CN104807609B - 一种风电叶片气动测压结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电叶片气动测压结构，包括叶片主体和测压孔，测压孔分布在叶片主体上，测压孔由预埋于叶片主体上的测压管形成，测压管的叶片外侧端口与叶片主体的外表面平齐且具有相同的气体动力学轮廓，测压管的叶片内侧端口通过与其连通的测压软管将叶片表面的气动压力传递到固定于叶片主体内壁的压力传感器；测压管基于真空吸注成型的方式预埋于叶片主体中。本发明不受叶片尺寸限制，具有广泛的实用性，成本较低，同时避免了复合材料大型曲面制件测压导孔的加工问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电领域，更具体涉及一种基于真空吸注成型的风电叶片气动测压结构。
背景技术
叶片作为风力机捕获风能的关键部件，其气动性能的优劣直接决定了风电机组的出功效率。气动性能测试是风电叶片气动设计及性能评估必需的研究手段，传统测试方法通过叶片二维翼型或者风机三维缩比模型的风洞实验完成，然而随着风机叶片大型化发展，叶片气弹问题突显，传统风洞实验方法已不能满足测试要求。首先风洞实验无法模拟自然风的非定常来流条件同时难以满足雷诺数相似，导致所测气动载荷不真实，此外如何设计缩比模型的结构强度分布也是气弹实验的难点，为此迫切需求发展一种可在真实风电叶片上开展的气动性能测试方法。
表面压力测量技术可以获得局部气动力分布，也可积分获得整体气动力，在气动性能测试中使用最为广泛。传统风洞实验的表面测压技术是在模型加工过程中于同一基准坐标系下沿表面法向机械加工测压导孔，通过测压管连接到压力传感器，以获得该位置的压力值。而真实风电叶片为复合材料大型曲面制件，一方面制作过程中无法机械加工测压导孔，另一方面成型后无法在同一基准坐标系下进行机械加工导致测压导孔定位不准，目前仍缺乏一种有效的适用于复合材料风电叶片表面测压孔的制作方法。
发明内容
针对现有技术中的以上局限及空白现状，本发明以复合材料风电叶片的真空吸注制备工艺为切入点，提出一种风电叶片气动测压结构，通过制作带端块的测压管，以预埋方式在叶片真空吸注成型过程中与叶片固化为一体，提高了铺设纤维布的可操作性。与传统预埋金属件不同的是，预埋测压管要求吸注过程中有效保护测压管密封，防止树脂浸入引起测压管路堵塞，本发明通过对预埋测压管填充密封材料解决了吸注过程中树脂进入测压管引起堵塞的问题。本发明的预埋测压管工艺，有效避免了复合材料大型曲面制件测压导孔的加工问题，且不受叶片尺寸限制，具有广泛的实用性，成本较低。
本发明为解决其技术问题所采取的技术方案为：
一种风电叶片气动测压结构，包括叶片主体和测压孔，所述测压孔分布在叶片主体上，其特征在于，所述测压孔由预埋于叶片主体上的测压管形成，所述测压管包括叶片外侧端口和叶片内侧端口，所述测压管的叶片外侧端口与叶片主体的外表面平齐且具有相同的气体动力学轮廓，所述测压管的叶片内侧端口通过与其连通的测压软管将叶片表面的气动压力传递到固定于叶片主体内壁的压力传感器；所述测压管基于真空吸注成型的方式预埋于叶片主体中。
优选地，所述测压管基于如下步骤预埋于叶片主体中，
SS1.制作测压管
所述测压管包括端块和硬管，所述端块的直径大于硬管的直径，所述端块上加工有贯通其内表面和外表面的内孔，所述硬管套设于所述端块的内孔中，且所述硬管至少部分地伸出于所述端块的内表面，所述端块的内孔垂直于其外表面；
本步骤中，在测压管上制备端块，其目的是为了增加测压管与叶片模具的接触面积，以增加二者的粘接强度，为后续步骤中提高铺设纤维布的可操作性，端块一侧内孔方向与端块外表面垂直以满足气动表面压力测量要求；
SS2.固定测压管于叶片模具
首先，根据气动测试需求，沿叶片模具的展向布置若干测压截面，在每个测压截面上于同一基准坐标系下设定若干测压管的标记安装位置；之后，用密封胶泥填充测压管的端块一侧，然后将测压管端块的外表面逐一固定于叶片模具上所标记的安装位置上；
本步骤中，用密封胶泥填充测压管的端块一侧，其目的是为了防止树脂进入测压管引起堵塞。
SS3.手工固化首层纤维布，将首层玻璃纤维布逐一穿过各测压管，并铺设于叶片模具上，手工将树脂浸透该首层纤维布，直到完全固化；
本步骤中，手工固化首层纤维布，其目的在于通过固化首层纤维布与测压管以增强测压管的固定强度，方便后续大面积多层铺设纤维布；
SS4.真空吸注并脱模
首先，将所有纤维布、脱模布依次穿过测压管，将测压软管连接于测压管，用密封胶条包裹测压管和测压软管的外露部分，之后在测压管和测压软管周围布置高强度泡沫，然后依次铺设导流网和真空袋，之后按常规真空吸注方法执行吸注过程，待完全固化后脱模，将测压软管从测压管上拔开，用高压气体将测压管端块中的密封胶泥吹除；
本步骤中，用密封胶条包裹测压管和测压软管的外露部分，其目的是为了防止树脂进入测压管引起堵塞以及测压管周围粘结树脂而导致脱模困难，在测压管和测压软管周围布置高强度泡沫，其目的是为了防止真空袋在吸注过程中被测压管扎破而导致保压失败。
优选地，所述测压管的端块与硬管可以分别加工后固连为一体，也可以一体加工成型。优选地，所述测压管中，所述硬管的内径处于0.3mm～1.5mm，长度超过叶片铺层总厚度的10～20mm，所述端块的直径处于3mm～10mm。
优选地，步骤SS2中，用胶水将测压管端块的外表面固定于叶片模具所标记的位置。
优选地，步骤SS4中，用0.3MPa～0.6MPa的高压气体将端块中的密封胶泥吹除。
通过以上技术方案可知，本发明的风电叶片气动测压结构，通过制作带端块的测压管，以预埋方式在叶片真空吸注成型过程中与叶片固化为一体，提高了铺设纤维布的可操作性，并通过填充密封材料解决了吸注过程中树脂进入测压管引起堵塞的问题，本发明不受叶片尺寸限制，具有广泛的实用性，成本较低，同时避免了复合材料大型曲面制件测压导孔的加工问题。
附图说明
图1可测量表面压力的风电叶片示意图；
图2叶片表面测压系统结构示意图；
图3手工固化首层纤维布示意图；
图4真空吸注并脱模示意图。
具体实施方式
为使本发明目的、技术方案更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明的复合材料风电叶片气动测压结构，包括叶片主体1与测压孔2两部分，根据气动测试需求，沿展向布置5个测压截面，每截面48个测压孔2。测压孔2由预埋于叶片主体1上的测压管3形成，测压管3包括叶片外侧端口和叶片内侧端口，叶片外侧端口与叶片主体的外表面平齐且具有相同的气体动力学轮廓，叶片表面感受的气动压力通过测压管3与测压软管6传递到固定于叶片内壁的压力传感器5。
本发明的测压管预埋方法，包括制作带端块的测压管、固定测压管于叶片模具、手工固化首层纤维布、真空吸注并脱模四个步骤：
1、制作带端块的测压管
加工带端块的测压管3，测压管3包括端块和硬管，端块的直径大于硬管的直径，端块上加工有贯通其内表面和外表面的内孔，硬管套设于端块的内孔中，硬管至少部分地伸出于端块的内表面，端块一侧内孔方向与端块表面垂直，硬管内径为0.8mm，长度35mm(叶片铺层总厚度25mm)，端块直径5mm。
2、固定测压管于叶片模具
首先，根据气动测试需求，沿叶片模具的展向布置若干测压截面，在每个测压截面上于同一基准坐标系下设定若干测压管的标记安装位置；之后，用密封胶泥7填充测压管3端块一侧，在叶片模具9上标记测压孔2所对应的位置，用强力胶水8将测压管3固定于叶片模具9所标记的位置，直到胶水完全固化，如图3所示。
3、手工固化首层纤维布，将首层玻璃纤维布4穿过测压管3，并铺设于叶片模具9上，手工将树脂浸透纤维布，直到完全固化，如图3所示。
4、真空吸注并脱模
铺设其余四层玻璃纤维布4、脱模布10，将测压软管6一侧连接到测压管3，用密封胶条15包裹测压管3和测压软管6的外露部分，在测压管3和测压软管6周围布置高度为20mm的PVC泡沫14，依次铺设导流网和真空袋，如图4所示，执行真空吸注过程，待完全固化后脱模，将测压软管6从测压管3上拔开，用0.3Mpa压力的高压气体将密封胶泥7吹除。
以上所述仅为本发明的一个实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的思路和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。
Claims (5)
1.一种风电叶片气动测压结构，包括叶片主体和测压孔，所述测压孔分布在叶片主体上，其特征在于，所述测压孔由预埋于叶片主体上的测压管形成，所述测压管包括叶片外侧端口和叶片内侧端口，所述测压管的叶片外侧端口与叶片主体的外表面平齐且具有相同的气体动力学轮廓，所述测压管的叶片内侧端口通过与其连通的测压软管将叶片表面的气动压力传递到固定于叶片主体内壁的压力传感器；所述测压管基于真空吸注成型的方式预埋于叶片主体中；
所述测压管基于如下步骤预埋于叶片主体中：
SS1.制作测压管
所述测压管包括端块和硬管，所述端块的直径大于硬管的直径，所述端块上加工有贯通其内表面和外表面的内孔，所述硬管套设于所述端块的内孔中，且所述硬管至少部分地伸出于所述端块的内表面，所述端块的内孔垂直于其外表面；
SS2.固定测压管于叶片模具
首先，根据气动测试需求，沿叶片模具的展向布置若干测压截面，在每个测压截面上于同一基准坐标系下设定若干测压管的标记安装位置；之后，用密封胶泥填充测压管的端块一侧，然后将测压管端块的外表面逐一固定于叶片模具上所标记的安装位置上；
SS3.手工固化首层纤维布，将首层玻璃纤维布逐一穿过各测压管，并铺设于叶片模具上，手工将树脂浸透该首层纤维布，直到完全固化；
SS4.真空吸注并脱模
首先，将所有纤维布、脱模布依次穿过测压管，将测压软管连接于测压管，用密封胶条包裹测压管和测压软管的外露部分，之后在测压管和测压软管周围布置高强度泡沫，然后依次铺设导流网和真空袋，之后按常规真空吸注方法执行吸注过程，待完全固化后脱模，将测压软管从测压管上拔开，用高压气体将测压管端块中的密封胶泥吹除。
2.根据权利要求1所述的气动测压结构，其特征在于，所述测压管的端块与硬管分别加工后固连为一体，或一体加工成型。
3.根据权利要求1所述的气动测压结构，其特征在于，所述测压管中，所述硬管的内径处于0.3mm～1.5mm，长度超过叶片铺层总厚度的10～20mm，所述端块的直径处于3mm～10mm。
4.根据权利要求1所述的气动测压结构，其特征在于，步骤SS2中，用胶水将测压管端块的外表面固定于叶片模具所标记的位置。
5.根据权利要求1所述的气动测压结构，其特征在于，步骤SS4中，用0.3MPa～0.6MPa的高压气体将端块中的密封胶泥吹除。
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