骤1)所述液体介质为水或油。

优选的，步骤1)所述液体介质为水。

优选的，步骤3)所述降温的速率为3-12℃/h。

优选的，步骤3)所述的当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为15℃时，停止供应液体介质，脱模即得叶根预制件。

优选的，步骤2)的步骤为：真空灌注树脂完成2-3h后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，升高通入叶根预制件模具中的液体介质的温度至40-50℃，使叶根预制件模具升温，4-6h后树脂固化完成；整个树脂固化过程中的放热峰温度为50-60℃；

优选的，所述风电叶片叶根预制件的制造方法，包括如下步骤：

1)将30℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成2h后，在叶根预制件部件的上表面铺设棉被，升高通入叶根预制件模具中的水的温度至40℃，使叶根预制件模具升温，4h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为55℃；

3)对通入叶根预制件模具中的水降温，降温速率为3℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5℃时，停止供应水，脱模即得叶根预制件。

本发明所述叶根预制件内表面指的是上层纤维增强层的最后一层，叶根预制件外表面指的是贴着模具一层，也即下层纤维增强层的第一层。

本发明所述叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5-20℃，指的是叶根预制件内表面温度高于环境温度的数值为5-20。

本发明所述树脂固化过程中的放热峰温度指的是叶根预制件内表面的放热峰温度，此温度可使用温枪等仪器检测，而叶根预制件外表面因贴着模具，生产过程中无法直接检测，默认叶根预制件外表面温度与液体介质的温度一致。此处所述放热峰温度指的是固化过程中出现峰值的温度，也即固化过程中放热达到的最高温度。

本发明所述叶根预制件模具两侧开设有开口，叶根预制件模具内部设有贯穿的管路，使得液体介质能够在叶根预制件模具内循环流动，实现对叶根预制件模具的升温和降温。

本发明所述液体介质的升温和降温是在供应液体介质的设备中实现的，通过供应液体介质的设备能够实现液体介质在进入叶根预制件模具之前达到所需要的温度，并且实现液体介质在叶根预制件模具内循环流动。

本发明所述叶根预制件模具包括叶根预制件模具本体和法兰，叶根预制件模具本体和法兰均设置有管路，两者可分别控制升降温或可同步升降温。

本发明所述固化处理开始到脱模结束，一直循环在叶根预制件模具中流动有液体介质。

本发明所述在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，所述叶根预制件部件的铺设安装包括铺设纤维增强材料、预埋螺栓套、预埋楔形块、预埋填充块等，叶根预制件部件的铺设顺序为：下层纤维增强层，预埋螺栓套、预埋楔形块、预埋填充块等预埋组件，上层纤维增强层。与叶根预制件模具接触的为下层纤维增强层。

本发明所述叶片长度方向上可分为叶根和叶尖两部分。与风轮连接的部分可称为叶片叶根，远离叶根的部分可称为叶片叶尖。依据叶片设计的不同，叶片长度15m范围内也可以均称为叶根。

本发明所述树脂由环氧树脂和环氧树脂固化剂混合所得。

预埋螺栓套技术在实施过程中存在预埋件端部易出现褶皱缺陷等问题，并且预埋螺栓套技术中包含预埋螺栓套、预埋楔形块，预埋填充块等大量零星部件的安装过程，耗时较长，因此便产生了叶根预制技术。叶根预制技术是指在风电叶片成型的过程中，将叶根预制件部分单独预成型，后吊装至叶片壳体模具定位安装后完成叶片的整体成型。叶根预制件采用的工艺是真空灌注成型，需要经历较高温度固化成型及冷却，在这一过程中由于材料的热胀冷缩、基体树脂的化学反应收缩以及复合材料成型模具与复合材料在热膨胀系数上的显著差异等，使其在室温下的自由形状与预期的理想形状之间会产生一定程度的差异，出现固化变形，造成叶根预制件安装困难，甚至叶片报废的情况。现有技术中忽略了固化过程中叶根预制件内外表面的温差、叶根预制件内表面与环境的正温差以及固化过程中放热峰的温度对叶根预制件产品变形的影响，并且现有技术中脱模时通常是在50-60℃的较高温度下脱模，未考虑到最佳的脱模时机，因此得到的叶根预制件并没有完全解决产品固化变形的问题，叶根预制件安装比较困难，叶片报废，造成资源浪费。如专利申请号CN201510051294.5中在固化过程中先将模具升温至70-85℃，然后再降温至50-55℃，固化完成后空冷至室温；该方式是为了提高叶片灌注、固化等工序中的速率，因为温度升高会导致树脂粘度降低从而灌注速度加快，而前期的加热能促进树脂更快反应，缩短固化时间。其并没有考虑通过控制模具的温度来控制固化过程的放热峰温度以及叶根预制件内外表面的温差，从而叶根预制件的固化变形问题依然存在，导致螺栓安装困难甚至因无法安装而导致叶根预制件或叶片的报废的情况。

本发明的保温层设置时机是树脂在30-35℃下固化1-4h后，此时树脂固化已达到放热峰温度，放热减缓，温度不再升高，此时在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，能够保证叶根预制件内外表面温度一致或温差很小，因为此时的热源只有树脂本身放热，并且通过精确控制固化过程中通入叶根预制件模具内的液体介质的温度、时间以及保温层的设置时机，能够使整个树脂固化过程中的放热峰温度控制在50-70℃，减小其固化过程中的内应力，达到控制其固化变形的目的。保温层在目前叶片行业中是普遍采用的方式，目前叶根预制件生产过程中也会使用保温层保温，但是保温层的设置是在树脂开始固化之前，使用保温层的目的主要是通过保温控制树脂保持在一定的温度范围内进行固化，从而缩短固化时间，而不是为了控制叶根预制件内外表面的温差以及固化过程中的放热峰温度。本申请在树脂固化已达到放热峰温度后设置保温层能够保证叶根预制件内外表面温差在10℃以下，即叶根预制件外表面温度高于叶根预制件内表面温度的数值不超过10；而现有技术中在树脂开始固化之前设置保温层，叶根预制件内外表面温差高于20℃，此温差要高于本申请中叶根预制件内外表面温差，会使得固化过程的内应力加大，造成叶根预制件的固化变形。

本发明所述的叶根预制件模具在铺设安装叶根预制件部件和真空灌注树脂之前的温度为30-35℃，并且在真空灌注树脂完成后维持此温度1-4h，在这段时间树脂的固化速度较快，出现放热峰的温度为50-70℃，真空灌注树脂完成1-4h后，树脂固化速度减慢，此时在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，并且升高通入叶根预制件模具中的液体介质的温度至40-60℃，相当于对叶根预制件模具升温，加快了树脂固化的速度，液体介质维持在40-60℃的温度下4-6h后，树脂固化完成，本发明通过精确控制固化过程中通入叶根预制件模具内的液体介质的温度、时间以及保温层的设置时机，能够使整个固化过程中的放热峰温度控制在50-70℃，而现有技术中(如专利申请号CN201310398079.3)叶根预制件固化过程中的放热峰温度达到80-90℃，由此可见本发明叶根预制件固化过程中的放热峰温度减小，其固化过程中的内应力也得到降低，达到控制其固化变形的目的。

本发明在固化完成之后对通入叶根预制件模具中的液体介质降温，控制降温速率为3-12℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，可降低叶根预制件与环境热交换的速率，减小其固化过程中的内应力，达到控制其固化变形的目的。而现有技术中(如专利申请号CN201310398079.3)并没有控制模具的降温速率，其叶根预制件内表面温度与叶根预制件模具温度的温差达到30-40℃，会使得固化过程的内应力加大，造成叶根预制件的固化变形。

本发明的有益效果是：

1、本发明的保温层设置时机是树脂在30-35℃下固化1-4h后，此时树脂固化已达到放热峰温度，放热减缓，温度不再升高，此时在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，能够保证叶根预制件内外表面温度一致或温差很小，在10℃以下，因为此时的热源只有树脂本身放热，并且通过精确控制固化过程中通入叶根预制件模具内的液体介质的温度、时间以及保温层的设置时机，能够使整个树脂固化过程中的放热峰温度控制在50-70℃，减小其固化过程中的内应力，达到控制其固化变形的目的。

2、本发明所述的叶根预制件模具在铺设安装叶根预制件部件和真空灌注树脂之前的温度为30-35℃，并且在真空灌注树脂完成后维持此温度1-4h，然后在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，并且升高通入叶根预制件模具中的液体介质的温度至40-60℃，4-6h后树脂固化完成，本发明通过此种方式精确控制固化过程中通入叶根预制件模具内的液体介质的温度、时间以及保温层的设置时机，能够使整个固化过程中的放热峰温度控制在50-70℃。

3、本发明控制降温速率为3-12℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，可降低叶根预制件与环境热交换的速率，减小其固化过程中的内应力，达到控制其固化变形的目的。

4、本发明严格控制脱模的温度，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5-20℃，即可脱模，最终得到的叶根预制件与叶根预制件模具具有较高的匹配度，可较轻松在叶根预制件模具中完成叶根预制件的安装，避免了因固化变形而导致的叶根预制件安装困难、甚至报废等问题。

附图说明

图1为采用本发明的制造方法得到的叶根预制件的结构示意图。

其中，1本体，2螺栓套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。

实施例1

1)将30℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成2h后，在叶根预制件部件的上表面铺设棉被，升高通入叶根预制件模具中的水的温度至40℃，使叶根预制件模具升温，4h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为55℃；

3)对通入叶根预制件模具中的水降温，降温速率为3℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5℃时，停止供应水，脱模即得叶根预制件。

实施例2

1)将33℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成3h后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温棉，升高通入叶根预制件模具中的水的温度至50℃，使叶根预制件模具升温，5h后树脂固化完成；整个树脂固化过程中的放热峰温度为60℃；

3)对通入叶根预制件模具中的水降温，降温速率为8℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为15℃时，停止供应水，脱模即得叶根预制件。

实施例3

1)将35℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成4h后，在叶根预制件部件的上表面铺设海绵，升高通入叶根预制件模具中的水的温度至60℃，使叶根预制件模具升温，6h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为70℃；

3)对通入叶根预制件模具中的水降温，降温速率为12℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为20℃时，停止供应水，脱模即得叶根预制件。

对比例1

1)将33℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成后，立马在叶根预制件部件的上表面铺设保温棉，3h后升高通入叶根预制件模具中水的温度至50℃，使叶根预制件模具升温，5h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为75℃；

3)对通入叶根预制件模具中的水降温，降温速率为8℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为15℃时，停止供应水，脱模即得叶根预制件。

对比例2

1)将33℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温棉，升高通入叶根预制件模具中水的温度至70℃，保持35min后，然后对通入叶根预制件模具中的水降温至50℃，固化完成后，保持15min的供水时间，然后停止供应水，脱模即得叶根预制件；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为90℃。

对比例3

1)将33℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温棉，升高通入叶根预制件模具中的水的温度至50℃，使叶根预制件模具升温，5h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为83℃；

3)对通入叶根预制件模具中的水降温，降温速率为8℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为15℃时，停止供应水，脱模即得叶根预制件。

将实施例1-3和对比例1-3得到的叶根预制件和叶片模具进行安装，情况如下：实施例1、2和3得到的叶根预制件与叶片模具完全匹配，46根定位螺杆均可轻松安装；对比例1所得的46根定位螺杆中的40根可轻松安装，6根需对叶根尺寸调整后安装；对比例1所得的46根定位螺杆中约14根可轻松安装，32根需对叶根调整后安装；对比例3所得的46根定位螺杆中约20根可轻松安装，26根需对叶根调整后安装。

将实施例1-3得到的叶根预制件和叶片模具进行安装，以节距圆直径2300mm叶根预制件为例，测量模具法兰第1/46号孔的孔中心距为2298.5mm，实施例1所制造的叶根预制件第1/46号孔的孔中心距离为2298.5mm，与模具法兰完全匹配。实施例2所制造的叶根预制件第1/46号孔的孔中心距离为2298.0mm，实施例3所制造的叶根预制件第1/46号孔的孔中心距离为2297.5mm。由此说明实施例1制造的叶根预制件与模具法兰的匹配度最高，完全控制了其固化过程中的变形，是最优选的实施例。

从上述数据可知，采用本发明的制造方法得到叶根预制件与叶片模具的匹配度高，说明本发明通过精确控制固化过程中通入叶根预制件模具内的液体介质的温度、时间以及保温层的设置时机，能够使整个树脂固化过程中的放热峰温度控制在50-70℃，减小其固化过程中的内应力，达到控制其固化变形的目的，螺栓安装简单，叶根预制件和叶片产品的质量高。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将30-35℃的液体介质通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成1-4h后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，升高通入叶根预制件模具中的液体介质的温度至40-60℃，使叶根预制件模具升温，4-6h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为50-70℃；

3)对通入叶根预制件模具中的液体介质降温，控制降温速率使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5-20℃时，停止供应液体介质，脱模即得叶根预制件。

2.如权利要求1所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，步骤1)所述叶根预制件模具包括叶根预制件模具本体和法兰。

3.如权利要求1或2所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，步骤2)所述保温层的材料为棉被、保温棉、海绵中的一种或几种。

4.如权利要求1或2所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，步骤1)所述液体介质为水或油。

5.如权利要求1或2所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，步骤1)所述液体介质为水。

6.如权利要求1或2所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，步骤3)所述降温的速率为3-12℃/h。

7.如权利要求1或2所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，步骤3)所述的当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为15℃时，停止供应液体介质，脱模即得叶根预制件。

8.如权利要求1或2所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，所述步骤2)为：真空灌注树脂完成2-3h后，在叶根预制件部件的上表面铺设保温层，升高通入叶根预制件模具中的液体介质的温度至40-50℃，使叶根预制件模具升温，4-6h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为50-60℃。

9.如权利要求1或2所述的风电叶片叶根预制件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将30℃的水通入叶根预制件模具中，在叶根预制件模具上完成叶根预制件部件的铺设安装，真空灌注树脂，树脂开始固化；

2)真空灌注树脂完成2h后，在叶根预制件部件的上表面铺设棉被，升高通入叶根预制件模具中的水的温度至40℃，使叶根预制件模具升温，4h后树脂固化完成；控制整个树脂固化过程中的放热峰温度为55℃；

3)对通入叶根预制件模具中的水降温，降温速率为3℃/h，使叶根预制件模具温度与叶根预制件内表面温度的温差在10℃以下，当叶根预制件内表面温度与环境温度的正温差为5℃时，停止供应水，脱模即得叶根预制件。