CN109177241B - 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、高压蒸汽干燥、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,与聚氨酯芯、聚苯乙烯芯相比,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,重量差不超过10克的为一组叶片;
步骤13:检验、包装:将一组平衡后的叶片,经外形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-经编织物玻璃纤维,可以保证经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,与聚氨酯芯、聚苯乙烯芯相比,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:用专用钻模打根部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,重量差不超过10克的为一组叶片;
检验、包装:将一组平衡后的叶片,经外形检验合格后包装入库。
Claims (3)
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、高压蒸汽干燥、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:
步骤1:木材选料:精选上好的樟子松板材粘接作原料;
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;
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;
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∶7~7.5;而且在成型过程中,按0°、90°和±45°的铺层交替铺设;
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;
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:平衡检验和调整:按重量重心法平衡叶片,当重心一致,重量差不超过10克的为一组叶片;
步骤13:检验、包装:将一组平衡后的叶片,经外形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℃。
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