用于叶片的工字形腹板、模具及制造方法 |
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| 申请号 | CN201710383183.3 | 申请日 | 2017-05-26 | 公开(公告)号 | CN107415282A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 北京金风科创风电设备有限公司; | 发明人 | 郑永俐; 赵其光; 吴志全; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种用于 叶片 的工字形 腹板 、模具及制造方法。所述用于叶片的工字形腹板包括：主体，呈长条板形，主体的宽度沿着从主体的根部至尖部的长度方向逐渐减小；第一挡边和第二挡边，沿主体的宽度方向形成在主体的两侧，以与主体形成工字形。根据本发明的工字形腹板，具有承 力 平衡、均匀，与壳体粘接无死 角 等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于叶片的工字形腹板，其特征在于，所述工字形腹板包括： |
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| 说明书全文 | 用于叶片的工字形腹板、模具及制造方法技术领域背景技术[0002] 目前，风力发电机组叶片使用的都是C字形腹板，如图1所示。C字形腹板在使用过程中存在诸多缺陷，例如，C字形腹板的法兰翻边与壳体的粘接区域存在外死角区，由于工作人员无法对该外死角区进行刮涂圆角，所以在该外死角区会存在多个应力集中点。这些粘接区域的应力集中点在疲劳载荷的作用下，很容易发生疲劳破坏与失效，风力发电机组叶片的粘接破坏与此缺陷有很大的关系。 [0003] 现有C字形腹板采用胶粘剂直接粘接于叶片壳体上，C字形腹板粘接面由主粘面和辅粘面组成，主粘面采用腹板模具法兰边制作，但辅粘面目前多采用胶粘剂粘接于腹板上或采用挡板手糊制作，其粘接位置及粘接角度的准确性难以保证，且在环境的影响下，固化难以保证，一般只用于PS面的粘接，而且腹板在拐角位置处的应力较大，较大程度影响了腹板粘接的强度。 [0004] 另外，现有C字形腹板制作过程也存在以下问题：由于C字形腹板在合模以后还要进行辅助粘接的糊制，所以会延长合模时间；由于辅助粘接一般采用手糊的工艺成型方法，所以作业环境较真空灌注差；由于手糊辅助粘接必须要人进去操作，所以只能限于SS面及可以进入区域PS面粘接，人进不去的区域，无法进行手糊辅助粘接的制作；由于辅助粘接是手糊工艺，所以受操作环境的影响比较大，在冬季气温较低的情况下，由于没有固定的加热装置，所以手糊辅助粘接固化较慢；由于C字形腹板是先进行腹板粘接，然后再进行手糊辅助粘接，所以是两次成型；由于辅助粘接采用了手糊工艺，所以操作比较麻烦，而且手糊工艺的制作精度较低，所以随型性较差，从而延长了腹板与壳体整体的粘接操作时间。 发明内容[0006] 为了解决上述问题，提出本发明，本发明提供一种叶片工字形腹板、模具及制造方法。 [0007] 根据本发明的一方面，提供一种用于叶片的工字形腹板，所述工字形腹板包括：主体，呈长条板形，主体的宽度沿着从主体的根部至尖部的长度方向逐渐减小；第一挡边和第二挡边，沿主体的宽度方向形成在主体的两侧，以与主体形成工字形。 [0008] 根据本发明的示例性实施例，所述主体可与所述第一挡边之间的夹角A和D的和为180度，所述主体可与所述第二挡边之间的夹角B和C的和为180度。 [0009] 根据本发明的示例性实施例，所述第一挡边和所述第二挡边的外表面的形状可与叶片的对应部分的内表面的形状相同。 [0010] 根据本发明的另一方面，提供一种制造用于叶片的工字形腹板的模具，所述模具包括：下腹板面板；上腹板面板，通过内挡板组件支撑在所述下腹板面板之上；外挡板，设置在所述下腹板上，平行于所述内挡板组件的外表面且位于所述内挡板之外。 [0011] 根据本发明的示例性实施例，所述内挡板组件可包括第一内挡板，所述上腹板面板与所述第一内挡板之间可呈锐角。 [0012] 根据本发明的示例性实施例，所述内挡板组件可包括第二内挡板和附着于所述内挡板的三角形柔性块，所述上腹板面板与所述第二内挡板之间可呈钝角。 [0013] 根据本发明的示例性实施例，在所述上腹板面板与所述下腹板面板之间可设置有加热管。 [0014] 根据本发明的示例性实施例，所述下腹板面板可设置在腹板支架之上。 [0015] 根据本发明的又一方面，提供一种制造用于叶片的工字形腹板的方法，所述方法包括以下步骤：1)在用于叶片的工字形腹板的模具的宽度方向的两侧的凹入处铺设脱模布；2)在用于叶片的工字形腹板的模具的外挡板的内表面上铺设纤维布；3)将所述纤维布翻下来以覆盖模具的内挡板组件；4)在步骤3)的所述纤维布上铺设纤维布，以覆盖模具上腹板面板和外挡边的内表面；5)将板形芯材放置在步骤4)铺设的所述纤维布上；6)在所述板形芯材上铺设纤维布；7)采用真空灌注法将树脂灌注至纤维布之间，使纤维布与树脂充分浸润，对模具加热，以使树脂固化。 [0016] 根据本发明的示例性实施例，所述脱模布可翻边至所述模具的外挡板的上边缘之外。 [0017] 根据本发明的示例性实施例，步骤7)中，使压力达到预定值以上，并保持15分钟以上压力下降不超过0.02Mpa，开始灌注树脂。 [0018] 根据本发明的示例性实施例的制造方法制造的工字形腹板是工字型的，具有承力平衡、均匀，与壳体粘接无死角等优点，所以可以从根源上优化腹板与壳体的粘接，使叶片粘接的疲劳性能大幅提升，从本质上提高了叶片的使用寿命与运行的安全度。附图说明 [0019] 图1是根据现有技术的用于叶片的C字形腹板的截面图； [0020] 图2是根据本发明的示例性实施例的用于叶片的工字形腹板的截面图； [0021] 图3是根据本发明的示例性实施例的工字形腹板安装在叶片中的示意图； [0022] 图4是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的模具的示意图； [0023] 图5是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的模具的变型示例的示意图； [0024] 图6至图11是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的方法的步骤的示意图； [0025] 图12是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的真空灌注工艺的示意图； [0026] 图13是沿着图12的A-A线截取的截面图。 具体实施方式[0028] 图2是根据本发明的示例性实施例的用于叶片的工字形腹板的截面图；图3是根据本发明的示例性实施例的工字形腹板安装在叶片中的示意图。 [0029] 如图2和图3所示，根据本发明的示例性实施例的用于叶片的工字形腹板包括：主体1，呈长条板形，主体1的宽度沿着从主体1的根部至尖部的长度方向逐渐减小；第一挡边2和第二挡边3，沿主体1的宽度方向形成在主体1的两侧(例如，图2中的主体1的上侧和下侧)，以与主体1形成工字形。 [0030] 可选地，主体1与第一挡边2之间的夹角A和D分别可以是锐角、直角和钝角，只要夹角A和D的和为180度即可。类似地，主体1与第二挡边3之间的夹角B和C分别可以是锐角、直角和钝角，只要夹角B和C的和为180度即可。如图3所示，可选地，位于主体1的同一侧的夹角A和B可以同时为锐角、直角或者钝角，此时，位于主体1的另一侧的夹角C和D为钝角、直角或者锐角。 [0031] 如图3所示，第一挡边2和第二挡边3的外表面的形状与叶片的对应部分的内表面的形状相同，以与叶片紧密地贴合。 [0032] 与C字形腹板相比，由于根据本发明的示例性实施例的工字形腹板结构上基本对称，所以在相同粘贴宽度的情况下，性能更好。在这种情况下，即使在工字形腹板与叶片壳体的粘接面上出现裂缝，工字形腹板也由于在主体1的两侧都有粘接，而使断裂延伸较慢。 [0033] 通过有限元模拟显示，C字形腹板在与叶片粘贴的粘贴角的边缘处存在较大的应力，而根据本发明的示例性实施例的工字形腹板在与叶片粘贴的粘贴角的边缘处几乎不存在应力；对于垂直于粘接面的方向上的最大轴向应力而言，C字形腹板的剥离应力是工字形腹板的4.3倍，弯曲应力是工字形腹板的6.9倍。 [0034] 下面参照图4和图5描述根据本发明的示例性实施例的用于叶片的工字形腹板的模具。 [0035] 图4是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的模具的示意图。 [0036] 如图4所示，根据本发明的示例性实施例的用于叶片的工字形腹板的模具100包括：下腹板面板10；上腹板面板20，通过内挡板组件40支撑在下腹板面板10之上；外挡板30，设置在下腹板10上，且平行于内挡板组件40的外表面位于内挡板40之外。 [0037] 在图4中，内挡板组件40可以是第一内挡板41，上腹板面板20与第一内挡板41之间可以呈锐角。 [0038] 可选地，外挡板30可由支撑板支撑，以确保外挡板30平行于内挡板41。 [0039] 图5是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的模具的变型示例的示意图。如图5所示，除了内挡板组件40之外，图5中的用于叶片的工字形腹板的模具的部件与图4中的用于叶片的工字形腹板的模具的部件相同。 [0040] 在图5的示例性实施例中，内挡板组件40可包括第二内挡板42和附着于第二内挡板42的三角形柔性块43。上腹板20通过第二内挡板42支撑在下腹板面板10之上。上腹板面板20与第二内挡板42之间呈钝角，三角形柔性块43的第一表面平行于第二内挡板42的外表面，三角形柔性块的第二表面与上腹板面板20齐平，三角形柔性块的第三表面平行于外挡板30。 [0041] 可选地，在上腹板面板20与下腹板面板10之间设置有加热管。 [0043] 下面参照图6至图13详细描述根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的方法。 [0044] 图6至图11是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的方法的步骤的示意图。 [0045] 下面以制造长度为54米，根部宽度为2.26米，尖部宽度为0.05米的工字形腹板为例来描述根据本发明的示例性实施例的制造方法。 [0046] 在步骤1，铺设脱模布。具体地，在模具100的宽度方向的两侧(图6中的模具100的左侧和右侧)的凹入处铺设脱模布，脱模布沿着模具100的长度方向从1.95米开始到56米结束，脱模布不能有褶皱、悬空、不随行等问题。可选地，如图6所示，脱模布覆盖模具100沿宽度方向的两侧的凹入，并翻边到模具100的外挡板30的上边缘之外。 [0047] 在步骤2，铺设凹入处的纤维布。具体地，在模具100的外挡板30的内表面上铺设纤维布，例如，铺设八层800克重的双轴布。第1层双轴布从1.95米开始到56米结束，双轴布的幅宽不大于外挡板30的宽度。第2层双轴布从20米开始到45米结束，双轴布的幅宽130mm。第3层双轴布从20米开始到45米结束，双轴布的幅宽120mm。第4层双轴布从8米开始到50米结束，双轴布幅宽120mm。第5层双轴布从8米开始到50米结束，双轴布幅宽110mm。第6层双轴布从1.95米开始到56米结束，双轴布幅宽110mm。第7层双轴布从1.95米开始到56米结束，双轴布幅宽100mm。第8层双轴布从1.95米开始到56米结束，双轴布幅宽100mm。注意双轴布不能有褶皱、悬空、不随行等问题，如图7所示。铺设过程中，按照模具100上的标识，结合铺层计划，从模具100的根部向尖部铺设纤维布。将纤维布平顺铺放到外挡板30上，调整各层纤维织布，在凹入的底部的纤维布紧挨脱模布铺设；将纤维布在凹入处压实，随形，无褶皱。每层纤维布使用少量喷胶固定，喷胶采用点喷的方式，每隔1m使用喷胶点喷。 [0048] 在步骤3，包裹内挡板组件40(具体地，三角形柔性块43)。具体地，将第2、3、4、5、6、7、8层双轴布翻下来包裹住三角形柔性块43。双轴布不能有褶皱、悬空、不随行等问题，如图 8所示。将纤维布翻边包裹三角形柔性块43，需要保留第1层纤维布不翻边。纤维布逐层包裹，每层纤维布压实，无褶皱。 [0049] 在步骤4，继续铺设纤维布。具体地，模具100的表面上铺设纤维布，以覆盖模具100的上腹板面板20和外挡边30的内表面。例如，铺设四层800克重的双轴布，第9层双轴布从1.95米开始到56米结束。铺设过程中，按照模具100上的标识，结合铺层计划，从模具100的根部向尖部铺设纤维布。将纤维布平顺铺放到模具100上，调整纤维布铺设至模具100的外挡板30上；将纤维布在模具100上压实，随形；纤维布的铺设方向应平行于工字形腹板的中心线，纤维布之间可以搭接；纤维布搭接满足50-70mm。第10层双轴布从1.95米开始到56米结束，双轴布幅宽为模具100的全区域铺设。第11层双轴布从8米开始到50米结束，双轴布幅宽为模具100的全区域铺设。第12层双轴布从20米开始到45米结束，双轴布幅宽为模具100的全区域铺设，如图9所示。按照模具100上的标识，结合铺层计划，从模具100的根部向尖部铺设纤维布。将纤维布平顺铺放到模具100上，调整各层纤维布在翻边上高度与模具100的外挡板30齐平；将纤维布在模具100的拐角处压实，随形。纤维布的铺设方向应平行于工字形腹板的中心线，纤维布之间可以搭接；纤维布搭接满足50-70mm；上下两层纤维布的搭接缝错开大于等于150mm。 [0050] 在步骤5，铺设板形芯材200。具体地，在模具100的表面上铺设板形芯材20，例如，PVC芯材200，PVC芯材200从1.95米开始到56米结束，PVC芯材200为模具100的全区域铺设。PVC芯材200不能有悬空、不随行、拼接缝过大等问题，如图10所示。铺设时，将编号为“1”的板形芯材对准模具100的铺层的起点标识，1.95m，其余板形芯材按编号从模具的根部向尖部依次拼接，板形芯材铺放后轻轻由模具100的尖部向根部方向拍打，使板形芯材间的拼接缝隙不大于3mm，并在模具100的中间位置向下按压板形芯材，确认板形芯材无悬空。板形芯材铺设后，例如，可使用树脂钉固定，树脂钉可每隔开500mm钉一个。 [0051] 在步骤6，继续铺设纤维布。具体地，在模具100的表面上铺设纤维布，以板形芯材200和外挡边30的内表面。例如，铺设四层800克重的双轴布，第13层双轴布从1.95米开始到 56米结束，双轴布幅宽为模具100全区域铺设。第14层双轴布从1.95米开始到56米结束，双轴布幅宽为模具100全区域铺设。第15层双轴布从8米开始到50米结束，双轴布幅宽为模具 100全区域铺设。第16层双轴布从20米开始到45米结束，双轴布幅宽为模具100全区域铺设。 双轴布不能有褶皱、悬空、不随行等问题，如图11所示。铺设时，按照模具100上的标识，结合铺层计划，从模具100的根部向尖部铺设纤维布。将纤维布平顺铺放到模具100上，调整各层纤维布在翻边上高度与模具100的外挡板30齐平；将纤维布在模具100的拐角处压实，随形。 纤维布的铺设方向应平行于工字形腹板的中心线，纤维布之间可以搭接；纤维布搭接满足 50-70mm；上下两层纤维布的搭接缝错开大于等于150mm。 [0052] 在步骤7，采用真空灌注法将树脂灌注至纤维布之间，使纤维布与树脂充分浸润，对模具100加热，以使树脂固化。 [0053] 图12是根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的真空灌注工艺的示意图；图13是沿着图12的A-A线截取的截面图。 [0054] 参照图12和图13，将详细描述根据本发明的示例性实施例的制造用于叶片的工字形腹板的真空灌注工艺，即，步骤7。 [0055] 在步骤7.1，铺放辅材。具体地，在模具100的拐角处铺设脱模布，脱模布沿着模具100的长度方向从1.95米开始到56米结束，且脱模布翻边到外挡板30的上边缘之外；铺放带孔薄膜600，在模具100的表面上满布带孔薄膜600，带孔薄膜600可以用喷胶点喷固定；铺放导流网；铺放注胶管；安装注胶口A1、B1、C1和A2；覆盖吸胶毡400。 [0056] 在步骤7.2，铺设导气系统。具体地，铺设螺旋管、铺放吸胶毡、安装真空管等。 [0057] 在步骤7.3，建立真空。具体地，放真空薄膜300、利用密封胶条500封真空薄膜300、安装注胶管、抽真空使压力达到预定值以上，并保持15分钟以上压力下降不超过0.02Mpa，开始灌注树脂。 [0058] 在步骤7.4，树脂灌注。具体地，树脂混合机校验、打胶、排气、灌注、换桶、灌注完成判断、注胶管处理、余胶处理。 [0059] 在步骤7.5，工字形腹板固化和脱模。 [0060] 在真空灌注过程中，需要注意以下事项：1、所有注胶管下面都需要一层导流带；2、螺旋管上每隔1m用0.1m宽的吸胶毡包裹，且与铺层搭接20-30mm，禁止螺旋管与纤维布直接搭接；3、带孔薄膜600的搭接为10-20mm；4、作业环境的门窗关闭，避免温度的剧烈变化；5、冬季铺层前模具100加热设定35-40℃预热纤维布。6、真空封好后先不要混合胶液，盖上保温棉让纤维布先预热一段时间，纤维布的表面温度达到20℃以上，但是不能超过35℃，同时模具加热器的实际温度不能超过35℃，才允许混胶，灌胶；7、保压合格后才能注胶；8、灌注时先开A1注胶口，待树脂前锋前进超过A2注胶口预定距离，例如，10cm时，打开A2注胶口，待树脂朝A1注胶口两侧流动，超过B1注胶口和C1注胶口预定距离，例如，10cm时，打开B1注胶口和C1注胶口；9、冬季灌注时覆盖保温棉；10、灌注结束后，将模具100的加热器调整到60℃固化，冬季可以盖保温棉，整个期间用测温枪检测产品表面的温度，对温度达到60℃的区域应及时掀开保温棉，当放热峰过后，产品表面温度低于58℃后，可以再次覆盖保温棉，直至整个固化结束；11、若两个模腔共用一个加热器，却在不同时间灌注，一定要确保最后一个模腔里面的产品灌注结束后，才能将模具100的加热器加热到60℃，若提前灌完的壳体已开始固化或即将固化时，后一个模腔的壳体禁止灌注，防止加热器被反加热，带来灌注风险。 [0061] 根据本发明的示例性实施例的工字形腹板由于采用整体真空灌注的工艺，不存在手糊制作的辅助粘接，是一次成型，不是两次成型，所以缩短了壳体与腹板的整体粘接时间，也就缩短了合模时间；由于工字形腹板去除了手糊工艺的辅助粘接，采用了整体真空灌注工艺，所以腹板制作的作业环境得到了很大的改善；由于工字形腹板去除了手糊辅助粘接，不需要操作人员进入壳体进行手糊作业，所以消除了只限于SS面及可以进入区域PS面粘接的应力集中的问题；由于工字形腹板采用了整体真空灌注工艺，不需要手糊辅助粘接，所以消除了普通辅助粘接带来的气温低固化存在问题的缺陷；工字形腹板采用了整体真空灌注工艺，一次成型就可以达到原来C字形腹板通过两次成型才能达到的效果，而且比原来两次成型的C字形腹板的粘接合模效果还要好，精度更高，所以缩短了腹板的制作时间。 [0062] 此外，根据本发明的示例性实施例的制造方法制造的工字形腹板还具有以下优点：结构稳定，较传统C字形腹板在粘接面处应力小；工艺设计合理，可操作性强，采用一体灌注成型工艺，有利于腹板与壳体粘接面的刚度平顺过渡，有利于胶粘剂的均匀刮涂，可大大减少腹板与粘接面处的应力；工字形腹板精度高，实用性强。 [0063] 另外，根据本发明的示例性实施例的制造方法制造的工字形腹板是工字型的，具有承力平衡、均匀，与壳体粘接无死角等优点，所以可以从根源上优化腹板与壳体的粘接，使叶片粘接的疲劳性能大幅提升，从本质上提高了叶片的使用寿命与运行的安全度。 [0064] 根据本发明的示例性实施例的方法制造的叶片工字形腹板，由于不需要手糊操作，所以避免了因手糊操作而导致使用过量的树脂，从而其重量会轻于手糊成型的C字形腹板。 |
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