CN115782276A - 一种叶片前缘防护体系的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于风电叶片技术领域，具体公开了一种叶片前缘防护体系的构建方法，准备材料：准备预制防护层和前缘保护漆，预制防护层为内层膜和外层膜形成的闭合腔体，外层膜上设有与闭合腔体连通的抽气口和注入口；粘接预制防护层：将预制防护层的内层膜通过粘接剂粘接固定在叶片前缘区域；灌注前缘保护漆：待预制防护层粘接完成并固化后，通过抽气口将闭合腔体内抽至真空，通过注入口将提前加热的前缘保护漆灌注至闭合腔体内；待填充完全后，常温放置并固化；去除辅助灌注结构：待前缘保护漆固化后，切割去除预制防护层表面的注入口和抽气口。各处前缘保护漆的灌注质量均匀、稳定，一致性非常好，实现油漆厚度均匀和性能稳定等保护膜的优点。

Description

一种叶片前缘防护体系的构建方法

技术领域

本发明属于风电叶片技术领域，尤其涉及一种叶片前缘防护体系的构建方法。

背景技术

风电叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计，可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。随着海上风电的发展，叶尖的线速度越来越大，最高已达95m/s，由此带来严重的前缘腐蚀问题，影响机组的发电量，严重时可导致叶片结构破坏，给机组的安全运行带来严重的隐患和风险。

前期油漆雨蚀性能评估时，由于在实验室制样，其质量把控严格，其测试的雨蚀性能也就非常优异。但在叶片涂装过程中，通常采用辊涂的施工方式，由于工人的操作不当、施工进度紧张以及车间粉尘较多等原因，前缘保护漆的涂装质量不太理想，常存在厚度不均一、涂层中有气孔以及杂质等缺陷，导致风场叶片理论的雨蚀寿命与实际挂机结果相差较大。

当前，叶片前缘防护主要是在叶片前缘位置涂装前缘保护漆，通常在面漆涂层上通过羊毛滚或刮板等工具将前缘保护漆涂装，为达到干膜厚度350μm以上的目的，前缘保护漆重复涂装次数一般在4次以上。涂层防护技术的主要优点是随型性好、成本低、耐候性能优异和涂装工艺较为简单。同时，其主要的缺点也很明显，很难实现较高（500μm以上）的涂层厚度，涂装过程中受制于工人操作熟练度和责任心，容易产生厚度不均一、固化不良和气泡等缺陷，造成维修等返工问题，严重影响叶片的生产效率。

另一种叶片前缘防护技术则是贴膜，主要是海上叶片采用这种技术，在叶片面漆涂层上通过压敏胶粘接，膜的边缘用封边胶粘接封闭，每片保护膜之间通过搭接覆盖，形成密闭的保护膜。保护膜的优势在于厚度均匀、无需固化和雨蚀性能优异和稳定，但其也存在诸如成本高昂、抗环境老化能力薄弱、不易随型以及施工难度大等缺点，在陆上叶片推广存在较大的成本难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶片前缘防护体系的构建方法，以解决现有的叶片前缘防护技术带来的厚度不均、存在质量缺陷，或者不易随型、施工难度大的问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种叶片前缘防护体系的构建方法，包括准备材料：准备预制防护层和前缘保护漆，所述预制防护层为内层膜和外层膜形成的闭合腔体，所述外层膜上设有与闭合腔体连通的抽气口和注入口；所述前缘保护漆采用高弹性涂层材料；粘接预制防护层：将预制防护层的内层膜通过粘接剂粘接固定在叶片前缘区域，并使用工具挤压出多余的粘接剂以及将粘接剂压实；灌注前缘保护漆：待预制防护层粘接完成并固化后，通过抽气口将闭合腔体内抽至真空，通过注入口将提前加热的前缘保护漆灌注至闭合腔体内；待前缘保护漆将预制防护层填充完全后，常温放置并固化；去除辅助灌注结构：待前缘保护漆固化后，切割去除预制防护层表面的注入口和抽气口，并对局部进行修复。

进一步，所述内层膜和外层膜的材料是由聚氨酯弹性本体材料和橡胶复合而成；所述前缘保护漆采用聚氨酯弹性体涂层或聚脲弹性体涂层。

进一步，所述内层膜和外层膜的厚度为500～1000μm；所述内层膜和外层膜之间的厚度控制在400～1000μm之间。

进一步，在粘接预制防护层步骤中，所述预制防护层与其下面的叶片基材或涂层的剥离强度≥8N/cm。

进一步，灌注前缘保护漆，具体的步骤为：

提前将前缘保护漆在至少50℃的烘箱环境下恒温加热处理4h，并按照其主剂和固化剂的混合比例进行混合，再对前缘保护漆进行脱泡处理；

在预制防护层宽度的中间位置每间隔10m放置一个注胶座，第一个注胶座放置在距离预制防护层起始位置5m的位置处；

将注入口与灌注管道连接，灌注管道与灌注设备连接；将抽气口与抽气管道连接，抽气管道与真空系统连接；

检验预制防护层的真空度：通过抽气口和抽气管道进行抽真空，直至抽真空至30mbar以下，15min内真空表数变化≤20mbar，表示真空度检验合格，否则不合格；

真空度检验合格后，开启灌注设备进行灌注；灌注过程中若出现气泡，人工干预排出；灌注过程中若预制防护层的外观出现凸起，则通过手工刮板进行局部区域擀平；

待前缘保护漆将预制防护层填充完全后，常温放置7天。

进一步，所述灌注管道包括灌注螺旋钢丝管和PPR管，所述灌注螺旋钢丝管分别与PPR管和注胶口连接，PPR管与灌注设备连接；所述抽气管道采用螺旋抽气管和连接管，所述螺旋抽气管分别与连接管和抽气口连接，所述连接管与真空系统的真空泵连接；所述连接管采用PU管或抽气螺旋钢丝管。

进一步，所述预制防护层采用中间厚两边薄的结构或中间和两边厚度一致的结构。

进一步，去除辅助灌注结构具体为：待前缘保护漆固化后，切割去除预制防护层表面的注入口和抽气口，并采用同色号的面漆或前缘保护漆进行局部维修，实现前缘防护体系表面的平整。

本技术方案的有益效果在于：

①采用本技术方案的方法，各处前缘保护漆的灌注质量均匀、稳定，一致性非常好，实现油漆厚度均匀和性能稳定等保护膜的优点。

②采用本技术方案的方法，无明显的涂装缺陷，避免了常规涂装过程中产生的气泡、固化不彻底、色差等质量缺陷。

③采用本技术方案的方法，可以突破现有工艺技术的涂层厚度上限，提升前缘保护漆的涂层厚度（整体厚度至少1.4mm，可实现3mm的总厚度），带来超过30％的防护能力提升，更好地防护叶片前缘雨蚀。

④密闭灌注应用工艺，车间中的灰尘等杂质无法轻易进入涂层中，同时外侧的聚氨酯橡胶复合体可以避免前缘保护漆固化不彻底后出现发粘而带来的脏污等外观问题。

⑤操作简单，无需熟练涂装的工人操作，叶片其他生产工序的人员皆可培训胜任，同时提升前缘保护漆的涂装效率。

⑥本技术方案中前缘保护漆涂层的材质与预制防护层的材质基本一致，在一定的温度条件下可以实现前缘保护漆涂层与预制防护层深度融合，达到两者附着力≥7MPa的粘接效果，带来更好的雨蚀防护效果。

⑦灌注后不需要再次加热固化，由于前缘保护漆提前进行了加热处理，已有的加热温度已经可以保证其能够固化彻底。

附图说明

图1为本发明一种叶片前缘防护体系的构建方法的流程图；

图2为本发明中第一种预制防护层的结构示意图；

图3为本发明中第二种预制防护层的结构示意图；

图4为本发明中第一种预制防护层粘接的结构示意图；

图5为本发明中第二种预制防护层粘接的结构示意图

图6为本发明中涂装完本叶片前缘防护体系后的叶片截面示意图。

实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：预制防护层1、外层膜2、内层膜3、注入口4、抽气口5、叶片前缘区域6、前缘防护体系7、粘接剂8。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例基本如附图1所示：一种叶片前缘防护体系的构建方法，包括以下步骤：

S1:准备材料：准备预制防护层1和前缘保护漆，预制防护层1为内层膜3和外层膜2形成的闭合腔体，外层膜2上设有与闭合腔体连通的抽气口5(至少两个)和注入口4，内层膜3和外层膜2的材料是由聚氨酯弹性本体材料和橡胶复合而成，橡胶可以采用丁苯橡胶或顺丁橡胶或其他耐候性优异的橡胶；内层膜3和外层膜2的厚度均为500～1000μm，预制防护层1的内层膜3和外层膜2之间的距离即为后续注入前缘保护漆的涂装厚度，内层膜3和外层膜2之间的厚度控制在400～1000μm之间。预制防护层1采用中间厚两边薄结构(图2)或中间和两边厚度一致的结构(图3)，但后者应避免涂层体系的台阶问题，避免影响气动效率。前缘保护漆采用高弹性涂层材料,具体为聚氨酯弹性体涂层或聚脲弹性体涂层，该材质具有工艺操作性好，耐雨蚀和耐候性等防护性能优异，成本更具优势的优点。由于前缘保护漆涂层的材质与预制防护层1的材质基本一致，在一定的温度条件下可以实现前缘保护漆涂层与预制防护层1深度融合，达到两者附着力≥7MPa的粘接效果，带来更好的雨蚀防护效果。

S2: 粘接预制防护层1：将预制防护层1的内层膜3通过粘接剂8粘接固定在叶片前缘区域6，如图4、5所示。具体地：预制防护层1可通过丙烯酸酯等粘接剂8粘接固定在叶片前缘区域6，也可以通过预制防护层1自带的压敏胶粘接固定。在粘接过程中，使用工具挤压出多余的粘接剂8或将压敏胶压实，保证预制防护层1与其下面的叶片基材或涂层的剥离强度≥8N/cm。预制防护层1可以是整体粘接，也可以是两片及以上的预制防护层1采用对接的方式实现既定的防护长度，要求其无缝衔接。

S3: 灌注前缘保护漆：待预制防护层1粘接完成并固化后，通过抽气口5将闭合腔体内抽至真空，通过注入口4将提前加热的前缘保护漆灌注至闭合腔体内；待前缘保护漆将预制防护层1填充完全后，常温放置并固化；具体的步骤为：

S3-1:提前将前缘保护漆在至少50℃的烘箱环境下恒温加热处理4h，并按照其主剂和固化剂的混合比例进行混合，再对前缘保护漆进行脱泡处理，要求脱泡彻底，无气泡；

S3-2:在预制防护层1宽度的中间位置每间隔10m放置一个注胶座，第一个注胶座放置在距离预制防护层1起始位置5m的位置处；

S3-3:将注入口4与灌注管道连接，灌注管道与灌注设备连接,具体地灌注管道包括灌注螺旋钢丝管和PPR管，灌注螺旋钢丝管分别与PPR管和注胶口连接，PPR管与灌注设备连接；将抽气口5与抽气管道连接，抽气管道与真空系统连接，具体地抽气管道采用螺旋抽气管和连接管，螺旋抽气管分别与连接管和抽气口5连接，连接管与真空系统的真空泵连接；连接管采用PU管或抽气螺旋钢丝管；

S3-4:检验预制防护层1的真空度：通过抽气口5和抽气管道进行抽真空，直至抽真空至30mbar以下，15min内真空表数变化≤20mbar，表示真空度检验合格，否则不合格；

S3-5:真空度检验合格后，缓慢开启灌注设备进行灌注，利用重力及真空系统保证前缘保护漆流动充分，分散均一和密集；灌注过程中工作人员需时刻关注保护漆的流动性及气泡排出情况，若出现气泡，人工干预排出；灌注过程中若预制防护层1的外观出现凸起，则通过手工刮板进行局部区域擀平；

S3-6:待前缘保护漆将预制防护层1填充完全后，常温放置7天，前缘保护漆已有的加热温度可保证其固化彻底。

S4: 去除辅助灌注结构：待前缘保护漆固化后，切割去除预制防护层1表面的注入口4和抽气口5，并采用同色号的面漆或前缘保护漆进行局部维修，实现前缘防护体系7表面的平整，最终如图6所示。

需要说明的是，在本文中，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那些要素，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。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：包括

准备材料：准备预制防护层(1)和前缘保护漆，所述预制防护层(1)为内层膜(3)和外层膜(2)形成的闭合腔体，所述外层膜(2)上设有与闭合腔体连通的抽气口(5)和注入口(4)；所述前缘保护漆采用高弹性涂层材料；

粘接预制防护层(1)：将预制防护层(1)的内层膜(3)通过粘接剂(8)粘接固定在叶片前缘区域(6)，并使用工具挤压出多余的粘接剂(8)以及将粘接剂(8)压实；

灌注前缘保护漆：待预制防护层(1)粘接完成并固化后，通过抽气口(5)将闭合腔体内抽至真空，通过注入口(4)将提前加热的前缘保护漆灌注至闭合腔体内；待前缘保护漆将预制防护层(1)填充完全后，常温放置并固化；

去除辅助灌注结构：待前缘保护漆固化后，切割去除预制防护层(1)表面的注入口(4)和抽气口(5)，并对局部进行修复。

2.根据权利要求1所述的一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：所述内层膜(3)和外层膜(2)的材料是由聚氨酯弹性本体材料和橡胶复合而成；所述前缘保护漆采用聚氨酯弹性体涂层或聚脲弹性体涂层。

3.根据权利要求1所述的一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：所述内层膜(3)和外层膜(2)的厚度为500～1000μm；所述内层膜(3)和外层膜(2)之间的厚度控制在400～1000μm之间。

4.根据权利要求1所述的一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：在粘接预制防护层(1)步骤中，所述预制防护层(1)与其下面的叶片基材或涂层的剥离强度≥8N/cm。

5.根据权利要求1所述的一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：灌注前缘保护漆，具体的步骤为：

提前将前缘保护漆在至少50℃的烘箱环境下恒温加热处理4h，并按照其主剂和固化剂的混合比例进行混合，再对前缘保护漆进行脱泡处理；

在预制防护层(1)宽度的中间位置每间隔10m放置一个注胶座，第一个注胶座放置在距离预制防护层(1)起始位置5m的位置处；

将注入口(4)与灌注管道连接，灌注管道与灌注设备连接；将抽气口(5)与抽气管道连接，抽气管道与真空系统连接；

检验预制防护层(1)的真空度：通过抽气口(5)和抽气管道进行抽真空，直至抽真空至30mbar以下，15min内真空表数变化≤20mbar，表示真空度检验合格，否则不合格；

真空度检验合格后，开启灌注设备进行灌注；灌注过程中若出现气泡，人工干预排出；灌注过程中若预制防护层(1)的外观出现凸起，则通过手工刮板进行局部区域擀平；

待前缘保护漆将预制防护层(1)填充完全后，常温放置7天。

6.根据权利要求5所述的一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：所述灌注管道包括灌注螺旋钢丝管和PPR管，所述灌注螺旋钢丝管分别与PPR管和注胶口连接，PPR管与灌注设备连接；所述抽气管道采用螺旋抽气管和连接管，所述螺旋抽气管分别与连接管和抽气口(5)连接，所述连接管与真空系统的真空泵连接；所述连接管采用PU管或抽气螺旋钢丝管。

7.根据权利要求1所述的一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：所述预制防护层(1)采用中间厚两边薄的结构或中间和两边厚度一致的结构。

8.根据权利要求1所述的一种叶片前缘防护体系的构建方法，其特征在于：去除辅助灌注结构具体为：待前缘保护漆固化后，切割去除预制防护层(1)表面的注入口(4)和抽气口(5)，并采用同色号的面漆或前缘保护漆进行局部维修，实现前缘防护体系(7)表面的平整。

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