风电叶片阴模的设计与制作技术.doc

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1、风电叶片阴模的设计与制作技术　　摘要：随着叶片向大兆瓦级以及海机的发展，对叶片的质量要求也越来越高，但是叶片的质量很大程度上依赖于模具的质量，模具质量的好坏以及模具型面精度直接影响叶片的质量，本文对大型风机叶片模具设计和制作工艺进行了经验介绍，对玻璃钢模具工程应用具有指导意义。　　关键词：玻璃钢，模具，设计，制作　　引言　　随着风电市场的发展，对风机叶片的生产提出了更高的尺寸精度及质量要求，特别是海上风机叶片的发展。而风机叶片的质量很大程度上依赖于生产叶片所用的模具，这就对生产叶片的阴模模具提出了更高的质量要求，即要求表面气动外形尺寸准确、表

2、面光洁度要求高、无潜藏气泡和针孔等弊病，保证良好的气密性。　　1叶片模具的结构形式　　叶片模具主要有钢结构部分与复合材料两部分构成。　　1.1钢结构的设计　　钢结构材料的选型，对于叶片模具来说，由于是不规则结构，设计时一般采用桁架结构，钢材选用一般考虑到强度，稳定性以及应变，首选无缝冷拔结构钢，一般采用60*60*3，80*80*4或者100*100*5的方管做整体的骨架，并在液压翻转的局部地方采用局部加强。按照叶片的形状，绘制出叶片的外轮廓框架，在从叶片翼型标定的L0m开始，沿叶片的长度方向，每隔2m做一个截面，并将钢架的中心定位线标记好，

3、以便后续安装使用，钢架是型面复合材料层提供主要的受力件，运用软件绘制三维钢架模型图画以后，运用有限元分析软件分析钢架在各种工况下的静强度以及模态，确定钢架的安全系数。在实体模型的基础上首先建立钢结构的有限元模型，划分有限元网格，将叶片的重量加上符合材料层的重量，在加上钢架整个的总重量，作为自重载荷作用在整个钢结构上，钢结构的翻转机构采用全约束形式，即采用限制六个自由度，进行求解。并评价计算结果，分析查看钢结构的稳定性。　　钢结构应变云图　　1.2复合材料层的结构设计与制作　　复合材料层主要有下面几个主要层构成：1）密封层，密封层可以分成内胶衣

4、层，外胶衣层以及过渡层构成，外胶衣层的主要材料为环氧性、耐高温、耐磨胶衣构成，待胶衣不粘手时开始制作内胶衣层；内层胶衣主要有类同于外胶衣层性能，待胶衣不粘手时开始制作过渡层；过渡层包括依次铺设的表面毡层、斜纹编织布层和双轴布层，第2密封层的外胶衣层设在第1密封层的过渡层的上部。室温固化12h.2）密封边为了防止在制作结构层是真空灌注时的保压，必须制作密封边，用合模胶沿模具周边全部刮一遍，固化后方可进行下一步工作。3）内结构层结构层主要有四轴向纤维布按照给定的设计铺层铺层，结构层纤维布按照模具的大小可以铺设8―12层纤维布，为模具复合材料层的强

5、度层，再采用真空灌注工艺形成，固化时间为室温24h，选用的真空灌注树脂为必须为环氧性，固化后的Tg值高于叶片本体的Tg值。4）法兰边增厚层，为了提高玻璃钢的强度，故在法兰边设计了增厚的铺层设计，提高法兰边的强度。5）加热层为了使叶片能够在制定得工艺条件下的固化，故模具需要加热层，现用的玻璃钢叶片的树脂固化成型温度都低于100度，加热层主要有铜管组成加热管路，加热管路必须经过试水打压测试，检验管道的气密性，管路与管路之间用导热较好并且较轻的铝粉作为导热材料，为了给模具减重，可以适当的加入一些轻木。6）外结构层，外结构层一般、按照模具的大小可以铺

6、设3―5层纤维布，手糊工艺制作外结构层。7）保温层保温层主要选用聚氨酯发泡材料，制作厚度为5cm，主要为模具提供保温。整个模具复合材料层结构图见下图。　　1.3复合材料层各部分的功能与作用　　密封层主要作用：提高了模具的质量，确保了叶片的气动外形尺寸，提高模具表面的光洁度，同时保障了模具的气密性和模具的其他使用性能。其保证了在生产过程中模具有更高的使用性能，确保了叶片的质量，减少了模具的维护和维修工作，延长模具的使用期限，降低消耗成本，更加满足了生产对模具的使用要求。　　密封边的主要作用：保证法兰边的密封性，确保阴模制作的密封性能。　　内结构

7、的主要作用：主要是符合材料层的受力部分，为叶片的型面提供受力保障，保证叶片模具的受力变形；　　加热层的主要作用：模具热源的供体，叶片产品的加热提供热能量，使模具完全固化。　　外结构层的主要作用：与模具内结构一起对模具起到承载作用。　　保温层的主要作用：保证热源提供的热能能够持续稳定的传导到模具里面，并对模具起到保持温度作用。　　2钢结构部分与复合材料层的连接　　钢结构按照图纸焊接完毕之后，需要用液晶全自动振动时效装置将钢架的应力消除，复合材料层在阳模上制作完成，复合材料层与钢结构各自制作完成以后，用2台行车将钢架吊起，然后将钢架的中心线与复合

8、材料层模具的中心线方重合，再用圆形钢管和随型板将钢架与复合材料层连接，并使用手糊树脂将其固定，并将内部加热层与外部加热系统连接，对复合材料层用模温机进行后固化。后固