專利名稱：一種分段葉片一體化成型方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分段式風(fēng)電葉片一體化成型工藝方法，尤其涉及一種葉片分段式制作工藝和一體化成型方法及適用于該方法的一體化裝置，屬于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵零部件。
背景技術(shù)：
隨著能源和環(huán)境問題的日益突出，風(fēng)力發(fā)電作為一種清潔能源和可再生能源而得到全球性的關(guān)注和高度重視。隨著各國研發(fā)的投入，風(fēng)電技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量不斷增加。從初期的千瓦級到今天的多兆瓦級，葉片長度也從幾米達(dá)到目前的八十多米。目前商業(yè)化的最長葉片已經(jīng)達(dá)到了 61. 5米，更大更長的葉片也在研發(fā)中。大型化已經(jīng)成為一個必然的趨勢，但是帶來的運(yùn)輸問題和高昂的運(yùn)費(fèi)也無法承受。關(guān)于風(fēng)電葉片的專利，還未有關(guān)于分段葉片的工藝方法介紹。西門子曾有專利介紹過一體化成型技術(shù)，適用于一般葉片，但是未考慮到分段葉片的特殊性，有諸多不適應(yīng)之處，需要進(jìn)行改進(jìn)。并且它采用的還是傳統(tǒng)的真空灌注工藝，未能解決灌注速度慢、成型質(zhì)量差等一些關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的風(fēng)電葉片都是先分別制作出吸力面和壓力面殼體，前固化后在固定面上粘接一個或兩個抗剪腹板，之后在前尾緣和抗剪腹板的頂部使用粘接劑將兩個半面殼體粘接起來，然后葉根端面切割打孔制成成形葉片。殼體一般采用真空灌注或預(yù)浸料工藝制作，抗剪腹板一般采用真空灌注、手糊或纏繞工藝預(yù)制。分段葉片的連接處，傳統(tǒng)制作工藝采用加厚層合板加強(qiáng)層，然后打孔，這種工藝會破壞纖維層，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；或者采用箱體式接口，然后用粘接劑粘接，這種方式承載能力弱。而分段葉片的連接處，由于要求承受較大的載荷，并且有載荷集中現(xiàn)象，所以該處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較高。另外，傳統(tǒng)葉片工藝的最大缺點(diǎn)是上下殼體(包括抗剪腹板)完全靠粘接劑來連接，容易帶來很多問題。粘接劑本身從廣泛的意義上來說，是一種高粘度的純樹脂，有的加入了一些毫米級短切纖維或其他填料，但相比纖維增強(qiáng)的層合板，性能等級相差甚大。并且粘接劑是一種脆性材料，韌性和疲勞性能差，造成葉片的粘接區(qū)域多為葉片的性能薄弱區(qū)域。實(shí)際情況也是，葉片在風(fēng)場運(yùn)行過程中粘接劑常發(fā)生裂紋、粘接面開裂和剝離的現(xiàn)象。傳統(tǒng)的真空灌注工藝，由于主要依賴于真空負(fù)壓的作用，壓差不好(不超過一個大氣壓)，所以導(dǎo)致灌注過程的速度慢，并且會發(fā)生吸不透等質(zhì)量缺陷。另外，在纖維增強(qiáng)材料層數(shù)厚的地方還需要加上連續(xù)氈等導(dǎo)流介質(zhì)，保證增強(qiáng)材料能夠浸透，但是連續(xù)氈等導(dǎo)流介質(zhì)本身是多孔性材料，容易聚集氣泡，含膠量也大，這些不利因素會消弱層合板層間剪切能力，降低葉片在實(shí)際運(yùn)行中的承載能力。另外，整個灌注過程高度依賴真空負(fù)壓的壓力推動樹脂的流動前峰，對真空系統(tǒng)的要求高，一般需要使用二套真空系統(tǒng)防止灌注和固化階段泄露造成的質(zhì)量缺陷。傳統(tǒng)的RTM工藝，使用樹脂注射機(jī)，在較高的正壓下，將樹脂液體在高壓下流動浸透增強(qiáng)纖維材料。整套系統(tǒng)效率高，但是整個模具系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，硬件投入成本高。同時(shí)對樹脂注射機(jī)的要求也非常高，模具承受的壓力大，剛度要求高，成本高。所以RTM工藝一般適合于中小型的復(fù)合材料部件，在風(fēng)電葉片上的成型工藝上應(yīng)用受限。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明旨在提供一種分段葉片一體化成型方法以及適用于該方法的分段葉片一體化成型裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)的分段葉片成型方法中灌注速度慢、成型質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低、制造成本高等關(guān)鍵問題，同時(shí)本發(fā)明還有效解決了分段葉片連接處的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、葉片的承載能力低等問題。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種分段葉片一體化成型方法，所述分段葉片包括上殼體和下殼體，用于成型所述分段葉片的模具包括上殼體陰模和下殼體陰模，其特征在于，所述成型方法包括如下步驟S1.下殼體原材料鋪放在所述下殼體陰模的內(nèi)表面上涂抹完脫模劑后鋪設(shè)下殼體外蒙皮，比所述下殼體陰模的內(nèi)表面大，從而超出所述下殼體陰模的前緣和尾緣處的法蘭邊的分模線；然后在所述下殼體外蒙皮上鋪設(shè)夾芯材料；之后在所述夾芯材料上鋪設(shè)下殼體內(nèi)蒙皮，所述下殼體內(nèi)蒙皮部分或者整體超出所述下殼體陰模的前緣和尾緣處的分模線；之后在所述下殼體內(nèi)蒙皮上鋪放脫模布；最后在所述下殼體陰模的前緣位置鋪放注膠管路；S2.放置剪切腹板和芯模首先在所述內(nèi)蒙皮的脫模布上面，設(shè)置至少一個剪切腹板，之后在腹板的左右兩側(cè)分別設(shè)置芯模，腹板兩側(cè)覆蓋的纖維布需要延伸到芯模的上下面上，分別與所述內(nèi)蒙皮、芯模的上下面搭接；各所述芯模外面再覆蓋真空袋；S3.鋪放上殼體材料在各所述芯模、剪切腹板及其兩側(cè)超出的纖維布鋪層、以及步驟SI中超出所述下殼體陰模的前緣和尾緣處的法蘭邊的分模線的纖維鋪層上面鋪放上殼體內(nèi)蒙皮，然后在該內(nèi)蒙皮上鋪放夾芯材料，之后鋪放，覆蓋內(nèi)蒙皮和夾芯材料；S4.上下殼體合模在上殼體陰模涂抹完脫模劑后，翻轉(zhuǎn)上殼體陰模放置在所述上殼體外蒙皮的上面，并使上、下殼體陰模準(zhǔn)確配合緊密連接在一起，形成密閉型腔；S5.真空灌注前的準(zhǔn)備工作(I)抽真空，使用真空抽氣設(shè)備抽出所述型腔內(nèi)部的空氣；(2)對樹脂進(jìn)行消泡處理，將樹脂放入真空消泡裝置中，真空消泡裝置接通真空抽氣設(shè)備，對樹脂進(jìn)行抽真空消泡處理；S6.分段葉片一體化灌注成型將樹脂通過所述注膠管路加壓注入到所述上、下殼體陰模和各芯模之間的區(qū)域內(nèi)；S7.葉片灌注完成并加熱固化達(dá)到規(guī)定要求的固化度后翻轉(zhuǎn)模具進(jìn)行起模，并去除各所述芯模。進(jìn)一步地，各所述芯模由芯材及包裹于其外表面的氣囊組成，所述氣囊的外面再覆蓋真空袋，在步驟S5中，可以根據(jù)需要在所述氣囊內(nèi)充入一定壓力，使得各纖維鋪層和夾芯材料緊密貼合在上、下殼體陰模的內(nèi)表面上。優(yōu)選地，步驟S2中，按一定間隔設(shè)置兩個剪切腹板，在所述兩個剪切腹板的左右兩側(cè)分別設(shè)置前緣段芯模、中間段芯模和尾緣段芯模；對應(yīng)于前緣段芯模、中間段芯模和尾緣段芯模的上、下殼體的前緣段、尾緣段處的夾芯材料為Balsa木或PVC材料，中間段的夾芯材料為玻璃纖維或其預(yù)制品、或碳纖維或其預(yù)制品。
進(jìn)一步地，步驟S2中，在剪切腹板與內(nèi)蒙皮接觸的拐角處沿葉片展向設(shè)置PVC泡沫或玻璃鋼支撐塊，以定位和支撐剪切腹板。優(yōu)選地，所述剪切腹板的芯材為Balsa木、PVC或其他硬質(zhì)泡沫材料，吸注成型后腹板兩側(cè)的纖維布和芯材構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，根據(jù)葉片氣動外形和工藝便捷性的需要，所述前緣段芯模、中間段芯模和尾緣段芯模每個都可以是單獨(dú)的整體，或者由可拆裝的多部分組裝構(gòu)成，尤其是尾緣段芯模，其幾何形狀可能會有彎扭部分；各芯模的組成材料相同，為在木質(zhì)或泡沫材料的外面包裹硅橡膠或其它橡膠類彈性材料而成，其中所述木質(zhì)或泡沫材料用數(shù)控機(jī)床、線切割或其他加工方式做成與所述模具內(nèi)腔表面接近的型面。進(jìn)一步地，所述外蒙皮為復(fù)合纖維層，所述復(fù)合纖維層為玻璃纖維布、碳纖維織物。進(jìn)一步地，除在所述下殼體陰模的前緣位置鋪放注膠管路外，還需在非前緣位置鋪放備用注膠管路。進(jìn)一步地，為了增加所述分段葉片前、尾緣的強(qiáng)度，上、下殼體的外蒙皮和前緣、尾緣超出分模線部分的纖維可以交叉重疊鋪放。進(jìn)一步地，所述上、下殼體陰模中均布設(shè)有加熱系統(tǒng)，并能根據(jù)工藝過程的需要對溫度能進(jìn)行調(diào)控。本發(fā)明中，按照如下工藝步驟處理分段葉片的所述至少一個連接端Al.在進(jìn)行步驟SI時(shí)，將固定法蘭通過定位螺栓準(zhǔn)確固定連接在所述下殼體陰模的一端上，將定位法蘭通過螺栓與固定法蘭固定連接，在完成所述下殼體外蒙皮的鋪設(shè)后，鋪放纏繞纖維絲的金屬螺栓套，鋪放所述金屬螺栓套時(shí)使用穿過所述定位法蘭的定位螺桿進(jìn)行定位和固定，之后在所述金屬螺栓套向所述分段葉片的主體展向延伸方向鋪放泡沫或玻璃鋼楔形條與所述分段葉片的主體段過渡，相鄰兩金屬螺栓套之間鋪設(shè)纖維布或預(yù)制的玻璃鋼楔形條，最后在各所述金屬螺栓套及其兩兩之間鋪設(shè)的纖維布或預(yù)制的玻璃鋼楔形條上面鋪放下殼體內(nèi)蒙皮，完成位于葉片下殼體中的金屬螺栓套鋪設(shè)；A2.在進(jìn)行步驟S3時(shí)，在完成所述上殼體內(nèi)蒙皮的鋪設(shè)后，鋪設(shè)位于葉片上殼體中的金屬螺栓套，鋪放所述金屬螺栓套時(shí)使用穿過所述定位法蘭的定位螺桿進(jìn)行定位和固定，之后在所述金屬螺栓套向所述分段葉片的主體展向延伸方向鋪放泡沫或玻璃鋼楔形條與所述分段葉片的主體段過渡，相鄰兩金屬螺栓套之間鋪設(shè)纖維布或預(yù)制的玻璃鋼楔形條，最后在各所述金屬螺栓套及其兩兩之間鋪設(shè)的纖維布或預(yù)制的玻璃鋼楔形條上面鋪放上殼體外蒙皮，完成位于葉片上殼體中的金屬螺栓套鋪設(shè)。進(jìn)一步地，所述固定法蘭和定位法蘭之間使用硅橡膠條或其他密封材料進(jìn)行密封。本發(fā)明中，還提供了一種適用于所述分段葉片一體化成型方法的一體化成型裝置，所述裝置包括真空抽氣系統(tǒng)、加壓設(shè)備、樹脂消泡系統(tǒng)、樹脂供給系統(tǒng)及樹脂收集系統(tǒng)，其特征在于所述真空抽氣系統(tǒng)包括真空泵47、真空管道45及位于所述真空管道I 45上的控制閥I 46，所述真空管道I 45—端與真空泵47連接，另一端與所述分段葉片模具型腔的密封空氣系統(tǒng)相連，用于灌注樹脂前抽出所述型腔內(nèi)部的空氣，抽氣時(shí)打開控制閥I 46，抽氣結(jié)束時(shí)關(guān)閉控制閥I 46 ；所述樹脂消泡系統(tǒng)包括真空消泡箱29、真空管道II 30、位于所述真空管道II 30上的控制閥II 31、排氣管道32、位于所述排氣管道32上的控制閥III 33、通氣管道35、位于所述通氣管道35上的控制閥IV 34、流膠管路I 42、位于所述流膠管路42的控制閥V 41，所述真空管道II 30、排氣管道32設(shè)置于真空消泡箱29上部，所述通氣管道35連通儲膠罐38的上部和所述真空消泡箱29的上部，所述流膠管路42連通所述儲膠罐38的底部和所述真空消泡箱29的底部；所述樹脂消泡系統(tǒng)進(jìn)行真空消泡時(shí)，打開控制閥II 31，關(guān)閉控制閥III33、控制閥IV 34、控制閥V 41，所述真空管道II 30接入所述真空抽氣系統(tǒng)；所述樹脂供給系統(tǒng)包括所述儲膠罐38、主供膠管路44、位于所述主供膠管路44的控制閥VI 43、加壓管路36、位于所述加壓管路36的控制閥VII 37，所述主供膠管路44與所述分段葉片模具型腔中的注膠管路16連接，所述加壓管路36與加壓設(shè)備連接；對所述分段葉片進(jìn)行灌注樹脂時(shí)，首先開啟控制閥IV 34、控制閥V 41及控制閥III33，關(guān)閉控制閥II 31、控制閥VI 43、控制閥珊39，真空消泡箱29中的樹脂在重力作用下通過所述流膠管路42流入所述儲膠罐38中，同時(shí)所述儲膠罐38中的空氣通過通氣管道35、排氣管路32排放出去；之后關(guān)閉控制閥IV 34、控制閥V 41，開啟控制閥VII 37、控制閥VI 43，儲膠罐38中的樹脂在加壓設(shè)備的加壓下通過所述主供膠管路44供給到所述分段葉片模具型腔中的注膠管路16 ；所述樹脂收集系統(tǒng)包括密封箱體27、位于密封箱體27中的樹脂收集器28、回膠管路23、位于所述回膠管路23的控制閥VDI 24、通氣管路26、位于所述通氣管路26的控制閥IX 25，所述回膠管路23 —端通入樹脂收集器28，另一端與所述分段葉片模具尾緣處的回膠管道連接，所述通氣管路26 —端與密封箱體27連通，另一端與真空泵連接；對所述分段葉片進(jìn)行灌注樹脂時(shí)，打開控制閥珊24、控制閥IX 25，接通真空泵，當(dāng)樹脂的流動前鋒到達(dá)模具的尾緣時(shí)，樹脂溢出進(jìn)入所述回膠管路23，進(jìn)入樹脂收集器28中，當(dāng)所有相關(guān)的樹脂收集器管路中都有樹脂流入時(shí)，關(guān)閉控制閥VI 43，停止注膠，同時(shí)關(guān)閉控制閥IX 25，防止樹脂過多被抽出。優(yōu)選地，所述真空管道I 45的另一端與位于所述分段葉片模具前緣翻模邊上的管道口相連。優(yōu)選地，所述真空消泡箱29布置于比所述儲膠罐38高的位置。優(yōu)選地，所述樹脂供給系統(tǒng)還包括備用供膠管路40及位于所述備用供膠管路40的控制閥珊39，所述備用供膠管路40在需要時(shí)與所述注膠管路16連接或與所述分段葉片模具型腔中的備用注膠管路連接，需要時(shí)開啟控制閥珊39，將儲膠罐38中的樹脂通過備用供膠管路40供給到所述分段葉片模具型腔中。優(yōu)選地，當(dāng)所述真空抽氣系統(tǒng)進(jìn)行真空抽氣時(shí)，同時(shí)打開控制閥珊24、控制閥IX 25，所述通氣管路26接通真空泵，對所述真空抽氣系統(tǒng)進(jìn)行輔助抽真空，抽真空完畢后，關(guān)閉控制閥IX 25。本發(fā)明的分段葉片一體化成型方法以及適用于該方法的分段葉片一體化成型裝置，同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明解決分段葉片的一體化成型問題，并且采用正壓輔助真空灌注工藝，優(yōu)化傳統(tǒng)工藝方法，提高生產(chǎn)效率和葉片成品質(zhì)量，還可以降低成本。2.本發(fā)明解決分段葉片連接部位承載能力較強(qiáng)的預(yù)埋金屬螺栓套的制作問題，包括模具制作上的一些要點(diǎn)。3.本發(fā)明通過一體化成型，傳統(tǒng)的粘接區(qū)域變?yōu)閷雍习褰Y(jié)構(gòu)，可以有效解決這個問題。4.本發(fā)明采用的是正壓輔助真空灌注工藝，成型裝置系統(tǒng)可利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，無需專用注膠泵。較低的正壓結(jié)合真空負(fù)壓，可以有效的提高注膠速度，縮短制作周期。在固化的過程中也保持正壓，防止泄露帶來的質(zhì)量缺陷。由于使用較低的正壓，對軟胎芯模的要求不高，成本低。另外，可以根據(jù)層合板的纖維層數(shù)調(diào)節(jié)正壓的大小，取消連續(xù)氈等導(dǎo)流介質(zhì)，節(jié)省材料用量，降低成本，還能提高成型后的葉片質(zhì)量，提高葉片的承載能力。


圖1為一種現(xiàn)有技術(shù)的葉片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為另一種現(xiàn)有技術(shù)的葉片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的分段葉片連接部位的端面視圖；圖4是本發(fā)明的分段葉片連接端的工藝處理示意圖；圖5是本發(fā)明的正壓輔助真空灌注一體化成型的集成圖。
具體實(shí)施例方式下面，將結(jié)合附圖和具體實(shí)施案例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的細(xì)節(jié)闡述。應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。圖1、圖2是常見葉片的剖面結(jié)構(gòu)形式，采用傳統(tǒng)工藝制作方法，分別制作上下殼體101、102，然后使用粘接劑粘接剪切腹板103。圖3為本發(fā)明的分段葉片連接部位的端面視圖，上下殼體內(nèi)部預(yù)埋了金屬螺栓套210。圖4是本發(fā)明關(guān)于分段葉片連接端的工藝處理方案。模具殼體201采用水加熱或電加熱系統(tǒng)，202為模具桁架，固定法蘭203和定位法蘭204通過螺栓205實(shí)現(xiàn)連接固定，固定法蘭203和定位法蘭204之間使用硅橡膠條或其他密封材料進(jìn)行密封。固定法蘭3在模具制作過程中與模具通過螺栓206固化為一體，達(dá)到較高的定位精度。葉片外蒙皮207為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，外蒙皮207鋪放在模具201上，或者包含一些玻璃纖維的連續(xù)氈。然后鋪放金屬螺栓套210，在鋪放之前需要纏繞纖維絲209或者使用預(yù)制的玻璃鋼角條；為了避免應(yīng)力集中，螺栓套210的后面鋪放泡沫或玻璃鋼楔形條211過渡。螺栓套210使用螺桿208進(jìn)行定位和固定，螺桿使用黃油或其他材料潤滑，并進(jìn)行密封處理。最后鋪放內(nèi)蒙皮212。經(jīng)過上述工藝方案處理后的端面截面圖如圖3所示，兩個相鄰預(yù)埋金屬螺栓套210之間的部件211可以是纖維布或預(yù)制的玻璃鋼楔形條。圖5是本發(fā)明采用的正壓輔助真空灌注一體化成型的集成圖。陰模1、21提供生產(chǎn)葉片上、下殼體的模具，在葉片制作過程中，通過模具桁架和翻模邊上定位、鎖緊裝置緊固在一起形成一個整體，模具里面含有水加熱或電加熱系統(tǒng)，并配備溫度控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)溫度。
一體化成型工藝的第一步是下殼體原材料鋪放。模殼I上涂抹完脫模劑后開始鋪外蒙皮2，這些玻璃纖維布可能包含一些工藝上的氈，或者是碳纖維織物、制品。這部分纖維織物在前緣和尾緣的一部分都需要預(yù)留部分超出模具法蘭邊的分模線，待模芯18和20放置后鋪放到上殼體上。然后在蒙皮層2上鋪放Balsa木或PVC材料的夾芯材料3和5，玻纖或碳纖4 (或者它們的預(yù)制品)。內(nèi)蒙皮6的纖維材料和外蒙皮I的鋪放方法一致，根據(jù)設(shè)計(jì)需要，部分或者整體超出前緣和尾緣的分模線。為了便于脫模前去除真空輔材，鋪放完主材后鋪放一層脫模布。然后在前緣位置鋪放注膠管路16，根據(jù)葉片的結(jié)構(gòu)鋪層和導(dǎo)流需要，可能在其他位置也需要鋪放這樣的注膠管路，或者鋪放一些備用注膠管路，以備一些應(yīng)急情況。第二步是放置芯模和剪切腹板。如圖5，在內(nèi)蒙皮6上面，放置芯模18、19和20，剪切腹板11和13。根據(jù)葉片氣動外形和工藝便捷性的需要，芯模18、19和20每個都可以是單獨(dú)的整體，或者由可拆裝的多部分組裝構(gòu)成，尤其是尾緣部分的芯模20，幾何形狀可能會有彎扭部分。每個芯模的組成材料都一樣，如芯模18就是在木質(zhì)或泡沫材料的外面包裹一層硅橡膠或其他橡膠類彈性材料而成，其中木質(zhì)或泡沫材料用數(shù)控機(jī)床、線切割或其他加工方式做成與內(nèi)腔表面接近的型面。待上殼體鋪放完畢后，通過氣囊充壓，使得纖維和夾芯材料貼附在上模殼模腔內(nèi)表面賦形。芯模外面硅橡膠的外面再覆蓋一層真空袋，后續(xù)真空灌注之前抽真空需要。腹板11和13的芯材可以是Balsa、PVC或其他硬質(zhì)泡沫材料，并且在腹板的兩側(cè)都覆蓋有纖維布，吸注成型后和芯材構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)，并且兩側(cè)的纖維布需要延伸到芯模的上下面上，即內(nèi)蒙皮6和芯模18、19和20上。根據(jù)工藝需要，可以在葉片展向合適的位置處放置PVC泡沫或玻璃鋼支撐塊12，起到定位和支撐腹板的作用。第三步是鋪放上殼體材料。如圖5，接下來是在模型18、19、20和剪切腹板11、13兩側(cè)超出的纖維鋪層以及前尾緣超出分模線的纖維鋪層上面鋪放上殼體內(nèi)蒙皮7的纖維材料，和下殼體內(nèi)蒙皮6的纖維鋪放方式一樣。然后在內(nèi)蒙皮7上鋪放Balsa木或PVC材料的夾芯材料8和14，玻纖或碳纖10 (或者它們的預(yù)制品)。然后也類似外蒙皮1，鋪放外蒙皮15，覆蓋內(nèi)蒙皮7、夾芯8、14、和纖維10。為了增加前尾緣的強(qiáng)度，外蒙皮和前緣、尾緣超出分模線部分的纖維可以交叉重疊鋪放。第四步是上下殼體合模。上殼體模具21脫模完脫模劑后，使用液壓翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)放置在外蒙皮15的上面，通過模具桁架、翻模邊等上的定位鎖緊裝置使得上下兩面位置準(zhǔn)確、配合精密的連接在一起。上下殼體同時(shí)都有加熱系統(tǒng)，并能根據(jù)工藝過程的需要對溫度能進(jìn)行調(diào)控。第三第四步都會涉及到分段連接部位的鋪層，按照前文圖4的處理方案進(jìn)行操作。第五步是真空灌注前的準(zhǔn)備工作。這步分為兩個部分，第一部分是抽真空。整個葉片的上下殼體型腔由纖維層2、4、6、7、10、15，夾芯材料3、5、8、11、13、14，注膠管路16和其他一些輔助材料組成，里面充滿空氣。將真空抽氣系統(tǒng)(45、46、47)與型腔的密封空氣系統(tǒng)相連，抽出型腔內(nèi)部的空氣。真空管道45與模具翻模邊上的管道口相連，整個抽真空系統(tǒng)由閥門46控制。纖維布和芯材隨著柔性真空袋的延展而壓緊再一起。17和22是模具翻模邊上的密封材料，繞著模具一周對模具進(jìn)行密封，以保證良好的真空度。如果想獲得致密性更好的層合板，或者在發(fā)生真空泄露后無法找到漏點(diǎn)，可以根據(jù)需要在硅橡膠氣囊內(nèi)充入一定壓力，使得纖維布貼合更加密實(shí)。也可以在樹脂收集系統(tǒng)(23、24、25、26、27、28)的端口 26上接上真空泵，打開閥門24、25，對型腔進(jìn)行輔助抽真空，抽真空完畢后，關(guān)閉閥門25。第二部分是樹脂的消泡處理。29、30、31、32、33、34、41、42是樹脂消泡系統(tǒng)。先保證閥門33、34和41處于關(guān)閉狀態(tài)，然后將樹脂放入真空消泡箱28中，管路30接入抽真空系統(tǒng)，打開閥門31進(jìn)行抽真空消泡處理。第六步是一體化灌注成型。當(dāng)完成前面幾個步驟之后，就可以對分段葉片進(jìn)行一體化灌注成型。開啟閥門41、34、43、37，其中管路36接入加壓設(shè)備。閥門39—般處于關(guān)閉狀態(tài)，管路40在需要的時(shí)刻接入注膠管路16或其他備用注膠管路，接入后同時(shí)開啟閥門39。開啟閥門41、34的同時(shí)開啟閥門33，消泡箱29的樹脂流入儲膠罐38的同時(shí)，將儲膠罐38的空氣通過管路32排放出去。閥門43可以調(diào)節(jié)流膠管路44和注膠管路16中的樹脂流量和流動速率。樹脂經(jīng)由注膠通道16上的孔洞、縫隙，芯材3、5、8和14上的切割縫，纖維布的纖維束之間的編織縫隙等，樹脂的流動前鋒逐漸到達(dá)葉片的各個部位。當(dāng)流動前鋒到達(dá)模具的尾緣時(shí)，樹脂溢出進(jìn)入流膠管路23，進(jìn)入樹脂收集器28中。當(dāng)所有相關(guān)的樹脂收集器管路中都有樹脂流入時(shí)，關(guān)閉閥門43，停止注膠。因?yàn)槌檎婵諘掷m(xù)整個固化過程，為了防止樹脂過多被抽出，此時(shí)也應(yīng)當(dāng)關(guān)閉樹脂收集系統(tǒng)的閥門24。葉片灌注完成進(jìn)行加熱固化，達(dá)到規(guī)定要求的固化度后翻轉(zhuǎn)模具進(jìn)行起模。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分段葉片一體化成型方法，所述分段葉片包括上殼體和下殼體，采用纖維增強(qiáng)基體材料，并包括至少一個連接端，用于成型所述分段葉片的模具包括上殼體陰模和下殼體陰模，其特征在于，所述方法包括如下步驟51.下殼體原材料鋪放在所述下殼體陰模的內(nèi)表面上涂抹完脫模劑后鋪設(shè)外蒙皮， 所述外蒙皮比所述下殼體陰模的內(nèi)表面大，超出所述下殼體陰模的前緣和尾緣處的法蘭邊的分模線；然后在所述外蒙皮上鋪設(shè)夾芯材料；之后在所述夾芯材料上鋪設(shè)內(nèi)蒙皮，所述內(nèi)蒙皮部分或者整體超出所述下殼體陰模的前緣和尾緣處的法蘭邊的分模線；之后在所述內(nèi)蒙皮上鋪放脫模布；最后在所述下殼體陰模的前緣位置鋪放注膠管路；52.放置剪切腹板和芯模首先在所述內(nèi)蒙皮的脫模布上面，設(shè)置至少一個剪切腹板， 之后在腹板的左右兩側(cè)分別設(shè)置芯模，腹板兩側(cè)覆蓋的纖維布需要延伸到芯模的上下面上，分別與所述內(nèi)蒙皮、芯模的上下面搭接；各所述芯模外面再覆蓋真空袋；53.鋪放上殼體材料在各所述芯模、剪切腹板及其兩側(cè)超出的纖維布鋪層、以及步驟 SI中超出所述下殼體陰模的前緣和尾緣處的法蘭邊的分模線的纖維鋪層上面鋪放上殼體內(nèi)蒙皮，然后在上殼體內(nèi)蒙皮上鋪放夾芯材料，之后鋪放上殼體外蒙皮，覆蓋內(nèi)蒙皮和夾芯材料；54.上下殼體合模在上殼體陰模涂抹完脫模劑后，翻轉(zhuǎn)上殼體陰模放置在所述上殼體外蒙皮的上面，并使上、下殼體陰模準(zhǔn)確配合緊密連接在一起，形成密閉型腔；55.真空灌注前的準(zhǔn)備工作(I)抽真空，使用真空抽氣設(shè)備抽出所述型腔內(nèi)部的空氣；(2)對樹脂進(jìn)行消泡處理，將樹脂放入真空消泡裝置中，真空消泡裝置接通真空抽氣設(shè)備，對樹脂進(jìn)行抽真空消泡處理；56.分段葉片一體化灌注成型將樹脂通過所述注膠管路加壓注入到所述上、下殼體陰模和各芯模之間的區(qū)域內(nèi)；57.葉片灌注完成并加熱固化達(dá)到規(guī)定要求的固化度后翻轉(zhuǎn)模具進(jìn)行起模，并去除各所述芯模。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于各所述芯模由芯材及包裹于其外表面的氣囊組成，所述氣囊的外面再覆蓋真空袋，在步驟S5中，可以根據(jù)需要在所述氣囊內(nèi)充入一定壓力，使得各纖維鋪層和夾芯材料緊密貼合在所述上、下殼體陰模的內(nèi)表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于步驟S2中，按一定間隔設(shè)置兩個剪切腹板，在所述兩個剪切腹板的左右兩側(cè)分別設(shè)置前緣段芯模、中間段芯模和尾緣段芯模；對應(yīng)于前緣段芯模、中間段芯模和尾緣段芯模的上、下殼體的前緣段、尾緣段處的夾芯材料為Balsa木或PVC材料，中間段的夾芯材料為玻璃纖維或其預(yù)制品、或碳纖維或其預(yù)制品。
4.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于步驟S2 中，在剪切腹板與內(nèi)蒙皮接觸的拐角處沿葉片展向設(shè)置PVC泡沫或玻璃鋼支撐塊，以定位和支撐剪切腹板。
5.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于所述剪切腹板的芯材為Balsa木、PVC或其他硬質(zhì)泡沫材料，吸注成型后腹板兩側(cè)的纖維布和芯材構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5任一項(xiàng)所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于根據(jù)葉片氣動外形和工藝便捷性的需要，所述前緣段芯模、中間段芯模和尾緣段芯模每個都可以是單獨(dú)的整體，或者由可拆裝的多部分組裝構(gòu)成，尤其是尾緣段芯模，其幾何形狀可能會有彎扭部分；各芯模的組成材料相同，為在木質(zhì)或泡沫材料的外面包裹硅橡膠或其它橡膠類彈性材料而成，其中所述木質(zhì)或泡沫材料用數(shù)控機(jī)床、線切割或其他加工方式做成與所述模具內(nèi)腔表面接近的型面。
7.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于所述外蒙皮為復(fù)合纖維層，所述復(fù)合纖維層為玻璃纖維布、碳纖維織物。
8.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于除在所述下殼體陰模的前緣位置鋪放注膠管路外，還需在非前緣位置鋪放備用注膠管路。
9.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于為了增加所述分段葉片前、尾緣的強(qiáng)度，上、下殼體的外蒙皮和前緣、尾緣超出分模線部分的纖維可以交叉重疊鋪放。
10.根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的分段葉片一體化成型方法，其特征在于所述上、 下殼體陰模中均布設(shè)有加熱系統(tǒng)，并能根據(jù)工藝過程的需要對溫度能進(jìn)行調(diào)控。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水平軸分段式風(fēng)電葉片一體化成型的制作工藝方法及適用于該方法的一體化裝置。該風(fēng)電葉片至少包含兩段復(fù)合材料葉片段，兩個相鄰段的連接部位在制作時(shí)預(yù)埋金屬螺栓套，然后采用正壓輔助真空灌注的方式一體化成型，既克服了傳統(tǒng)灌注工藝的不足，同時(shí)解決了分段葉片的制作問題，另外一體化成型工藝也避免了傳統(tǒng)工藝殼體使用粘接劑粘接帶來的各種弊端和風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號B29C70/34GK103042700SQ20121058047
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者榮曉敏, 楊科, 趙曉路, 秦志文, 徐建中, 劉叢慶, 馬雙彥 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所