CN117601407B - 一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备及设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备及设计方法，壳体的内部设有热弯模具本体，热弯模具本体的一端形成有第一槽口，热弯模具本体的另外一端形成有第二槽口；第一槽口裸露在壳体的一侧，第二槽口裸露在壳体的另外一侧；热弯模具本体包括加热段，加热段的外表面分布有若干中间介质，每个中间介质的外侧连接有加热器组件；加热器组件用于对热弯模具本体的加热段内部的退役叶片进行加热；中间介质用于对热弯模具本体的加热段进行温度平衡。本发明能够将原有的水平轴废旧退役叶片进行扭转热加工再利用，可以根据需求将退役叶片扭转一定的角度，扭转角度可调可固定，以提高叶片的再利用率，同时提高二次成型退役叶片的密度和结构强度；处理成本低。
Description
技术领域
本发明属于废旧叶片加工技术领域，具体涉及一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备及设计方法。
背景技术
目前，风电叶片回收再利用的过程中，适当改变叶片原有的形状，可以提高废旧叶片的适用性，进而提高其再利用价值。
现阶段，废旧叶片加工机方案主要有两种：一种是折弯机处理，该类机器可对叶片进行按压折弯，将叶片折合成长度较短的数个小段，以方便运输。经此类机器加工后的叶片，由于局部受力，折弯部分发生形变，导致材质的损伤和强度下降，叶片的再利用价值降低。另一种是粉碎机处理，通过将叶片切割、粉碎成颗粒状，再通过筛选选取可利用的部分，这种处理方法运输成本较高，加工工艺繁琐，再利用度较低。
发明内容
为此，本发明提供一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备及设计方法，解决传统处理技术导致材质损伤和强度下降，叶片的再利用价值降低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备，包括壳体，所述壳体的内部设有热弯模具本体，所述热弯模具本体的一端形成有第一槽口，所述热弯模具本体的另外一端形成有第二槽口；所述第一槽口裸露在所述壳体的一侧，所述第二槽口裸露在所述壳体的另外一侧；
所述热弯模具本体包括加热段，所述加热段的外表面分布有若干中间介质，每个所述中间介质的外侧连接有加热器组件；所述加热器组件用于对所述热弯模具本体的所述加热段内部的退役叶片进行加热；所述中间介质用于对所述热弯模具本体的所述加热段进行温度平衡。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备优选方案，所述热弯模具本体还包括冷却段，所述冷却段连接在所述加热段的一侧，所述冷却段采用自然空冷。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备优选方案，所述加热段的上表面的所述中间介质的数量，多于所述加热段的下表面的所述中间介质的数量。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备优选方案，所述中间介质采用非金属陶瓷。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备优选方案，所述加热器组件包括换热翅片、石英热管和加热片；所述石英热管从所述换热翅片的避让孔中穿过后再连接所述加热片；所述加热片的上端面贴近所述换热翅片，所述加热片的下端面贴近所述中间介质。
本发明还提供一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法，热弯模具本体的加热段靠近第二槽口处的位置具有第一温度值T max ，热弯模具本体的加热段靠近冷却段处的位置具有第二温度值T min ；
第二温度值T min 大于二次成型退役叶片玻璃态温度的最低值，第一温度值T max 不高于二次成型退役叶片的熔化温度；
所述冷却段的长度至少为所述加热段长度的1.5倍；所述冷却段的旋向角度和所述加热段的旋向角度一致。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法优选方案，所述冷却段的长度设计公式为：
；
式中，为冷却段的总长度；/>为加热段的总长度；T max 为加热段靠近第二槽口处的位置具有的第一温度值；/>为加热段靠近冷却段处的位置具有的第二温度值；/>为温度冷却系数。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法优选方案，所述热弯模具本体的局部扭转角度计算公式为：
；
式中，L为待加工退役叶片的展平长度；r为垂直轴风力机的轮毂半径；
所述热弯模具本体的最大扭转角度不大于60°。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法优选方案，二次成型退役叶片的等效体积计算公式为：
；
式中，为待加工退役叶片的平均厚度；/>为待加工退役叶片截段的截面平均周长；
退役叶片材料热二次成型无量纲系数计算公式为：
；
式中，为加热段分配系数，/>为冷却段的总长度；/>为加热段的总长度。
作为水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法优选方案，退役叶片二次成型时间的计算公式为：
；
式中，为热弯模具本体的局部扭转角度，/>为冷却段的总长度；/>为加热段的总长度，/>为退役叶片材料热二次成型无量纲系数，/>为二次成型退役叶片的等效体积。
本发明具有如下优点：壳体的内部设有热弯模具本体，热弯模具本体的一端形成有第一槽口，热弯模具本体的另外一端形成有第二槽口；第一槽口裸露在壳体的一侧，第二槽口裸露在壳体的另外一侧；热弯模具本体包括加热段，加热段的外表面分布有若干中间介质，每个中间介质的外侧连接有加热器组件；加热器组件用于对热弯模具本体的加热段内部的退役叶片进行加热；中间介质用于对热弯模具本体的加热段进行温度平衡。其中，热弯模具本体的加热段靠近第二槽口处的位置具有第一温度值T max ，热弯模具本体的加热段靠近冷却段处的位置具有第二温度值T min ；第二温度值T min 大于二次成型退役叶片玻璃态温度的最低值，第一温度值T max 不高于二次成型退役叶片的熔化温度；冷却段的长度至少为加热段长度的1.5倍；冷却段的旋向角度和加热段的旋向角度一致。本发明能够将原有的水平轴废旧退役叶片进行扭转热加工再利用，可以根据需求将退役叶片扭转一定的角度，扭转角度可调可固定，以提高叶片的再利用率，同时提高二次成型退役叶片的密度和结构强度；处理成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
图1为本发明实施例中提供的水平轴风力机退役叶片二次成型设备立体结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的水平轴风力机退役叶片二次成型设备热弯模具本体结构示意图；
图3为本发明实施例中提供的水平轴风力机退役叶片二次成型设备加热器组件示意图；
图4为本发明实施例中提供的水平轴风力机退役叶片二次成型设备中间介质分布示意图。
图中，1、壳体；2、热弯模具本体；3、第一槽口；4、第二槽口；5、加热段；6、中间介质；7、加热器组件；8、冷却段；9、换热翅片；10、石英热管；11、加热片。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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1
参见图1、图2、图3和图4，本发明实施例1提供一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备，包括壳体1，壳体1的内部设有热弯模具本体2，热弯模具本体2的一端形成有第一槽口3，热弯模具本体2的另外一端形成有第二槽口4；第一槽口3裸露在壳体1的一侧，第二槽口4裸露在壳体1的另外一侧；
其中，热弯模具本体2包括加热段5，加热段5的外表面分布有若干中间介质6，每个中间介质6的外侧连接有加热器组件7；加热器组件7用于对热弯模具本体2的加热段5内部的退役叶片进行加热；中间介质6用于对热弯模具本体2的加热段5进行温度平衡。
本实施例中，热弯模具本体2还包括冷却段8，冷却段8连接在加热段5的一侧，冷却段8采用自然空冷。冷却段8主要采用自然空冷，选用此方法的原因是，自然空冷的冷却效率较低，可以防止退役叶片温度的剧烈变化造成瞬时冷却定型，使退役叶片卡在热弯模具本体2内造成堵塞，冷却段8的旋向角度应与加热段5保持一致。
其中，对于加热后的退役叶片，可以在外力作用下产生形变，可以根据需求将退役叶片扭转一定的角度，扭转角度可调可固定，根据应用场景将退役叶片扭转不同的角度，以提高叶片的再利用率。
其中，热弯模具本体2将可二次热成型的废旧的水平轴风力机退役叶片进行热二次成型，二次成型的扭转退役叶片可以用于垂直轴风力机上，扭转角度不应过大，即扭转退役叶片的局部最大扭转角度不应大于60°。
本实施例中，加热段5的上表面的中间介质6的数量，多于加热段5的下表面的中间介质6的数量；中间介质6采用非金属陶瓷。
其中，中间介质6的布置方式遵循上多下少、左右均匀布置，同时，在布置时考虑中间介质6的间距，达到周期性加热的效果，可以实现边加热、边定型的目的。
本实施例中，加热器组件7包括换热翅片9、石英热管10和加热片11；石英热管10从换热翅片9的避让孔中穿过后再连接加热片11；加热片11的上端面贴近换热翅片9，加热片11的下端面贴近中间介质6。其中，换热翅片9的作用与传统的应用有所不同，换热翅片9的设计目的是防止在石英热管10过功率时，造成的加热片11烧伤以及热塑模具本体超温，在石英热管10温度超温时，换热翅片9将多余热量导出。
具体的，加热器组件7将热量传递给热弯模具本体2，为了防止加热器组件7直接与热弯模具本体2直接接触造成局部超温，导致退役叶片的温度达到或高于其材料的熔化温度，因此设计非金属陶瓷作为中间介质6，在防止局部模具超温的前提下，平衡温度变化。
本发明实施例的使用过程如下：
首先，将水平轴风力机退役叶片二次成型设备启动并预热，使加热段5第二槽口4处的温度高于退役叶片的玻璃化温度；将切割完成的退役叶片有效段插入热弯模具本体2的第二槽口4处，即加热段5的入口位置；
当加热段5入口位置的温度达到要求后，将退役叶片缓缓推入热弯模具本体2内，此时，退役叶片前端已进入加热段5内一定距离，退役叶片已经软化并在加热段5的形状约束下开始扭转；
随着退役叶片的逐渐推入，部分退役叶片进入到了冷却段8中，其温度逐渐下降，并在冷却段8的作用下定型；
当退役叶片前端完成定型后，从冷却段8出口即第一槽口3拔出，并带动内部剩余的退役叶片逐渐变形并抽离加热段5；
当整个退役叶片扭转加工完成后，观察其定型效果，若其定型效果不佳或扭转角度未达到规定要求，可重复上述操作直至定型或更换截面积更小的成型模具进行再次加工以提高其结构强度和压合密度。
其中，退役叶片热弯成型过程中，热二次成型时间的把控至关重要，若叶片在热段中所处的时间过长，可能导致叶片融化或灼伤，若时间过短，可能导致叶片成型温度较低，成型效果较差，若温度过低可能导致热弯模具损坏。热二次成型时间的时间确定方式见实施例2。
实施例2
本发明实施例2提供一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法，热弯模具本体2的加热段5靠近第二槽口4处的位置具有第一温度值T max ，热弯模具本体2的加热段5靠近冷却段8处的位置具有第二温度值T min ；
第二温度值T min 大于二次成型退役叶片玻璃态温度的最低值，第一温度值T max 不高于二次成型退役叶片的熔化温度；
所述冷却段8的长度至少为所述加热段5长度的1.5倍；所述冷却段8的旋向角度和所述加热段5的旋向角度一致。
其中，加热段5主要采用多级电加热，温度分布为逆温加热式，热弯模具本体2的加热段5靠近第二槽口4处的位置具有第一温度值T max ，热弯模具本体2的加热段5靠近冷却段8处的位置具有第二温度值T min ；第二温度值T min 大于二次成型退役叶片玻璃态温度的最低值，第一温度值T max 不高于二次成型退役叶片的熔化温度，以防止叶片热加工时与模具产生过度粘连。由于采用逆温加热的方式，使材料边加热、边定型
本实施例中，冷却段8主要采用自然空冷，选用此方法的原因是，自然空冷的冷却效率较低，可以防止退役叶片温度的剧烈变化造成瞬时冷却定型，使退役叶片卡在热弯模具本体2内造成堵塞，冷却段8的旋向角度应与加热段5保持一致。并且冷却段8长度应至少达到加热段5总长度的1.5倍，所述冷却段8的长度设计公式为：
；
式中，为冷却段8的总长度；/>为加热段5的总长度；T max 为加热段5靠近第二槽口4处的位置具有的第一温度值；/>为加热段5靠近冷却段8处的位置具有的第二温度值；/>为温度冷却系数。
本实施例中，热弯模具本体2的设计是根据需要处理的退役叶片进行设计，即不同的退役叶片选型需要搭配不同的热弯模具本体2。热弯模具本体2将可二次热成型的废旧的水平轴风力机退役叶片进行热二次成型，二次成型的扭转退役叶片将用于垂直轴风力机上，因此其扭转角度不应过大，即扭转叶片的局部最大扭转角度不应大于60°，其中，热弯模具本体2的局部扭转角度计算公式为：
；
式中，L为待加工退役叶片的展平长度；r为垂直轴风力机的轮毂半径。
本实施例中，确定退役叶片二次成型时间过程中，退役叶片的等效体积计算公式为：
；
式中，为待加工退役叶片的平均厚度；/>为待加工退役叶片截段的截面平均周长；
退役叶片材料热二次成型无量纲系数计算公式为：
；
式中，为加热段5分配系数，/>为冷却段8的总长度；/>为加热段5的总长度。
其中，退役叶片二次成型时间的计算公式为：
；
式中，为热弯模具本体2的局部扭转角度，/>为冷却段8的总长度；/>为加热段5的总长度，/>为退役叶片材料热二次成型无量纲系数，/>为二次成型退役叶片的等效体积。
综上所述，本发明设备的壳体1内部设有热弯模具本体2，热弯模具本体2的一端形成有第一槽口3，热弯模具本体2的另外一端形成有第二槽口4；第一槽口3裸露在壳体1的一侧，第二槽口4裸露在壳体1的另外一侧；热弯模具本体2包括加热段5，加热段5的外表面分布有若干中间介质6，每个中间介质6的外侧连接有加热器组件7；加热器组件7用于对热弯模具本体2的加热段5内部的退役叶片进行加热；中间介质6用于对热弯模具本体2的加热段5进行温度平衡。使用过程中，将水平轴风力机退役叶片二次成型设备启动并预热，使加热段5第二槽口4处的温度高于退役叶片的玻璃化温度；将切割完成的退役叶片有效段插入热弯模具本体2的第二槽口4处，即加热段5的入口位置；当加热段5入口位置的温度达到要求后，将退役叶片缓缓推入热弯模具本体2内，此时，退役叶片前端已进入加热段5内一定距离，退役叶片已经软化并在加热段5的形状约束下开始扭转；随着退役叶片的逐渐推入，部分退役叶片进入到了冷却段8中，其温度逐渐下降，并在冷却段8的作用下定型；当退役叶片前端完成定型后，从冷却段8出口即第一槽口3拔出，并带动内部剩余的退役叶片逐渐变形并抽离加热段5；当整个退役叶片扭转加工完成后，观察其定型效果，若其定型效果不佳或扭转角度未达到规定要求，可重复上述操作直至定型或更换截面积更小的成型模具进行再次加工以提高其结构强度和压合密度。其中，热弯模具本体2的加热段5靠近第二槽口4处的位置具有第一温度值T max ，热弯模具本体2的加热段5靠近冷却段8处的位置具有第二温度值T min ；第二温度值T min 大于二次成型退役叶片玻璃态温度的最低值，第一温度值T max 不高于二次成型退役叶片的熔化温度；冷却段8的长度至少为加热段5长度的1.5倍；冷却段8的旋向角度和加热段5的旋向角度一致。本发明能够将原有的水平轴废旧退役叶片进行扭转热加工再利用，可以根据需求将退役叶片扭转一定的角度，扭转角度可调可固定，以提高叶片的再利用率，同时提高二次成型退役叶片的密度和结构强度；处理成本低。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)的内部设有热弯模具本体(2)，所述热弯模具本体(2)的一端形成有第一槽口(3)，所述热弯模具本体(2)的另外一端形成有第二槽口(4)；所述第一槽口(3)裸露在所述壳体(1)的一侧，所述第二槽口(4)裸露在所述壳体(1)的另外一侧；
所述热弯模具本体(2)包括加热段(5)，所述加热段(5)的外表面分布有若干中间介质(6)，每个所述中间介质(6)的外侧连接有加热器组件(7)；所述加热器组件(7)用于对所述热弯模具本体(2)的所述加热段(5)内部的退役叶片进行加热；所述中间介质(6)用于对所述热弯模具本体(2)的所述加热段(5)进行温度平衡；
所述热弯模具本体(2)还包括冷却段(8)，所述冷却段(8)连接在所述加热段(5)的一侧，所述冷却段(8)采用自然空冷；
所述加热段(5)的上表面的所述中间介质(6)的数量，多于所述加热段(5)的下表面的所述中间介质(6)的数量。
2.根据权利要求1所述的一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备，其特征在于，所述中间介质(6)采用非金属陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备，其特征在于，所述加热器组件(7)包括换热翅片(9)、石英热管(10)和加热片(11)；所述石英热管(10)从所述换热翅片(9)的避让孔中穿过后再连接所述加热片(11)；所述加热片(11)的上端面贴近所述换热翅片(9)，所述加热片(11)的下端面贴近所述中间介质(6)。
4.如权利要求1至3任一项所述的一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法，其特征在于，热弯模具本体(2)的加热段(5)靠近第二槽口(4)处的位置具有第一温度值Tmax，热弯模具本体(2)的加热段(5)靠近冷却段(8)处的位置具有第二温度值Tmin；
第二温度值Tmin大于二次成型退役叶片玻璃态温度的最低值，第一温度值Tmax不高于二次成型退役叶片的熔化温度；
所述冷却段(8)的长度至少为所述加热段(5)长度的1.5倍；所述冷却段(8)的旋向角度和所述加热段(5)的旋向角度一致。
5.根据权利要求4所述的一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法，其特征在于，所述冷却段(8)的长度设计公式为：
lc＝1.5lh+C(Tmax-Tmin)
式中，lc为冷却段(8)的总长度；lh为加热段(5)的总长度；Tmax为加热段(5)靠近第二槽口(4)处的位置具有的第一温度值；Tmin为加热段(5)靠近冷却段(8)处的位置具有的第二温度值；C为温度冷却系数。
6.根据权利要求5所述的一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法，其特征在于，所述热弯模具本体(2)的局部扭转角度θ计算公式为：
式中，L为待加工退役叶片的展平长度；r为垂直轴风力机的轮毂半径；
所述热弯模具本体(2)的最大扭转角度不大于60°。
7.根据权利要求6所述的一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法，其特征在于，二次成型退役叶片的等效体积vequ计算公式为：
vequ＝LδaveCave
式中，δave为待加工退役叶片的平均厚度；Cave为待加工退役叶片截段的截面平均周长；
退役叶片材料热二次成型无量纲系数χ计算公式为：
式中，ξ为加热段(5)分配系数，lc为冷却段(8)的总长度；lh为加热段(5)的总长度。
8.根据权利要求7所述的一种水平轴风力机退役叶片二次成型设备设计方法，其特征在于，退役叶片二次成型时间τ的计算公式为：
式中，θ为热弯模具本体(2)的局部扭转角度，lc为冷却段(8)的总长度；lh为加热段(5)的总长度，χ为退役叶片材料热二次成型无量纲系数，vequ为二次成型退役叶片的等效体积。
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