CN114261109A - 一种风力发电机叶片主梁的成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，包含步骤：S1、铺设第一辅助材料；S2、铺设结构布层；S3、布置抽气系统的抽气装置和辅助抽气装置；S4、铺设第二辅助材料；S5、灌注制作成型主梁。本发明通过采取优化主梁上下表面灌注材料布局，改进抽气系统的抽气装置和辅助抽气装置，增加辅助抽气玻纤布等技术措施，解决了聚氨酯主梁灌注过程流动不均匀造成包抄的缺陷，以及抽气侧气泡难以排除造成气泡聚集等技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风力发电机叶片主梁的成型方法。
背景技术
近年来，聚氨酯复合材料被广泛应用于各种领域。随着风力发电行业的技术研究发展进步，聚氨酯复合材料在制备风力发电机叶片方面的优越性也受到越来越多的关注。
风力发电机叶片主要由主梁、腹板、壳体等部分组成，通常在其生产过程中预先制作主梁、腹板，再制作壳体；壳体制作过程中将主梁放入壳体一起灌注成型，固化成型后再粘接腹板，合模后制成叶片。其中，主梁是叶片的主要结构件，其制作方法是将结构布层平铺在模具中，再灌注树脂固化成型而成。树脂传统上一般选用环氧树脂，现在则倾向使用聚氨酯复合材料，与传统的环氧树脂制作的叶片相比，聚氨酯复合材料制造的叶片具有成本更低、物理性质更佳等优点。
然而，聚氨酯复合材料的一些固有特性对主梁的成型带来挑战，例如聚氨酯对水敏感，需要对结构布层进行除湿；聚氨酯初始粘度较低，灌注流速更快，容易形成包围造成结构布层干纱缺陷；聚氨酯灌注过程中，气泡排出困难等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力发电机叶片主梁的成型方法，通过优化主梁上下表面灌注材料布局，增加辅助抽气玻纤布和改进抽气系统，解决聚氨酯主梁灌注过程流动不均匀造成包抄的缺陷，以及抽气侧气泡难以排除造成气泡聚集的技术问题。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种风力发电机叶片主梁的成型方法，所述主梁的制作在主梁模具内完成，所述主梁模具垂直投影面的长度方向为叶片轴向，宽度方向为叶片弦向；所述主梁模具包括分别设于其弦向的两侧端部的两个法兰平台以及设于两个所述法兰平台之间的凹槽形状的型腔；所述法兰平台设置有注胶设备的一侧为注胶侧，注胶侧的对侧为抽气侧；所述成型方法包含步骤：
S1、在所述型腔内和所述法兰平台的注胶侧的台面上铺设第一辅助材料，用于所述主梁下表面复合材料的辅助灌注；
S2、在所述型腔内第一辅助材料顶部铺设结构布层，所述结构布层用于与所灌注的所述复合材料固化成型为主梁；
S3、布置抽气系统的抽气装置和辅助抽气装置：所述抽气系统用于将所述结构布层中的空气抽出，为向所述结构布层注胶创造真空负压环境；其中，所述抽气装置用于提供抽气动力和通道，所述辅助抽气装置用于辅助所述结构布层的抽气及复合材料浸润；
S4、在所述型腔内结构布层的顶部和所述法兰平台的注胶侧的台面上铺设第二辅助材料，用于所述主梁上表面复合材料的辅助灌注；
S5、灌注制作成型主梁。
进一步，步骤S1包含：自下而上依次铺设第一导流网、第一隔离膜和第一脱模布，其中：所述第一导流网用于所述复合材料的导流，所述第一导流网满铺覆盖所述型腔底面，满铺覆盖所述型腔注胶侧立面，以及部分覆盖法兰平台注胶侧的台面；
所述第一隔离膜用于在所述主梁固化成型后便于脱模，铺设在第一导流网顶部，至少覆盖所述第一导流网铺设在型腔底面和注胶侧立面的区域；
所述第一脱模布用于在所述主梁下表面形成粗糙面，铺设在所述第一隔离膜顶部，满铺覆盖型腔的底面和四个侧立面，并在四个侧立面顶边各延伸50～100mm。
优选地，所述第一导流网为挤出成型导流网或编织成型导流网，克重规格选用100～300g/㎡。
优选地，所述第一导流网部分覆盖法兰平台注胶侧台面的范围为，弦向自所述法兰平台的注胶侧立面顶边至注胶导流边、轴向自所述型腔的一端轴向顶边至另一端轴向顶边；其中，所述注胶导流边为在所述法兰平台注胶侧台面上与型腔注胶侧立面顶边平行的直线，注胶导流边至型腔注胶侧立面顶边的垂线段长度为50～100mm。
进一步，步骤S2中，
所述结构布层为逐层铺设的多层纤维布，铺层时沿轴向每层所述纤维布自所述型腔一侧底边向另一侧底边铺展于所述型腔内，沿弦向各层所述纤维布交替偏向抽气侧和注胶侧错层铺设。
进一步，步骤S3包含：
S31、布置抽气装置，包含步骤：
S311、布置模具抽气模块：
所述模具抽气模块包括模具真空泵和模具抽气孔、抽气孔连接装置；其中，所述模具抽气孔为设置在所述法兰平台抽气侧台面上垂直方向的贯穿法兰平台的通孔，所述模具抽气孔底部通过抽气孔连接装置与模具真空泵连接。
优选地，步骤S311中所述模具抽气孔、抽气孔连接装置为多个，且各所述模具抽气孔沿轴向均匀设置在所述法兰平台的抽气侧台面上。
优选地，所述模具抽气孔布置间隔为0.5～1m。
进一步，步骤S31还包含步骤：
S312、布置外接抽气模块：
所述外接抽气模块包括外接真空泵及与外接真空泵连接的设置在所述法兰平台抽气侧台面上的外接抽气管，所述外接抽气管一端设有朝向型腔方向的外接抽气管口，另一端与所述外接真空泵连接。
优选地，步骤S312中所述外接抽气管为多个，且沿轴向均匀设置在所述法兰平台抽气侧的台面上。
进一步，步骤S3还包含：
S32、布置辅助抽气装置，包含步骤：
S321、铺设辅助抽气玻纤：
辅助抽气玻纤的材质为玻纤布，用于为所述结构布层抽气侧边缘处提供复合材料浸润通道及气腔导出通道；所述辅助抽气玻纤设置在所述第一脱模布与型腔抽气侧立面之间，自所述型腔抽气侧底边沿型腔抽气侧立面向上铺设，并超出所述型腔抽气侧顶边后再沿弦向伸出至所述法兰平台抽气侧台面上；将所述第一脱模布超出所述型腔抽气侧顶边的延伸部分，覆盖在所述辅助抽气玻纤位于法兰平台抽气侧台面上的延伸部分的顶部。
优选地，步骤S321中，所述辅助抽气玻纤的轴向宽度与型腔的轴向宽度相同。
优选地，步骤S321中所述辅助抽气玻纤在所述法兰平台抽气侧台面上超出所述型腔抽气侧顶边的长度为50～150mm。
优选地，步骤S321中所述辅助抽气玻纤的材质为双轴向±45°玻纤编织布，克重为600g/㎡。
优选地，步骤S321中所述辅助抽气玻纤铺设在所述型腔立面与所述结构布层接触的部分，使用隔离膜与所述结构布层隔离。
进一步，步骤S32还包含：
S322、铺设抽气导流网：
在所述法兰平台抽气侧台面上铺设所述抽气导流网，轴向铺设范围与所述型腔轴向的长度一致；所述抽气导流网与辅助抽气玻纤上下搭接，搭接顺序不限；所述抽气导流网搭接在所述模具抽气孔上方。
优选地，步骤S322中所述抽气导流网弦向幅宽为30～150mm。
优选地，步骤S322中所述抽气导流网的铺设方法为：沿轴向波浪状铺设。
优选地，步骤S322中所述抽气导流网的铺设方法为：每5～10m将抽气导流网断开200～300mm。
优选地，步骤S322中所述抽气导流网与辅助抽气玻纤上下搭接部分的尺寸不小于所述抽气导流网幅宽的50％。
进一步，步骤S4包含：
自下而上依次铺设第二脱模布、第二隔离膜和第二导流网所述第二脱模布用于在所述主梁上表面形成粗糙面；所述第二脱模布满铺覆盖所述结构布层上表面；
所述第二隔离膜用于在所述主梁固化成型后便于脱模；所述第二隔离膜满铺覆盖所述第二脱模布上表面；
所述第二导流网用于所述复合材料的导流；所述第二导流网轴向长度与型腔的轴向长度一致，铺设时，所述第二导流网的轴向两端对齐所述型腔的轴向两立面，沿弦向自所述注胶导流边向抽气侧方向铺设。
优选地，所述第二导流网采用与所述第一导流网相同材质和克重的导流网，以实现所述结构布层上下表面的复合材料流速一致。
优选地，所述第二导流网弦向宽度为所述结构布层弦向宽度的40％～60％。
进一步，步骤S5包含：
S51、布置灌注流道：所述灌注流道为连接所述注胶设备与第一辅助材料、第二辅助材料的注胶管路，设置在所述法兰平台注胶侧台面上，用于引流所述复合材料；
S52、布置抽气系统的防堵密封装置：所述防堵密封装置用于防止在抽气装置运转时吸入复合材料，以及构成抽气系统的气密环境；
S53、灌注所述复合材料制作成型主梁。
进一步，步骤S51包含：
所述灌注流道包括注胶管路和与注胶管路连接的若干个注胶口；所述注胶管路设置有第一输入口、第二输入口和若干个输出口，其中，所述第一输入口与注胶机连接，所述第二输入口与注胶真空泵连接，所述输出口的设置数量与注胶口数量一致；各所述注胶口一端与注胶管路各输出口一一对应搭扣连接，另一端分别搭接在所述第二导流网上。
进一步，步骤S52包含：
S521、铺设第一纳米单向透气膜：
所述第一纳米单向透气膜满铺覆盖所述第二隔离膜上表面无第二导流网覆盖的区域，且各所述外接抽气管口均匀地分布在第一纳米单向透气膜的抽气侧边缘。
优选地，步骤S521中，所述第一纳米单向透气膜为可阻挡所述复合材料穿透但可以单向透气的高分子材料。
优选地，步骤S521中，所述第一纳米单向透气膜轴向长度与型腔的轴向长度一致，弦向宽度为150～400mm。
进一步，步骤S52还包含：
S522、铺设第二纳米单向透气膜：
所述第二纳米单向透气膜铺设在各模具抽气孔上方，各所述模具抽气孔上方自下向上依次覆盖抽气导流网和第二纳米单向透气膜，所述第二纳米单向透气膜边缘处与模具表面粘接密封。
优选地，步骤S522中，所述第二纳米单向透气膜为可阻挡所述复合材料穿透但可以单向透气的高分子材料。
进一步，步骤S52还包含：
S523、铺设真空密封袋膜：
所述真空密封袋膜为不透气的塑料薄膜，使用至少一层真空密封袋膜铺设在模具顶部，并将所述第二导流网、第一纳米单向透气膜、第二纳米单向透气膜、辅助抽气装置和外接抽气管口全部覆盖并密封，使所述真空密封袋膜与型腔所围合的空间在真空泵运转时形成气密环境；然后将所述真空密封袋膜与各注胶口连接并密封连接处。
进一步，步骤S53包含：
S531、结构布层抽真空；
S532、结构布层除湿；
S533、注入复合材料；
S534、加热固化成型；
S535、脱模，去除所述第一辅助材料、第二辅助材料和辅助抽气装置，获得成型的主梁部件。
优选地，步骤S531中抽真空是利用所述模具真空泵和外接真空泵。
步骤S532中除湿是将所述模具型腔内加热至除湿温度，利用模具真空泵和外接真空泵抽气除湿。
优选地，步骤S533包括，关闭所述注胶真空泵和外接真空泵，开启所述注胶机，所述复合材料在结构布层的真空负压吸引下，经所述灌注流道-第一导流网-第一隔离膜-第一脱模布及灌注流道-第二导流网-第二隔离膜-第二脱模布两条路径，注入所述结构布层内。
优选地，步骤S531中抽真空还利用了所述注胶真空泵；
步骤S532中还利用注胶真空泵抽气除湿。
综上所述，与现有技术相比，本发明提供的风力发电机叶片主梁的成型方法，具有如下有益效果：
1、通过优化第一导流网、第二导流网的铺设位置、材质和克重，以及第一纳米单向透气膜的布置，有益于提高灌注效率，同时可以防止上表面灌注速度过快导致内部浸润不良，解决了聚氨酯复合材料在主梁上下表面流速不均匀造成包抄的问题；
2、通过增加辅助抽气玻纤布，一方面，可以将结构布层侧面的气泡引导到抽气导流网上，通过模具真空口和外接真空口排出；另一方面，可以使剩余的气泡聚集在辅助抽气玻纤布上，防止气泡进入结构布层中，在主梁脱模后撕除辅助抽气玻纤布后气泡脱离主梁；
3、通过布置抽气导流网，增加了各抽气口之间的抽气效果，并且采取每5～10m将抽气导流网断开200～300mm的方法，避免聚氨酯复合材料到达抽气导流网后，轴向快速流动形成包抄，减弱抽气效果；
4、通过采用外接真空口和模具真空口同时抽气，以及布置第一纳米单向透气膜和第二纳米单向透气膜，增强了系统抽气能力，帮助气泡排出，有益于聚氨酯复合材料及结构布层中的气腔排出，减少因气泡过多引起的气泡状发白缺陷；
5、通过采用灌注流道反接注胶真空泵抽气、除湿，并同时利用抽气系统和灌注流道进行对侧抽真空和除湿的操作，与传统抽气和除湿方式相比，此种方式由于采用了对侧同时负压抽气方式，抽气和除湿效率大大提高；
6、通过布置灌注流道，在注胶设备与型腔之间形成一个密封的注胶系统，避免了聚氨酯复合材料接触空气导致气泡增多，并且可以防止污染空气危害生产人员身体健康，实现无毒害安全生产。
附图说明
图1为本发明的灌注辅材及结构布层铺设弦向截面示意图结构示意图；
图2为本发明的注胶管路及抽气布置俯视结构示意图；
图3为本发明的抽气孔抽气布置结构示意图；
图4为本发明的灌注流道结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种风力发电机叶片主梁的成型方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
结合附图1～4所示，本实施例提供一种风力发电机叶片主梁的成型方法，主梁的制作是在主梁模具1内完成的，如附图1所示，主梁模具1为一长方体结构，其垂直投影面具有长度方向和宽度方向；本领域中，叶片方向通常定义为轴向和弦向，轴向即沿叶片长度的方向，自叶根指向叶尖或自叶尖指向叶根；弦向即沿叶片宽度的方向，自叶片前缘指向叶片尾缘或自叶片尾缘指向叶片前缘；在本发明中，主梁模具1与待制作的叶片主梁同方向，所以主梁模具1垂直投影面的长度方向即为轴向，宽度方向即为弦向。主梁模具1弦向的两侧端部分别设有一个法兰平台，两个法兰平台之间设有长方体凹槽形状的型腔11，在其中一侧法兰平台的台面上设置有注胶设备，此侧法兰平台称为注胶侧法兰平台12，此侧称为注胶侧；对侧法兰平台的台面上设置有抽真空设备，此侧法兰平台称为抽气侧法兰平台13，此侧称为抽气侧。聚氨酯主梁成型方法包含步骤：
L1、铺设第一辅助材料：
在型腔11底部铺设第一辅助材料，第一辅助材料包含自下而上依次铺设的第一导流网21、第一隔离膜22和第一脱模布23，用于主梁下表面的聚氨酯复合材料的辅助灌注，便于成型后脱模、便于树脂流动、以及使成型的主梁性能更好；其中，
第一导流网21用于聚氨酯复合材料的导流以利于聚氨酯复合材料的渗透，第一导流网21采用编织成型导流网或者挤出成型导流网，优选编织成型导流网；第一导流网21的克重规格选用100～300g/㎡，优选160g/㎡；第一导流网21呈矩形，铺设范围为：满铺覆盖(即全部覆盖)型腔11底面，满铺覆盖型腔11注胶侧立面111，以及部分覆盖注胶侧法兰平台12台面：弦向由注胶侧立面111顶边至注胶导流边、轴向自型腔11的一端轴向顶边至另一端轴向顶边，其中，注胶导流边为在注胶侧法兰平台12台面上与型腔11注胶侧立面111顶边平行的直线，注胶导流边至型腔11注胶侧立面111顶边的垂线段长度为50～100mm；
第一隔离膜22用于在主梁固化成型后便于脱模；第一隔离膜22铺设在第一导流网21顶部，铺设范围为：至少覆盖第一导流网21铺设在型腔11底面和注胶侧立面111的区域；
第一脱模布23用于在主梁下表面形成粗糙面，从而在二次与壳体成型时形成更好的界面结合；第一脱模布23铺设在第一隔离膜22顶部，铺设范围为：满铺覆盖型腔11的底面和四个侧立面，并在四个侧立面顶边各延伸50～100mm。
L2、铺设结构布层3：
在型腔11内第一辅助材料顶部铺设结构布层3，结构布层3为逐层铺设的多层纤维布，用于与所灌注的聚氨酯复合材料固化成型为主梁；纤维布通常采用单轴向玻璃纤维布或碳纤维布；其中，各层纤维布的轴向长度不同，具体根据主梁的外形设计方案而确定；各层纤维布的弦向宽度相同，均比型腔11的弦向宽度窄0.5mm；结构布层3的铺层厚度根据主梁的外形设计方案而确定；铺层时沿轴向每层纤维布自型腔11一侧底边向另一侧底边铺展于型腔11内，沿弦向各层纤维布交替偏向抽气侧和注胶侧错层铺设，以利于各层纤维布边缘处的聚氨酯复合材料渗透，以及聚氨酯复合材料中和结构布层3中的气腔导出。
L3、布置抽气系统的抽气装置和辅助抽气装置；抽气系统包括抽气装置、辅助抽气装置和防堵密封装置，抽气系统用于将结构布层3中的空气抽出，为结构布层3注胶创造真空负压环境；包含步骤：
L31、布置抽气装置；抽气装置包括模具抽气模块和外接抽气模块；包含步骤：
L311、布置模具抽气模块：
如附图1～3所示，模具抽气模块包括模具真空泵43和若干个模具抽气孔41、抽气孔连接装置42；其中，模具抽气孔41为设置在抽气侧法兰平台13台面上垂直方向的贯穿法兰平台的通孔，各模具抽气孔41沿轴向均匀设置在抽气侧法兰平台13的台面上，布置间隔为不大于4m，优选0.5～1m；各模具抽气孔41底部通过各抽气孔连接装置42与模具真空泵43连接；
L312、布置外接抽气模块：
如附图1所示，外接抽气模块包括外接真空泵及与外接真空泵连接的若干个沿轴向均匀设置在抽气侧法兰平台13台面上的外接抽气管44，各外接抽气管44一端设有朝向型腔11方向的外接抽气管口441，另一端与外接真空泵连接；外接抽气管44优选3/8内径的PVC管，优选布置间隔为10m；
L32、布置辅助抽气装置；辅助抽气装置包括辅助抽气玻纤和抽气导流网，用于辅助结构布层的抽气及聚氨酯复合材料浸润；包含步骤：
L321、铺设辅助抽气玻纤45：
辅助抽气玻纤45用于为结构布层3抽气侧边缘处提供聚氨酯复合材料浸润通道及气腔导出通道，防止灌注完成后在结构布层3抽气侧边缘处拐角因气泡堆积导致缺陷；辅助抽气玻纤45设置在第一脱模布23与型腔11抽气侧立面112之间，铺设范围为：自型腔11抽气侧底边沿型腔11抽气侧立面112向上铺设，并超出型腔11抽气侧顶边后再沿弦向伸出至法兰平台抽气侧台面上，超出型腔11抽气侧顶边的长度为50～150mm，优选100mm；将第一脱模布23超出型腔11抽气侧顶边的延伸部分，覆盖在辅助抽气玻纤45位于法兰平台抽气侧台面上的延伸部分的顶部；辅助抽气玻纤45的轴向宽度与型腔11的轴向宽度相同；辅助抽气玻纤45的材质采用玻纤布，可根据需要选择不同编织方式和克重，其中选用双轴向玻纤布的导气及引流效果较佳，优选双轴向±45°玻纤编织布，克重优选600g/㎡；辅助抽气玻纤45铺设在型腔11立面与结构布层3接触的部分，使用隔离膜与结构布层3隔离，方便脱模撕除，防止辅助抽气玻纤45与结构布层3粘连；
L322、铺设抽气导流网46：
在抽气侧法兰平台13台面上铺设抽气导流网46，抽气导流网46弦向幅宽30～150mm，优选50mm；铺设方法为沿轴向将抽气导流网46波浪状铺设于台面上，轴向铺设范围与型腔11轴向的长度一致，每5～10m将抽气导流网46断开200～300mm，从而避免聚氨酯复合材料到达抽气导流网46后在轴向快速流动形成包抄，减弱抽气效果；抽气导流网46与辅助抽气玻纤45上下搭接，搭接顺序不限，搭接部分的尺寸不小于抽气导流网46幅宽的50％；抽气导流网46搭接在各模具抽气孔41和外接抽气管口441上方。
L4、铺设第二辅助材料：
在型腔11内结构布层3顶部铺设第二辅助材料，第二辅助材料为自下而上依次铺设的第二脱模布51、第二隔离膜52和第二导流网53，用于主梁上表面的聚氨酯复合材料的辅助灌注，便于成型后脱模、便于树脂流动、以及使成型出的主梁性能更好；其中，
第二脱模布51用于在主梁上表面形成粗糙面，从而在二次与壳体成型时形成更好的界面结合；第二脱模布51满铺覆盖结构布层3上表面；
第二隔离膜52用于在主梁固化成型后便于脱模；第二隔离膜52满铺覆盖第二脱模布51上表面；
第二导流网53用于聚氨酯复合材料的导流以利于聚氨酯复合材料的渗透，第二导流网53需采用与第一导流网21相同材质和克重的导流网，以实现结构布层3上下表面的聚氨酯复合材料流速一致；第二导流网53呈矩形，轴向长度与型腔11的轴向长度一致，弦向宽度为结构布层3弦向宽度的40％～60％，铺设方法为：第二导流网53的轴向两端对齐型腔11的轴向两侧立面，弦向的一端与注胶侧法兰平台12台面上的注胶导流边对齐，另一端向抽气侧方向铺设，其中铺设在注胶侧法兰平台12台面上的区域覆盖在第一导流网21上，铺设在型腔11顶部的区域覆盖在第二隔离膜52上。
L5、布置灌注流道：
如附图4所示，灌注流道为用于将聚氨酯复合材料自注胶设备引流至第二导流网53和第一导流网21的管路，设置在注胶侧法兰平台12台面上，包括注胶管路62和与注胶管路62连接的若干个注胶口61；注胶管路62设置有第一输入口、第二输入口和若干个输出口，其中，第一输入口与注胶机连接，第二输入口与注胶真空泵连接，输出口的设置数量与注胶口61数量一致；注胶管路62由若干根注胶管及若干个三通、四通和控制阀门组成，各注胶管之间通过各三通、四通和控制阀门连接，各控制阀门可单独控制各输出口的开关，各注胶管和三通、四通均为PVC材质的半圆形欧姆形管件，内径选用14～25mm，优选19mm；注胶口61为PVC材质的欧姆形三通，各注胶口61一端与注胶管路62各输出口一一对应搭扣连接，另一端分别搭接在第二导流网53上；注胶口61的设置数量和设置位置需根据主梁的设计而确定，通常单支主梁的注胶口61不少于2个，优选3个注胶口61，分别为叶根注胶口611、叶身注胶口612和叶尖注胶口613；通常叶根注胶口611和叶尖注胶口613的设置位置分别距离叶根、叶尖约20m；本实施例中，分别在主梁自叶根起15m、30m、45m位置设置注胶口61。
L6、布置抽气系统的防堵密封装置；防堵密封装置包括第一纳米单向透气膜71、第二纳米单向透气膜72和真空密封袋膜74；包含步骤：
L61、铺设第一纳米单向透气膜71：
第一纳米单向透气膜71为可阻挡聚氨酯复合材料穿透但可以单向透气的高分子材料，用于防止在抽气装置运转时吸入聚氨酯复合材料；第一纳米单向透气膜71满铺覆盖第二隔离膜52上表面无第二导流网53覆盖的区域，且各外接抽气管口441均匀地分布在第一纳米单向透气膜71的抽气侧边缘；第一纳米单向透气膜71轴向长度与型腔11的轴向长度一致，弦向宽度为150～400mm，优选350mm；
L62、铺设第二纳米单向透气膜72：
第二纳米单向透气膜72为可阻挡聚氨酯复合材料穿透但可以单向透气的高分子材料，用于防止在抽气装置运转时吸入聚氨酯复合材料；如附图3所示，第二纳米单向透气膜72铺设在各模具抽气孔41上方，各模具抽气孔41上方自下向上依次覆盖抽气导流网46和第二纳米单向透气膜72，在第二纳米单向透气膜72边缘处使用密封胶带73将第二纳米单向透气膜72与模具表面粘接；
L63、铺设真空密封袋膜74：
真空密封袋膜74为不透气的塑料薄膜；在铺设真空密封袋膜74前，各注胶口61先不与注胶管路62连接；之后使用至少一层真空密封袋膜74铺设在模具顶部，并将各注胶口61、第二导流网53、第一纳米单向透气膜71、第二纳米单向透气膜72、辅助抽气装置和外接抽气管口441全部覆盖，使用密封胶带73将真空密封袋膜74四周与模具紧贴密封，使真空密封袋膜74与型腔11所围合的空间在真空泵运转时形成气密环境；然后在各注胶口61的对应位置将真空密封袋膜74刺破，使各注胶口61露出，将各注胶口61与注胶管路62连接，并用密封胶带73将各注胶口61边缘处的真空密封袋膜74缺口进行封堵，完成注胶准备工作。
L7、工艺处理：
L71、结构布层3抽真空；
将灌注流道的所有控制阀门开启，并将注胶真空泵、模具真空泵43和外接真空泵开启，对真空密封袋膜74与型腔11所围合的空间抽真空，从而使结构布层3处于负压环境；
L72、结构布层3除湿；
模具型腔11内加热至40℃，继续利用注胶真空泵、模具真空泵43和外接真空泵抽气，实现对结构布层3的除湿操作，除湿操作时间约3h；
L73、注入聚氨酯复合材料；
关闭注胶真空泵和外接真空泵，开启注胶机，聚氨酯复合材料在结构布层3的真空负压吸引下，经灌注流道-第二导流网53(自顶部渗透到底部)-第一导流网21-第一隔离膜22-第一脱模布23及灌注流道-第二导流网53-第二隔离膜52-第二脱模布51两条路径，同时注入结构布层3内；
L74、加热固化成型；
开启加热固化程序对模具型腔11内进行加热，聚氨酯复合材料固化形成树脂/增强纤维复合材料部件，即为主梁部件；
L75、脱模；
将主梁部件自模具中脱出，去除第一辅助材料、第二辅助材料和辅助抽气装置，即可获得成型的主梁部件。
综上所述，本发明提供的风力发电机叶片主梁的成型方法，通过优化第一导流网、第二导流网的铺设位置、材质和克重，以及第一纳米单向透气膜的布置，有益于提高灌注效率，同时可以防止上表面灌注速度过快导致内部浸润不良，解决了聚氨酯复合材料在主梁上下表面流速不均匀造成包抄的问题；通过增加辅助抽气玻纤布，一方面，可以将结构布层侧面的气泡引导到抽气导流网上，通过模具真空口和外接真空口排出；另一方面，可以使剩余的气泡聚集在辅助抽气玻纤布上，防止气泡进入结构布层中，在主梁脱模后撕除辅助抽气玻纤布后气泡脱离主梁；通过布置抽气导流网，增加了各抽气口之间的抽气效果，并且采取每5～10m将抽气导流网断开200～300mm的方法，避免聚氨酯复合材料到达抽气导流网后，轴向快速流动形成包抄，减弱抽气效果；通过采用外接真空口和模具真空口同时抽气，以及布置第一纳米单向透气膜和第二纳米单向透气膜，增强了系统抽气能力，帮助气泡排出，有益于聚氨酯复合材料及结构布层中的气腔排出，减少因气泡过多引起的气泡状发白缺陷；通过采用灌注流道反接注胶真空泵抽气、除湿，并同时利用抽气系统和灌注流道进行对侧抽真空和除湿的操作，与传统抽气和除湿方式相比，此种方式由于采用了对侧同时负压抽气方式，抽气和除湿效率大大提高；通过布置灌注流道，在注胶设备与型腔之间形成一个密封的注胶系统，避免了聚氨酯复合材料接触空气导致气泡增多，并且可以防止污染空气危害生产人员身体健康，实现无毒害安全生产。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (35)
1.一种风力发电机叶片主梁的成型方法，所述主梁的制作在主梁模具内完成，所述主梁模具垂直投影面的长度方向为叶片轴向，宽度方向为叶片弦向；所述主梁模具包括分别设于其弦向的两侧端部的两个法兰平台以及设于两个所述法兰平台之间的凹槽形状的型腔；所述法兰平台设置有注胶设备的一侧为注胶侧，注胶侧的对侧为抽气侧；其特征在于，所述成型方法包含步骤：
S1、在所述型腔内和所述法兰平台的注胶侧的台面上铺设第一辅助材料，用于所述主梁下表面复合材料的辅助灌注；
S2、在所述型腔内第一辅助材料顶部铺设结构布层，所述结构布层用于与所灌注的所述复合材料固化成型为主梁；
S3、布置抽气系统的抽气装置和辅助抽气装置：所述抽气系统用于将所述结构布层中的空气抽出，为向所述结构布层注胶创造真空负压环境；其中，所述抽气装置用于提供抽气动力和通道，所述辅助抽气装置用于辅助所述结构布层的抽气及复合材料浸润；
S4、在所述型腔内结构布层的顶部和所述法兰平台的注胶侧的台面上铺设第二辅助材料，用于所述主梁上表面复合材料的辅助灌注；
S5、灌注制作成型主梁。
2.如权利要求1所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S1包含：自下而上依次铺设第一导流网、第一隔离膜和第一脱模布，其中：所述第一导流网用于所述复合材料的导流，所述第一导流网满铺覆盖所述型腔底面，满铺覆盖所述型腔注胶侧立面，以及部分覆盖法兰平台注胶侧的台面；
所述第一隔离膜用于在所述主梁固化成型后便于脱模，铺设在第一导流网顶部，至少覆盖所述第一导流网铺设在型腔底面和注胶侧立面的区域；
所述第一脱模布用于在所述主梁下表面形成粗糙面，铺设在所述第一隔离膜顶部，满铺覆盖型腔的底面和四个侧立面，并在四个侧立面顶边各延伸50～100mm。
3.如权利要求2所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，所述第一导流网为挤出成型导流网或编织成型导流网，克重规格选用100～300g/㎡。
4.如权利要求2所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，所述第一导流网部分覆盖法兰平台注胶侧台面的范围为，弦向自所述法兰平台的注胶侧立面顶边至注胶导流边、轴向自所述型腔的一端轴向顶边至另一端轴向顶边；其中，所述注胶导流边为在所述法兰平台注胶侧台面上与型腔注胶侧立面顶边平行的直线，注胶导流边至型腔注胶侧立面顶边的垂线段长度为50～100mm。
5.如权利要求1所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S2中，
所述结构布层为逐层铺设的多层纤维布，铺层时沿轴向每层所述纤维布自所述型腔一侧底边向另一侧底边铺展于所述型腔内，沿弦向各层所述纤维布交替偏向抽气侧和注胶侧错层铺设。
6.如权利要求1所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S3包含：
S31、布置抽气装置，包含步骤：
S311、布置模具抽气模块：
所述模具抽气模块包括模具真空泵和模具抽气孔、抽气孔连接装置；其中，所述模具抽气孔为设置在所述法兰平台抽气侧台面上垂直方向的贯穿法兰平台的通孔，所述模具抽气孔底部通过抽气孔连接装置与模具真空泵连接。
7.如权利要求6所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S311中所述模具抽气孔、抽气孔连接装置为多个，且各所述模具抽气孔沿轴向均匀设置在所述法兰平台的抽气侧台面上。
8.如权利要求7所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，所述模具抽气孔布置间隔为0.5～1m。
9.如权利要求7所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S31还包含步骤：
S312、布置外接抽气模块：
所述外接抽气模块包括外接真空泵及与外接真空泵连接的设置在所述法兰平台抽气侧台面上的外接抽气管，所述外接抽气管一端设有朝向型腔方向的外接抽气管口，另一端与所述外接真空泵连接。
10.如权利要求9所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S312中所述外接抽气管为多个，且沿轴向均匀设置在所述法兰平台抽气侧的台面上。
11.如权利要求6所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S3还包含：
S32、布置辅助抽气装置，包含步骤：
S321、铺设辅助抽气玻纤：
辅助抽气玻纤的材质为玻纤布，用于为所述结构布层抽气侧边缘处提供复合材料浸润通道及气腔导出通道；所述辅助抽气玻纤设置在所述第一脱模布与型腔抽气侧立面之间，自所述型腔抽气侧底边沿型腔抽气侧立面向上铺设，并超出所述型腔抽气侧顶边后再沿弦向伸出至所述法兰平台抽气侧台面上；将所述第一脱模布超出所述型腔抽气侧顶边的延伸部分，覆盖在所述辅助抽气玻纤位于法兰平台抽气侧台面上的延伸部分的顶部。
12.如权利要求11所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S321中，所述辅助抽气玻纤的轴向宽度与型腔的轴向宽度相同。
13.如权利要求11所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S321中所述辅助抽气玻纤在所述法兰平台抽气侧台面上超出所述型腔抽气侧顶边的长度为50～150mm。
14.如权利要求11所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S321中所述辅助抽气玻纤的材质为双轴向±45°玻纤编织布，克重为600g/㎡。
15.如权利要求11所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S321中所述辅助抽气玻纤铺设在所述型腔立面与所述结构布层接触的部分，使用隔离膜与所述结构布层隔离。
16.如权利要求11所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S32还包含：
S322、铺设抽气导流网：
在所述法兰平台抽气侧台面上铺设所述抽气导流网，轴向铺设范围与所述型腔轴向的长度一致；所述抽气导流网与辅助抽气玻纤上下搭接，搭接顺序不限；所述抽气导流网搭接在所述模具抽气孔上方。
17.如权利要求16所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S322中所述抽气导流网弦向幅宽为30～150mm。
18.如权利要求16所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S322中所述抽气导流网的铺设方法为：沿轴向波浪状铺设。
19.如权利要求16所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S322中所述抽气导流网的铺设方法为：每5～10m将抽气导流网断开200～300mm。
20.如权利要求16所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S322中所述抽气导流网与辅助抽气玻纤上下搭接部分的尺寸不小于所述抽气导流网幅宽的50％。
21.如权利要求4所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S4包含：
自下而上依次铺设第二脱模布、第二隔离膜和第二导流网所述第二脱模布用于在所述主梁上表面形成粗糙面；所述第二脱模布满铺覆盖所述结构布层上表面；
所述第二隔离膜用于在所述主梁固化成型后便于脱模；所述第二隔离膜满铺覆盖所述第二脱模布上表面；
所述第二导流网用于所述复合材料的导流；所述第二导流网轴向长度与型腔的轴向长度一致，铺设时，所述第二导流网的轴向两端对齐所述型腔的轴向两立面，沿弦向自所述注胶导流边向抽气侧方向铺设。
22.如权利要求21所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，所述第二导流网采用与所述第一导流网相同材质和克重的导流网，以实现所述结构布层上下表面的复合材料流速一致。
23.如权利要求21所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，所述第二导流网弦向宽度为所述结构布层弦向宽度的40％～60％。
24.如权利要求1所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S5包含：
S51、布置灌注流道：所述灌注流道为连接所述注胶设备与第一辅助材料、第二辅助材料的注胶管路，设置在所述法兰平台注胶侧台面上，用于引流所述复合材料；
S52、布置抽气系统的防堵密封装置：所述防堵密封装置用于防止在抽气装置运转时吸入复合材料，以及构成抽气系统的气密环境；
S53、灌注所述复合材料制作成型主梁。
25.如权利要求1所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S51包含：
所述灌注流道包括注胶管路和与注胶管路连接的若干个注胶口；所述注胶管路设置有第一输入口、第二输入口和若干个输出口，其中，所述第一输入口与注胶机连接，所述第二输入口与注胶真空泵连接，所述输出口的设置数量与注胶口数量一致；各所述注胶口一端与注胶管路各输出口一一对应搭扣连接，另一端分别搭接在所述第二导流网上。
26.如权利要求24所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S52包含：
S521、铺设第一纳米单向透气膜：
所述第一纳米单向透气膜满铺覆盖所述第二隔离膜上表面无第二导流网覆盖的区域，且各所述外接抽气管口均匀地分布在第一纳米单向透气膜的抽气侧边缘。
27.如权利要求26所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S521中，所述第一纳米单向透气膜为可阻挡所述复合材料穿透但可以单向透气的高分子材料。
28.如权利要求26所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S521中，所述第一纳米单向透气膜轴向长度与型腔的轴向长度一致，弦向宽度为150～400mm。
29.如权利要求26所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S52还包含：
S522、铺设第二纳米单向透气膜：
所述第二纳米单向透气膜铺设在各模具抽气孔上方，各所述模具抽气孔上方自下向上依次覆盖抽气导流网和第二纳米单向透气膜，所述第二纳米单向透气膜边缘处与模具表面粘接密封。
30.如权利要求29所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S522中，所述第二纳米单向透气膜为可阻挡所述复合材料穿透但可以单向透气的高分子材料。
31.如权利要求29所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S52还包含：
S523、铺设真空密封袋膜：
所述真空密封袋膜为不透气的塑料薄膜，使用至少一层真空密封袋膜铺设在模具顶部，并将所述第二导流网、第一纳米单向透气膜、第二纳米单向透气膜、辅助抽气装置和外接抽气管口全部覆盖并密封，使所述真空密封袋膜与型腔所围合的空间在真空泵运转时形成气密环境；然后将所述真空密封袋膜与各注胶口连接并密封连接处。
32.如权利要求1～31任一项所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，步骤S53包含：
S531、结构布层抽真空；
S532、结构布层除湿；
S533、注入复合材料；
S534、加热固化成型；
S535、脱模，去除所述第一辅助材料、第二辅助材料和辅助抽气装置，获得成型的主梁部件。
33.如权利要求32所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，
步骤S531中抽真空是利用所述模具真空泵和外接真空泵；
步骤S532中除湿是将所述模具型腔内加热至除湿温度，利用模具真空泵和外接真空泵抽气除湿。
34.如权利要求32所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，
步骤S533包括，关闭所述注胶真空泵和外接真空泵，开启所述注胶机，所述复合材料在结构布层的真空负压吸引下，经所述灌注流道-第一导流网-第一隔离膜-第一脱模布及灌注流道-第二导流网-第二隔离膜-第二脱模布两条路径，注入所述结构布层内。
35.如权利要求33所述的风力发电机叶片主梁的成型方法，其特征在于，
步骤S531中抽真空还利用了所述注胶真空泵；
步骤S532中抽气除湿还利用了所述注胶真空泵。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115583051A (zh) * | 2022-09-26 | 2023-01-10 | 中材科技风电叶片股份有限公司 | 用于树脂传递模塑成型的装置、系统和成型方法 |
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2021
- 2021-11-24 CN CN202111405402.6A patent/CN114261109B/zh active Active
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