CN109291468B - 低风速风电叶片局部加强方法、加强预制体及风电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低风速风电叶片局部加强方法，该方法以风电叶片外表面局部位置作为模具，制备随形的加强预制体，然后将所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上。本发明还公开了一种低风速风电叶片加强预制体，所述预制体为以风电叶片外表面局部位置作为模具、采用真空袋干法灌注工艺或真空袋湿法工艺制备的随形的加强预制体，所述随形的加强预制体为一个或相互错层搭接的多个。本发明还公开了一种低风速风电机组，包括叶片，所述叶片局部位置粘接有上述的加强预制体。本发明的加强方法操作简单、效率高、性能优异，适用于风场叶片局部区域的快速加强，特别适用于具有相同局部加强区域的批量叶片的快速加强，适于推广应用。

Description

低风速风电叶片局部加强方法、加强预制体及风电机组

技术领域

本发明涉及风电叶片维护领域，特别是涉及一种低风速风电叶片局部加强方法、加强预制体及风电机组。

背景技术

我国低风速风资源比较广阔，因此开发适于低风速资源的风电机组是我国风电发展的重点方向之一。在这类风电机组中，低风速复合材料风电叶片是其有效捕获低风速风能的关键部件之一。风电叶片运行环境复杂。当风电叶片运行时，叶片局部薄弱的区域在运行中会受到风载等多重载荷作用时会产生应力集中现象，长期下去会导致局部破坏失效，影响叶片整体性能。因此对叶片局部薄弱部分尤其是风场运行的叶片的局部薄弱部分进行加强具有重要意义。目前对于风场叶片局部补强方法主要为手糊补强方法。手糊补强树脂含量不容易控制，孔隙率高，补强强度低，且现有方法不是界面结合性差就是操作复杂，难以满足强度及效率要求。

CN102627011专利公开了一种叶片的补强和修复方法。该方法通过采用乙烯基树脂手糊工艺对叶片外补强及包括风场外的待修补区域进行补强和修复。该方法由于乙烯基树脂通常与叶片环氧树脂体系结合的界面性能较差，会导致后续补强效果不能满足要求。

CN105196575专利公开了一种用于风力发电机组叶片的维修方法。该方法是首先需要将缺陷区域切割下来，然后对切割部分进行处理，最后通过手糊工艺完成固定及补强。由于叶片外形复杂，局部切割对操作要求高且容易对其他区域造成损伤。另整个操作过程比较复杂，难以满足效率要求。且该方法仅适用于已出现缺陷部分的维修和加强。

由此可见，上述现有的风电叶片在维护上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种操作简单、效率高、性能优异的低风速风电叶片局部快速加强方法，成为当前业界亟需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种操作简单、效率高、性能优异的低风速风电叶片局部快速加强方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低风速风电叶片局部加强方法，以风电叶片外表面局部位置作为模具，制备随形的加强预制体，然后将所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上。

作为本发明进一步地改进，采用真空袋干法灌注工艺或真空袋湿法工艺制备所述随形的加强预制体。

进一步地，所述加强预制体为相互对接的多个，加强预制体的对接端采用错层的铺层结构，相邻的加强预制体之间通过错层的铺层结构进行相互搭接。

进一步地，在采用真空袋干法灌注工艺或真空袋湿法工艺制备所述随形的加强预制体时，所述作为模具的风电叶片外表面与加强预制体的铺层之间设置脱模布。

进一步地，所述真空袋干法灌注工艺制备随形的加强预制体的步骤包括：S11、将作为模具的叶片操作区域清理干净，并沿四周扩大50-150mm；

S12、在操作区域外围贴一圈密封胶，操作区域内依次涂抹脱模剂，铺覆一层隔离膜、脱模布；进行错层、铺层；铺层结束后，依次在铺层上铺设脱模布、隔离膜、导流网；粘结真空袋膜、插接抽气管和进胶管，采用真空辅助成型工艺将环氧树脂体系导入到预制体中；

S13、65-75℃、5-7小时加热固化；

S14、经检验确认表面邵氏硬度≥70，脱模撕去真空袋膜，保留其它辅材，将加强预制体成套做好标记；将加强预制体按对接缝进行拆分取下。

进一步地，所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上时，在加强预制体中部使用绑带将其固定在叶片表面，在所述绑带与加强预制体之间填塞或不填塞固体，直至粘结剂固化完成后取下绑带。

进一步地，将所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上后，通过湿法袋压方法增强加强预制体的外周轮廓及对接部位。

进一步地，将所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上的步骤包括：

S21、打磨叶片表面油漆腻子至外蒙皮层，打磨区域，并沿四周扩大50-150mm，清理干净操作区域；

S22、按照顺序将加强预制体粘接起来：选取首先需要铺设的加强预制体，试贴随型后记录加强预制体在叶片上的固定位置，将该加强预制体粘接面及对接缝处的脱模布撕除，其余地方不撕除，然后在叶片粘接区域表面均匀地涂抹3mm±2mm厚的粘接剂；将该加强预制体对准标记位置，粘贴在叶片表面；然后使用同样方法按顺序将其他加强预制体依次粘贴；

S23、在加强预制体中部使用绑带将加强预制体固定在叶片表面；加热65-75℃、4-6小时，等待粘接剂固化完成后，撕除表面辅材及绑带；

S24、将加强预制体对接处及外轮廓区域湿法袋压2层双轴布，常温固化至表面可以打磨成粉状或加热固化至表面邵氏硬度≥70；最后进行表面处理。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种可用于低风速风电叶片局部快速加强的一种低风速风电叶片加强预制体，使其加强操作简单、效率高、性能优异。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低风速风电叶片加强预制体，为以风电叶片外表面局部位置作为模具、采用真空袋干法灌注工艺或真空袋湿法工艺制备的随形的加强预制体，所述随形的加强预制体为一个或相互错层搭接的多个。

本发明要解决的第三个技术问题是提供一种低风速风电机组，使其经长期运行后的叶片薄弱部位或损伤部位能得到快速加强，加强操作简单、效率高、性能优异。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种低风速风电机组，包括叶片，所述叶片局部位置粘接有上述的加强预制体。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：

1、加强预制体的制备及应用，与传统的方法相比，具有操作简单、补强效率高、性能优异等特点。

2、采用成熟的真空袋干法灌注工艺或真空袋湿法工艺制备随形的加强预制体，尤其是采用真空袋干法灌注工艺，制备方法简单、效率高。

3、将加强预制体分成多个，方便后期安装，相邻的加强预制体之间通过错层的铺层结构进行相互搭接，该种结构设置，使搭接处更牢固，错层结合更紧密。

4、在加强预制体的内表面(作为模具的风电叶片外表面与加强预制体的铺层之间)设置脱模布，可以保证其内表面具有一定的粗糙度，便于粘接。

5、在粘接过程中采用绑带设计或绑带加塞木块等固体的设置，可保持对加强预制体的挤压力，有利于粘接。

6、湿法袋压法的应用，有利于补强内气泡排出和保证补强性能。

7、本发明适用于风场叶片局部区域的快速加强；另如果风场叶片需要加强的区域有裂纹或其他需要修补的缺陷，也可在常规方法打磨修补后，按照上述方法进行加强；特别适用于具有相同局部加强区域的批量叶片的快速加强。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的低风速风电叶片局部加强方法流程图；

图2是加强预制体的制备流程图；

图3是本发明一实施例中加强预制体的错层、铺层结构示意图。

图4是加强预制体风场加强粘接阶段流程图；

图5是PS面和SS面加强预制体的粘接示意图；

图6是PS面(A)和SS面(B)加强预制体整体粘接示意图；

图7是PS面(A)和SS面(B)绑带固定示意图。

具体实施方式

以下通过具体实例对本发明的技术方案做进一步的详细说明，但不构成对本专利的限制或约束。以下实施例所用的各种原料均可以通过商业途径获得。

如图1、3所示，本实施例提供了一种低风速风电叶片局部加强方法，以风电叶片1外表面局部位置作为模具，制备随形的加强预制体2，然后将所述加强预制体2粘接到待加强的风电叶片上。其中，随形的加强预制体小于叶片表面积的1/2，其属于局部加强。现有技术中的局部加强补强方法均是直接在风场的叶片表面进行处理，本发明通过事先工厂预制，以出厂前的、或是与风场叶片同类型的叶片作为模具，制备随形的加强预制体，在风场的叶片运行一段时间之后出现薄弱区域或是破损(裂缝或孔洞等)区域，直接采用对应的加强预制体即可实现快速补强。

本实施例对上述随形的加强预制体的制备过程进行详细展开描述。如图2所示，包括如下步骤：

S11、将作为模具的叶片操作区域清理干净，并沿四周扩大50-150mm,优选100mm；

通过该步骤可为真空袋干法灌注工艺进行前期准备。

S12、真空袋干法灌注工艺，进行铺层及灌注等工艺；

在该步骤中，作为优选地，可在作为模具的风电叶片外表面与加强预制体的铺层之间设置脱模布。脱模布的设置可在脱模布撕开后在加强预制体的外表面形成粗糙表面，利于后期的粘接。

在该步骤中，作为优选地，上述加强预制体为相互对接的多个，多个的设置可避免仅设置一个大尺寸的加强预制体后期安装不便的问题；当采用多个时，作为优选的方式，加强预制体的对接端采用错层的铺层结构，相邻的加强预制体之间通过错层的铺层结构进行相互搭接，该种结构设置，使搭接处更牢固，错层结合更紧密。当为多个时，优选地，脱模布还可布置在多个加强预制体的接缝处，进一步增加接缝处的粗糙度及方便多个加强预制体同时制备时的相互隔离。

具体步骤为：在操作区域外围贴一圈密封胶，操作区域内依次涂抹脱模剂，铺覆一层隔离膜、脱模布；并按照图3的铺层所示要求进行铺层6层E-3AX-1215-7/2.5/2.5-(0°/-30°/30°)；其中弦长方向和长度方向错层如图3所示，如可在叶根方向每层错层50mm,叶尖方向每层错层100mm，前缘方向每层错层30mm。铺层结束后，依次在玻纤布上铺设脱模布、隔离膜、导流网；粘结真空袋膜、插接抽气管和进胶管，采用真空辅助成型工艺将035C+037H环氧树脂体系导入到加强预制体中；

上述步骤是采用真空袋干法灌注工艺进行灌注，为了实现以现有风电叶片局部为模具制备加强预制体还可以采用常规的真空袋湿法工艺，即采用手糊并按照预设铺层方式铺设后真空袋压成型。

S13、加热65-75℃，优选70℃5-7小时。

通过加热可将树脂固化，形成成型的预制体。

S14、经检验确认表面邵氏硬度≥70后，脱模撕去真空袋膜，保留其它辅材，将加强预制体成套做好标记；将加强预制体按对接缝进行拆分取下。

制备好加强预制体之后，可根据风场叶片的情况对其进行加强，当然，可以在出厂前事先预制批量的加强预制体，也可在发现风场叶片出现薄弱区域或受损区域后再在工厂制备加强预制体。

在风场加强阶段，优选地，配合图7所示，加强预制体粘接到待加强的风电叶片上时，在加强预制体中部使用绑带4将其固定在叶片表面，在绑带与加强预制体之间还可填塞木块等固体，直至粘结剂固化完成后取下绑带。绑带及填塞物的设计，可以将加强预制体在粘结剂固化之前，更好的固定在叶片表面。

作为优选地，将加强预制体粘接到待加强的风电叶片上后，通过湿法袋压方法增强加强预制体的外周轮廓及对接部位，通过湿法袋压方法有利于补强内气泡排出和保证补强性能。

具体地，将加强预制体粘接到待加强的风电叶片上的步骤如图4所示，包括：

S21、对叶片需要加强的部分进行打磨，打磨掉叶片表面油漆腻子至外蒙皮层，打磨区域，并沿四周扩大50-150mm，优选100mm。操作区域处理。清理干净操作区域,清理干净操作区域，保证操作区粗糙、清洁、无粉尘等杂物，确认操作区清洁无异物。

上述步骤可为与加强预制体的粘接提供粗糙、干净的表面。

S22、按照顺序将加强预制体粘接起来：配合图5所示，选取首先需要铺设的加强预制体，如加强预制体21或22，试贴随型后记录加强预制体在叶片上的固定位置，将该加强预制体粘接面及对接缝处的脱模布撕除，其余地方不撕除，然后在叶片粘接区域表面均匀地涂抹3mm±2mm厚的粘接剂3；将该加强预制体对准标记位置，粘贴在叶片表面，从先粘贴预制件上部，沿叶片慢慢往下粘接，边粘接边将预制件与叶片压实，最后粘接至预制件下部，使用橡胶锤敲击预制件，使之粘接更牢固；然后，配合图6所示，使用同样方法按顺序将PS面的加强预制体23、25、27，SS面的加强预制体24、26、28依次粘贴至待加强的叶片外表面。

S23、然后配合图7所示，在加强预制体中部使用绑带4将加强预制体固定在叶片表面；加热65-75℃、优选70℃,4-6小时，等待粘接剂固化完成后，撕除表面辅材及绑带；

通过绑带固定配合加热固化，可以保证粘接效果。

S24、将加强预制体对接处及外轮廓区域湿法袋压2层双轴布2AX-0808，常温固化至表面可以打磨成粉状或加热固化至表面邵氏硬度≥70；最后进行表面处理。

通过上述制备方法，首先制备出可以进行叶片加强的低风速风电叶片加强预制体，该加强预制体主要是以风电叶片外表面局部位置作为模具、采用真空袋干法灌注工艺或真空袋湿法工艺制备的随形的加强预制体，所述随形的加强预制体为一个或相互错层搭接的多个。

在风场应用时，风场的低风速风电机组，当其中的叶片出现薄弱区域或破损时，可将上述工厂预制的加强预制体在对应薄弱区域或破损区域进行粘接。

综上所述，本发明提供了一种操作简单、效率高、性能优异的风电叶片局部快速加强方法。该方法以现有叶片外表面局部位置作为模具，采用真空方法制备各批量随形加强预制体，然后采用湿法袋压方法将各预制体粘接到叶片上。该方法适用于风场叶片局部区域的快速加强，特别适用于具有相同局部加强区域的批量叶片的快速加强，适于推广应用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种低风速风电叶片局部加强方法，其特征在于，以风电叶片外表面局部位置作为模具，制备随形的加强预制体，在风场的叶片运行一段时间之后出现薄弱区域或是破损区域，直接将所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上；

采用真空袋干法灌注工艺制备所述随形的加强预制体；

所述加强预制体为相互对接的多个，加强预制体的对接端采用错层的铺层结构，相邻的加强预制体之间通过错层的铺层结构进行相互搭接；

所述真空袋干法灌注工艺制备随形的加强预制体的步骤包括：

S11、将作为模具的叶片操作区域清理干净，并沿四周扩大50-150mm；

S12、在操作区域外围贴一圈密封胶，操作区域内依次涂抹脱模剂，铺覆一层隔离膜、脱模布；进行错层、铺层；铺层结束后，依次在铺层上铺设脱模布、隔离膜、导流网；粘结真空袋膜、插接抽气管和进胶管，采用真空辅助成型工艺将环氧树脂体系导入到预制体中；

S13、65-75℃、5-7小时加热固化；

S14、经检验确认表面邵氏硬度≥70，脱模撕去真空袋膜，保留其它辅材，将加强预制体成套做好标记；将加强预制体按对接缝进行拆分取下。

2.根据权利要求1所述的低风速风电叶片局部加强方法，其特征在于，所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上时，在加强预制体中部使用绑带将其固定在叶片表面，在所述绑带与加强预制体之间填塞或不填塞固体，直至粘结剂固化完成后取下绑带。

3.根据权利要求1所述的低风速风电叶片局部加强方法，其特征在于，将所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上后，通过湿法袋压方法增强加强预制体的外周轮廓及对接部位。

4.根据权利要求1所述的低风速风电叶片局部加强方法，其特征在于，将所述加强预制体粘接到待加强的风电叶片上的步骤包括：

S21、打磨叶片表面油漆腻子至外蒙皮层，打磨区域，并沿四周扩大50-150mm，清理干净操作区域；

S22、按照顺序将加强预制体粘接起来：选取首先需要铺设的加强预制体，试贴随型后记录加强预制体在叶片上的固定位置，将该加强预制体粘接面及对接缝处的脱模布撕除，其余地方不撕除，然后在叶片粘接区域表面均匀地涂抹3mm±2mm厚的粘接剂；将该加强预制体对准标记位置，粘贴在叶片表面；然后使用同样方法按顺序将其他加强预制体依次粘贴；

S23、在加强预制体中部使用绑带将加强预制体固定在叶片表面；加热65-75℃、4-6小时，等待粘接剂固化完成后，撕除表面辅材及绑带；

S24、将加强预制体对接处及外轮廓区域湿法袋压2层双轴布，常温固化至表面可以打磨成粉状或加热固化至表面邵氏硬度≥70，最后进行表面处理。