技术领域
[0001] 本
发明涉及风电叶片的生产制造领域，尤其涉及一种风电叶片制造方法，可有效控制叶片根部在生产过程中
纤维增强织物可能存在的
变形和褶皱，避免因褶皱的存在而降低纤维增强织物的承载能
力，避免给风电叶片的运行造成
质量隐患。
背景技术
[0002] 风电叶片是
风力发
电机的关键部件，叶片质量对于风力
涡轮机运行的可靠性至关重要。目前风电叶片制造工艺主要有两种，一种是
预浸料成型工艺，另一种是
真空灌注成型工艺，后者应用更为广泛。真空灌注成型工艺制造的风电叶片通常使用纤维增强织物，为了与叶片模具曲面保持良好的随形性，织物结构有一定的柔软度。但也正是因为织物柔软性的特点使得其在铺放和抽真空的过程中会出现变形和褶皱。因纤维增强织物是叶片主要承力材料，变形和褶皱的存在会降低纤维增强织物的承载能力，给叶片的运行造成质量隐患，被业内列为较严重的质量
缺陷。为使得纤维增强织物表面平整，常用的做法是在铺放纤维增强织物的过程中，每铺放一层纤维增强织物都通过一些辅助工具人工擀平，然后铺放下一层纤维增强织物。这一方法一定程度上可控制部分区域的纤维增强织物褶皱，提升叶片质量。
[0003] 人工擀平纤维增强织物的方法，在一定程上可以控制纤维增强织物的平整度，这一方法对于铺层层数较少的部位，效果良好。但对于织物层数较多的部位，通常是靠近叶片根部的区域，因纤维增强织物的柔软性，仍会在铺放、抽真空及灌注
树脂的过程中出现褶皱。采用预埋
螺栓套方式生产的叶片，相邻螺栓套之间的空隙需要用玻璃
钢楔形条填实，在这种楔形条尖端附近的纤维增强织物通常易出现褶皱。针对这些问题，本发明提出了一种新的方法，以有效控制风电叶片根部的褶皱。
发明内容
[0004] 针对
现有技术中所存在的以上技术问题，本发明旨在提供一种风电叶片的制造方法，可有效控制叶片根部在生产过程中纤维增强织物可能存在的变形和褶皱，避免因褶皱的存在而降低叶片根部纤维增强织物的承载能力，避免给风电叶片的运行造成质量隐患。
[0005] 本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
[0006] 一种风电叶片制造方法，所述风电叶片根部带有预埋螺栓套，相邻螺栓套之间的空隙填充有楔形条，其特征在于，
[0007] 所述螺栓套和楔形条的下方铺设有螺栓套下部刚性控制
垫块，上方铺设有螺栓套上部刚性控制垫块，所述螺栓套下部刚性控制垫块整体呈圆柱面，所述螺栓套上部刚性控制垫块的前部为圆柱面，中部为近似圆锥面，后部为圆柱面，
[0008] 其中，所述制造方法包括以下步骤，
[0009] SS1.螺栓套下部刚性控制垫块制作：
[0010] 以叶片模具的叶根段为模具，采用纤维增强织物通过真空吸注成型、
拉挤成型、缠绕成型、或模压成型工艺制备垫块主体，完成垫块主体的制备后，在其整个圆柱表面上进行打孔处理；
[0011] SS2.螺栓套上部刚性控制垫块制作：
[0012] 首先，制备上部垫块模具，所述上部垫块模具的前端为圆柱面，所述圆柱面的长度不小于所述楔形条等截面段的长度，所述上部垫块模具的中间为近似圆锥面，所述近似圆锥面的长度与所述楔形条的变截面段(斜
角区域)的长度一致，所述近似圆锥面的倾斜角与所述楔形条的
倒角一致，所述上部垫块模具的后部为圆柱面，所述上部垫块模具的总长度不小于叶片叶根圆柱段的长度；
[0013] 其次，利用所述上部垫块模具，采用纤维增强织物通过真空吸注成型、拉挤成型、缠绕成型、或模压成型工艺制备垫块主体；
[0014] 完成垫块主体的制备后，在其整个表面上进行打孔处理；
[0015] SS3.织物铺放及刚性控制垫块放置
[0016] 首先，对螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块进行修边，以使得垫块的大小与叶片模具相匹配；
[0017] 其次，按照叶片制造铺层的工艺要求进行纤维增强织物的铺放，[0018] a)首先在在涂有
脱模剂的叶片模具表面按照设计要求逐层铺放玻纤织物，每铺一层玻纤织物均用辅助工具擀平，以保证织物表面平整；
[0019] b)在完成螺栓套下部所有纤维增强织物的铺层之前，留出至少一层纤维增强织物，并在已完成的铺层表面放置螺栓套下部刚性控制垫块，然后铺放螺栓套下部剩余的所述至少一层纤维增强织物；
[0020] c)完成螺栓套下部纤维增强织物的铺层后，按工艺要求放置螺栓套和楔形条；
[0021] d)而后开始铺放螺栓套上部铺层，首先铺放至少一层纤维增强织物，然后放置螺栓套上部刚性控制垫块，放置螺栓套上部刚性控制垫块的过程中，应保证垫块各处均与其下玻纤织物表面贴合；
[0022] e)螺栓套上部刚性控制垫块放置完成后，按照设计要求逐层铺放剩余的纤维增强织物，每铺一层玻纤织物均用辅助工具擀平，保证每一层纤维增强织物表面平整；
[0023] f)完成纤维增强织物的铺层后，再依次铺放脱模布，带孔隔离膜，导流网和真空袋膜等辅材。
[0024] SS4.吸注树脂
[0025] 完成叶片所用铺层及辅材布置后，开启真空系统除去铺层中的空气，然后吸入灌注树脂。因下部及上部垫块表面均有开孔，树脂可以穿过垫块渗入到下面的织物铺层中，避免造成浸润不良的状况。
[0027] 完成树脂吸注后，开启模具加热系统，按照叶片制造工艺要求逐步升温固化；固化完成后，去除铺材，开始后面的
腹板安装，合模等制造工序，最终完成叶片制造。
[0028] 优选地，所述楔形条为玻璃钢楔形条。
[0029] 优选地，所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块均通过真空吸注成型工艺进行制备。
[0030] 进一步地，制作所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块的材料，树脂选用与叶片主体相同的灌注环
氧树脂；纤维增强织物选用与叶片主体相同的玻纤织物。优选地，所述玻纤织物为单轴向玻纤织物、双轴向玻纤织物或三轴向玻纤织物。优选地，所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块采用三轴向玻纤织物。
[0031] 优选地，所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块的厚度不宜过厚，过厚垫块边缘上下两层织物间会有较大的台阶或空隙，影响最终成型后
复合材料的综合性能。此外过厚的
垫片会增加叶根铺层的实际厚度，可能给后期螺栓套的安装造成不便。
[0032] 优选地，所述螺栓套下部刚性控制垫块为圆柱面，以叶片模具叶根段为模具，通过真空吸注成型工艺制作。
[0033] 优选地，所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块均按照如下步骤进行制作：
[0034] 首先在涂有脱模剂的模具表面铺设脱模布，脱模布表面铺放玻纤织物，玻纤织物表面上再铺设脱模布，脱模布表面铺放带孔隔离膜，带孔隔离膜表面铺放导流网，导流网表面铺放真空袋膜；
[0035] 完成玻纤织物的层铺后，抽真空脱除铺层中的空气，然后吸注树脂，吸注完成后加热模具固化；
[0036] 树脂固化后，去除真空袋膜，导流网等辅材，将垫块从模具中脱出，保留垫块上下表面的脱模布；垫块上下表面的脱模布，有助于保护垫块表面，垫块下表面的脱模布还起到隔离垫块与模具表面脱模剂的作用。如果垫块下表面没有脱模布，在使用垫块前需将表面打磨处理，除去脱模剂。
[0037] 之后在垫块表面上打流通孔。为了后期将垫块用于叶片
制造过程中，便于树脂流过垫块，浸透垫块下面的玻纤织物铺层，需要在垫块上打孔，打孔的
密度和大小根据实际需要确定。
[0038] 优选地，在制备所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块时，铺放玻纤织物的过程中注意保持平整，不出现褶皱，尤其是在圆柱段到圆锥段及圆锥段到圆柱段的过渡
位置处，每铺一层材料应当用辅助工具擀平。
[0039] 优选地，所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块上的流通孔径不宜过大，优选2-3mm，孔数不宜过多过密，优选孔间距20mm×20mm，以免影响垫块的强度，导致取放过程中因受力而出现损伤或破坏。
[0040] 优选地，综合考虑垫块强度及厚度要求，所述螺栓套上部刚性控制垫块、螺栓套下部刚性控制垫块优选采用两层克重为1200g/m2的三轴向玻纤织物进行制作。
[0041] 根据本发明的另一方面，还提供了一种利用上述方法制备的风电叶片。
[0042] 同现有技术相比，本发明的风电叶片制造方法具有以下技术优点：1)在织物铺层内部嵌入刚性垫块，比通过人工擀平每一层织物，来控制最终叶片根部铺层褶皱的可靠性更好。垫块的使用数量及放置位置可以灵活调整，利于得到最佳的控制效果。2)垫块为透明的玻璃钢材料，在放置过程中可以清晰地观察到垫块与织物表面的贴合状况，尤其是上部刚性控制垫块的放置，从而保证此方案实施的可靠性。本发明的风电叶片制造方法，可有效控制叶片根部在生产过程中纤维增强织物可能存在的变形和褶皱，避免因褶皱的存在而降低叶片根部纤维增强织物的承载能力，避免给风电叶片的运行造成质量隐患。
附图说明
[0043] 图1为螺栓套下部刚性控制垫块制作的铺层结构示意图，其中，(A)为立体示意图；(B)为(A)图的oy方向剖视图；
[0044] 图2为打孔后的螺栓套下部刚性控制垫块示意图；
[0045] 图3为螺栓套上部刚性控制垫块制作的铺层结构示意图，其中，(A)为立体示意图；(B)为(A)图的oy方向剖视图；
[0046] 图4为打孔后的螺栓套上部刚性控制垫块示意图；
[0047] 图5为风电叶片根部的结构示意图，其中，(A)为立体示意图；(B)为(A)图的oy方向剖视图。
具体实施方式
[0048] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举
实施例，对本发明进一步详细说明。
[0049] 如图1～5所示，风机叶片的叶根通常为圆柱形，长度在1-2m之间。对于采用预埋方式生产的叶片，如图5所示，风电叶片根部带有预埋螺栓套70，相邻螺栓套70之间的空隙填充有玻璃钢楔形条80。因预埋螺栓套70之间使用带斜角的玻璃钢楔形条80，使得叶根部螺栓套70下面的铺层与其上面的铺层形态有一定差异。叶根部螺栓套70下面的铺层形态与叶片模具表面形态相同，为圆柱面；叶根部螺栓套70上面铺层靠近
法兰一侧为圆柱面，在玻璃钢楔形条80斜角区域为近似圆锥面。
[0050] 为控制叶根部纤维增强织物可能存在的变形和褶皱，避免因褶皱的存在而降低叶片根部纤维增强织物的承载能力，给风电叶片的运行造成质量隐患，本发明在螺栓套70下面及上面的纤维增强织物铺层中分别放置刚性控制垫块31、32，从而抑制柔软的纤维增强织物变形。因形态不同，需要分别制作两种形态的刚性垫块。
[0051] 具体地，本发明采用如下方法制备风电叶片以抑制根部褶皱：
[0052] SS1.螺栓套下部刚性控制垫块31制作
[0053] 螺栓套下部刚性控制垫块为圆柱面，以叶片模具叶根段为模具，通过真空吸注成型工艺制作。制作垫片的材料，树脂选用叶片生产用的灌注
环氧树脂；纤维织物选用叶片生产用的玻纤织物，常用的有单轴向玻纤织物，双轴向玻纤织物和三轴向玻纤织物，优选叶根铺层所采用的三轴向玻纤织物。垫块厚度不宜过厚，过厚垫块边缘上下两层织物间会有较大的台阶或空隙，影响最终成型后复合材料的综合性能。此外过厚的垫片会增加叶根铺层的实际厚度，可能给后期螺栓套的安装造成不便。
[0054] 螺栓套下部刚性控制垫块制作过程如图1所示，在涂有脱模剂的叶片模具叶根圆柱段10表面铺设脱模布20，脱模布表面铺放玻纤织物30，玻纤织物表布表面铺设脱模布20，脱模布表面铺放带孔隔离膜40，带孔隔离膜表面铺放导流网50，导流网表面铺放真空袋膜60。综合考虑垫块强度及厚度要求，优选采用2层克重为1200g/m2的三轴向玻纤织物进行制作。
[0055] 完成层铺后抽真空脱除铺层中的空气，然后吸注树脂，吸注完成后加热模具固化。树脂固化后，去除真空袋膜，导流网等辅材，将垫块从模具中脱出，保留垫块上下表面的脱模布。为了后期将垫块用于叶片制造过程中，便于树脂流过垫块，浸透垫块下面的玻纤织物铺层，需要在垫块上打孔，打孔的密度和大小根据实际需要确定。孔径不宜过大，优选2～
3mm，孔数不宜过多过密，优选孔间距20mm×20mm,以免影响垫块的强度，导致取放过程中因受力而出现损伤或破坏。垫块上下表面的脱模布，有助于保护垫块表面，垫块下表面的脱模布还起到隔离垫块与模具表面脱模剂的作用。如果垫块下表面没有脱模布，在使用垫块前需将表面打磨处理，除去脱模剂。打孔后的螺栓套下部刚性控制垫块31如图2所示。
[0056] SS2.螺栓套上部刚性控制垫块32制作
[0057] 螺栓套上部刚性控制垫块前部为圆柱面，中部为近似圆锥面，后部为圆柱面，形态与叶片模具叶根圆柱段不同，不能直接在叶片模具上制作，需使用专用的模具11(如图3)。上部垫块模具11前端为圆柱面，圆柱段长度应不小于叶片生产用楔形条等截面段的长度。
中间为近似圆锥面，圆锥段长度与叶片生产用楔形条变截面段(斜角区域)长度一致。圆锥段倾斜角ɑ与楔形条的倒角ɑ(如图5)一致。后部为圆柱面，模具总长度应不小于叶片叶根圆柱段长度。
[0058] 螺栓套上部刚性控制垫块制作方法与螺栓套下部刚性控制垫块相同，采用真空吸注成型工艺。制作材料树脂选用叶片生产用的灌注环氧树脂，纤维织物选用叶片生产用的2
玻纤织物，优选叶片叶根铺层用的三轴向玻纤织物，层数2层，克重1200g/m。
[0059] 螺栓套上部刚性控制垫块制作过程与下部垫块类似，如图3所示，在涂有脱模剂的垫块专用模具11表面铺设脱模布20，脱模布表面铺放玻纤织物30，玻纤织物表布表面铺设脱模布20，脱模布表面铺放带孔隔离膜40，带孔隔离膜表面铺放导流网50，导流网表面铺放真空袋膜60。综合考虑垫块强度及厚度要求，优选采用2层克重为1200g/m2的三轴向玻纤织物进行制作。铺放材料的过程中注意保持平整，不出现褶皱，尤其是在圆柱段到圆锥段及圆锥段到圆柱段的过渡位置处，每铺一层材料应当用辅助工具擀平。
[0060] 完成层铺后抽真空脱除铺层中的空气，然后吸注树脂，吸注完成后加热模具固化。树脂固化后，去除真空袋膜，导流网等辅材，将垫块从模具中脱出，保留垫块上下表面的脱模布。与下部垫块类似，上部垫块也需要打孔，孔径及孔密度与下部垫块一致，打孔后的垫块32如图4所示。
[0061] SS3.织物铺放及控制垫块放置
[0062] 在织物铺放前，取打孔的上部、下部垫块31、32，除去垫块表面的脱模布备用。如果垫块尺寸过大，应适当修边，以使得垫块的大小能与叶片模具相匹配。对于上部垫块，因有三个不同形态的部位，应适当修边，使得前部圆柱段长度与楔形条等截面段长度一致，若长度超过楔形条等截面段长度，可能会在转角处形成空隙，造成富树脂区，影响最终叶片的性能。如果垫块厚度较大，垫块的边角处应适当打磨出一定的斜角，以免造成其上下相邻两层织物间的局部空隙，引起树脂富集，影响最终叶片性能。
[0063] 按照叶片制造铺层的工艺要求进行织物铺放(如图5)，首先在涂有脱模剂的叶片模具10表面按照设计要求逐层铺放玻纤织物30-1，每铺一层玻纤织物均用辅助工具擀平，以保证织物表面平整。在完成螺栓套70下部所有铺层之前，留出1到2层玻纤织物30-2，并在已完成的铺层30-1表面放置螺栓套下部刚性控制垫块31，然后铺放螺栓套下部剩余的1到2层玻纤织物30-2。完成螺栓套下部铺层后，按工艺要求放置螺栓套70和楔形条80。而后开始铺放螺栓套上部铺层，首先铺放1到2层玻纤织物30-3，然后放置螺栓套上部刚性控制垫块32。放置上部垫块32的过程中，应保证垫块各处均与其下玻纤织物表面贴合，尤其是垫块圆柱段到圆锥段及圆锥段到圆柱段过渡的位置，不能出现空隙。上部垫块32放置完成后，开始按照设计要求逐层铺放剩余的玻纤织物30-4，保证每一层织物表面平整。完成织物铺层后，再依次铺放脱模布20，带孔隔离膜40，导流网50和真空袋膜60等辅材。
[0064] SS4.吸注树脂
[0065] 完成叶片所用铺层及辅材布置后，开启真空系统除去铺层中的空气。然后吸入灌注树脂，因下部及上部垫块表面均有开孔，树脂可以穿过垫块渗入到下面的织物铺层中，避免造成浸润不良的状况。
[0066] SS5.加热固化
[0067] 完成树脂吸注后，开启模具加热系统，按照叶片制造工艺要求逐步升温固化。固化完成后，去除铺材，开始后面的腹板安装，合模等制造工序，最终完成叶片制造。
[0068] 本发明的风电叶片制造方法通过在叶根铺层内部嵌入刚性垫块来抑制柔软的纤维织物变形。刚性控制垫块因形态不同，分为螺栓套下部刚性控制垫块和螺栓套上部刚性控制垫块，下部垫块以叶片模具的叶根圆柱段为模具进行制造，得到的垫块形状与叶片模具有良好的匹配性。上部垫块采用专用的模具制造，模具经过合理设计，可保证垫块与螺栓套上部铺层的贴合性。垫块制作采用叶片生产用的灌注树脂及玻纤织物，能有效保证垫块与叶片本身的相容性，不出现界面问题。垫块表面打孔处理，以使树脂能顺利透过垫块，浸透其下面的织物铺层，不影响叶片灌注树脂过程。垫块上下表面均有脱模布保护，可有效避免灰尘的污染，利于较长时间的存放。
[0069] 此外，需要说明的是，本
说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明
专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本
权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
