CN109177241A - 一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片制作工艺，步骤依次为：选料、高压蒸气干燥、下料、叶片主体铣削加工、蒙皮、叶片干燥、修型、打磨、打孔、喷漆、平衡检验、检验包装。采用本发明优点在于：1.有效地减轻叶片重量，延长使用寿命，选用S‑玻璃纤维径编织物连续交替铺设，最大限度发挥增强纤维的效能，提高叶片强度和刚度。2.节省建模和成型复杂工序，减少各种工装设备，使加工制造过程简便。3.采用数控铣床一次加工翼型截面成型，成型效率高，易于保证产品质量，加快叶片制作工期。4.木芯叶片是易于回收的环保型材料，与聚胺脂、聚苯乙稀芯相比，不产生污染，是批量产业化生产最为环保的材料。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电机叶片，特别指一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片制作工艺。
背景技术
风力发电机作为一种绿色能源有着改善能源结构、经济环保等方面的优势，也是未来能源电力发展的一个趋势。叶轮是风力发电机最重要、最昂贵的部件，单个部件约占整个风力发电机成本的20％，而叶轮的关键则是叶片。风力发电机是一种将风能转化为机械能，再由机械能转化为电能的机组和系统，要获得较大的风力发电功率，其关键在于要具有能轻快旋转的叶片。所以，风力发电机叶片制作技术是风力发电机组的核心技术。首先，叶片的外形决定了整个机组的空气动力性能，一个具有良好空气动力外形的叶片，可以使机组的能量转换效率更高，获得更多的风能；其次，叶片又承受着很大的载荷(风力和质量力)，自然界中的风况复杂多变，叶片上承载的载荷较复杂，所以对叶片要求必须具有足够的强度和刚度。
由此可见，叶片的材料、结构和制作工艺是非常关键的。材料和结构保证叶片的强度和刚度，并且重量要轻，还要有规范、简易的制作工艺和方法，保证能够做出带有复杂的外形、符合空气动力学原理的外形的叶片构件，并且有效地降低叶片制作成本。
目前，在制作中小型风力发电机叶片中，大多使用木材、合金钢和铝合金、纤维增强复合材料、玻璃钢、碳纤维等复合材料。实践证明，除木材外，其他合金钢和铝合金、玻璃钢、碳纤维等复合材料制成的风力发电机叶片存在着制造工艺复杂，成型工艺繁琐，需要建模，对模型加工和操作的技术条件要求高，价格昂贵，增加了风力发电机制造成本，例如玻璃钢叶片制作是：先加工上下模具，在上下模具上涂脱模剂，再一层一层地粘贴玻璃纤维布，然后放置泡沫芯，再上下合模，加热定型。如合模不好，容易出现涨箱、空穴(缺少树脂)等缺陷。中小型风力发电机主要用户是离网家庭使用，所以，如何减轻叶片重量，延长使用寿命，降低造价成本是今后制作中小型风力发电机中叶片的发展趋势。
发明内容
本发明目的是提供一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片制作工艺，这种制作工艺从选材到加工工艺，达到制作叶片重量轻、使用寿命长、加工制造过程简便之目的。
本发明通过如下方式实现：一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片制作工艺，主要包括木材选料、原料干燥、下料、木芯叶片主体铣削加工、蒙皮、叶片干燥、修型、打磨、打孔、喷漆、平衡检验、成品检验包装。
所述一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片制作工艺，采用以下技术方案：
步骤1：木材选料：精选上好的樟子松板材粘接作原料，要求板材上的每个节子直径小于2cm，裂纹长度不超过10cm；
步骤2：原料干燥：高压蒸汽干燥，要求成品水分小于10％；
步骤3：下料：按图纸长度、宽度尺寸下料，其厚度要考虑铣削加工的加工余量；
步骤4：木芯叶片主体翼型截面数控铣床铣削加工；
包括：制作叶片A面凹形模具、铣削叶片A面和铣削叶片B面；
具体操作如下：
a.制作叶片A面凹形模具：用铝合金材料，按叶片A面加工出凹形模具，其用途是装卡固定叶片半成品，以便加工B面；
b.铣削叶片A面：首先，根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将原料放置在专用三维数控铣床上，必须沿长度方向按输入的翼型面程序放置，通过真空负压吸合在工作台上，先铣削A面，本发明工序可同时加工3～5个叶片；
c.铣削B面：同上，首先，根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将铣削过A面半成品叶片放在凹形A面模具上，通过真空负压吸合在模具上，铣削B面；
步骤5：堵塞叶根：即用环氧树脂将白碳灰和锯末一起调和，堵塞叶根连接预制孔，以防止成品出厂后水汽进入孔内。
步骤6：蒙皮：所述蒙皮材料是由厚度δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维和厚度为δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维组成。
在铣削好的木芯叶片表面，连续包裹粘贴S-玻璃纤维布，具体操作如下：
a.在木芯叶片毛坯上刷环氧树脂，在环氧树脂内加入固化剂，固化剂与环氧树脂比例为1∶3；
b.先用厚度δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维按45°方向交叉粘两层，叶片根部粘3层；
c.再用厚度δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维连续缠绕叶片粘贴一层，每层先刷匀环氧树脂，在环氧树脂内加入固化剂，固化剂与环氧树脂比例为1∶7，在成型过程中，按0°、90°和±45°的方向连续交替铺设玻璃纤维布；
步骤7：干燥叶片：将粘好的叶片吊在专用夹具上进行干燥，夏季无需加热，冬季放入通风暖房干燥，干燥温度60～80℃；
步骤8：修型：去掉多余布边；
步骤9：打磨：用角磨机打磨叶片光滑为止；
步骤10：打孔：用专用钻模打叶片联接孔；
步骤11：喷漆：喷双组份环氧白漆并干燥；
步骤12：平衡检验：按重量重心法平衡叶片，当重心一致，重量不超过10克的为一组叶片；
步骤13：检验、包装：将一组平衡后的叶片，经外型检验合格后包装入库。
本发明的优点在于：1.叶片重量轻，使用寿命长。由于选用S-径编织物玻璃纤维，可以保证径向纤维处于伸直状态，在受力时不受剪切作用，从而最大限度发挥增强纤维的效能；而且在成型过程中，玻璃纤维按0°、90°和±45°方向交替连续缠绕，可承受扭矩和剪力，更增强了叶片强度和刚度，保证布层在运行时不开裂，叶片运行平稳，实验证明，其强度和刚度比聚苯乙稀叶片高。2.成型容易。加工制造过程简便，投资小，节省制模复杂工序和时间，与玻璃钢叶片制作工艺相比，本发明减少上下模具的建模、制模、涂脱模剂、一层层粘贴玻璃纤维布、安装泡沫芯、上下合模、加热定型等工序，大大减少各种工装设备及投资，加快叶片制作工期，提高生产率。3.可按翼型截面由数控铣床一次加工成型，成型效率高，易于保证产品质量，废品率低。4.玻璃纤维(GF)是风机叶片上广泛使用的增强材料。本发明采用S-玻璃纤维，成本较低，与现有树脂匹配良好，工艺成熟，经过改进的S-玻璃纤维比E-玻璃纤维有更高的强度和模量，具有良好的发展前景。5.木芯叶片是易于回收的环保型材料，与聚胺脂芯、聚苯乙稀芯相比，不产生污染，是大批量产业化生产最为环保的材料。6.本发明可在50W～20000W各种中小型风力发电机叶片制作中应用。
附图说明
图1一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片主视图。
图2一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片侧视图。
图3一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片截面翼形示意图。
图4木芯玻璃钢叶片截面A、B面示意图(图中F-F为A和B面分界面)。
图例说明
1木芯叶片 2蒙皮 3连接孔 4根部
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对本发明做一详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为明确的界定。
如图1-图4所示，一种小型风力发电机木芯玻璃钢叶片制作工艺，步骤依次为：
木材选料：木芯叶片1，精选上好的樟子松板材粘接作原料，要求板材上的每个节子直径小于2cm，裂纹长度不超过10cm；
原料干燥：高压蒸汽干燥，要求成品水分小于10％；
下料：按图纸长度、宽度尺寸下料，其厚度要考虑铣削加工的加工余量；
如图3、图4所示，木芯叶片1主体翼型截面数控铣床铣削加工；
包括：制作叶片A面凹形模具、铣削叶片A面和铣削叶片B面；
具体操作如下：
a.加工叶片A面凹形模具：用铝合金材料，按叶片A面翼型截面加工出凹形模具；
b.铣削叶片A面：首先根据图3中所示的设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将原料放置在专用三维数控铣床上，必须沿长度方向按输入的翼型面程序放置，利用真空负压吸合在工作台上，先铣削A面，可以同时加工3～5个叶片。
c.铣削B面：同上，首先，根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心。将铣削过A面放在凹形A面模具上，利用真空负压吸合在模具上，铣削B面；
堵塞根部4上的连接孔3：即用环氧树脂将白碳灰和锯末一起调和，堵塞叶根连接孔3，以防止成品出厂后水汽进入孔内。
蒙皮：所述蒙皮2由厚度为δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维布、厚度为δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维布组成。在铣削好的木芯叶片表面，包裹粘贴S-玻璃纤维布，具体操作如下：
a.在木芯叶片1的毛坯上刷环氧树脂，在环氧树脂内加入固化剂，固化剂与环氧树脂比例为1∶3；
b.用厚度δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维45°方向交叉粘两层，根部粘3层；
c.再用厚度δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维连续缠绕叶片粘贴一层，每层先刷匀环氧树脂，在环氧树脂内加入固化剂，固化剂与环氧树脂比例为1∶7；在成型过程中，按0°、90°和±45°的方向交替铺设玻璃纤维布；
干燥叶片：将粘好的叶片吊在专用夹具上干燥，夏季无需加热，冬季放入通风暖房干燥，干燥温度60～80℃；
修型：去掉多余布边；
打磨：用角磨机打磨叶片光滑为止；
打孔：用专用钻模打叶根4连接孔3；
喷漆：喷双组份环氧白漆并干燥；
平衡检验：按重量重心法平衡叶片，当重心一致，重量不超过10克的为一组叶片；
检验、包装：将一组平衡后的叶片，经外型检验合格后包装入库。
Claims (4)
1.一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片制作工艺，包括如下工艺过程：木芯叶片选料、高压气蒸干燥、下料、木芯叶片主体翼型截面铣削加工、蒙皮、叶片干燥、修型、打磨、打孔、喷漆、平衡检验和调整、检验包装，其特征在于：
所述步骤1：木材选料：精选上好的樟子松板材粘接作原料；
所述步骤2：原料干燥：高压蒸汽干燥，要求成品水分小于10％；
所述步骤3：下料：按图纸长度、宽度尺寸下料，其厚度要考虑铣削加工的加工余量；
所述步骤4：木芯叶片数控铣床铣削工序，具体包括：
a.加工制作木芯叶片的A面凹形模具：用铝合金材料，按叶片A面翼型截面加工出凹形模具；
b.铣削木芯叶片的A面：首先根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心，将木芯叶片原料放置在专用三维数控铣床上，必须沿长度方向按输入的翼型截面程序放置，利用真空负压吸合在工作台上，先铣削出A面，该工序可同时加工3～5个叶片；
c.铣削木芯叶片的B面：同上，首先根据设计理论设计出符合翼型截面要求的叶片，利用Pro/E三维建模软件建立叶片的三维实体模型，利用Mastercam数控仿真软件进行加工仿真并生成数控代码，然后将数控代码传输至数控加工中心，将铣削过A面半成品叶片放在凹形A面模具上，利用真空负压吸合在模具上，铣削B面；
所述步骤5：堵塞叶根：即用环氧树脂将白碳灰和锯沫一起调和，堵塞叶根连接预制孔，以防止成品出厂后水汽进入孔内；
所述步骤6：蒙皮：所述蒙皮是由厚度δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维和厚度为δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维组成；
在铣削好的木芯叶片表面，连续包裹粘贴上述S-玻璃纤维，具体操作如下：
a.先在木芯叶片毛坯上刷环氧树脂，在环氧树脂内加入固化剂，固化剂与环氧树脂比例为1∶3～3.5；
b.用厚度δ＝0.14mm无硷斜纹S-玻璃纤维按45°方向交叉粘两层，叶片根部粘3层；
c.再将厚度δ＝0.1mm无硷平纹S-玻璃纤维连续缠绕叶片粘贴-层，每层先刷匀环氧树脂，在环氧树脂内加入固化剂，固化剂与环氧树脂比例为1∶7～7.5；而且在成型过程中，按0°、90°和±45°的铺层交替铺设；
所述步骤7：干燥叶片：将粘好的叶片吊在专用夹具上进行干燥，夏季无需加热，冬季放入通风暖房干燥；
所述步骤8：修型：去掉多余布边；
所述步骤9：打磨：用角磨机打磨叶片光滑为止；
所述步骤10：打孔：用专用钻模打叶片联接孔；
所述步骤11：喷漆：喷双组份环氧白漆并干燥；
所述步骤12：平衡检验和调整：按重量重心法平衡叶片，当重心一致，重量不超过10克的为一组叶片；
所述步骤13：检验、包装：将一组平衡后的叶片，经外型检验合格后包装入库。
2.如权利要求1所述的一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片制作工艺，其特征在于：所述步骤1叶片木材选料，要求板材上的节子直径小于2cm，裂纹长度不超过10cm。
3.如权利要求1所述的一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片制作工艺，其特征在于：所述步骤7叶片干燥冬季放入通风暖房干燥，干燥温度为60～80℃。
4.如权利要求1所述的一种小型风力发电机木芯玻璃纤维叶片制作工艺，其特征在于：所述步骤12叶片平衡检验和调整，按重量重心法平衡叶片，当重心一致，重量不超过10克的为一组叶片。
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2018
- 2018-08-15 CN CN201810937597.0A patent/CN109177241B/zh active Active
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Denomination of invention: A manufacturing process for small wind turbine wood core fiberglass blades Granted publication date: 20201030 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Hohhot Branch Pledgor: HOHHOT BOYANG RENEWABLE ENERGY CO.,LTD. Registration number: Y2024980038675 |
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