CN110131864A - 一种风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统，包括温度调节机构和温度控制机构，温度调节机构包括依次固定连接的隔离层、加热层和温度调节层，温度控制机构包括依次电连接的温度传感器、温度控制器、温度加热器和加热管，温度传感器设置在所述温度调节层中，加热管设置在所述加热层中。温度调节层包括柔性外壳和设置在其内的相变水凝胶。相变水凝胶采用内部悬浮相变微球的聚丙烯酸基水凝胶。还公开一种智能温度调节方法。本发明通过温度调节层中相变微球在固‑液相变过程中的吸热与放热，有效保证叶片固化温度的稳定，且通过温度控制机构的随时监测，达到良好的温度调节目的，提升叶片产品合格率，节约热能，降低劳动强度和劳动成本。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片制造技术领域，特别是涉及一种风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统及调节方法。
背景技术
目前，在风电叶片的制作工艺中，如真空灌注、固化等步骤，尤其是叶片根部位置的固化步骤会释放大量的反应热。实际操作中会通过使用电风扇、轴流风机以及加盖湿毛巾等手段为根部区域降温。但上述方法需要进行反复操作，增加劳动成本且效率较低。并且当放热峰温度过高时，特别是在每年夏季期间，环境温度可能达到40℃以上，这样会导致固化过程的散热更加困难。但到了冬季，又需要保证固化温度在设定值下保持恒定。所以，由于环境的温度高低变化，可能会导致固化时温度控制的异常，导致叶片产品的不合格甚至叶片报废，因此亟需创设一种风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统及调节方法，以期达到工艺温度(如固化温度)可以稳定在设定值附近，尽可能的减少风电叶片的不合格品。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统，使其达到叶片制造工艺温度(如固化温度)可以稳定在设定值附近，尽可能的减少风电叶片的不合格品，从而克服现有的制造工艺存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明提供一种风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统，包括温度调节机构和温度控制机构，所述温度调节机构包括依次固定连接的隔离层、加热层和温度调节层，所述温度控制机构包括依次电连接的温度传感器、温度控制器、温度加热器和加热管，所述温度传感器设置在所述温度调节层中，所述加热管设置在所述加热层中，则所述温度传感器用于检测与风电叶片表面接触的所述温度调节层内的温度，并将检测到的温度值上传至所述温度控制器，由所述温度控制器控制所述温度加热器实现对所述加热管的加热控制。
进一步改进，所述温度调节层包括柔性外壳和设置在所述柔性外壳内部的相变水凝胶。
进一步改进，所述柔性外壳采用聚丙烯酰胺或聚乙烯材质。
进一步改进，所述相变水凝胶采用其内部悬浮相变微球的聚丙烯酸基水凝胶。
进一步改进，所述相变微球包括微球壳体和内容物，所述微球壳体采用二氧化硅或石墨材质，所述内容物采用石蜡类、月桂酸类或醋酸钠类物质。
进一步改进，所述相变水凝胶的制备方法为：
A、水凝胶制备
向水中加入聚丙烯酸类高分子聚合物，待聚合物溶解后，加入水溶性引发剂，在40℃温度下反应8-12min，加入水溶性交联剂，搅拌5-6h，即得聚丙烯酸基水凝胶；
其中，所述聚丙烯酸类高分子聚合物包括聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠中一种或几种，所述聚合物含量为5％-20％；所述引发剂采用过硫酸钾、过硫酸铵或水溶性偶氮类引发剂，所述引发剂含量为0.5％-1.0％；所述交联剂采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙酸酐或顺丁烯二酸酐，所述交联剂含量为0.5％-1.0％；
B、相变微球制备
采用微乳法制备以二氧化硅或石墨作为微球壳体，以石蜡、月桂酸或醋酸钠类物质为相变储热材料的相变微球；
C、相变水凝胶制备
将上述步骤A得到的聚丙烯酸基水凝胶与步骤B得到的相变微球混合，超声处理，搅拌12-20h，再加热至30-50℃，固化1-3h，即得相变水凝胶。
进一步改进，所述加热管包括金属管和设置在其内的电热丝，所述电热丝与所述温度加热器连接。
进一步改进，所述金属管中空隙部分填充有导热性良好的绝缘材料。
进一步改进，所述隔离层采用不锈钢材质，所述加热层采用中空耐火材料。
进一步改进，所述温度控制器还连接人机交互单元。
本发明还提供一种采用上述的智能温度调节系统的智能温度调节方法，所述调节方法包括如下步骤：
(1)将所述智能温度调节系统的温度调节层侧贴覆在风电叶片温度待调节区域处，由所述温度传感器检测温度数据，所述温度控制器根据所述温度传感器的检测结果，控制所述温度加热器实现对所述加热管的加热控制；
(2)在所述温度传感器检测到所述温度调节层的温度低于所述风电叶片固化温度的90％时，控制所述加热管启动加热，使所述温度调节层的温度高于所述风电叶片固化温度的110％时，控制所述加热管停止加热；
(3)由所述温度调节层调节所述风电叶片待调节区域的温度在固化温度的90％-110％内浮动；
(4)在所述温度传感器检测到所述温度调节层的温度再次低于所述风电叶片固化温度的90％时，重复所述步骤(2)和(3)。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统通过温度调节层中的相变储热微球在固-液相变过程中的吸收和释放热量，能有效保证叶片固化温度的稳定，且通过温度控制机构的随时监测，能确保该叶片温度稳定在一个特定的值，即起到良好的温度控制作用，不会由于环境的温度高低影响固化温度的控制，使叶片产品的合格率得到提升。
本发明通过采用相变微球中的相变储热材料，将能量通过相变作用存储到材料中，当温度低于预期值时，释放能量，当温度高于预期值时，吸收能量，有效避免了热能的损失。
本发明还通过该智能温度调节系统的智能调控，减少了现场工作人员由于高温使用湿毛巾、由于低温加盖棉被等反复操作以达到温度调控目的的工作量，降低了劳动强度和劳动成本，且整个系统操作简单易行，成本低。
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是本发明风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统的结构示意图。
具体实施方式
参照附图1所示，本实施例风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统，包括温度调节机构和温度控制机构。
该温度调节机构包括依次固定连接的隔离层1、加热层2和温度调节层3，该温度控制机构包括依次电连接的温度传感器5、温度控制器9、温度加热器10和加热管4。该温度传感器5采用热电偶，设置在该温度调节层3中，该加热管4设置在该加热层2中。这样该温度传感器5用于检测与风电叶片表面接触的该温度调节层3内的温度，并将检测到的温度值上传至该温度控制器9，由该温度控制器9控制该温度加热器10实现对该加热管4的加热控制，该加热管4实现对加热层和温度调节层的加热，该温度调节层3用于调节与其贴覆的叶片区域温度的稳定，从而实现对叶片树脂表面温度的调节。该温度调节层的具体结构如下。
该温度调节层3包括柔性外壳6和设置在该柔性外壳6内部的相变水凝胶7。
该柔性外壳6采用聚丙烯酰胺或聚乙烯材质，以便于该温度调节层能与不平整的叶片表面紧密贴合，提高温度调节效率。
该相变水凝胶7采用其内部悬浮相变微球8的聚丙烯酸基水凝胶，其中含水量60-90％，相变微球含量为10％。该相变水凝胶的胶层厚度为0.5mm-20mm，优选5mm-7mm，长度和宽度根据实际情况而定。
该相变微球8包括微球壳体和内容物，该微球壳体采用二氧化硅或石墨材质，该内容物采用石蜡类、月桂酸类或醋酸钠类物质。该石蜡类内容物属于一种导热系数较高的通过固体与液体发生相变过程来吸收或释放热量的物质，可用于将风电叶片表面温度稳定在一定范围内，使其没有大幅波动，保持温度的基本恒定。
本实施例中该相变水凝胶的制备方法为：
A、水凝胶制备
向水中加入聚丙烯酸类高分子聚合物，待聚合物溶解后，加入水溶性引发剂，在40℃温度下反应8-12min，加入水溶性交联剂，搅拌5-6h，即得聚丙烯酸基水凝胶；
其中，该聚丙烯酸类高分子聚合物包括聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸钠(PAAS)中一种或几种，优选采用聚丙烯酸。该聚合物含量为5％-20％，优选为10％-15％。该聚合物与交联剂在水中引发剂的作用下聚合交联形成水凝胶。该引发剂为水溶性引发剂，采用过硫酸钾、过硫酸铵或水溶性偶氮类引发剂，优选采用过硫酸铵，该引发剂含量为0.5％-1.0％；该交联剂为水溶性交联剂，采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙酸酐或顺丁烯二酸酐，优选采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺，该交联剂含量为0.5％-1.0％；
B、相变微球制备
采用微乳法制备以二氧化硅或石墨作为微球壳体，以石蜡、月桂酸或醋酸钠类物质为相变储热材料的相变微球；
C、相变水凝胶制备
将上述步骤A得到的聚丙烯酸基水凝胶与步骤B得到的相变微球混合，超声处理，搅拌12-20h，再加热至30-50℃，固化1-3h，即得相变水凝胶。
还有，本实施例中该加热管4包括金属管和设置在其内的电热丝，该电热丝与该温度加热器10连接。并且该金属管中的空隙部分还填充有导热性良好的绝缘材料，便于提高该加热管的加热传热效能。
本实施例中隔离层1采用不锈钢材质，该加热层2采用中空耐火材料Al2O3-SiO2的复合氧化物。并且该系统中还包括与温度控制器9连接的人机交互单元11，便于操作人员的监测和控制。
上述的智能温度调节系统的智能温度调节方法，包括如下步骤：
(1)将该智能温度调节系统的温度调节层3侧贴覆在风电叶片温度待调节区域处，启动该系统运行，由该温度传感器5检测温度数据，该温度控制器9根据该温度传感器5的检测结果，控制该温度加热器10实现对该加热管4的加热控制；
(2)在该温度传感器5检测到该温度调节层3的温度低于该风电叶片固化温度的90％时，如风电叶片固化温度为60℃，当温度传感器5检测到温度低于54℃时，控制该加热管4启动程序升温，使该温度调节层3的温度高于该风电叶片固化温度的110％时，如高于66℃时，控制该加热管停止加热；
(3)由该温度调节层3吸收多余热能，在系统运行过程中，当温度再次降低，但未超过下限预警温度，即不低于该风电叶片固化温度的90％温度时，温度调节层释放热能；当温度再次升高，但未超过上限预警温度，即不高于该风电叶片固化温度的110％温度时，温度调节层吸收热能，实现调节该风电叶片待调节区域的温度在固化温度的90％-110％内浮动，即固化温度保持在54℃-66℃范围内；
(4)在该温度传感器5检测到该温度调节层3的温度再次低于该风电叶片固化温度的90％时，重复上述步骤(2)和(3)，则该智能温度调节方法能实现风电叶片制作工艺中温度的稳定调节。
本发明智能温度调节系统能用于叶片制造过程中，针对不同树脂类型，不同阶段(如模具预真空灌注、固化等)、不同区域(如叶根部位、叶尖部位、前后缘部位等)的叶片固化温度进行调节，可以有效维持各个条件下的温度设定要求，属于简单、易行的热反馈温度调节系统。
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 (10)
1.一种风电叶片制造工艺中的智能温度调节系统，其特征在于，包括温度调节机构和温度控制机构，所述温度调节机构包括依次固定连接的隔离层、加热层和温度调节层，所述温度控制机构包括依次电连接的温度传感器、温度控制器、温度加热器和加热管，所述温度传感器设置在所述温度调节层中，所述加热管设置在所述加热层中，则所述温度传感器用于检测与风电叶片表面接触的所述温度调节层内的温度，并将检测到的温度值上传至所述温度控制器，由所述温度控制器控制所述温度加热器实现对所述加热管的加热控制。
2.根据权利要求1所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述温度调节层包括柔性外壳和设置在所述柔性外壳内部的相变水凝胶。
3.根据权利要求2所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述柔性外壳采用聚丙烯酰胺或聚乙烯材质。
4.根据权利要求2所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述相变水凝胶采用其内部悬浮相变微球的聚丙烯酸基水凝胶。
5.根据权利要求4所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述相变微球包括微球壳体和内容物，所述微球壳体采用二氧化硅或石墨材质，所述内容物采用石蜡类、月桂酸类或醋酸钠类物质。
6.根据权利要求5所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述相变水凝胶的制备方法为：
A、水凝胶制备
向水中加入聚丙烯酸类高分子聚合物，待聚合物溶解后，加入水溶性引发剂，在40℃温度下反应8-12min，加入水溶性交联剂，搅拌5-6h，即得聚丙烯酸基水凝胶；
其中，所述聚丙烯酸类高分子聚合物包括聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸钠中一种或几种，所述聚合物含量为5％-20％；所述引发剂采用过硫酸钾、过硫酸铵或水溶性偶氮类引发剂，所述引发剂含量为0.5％-1.0％；所述交联剂采用N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、乙酸酐或顺丁烯二酸酐，所述交联剂含量为0.5％-1.0％；
B、相变微球制备
采用微乳法制备以二氧化硅或石墨作为微球壳体，以石蜡、月桂酸或醋酸钠类物质为相变储热材料的相变微球；
C、相变水凝胶制备
将上述步骤A得到的聚丙烯酸基水凝胶与步骤B得到的相变微球混合，超声处理，搅拌12-20h，再加热至30-50℃，固化1-3h，即得相变水凝胶。
7.根据权利要求1所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述加热管包括金属管和设置在其内的电热丝，所述电热丝与所述温度加热器连接。
8.根据权利要求7所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述金属管中空隙部分填充有导热性良好的绝缘材料。
9.根据权利要求1所述的智能温度调节系统，其特征在于，所述隔离层采用不锈钢材质，所述加热层采用中空耐火材料。
10.一种采用权利要求1至9任一项所述的智能温度调节系统的智能温度调节方法，其特征在于，所述调节方法包括如下步骤：
(1)将所述智能温度调节系统的温度调节层侧贴覆在风电叶片温度待调节区域处，由所述温度传感器检测温度数据，所述温度控制器根据所述温度传感器的检测结果，控制所述温度加热器实现对所述加热管的加热控制；
(2)在所述温度传感器检测到所述温度调节层的温度低于所述风电叶片固化温度的90％时，控制所述加热管启动加热，使所述温度调节层的温度高于所述风电叶片固化温度的110％时，控制所述加热管停止加热；
(3)由所述温度调节层调节所述风电叶片待调节区域的温度在固化温度的90％-110％内浮动；
(4)在所述温度传感器检测到所述温度调节层的温度再次低于所述风电叶片固化温度的90％时，重复所述步骤(2)和(3)。
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