MW级风电叶片一体灌注合模工艺研究

MW级风电叶片一体灌注合模工艺研究

摘要:风电叶片主体材料在主模上铺敷后,将预成型剪切肋和预编织粘接角布层定位安放在壳体上,采取特定辅助体系进行一体灌注成型,去除辅助材料后即可进行一体胶接合模。结果表明:单片主模占用周期可压缩至20小时以内,树脂和结构胶用量减少,粘接角成型和剪切肋粘接质量提高。

关键词:粘接角剪切肋一体成型单片周期

随着能源危机的日益严重,风电以容量巨大、无污染、资源再生的特点,已成为近年来电力发展的方向。作为风机的一个关键部件,兆瓦级风电叶片的长度已达到40M以上,主体为轻质、高强的夹芯复合材料,叶型为剪切肋支承盒形结构,目前主流制造工艺为主模真空灌注预成型和合模胶接后固化。这种工艺又主要分为两种:(1) 主壳体真空灌注预成型→手糊成型粘接角→胶接前、后缘剪切肋→合模胶接后固化;(2)主壳体真空灌注预成型(前、后缘剪切肋预连接)→手糊成型粘接角→合模胶接后固化(先粘接剪切肋,再立即整体施胶合模)。

单片主模成型周期越短,相同时间产量越高,交期越短。因此,单片主模成型周期已成为企业竞争力的瓶颈。目前上述两种方案单片成型周期已经能压缩为28h和24h,第二种节省了剪切肋与在壳体上粘接固化时间,但叶片内残留了许多剪切肋连接块和定位块多余物。两种方案粘接角均为手糊成型,存在易形成空泡、需返工的先天缺陷。

本文结合上述两方案进行优化,将方案(1)前三个步骤合并为一体真空灌注成型,再一体胶接合模。

1 一体真空灌注工艺

两半壳体在主模上真空灌注成型的同时,实现粘接角的一体灌注成型和预制剪切肋的一体灌注粘接。固化后剥离辅材即达到一体合模状态。

1.1 粘接角一体灌注成型

将预编织的粘接角布层安放在下半壳体前缘布层上,布层外侧中央预编织一层宽15cm的窄布层翻搭在模具法兰边上定位,整体铺放剥离层和导流层后,用第一层真空袋膜抽气至真空状态。再安放粘接

角成型模,将窄布层翻搭部位压紧定位。铺放第二层真空袋膜将产品及内包边模具整体包覆,抽气保压后进行粘接角一体灌注成型(如图1左侧)。

技术要点:

(1)预编织布层及剥离层中央在第二层袋膜加压时易压入粘接角成型模与主模的接触间隙内形成凹陷,剥离层很难清理。因此布层预编织时需在表层中央预粘接可剥离加强窄条,阻止形成凹陷,成型后将加强窄条去除。

(2)主模法兰边上设置数个粘接角模具定位块,定位块与粘接角模具均包覆在真空袋膜内,因此两者必须表面光滑无毛刺,否则易将袋膜扎破引起漏气。

(3)第一层袋膜抽气时,先将压力抽至约0.03MPa,将布层手抚贴靠粘接角模具,继续加压时将布层高度调整到位。

(4)灌注时,粘接角处树脂浸透时间容易过长,可在布层表面加铺一层导流毡引流。

1.2 剪切肋一体灌注粘接

叶片两半壳体材料在主模上铺敷后,分别放置前、后缘剪切肋,在剪切肋底部两侧放置预编织布层加强粘接强度。铺放剥离层和导流层后,再铺放两层真空袋膜,其中第一层袋膜在剪切肋处分开,在加强布

层上方密封,第二层袋膜将剪切肋整体包裹。抽气保压后进行一体灌注粘接(如图1右侧)。

技术要点:

(1)为确保抽真空加压及灌注粘接时剪切肋始终处于准确位置,需在主模上每隔6—8m安装一个精确定位工装,拆卸方便。

(2)第一层袋膜抽气至约0.03MPa,将剪切肋底部加强布层弯角调整到位,顶部折边上毛刺易将袋膜扎破,在铺放第二层袋膜前可用毛毡将其包裹。

(3)剪切肋几何尺寸变化较大,真空袋膜整体包覆难度较大,可采用两块真空袋膜在剪切肋两侧分别包裹,在顶端再用密封胶条进行连接。

2 一体胶接合模

两半壳体同时加温固化,去除辅材后即进行一体合模,省去了粘接剪切肋工序,合模时后缘剪切肋随着上半壳体一起翻转。剪切肋施胶区减为前缘顶部和后缘底部2处,叶片单片结构胶用量直接减少1/3,合模施胶时间也缩短30min。

3 结论

一体灌注合模方案省掉了粘接角的手糊成型及固化时间,避免了手糊树脂的使用和缺陷的修补。提高了生产效率和成型质量。

前、后缘剪切肋各有一半在主模上灌注粘接,节省了粘接用结构胶的固化时间,粘接强度也能提高。

目前,一体灌注合模单片主模占用周期可压缩在20小时以内,降低成本,缩短交期的同时提高了叶片的质量。

国内关于叶片真空灌注和胶接合模的具体方案不尽相同,各有优缺点,由于MW级风机叶片制造技术在我国尚处起步阶段,相互之间缺乏交流与沟通。在生产过程中严格注重工艺的每一个细节,并进行有效的改进和全理的工序布局,将成为提高生产效率和避免缺陷的有效途径。

参考文献

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