专利名称：风电叶片模具远红外加热系统结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种风电叶片模具远红外加热系统结构，特别是关于一种用于兆 瓦级风电叶片模具之加热系统装置与结构。
背景技术：
近年来，风力发电为国家重点发展的绿能产业，其中，风电机组的设置在考虑发电 的功率与效能下而趋向于大型化，以撷取更多的风能，产生更多的电力，符合风场利用之经 济效益，于是，大型化兆瓦级风电叶片就相应产生了。风电叶片由大型的叶片模具制作成形，藉由在叶片模具上铺设复数层的玻纤布， 以真空灌注将树脂浸入后固化制成；前提，树脂的固化对于叶片的制作有着决定性的影响， 而协助树脂固化，则需仰赖模具的加热系统，将模具加热至叶片树脂固化指定的温度参数； 常见的风电叶片模具加热方法，有水循环加热系统及电加热系统两种，兹简述如下1、水循环加热系统(模内流体介质加热体系)，请参阅图1及图2所示模内水路 (或是蒸汽、热油等)循环加热系统已经是一种比较成熟且应用广泛的技术，主要透过加热 (或冷却)流体介质的设备，使热水(或热媒质)通过预埋于风叶模具内部的加热管路20， 进行热流体循环来对模具实施加热；图1为模具翻转之背面局部示意图，可看出加热管路 20系介于风叶模具表面层10与下覆层30之间，而表面层10与下覆层30均为环氧树脂材 质，将加热管路20封入模具内，下覆层30外侧覆盖以保温棉，即成叶片模具结构。水循环加热系统运用于风叶模具加热，其加热速率稳定可控，模具温差可控，不会 存在部分区域过热或不加热的现象，加热管路20使用寿命较长，同时该循环体系还有一个 好处，就是可以反向(冷却)使用于固化后之部件冷却或控制放热曲线。水(流体介质)循环加热的不便处在于需要组织及建构循环加热管路20和加热 流体介质的设备，如图2所示，在模具内设置循环的加热管路20，该管路包括入水管路23及 出水管路26，整组内置的循环加热管路20，不仅增加模具成本外，管路排设将会延长模具 生产的周期；此外，由于水循环系统需预先使用模温机将水在外部加热，然后再通过软管进 入风叶模具内部加热管路20，在模温机以电加热对水实施加热，加热过程存在热能损耗，在 模具实施加热完后，循环系统内部管路的热水要排放掉，又造成部分热能损耗，使得整个系 统能耗较大，有热能效率不高的缺陷，增加了使用成本；如水循环加热系统在加热管路20 中如果出现了管路阻塞或泄漏，因加热管路20系埋入模具内部，维修十分困难，将会影响 模具寿命。另一方面，考虑到流体介质和预埋的加热管路20，加热管路20—般采用铜管，加 上铜管周围铺覆的导热媒质(一般为铝粉或铜粉与树脂的混合物)，再加上模具支撑结构， 整个模具重量相对增加，对模具支撑强度的要求也提高，造成模具钢架支撑重量也会提高， 于是整个模具的重量增加，相较于同等尺寸(1.5MW模具)电加热模具，重量至少增加4吨。另一阻碍，是当热量逐渐被模具吸收而产生温度差，导致在出水管路26出口处流 出的流体温度明显低于入水管路23入口处温度，使得模具加热不均勻。此一问题虽可透过 加速流体的流动和降低传热量来改善，但该因素常被操作者忽略而形成模具加热区域不均勻的现象。利用水来作为热媒质还存在另一个缺点加热温度范围受到(热媒质本身的沸 点)限制，若树脂固化体系温度要求超过100°c时，则该系统无法达到温度需求。2、电加热系统(模具内置电热丝加热)电(热丝)加热系统主要透过镶嵌于模 具内部的电热丝29，请参阅图3所示，在通电的情况下，以电热丝29为热源进行模具加热， 并与数控技术相结合，借助于计算机模拟系统，来控制温度分布的一种模具加热体系。电加热系统相较于水加热系统的好处是加热可控性佳，能耗降低(水加热采用 两台模温机功率约144KW，电加热系统加热总功率约为110KW)，模具重量较轻，综合模具制 造成本更低等优点。借助于计算机模拟系统，能准确控制温度分布，同时在叶片制作的固化 过程中，可利用热电偶或热显像照相机和数据记录器来记录温度分布。透过带有微处理器 的控制器，能根据区域和时间得到预计的温度分布，控制部件更能预先对步骤、梯度、控制 和冷却温度分布进行编程，达到模具加热体系更高效能的目的。但是电加热系统存在一明显的缺陷就是电热丝29被镶嵌在模具内部，由于电热 丝29及温度控制线路较容易损坏，导致该加热系统维护成本高。例如电热丝29的损坏，需 使用热成像仪来查找断路点，与前述水加热系统相同地，在风叶模具表面层10背面铺设电 热丝29，同样以玻璃钢作为下覆层封合之模具结构，当电热丝29损坏时，检修模具设备之 费用高、时间长，同时要破坏模具结构来更换元器件，影响模具使用寿命。同时电加热元器 件若发生异常，可能导致局部加热过高，使叶片产品表面出现烧焦状；若不加热，则可能导 致产品固化不完全，影响产品质量与结构强度。如上所述，两种习用技术均存在着若干疏失，而亟待改善者；鉴于上述习用技术的 诸项缺失，创作人凭借着多年风电叶片领域的从业经验，潜心研究，终于得出本实用新型创 作风电叶片模具远红外加热系统结构。
发明内容本实用新型创作风电叶片模具远红外加热系统结构的主要目的，在于解决习用叶 片模具内置形式之水循环加热、电加热系统之管路或加热元器件损坏维修不易的缺失；次 一目的在于克服叶片模具加热系统的加热异常控制；又一目的在于延长模具使用寿命及避 免影响正常生产状况发生。运用本实用新型创作风电叶片模具远红外加热系统结构，其创作主要采用纳米碳 素加热布为热源，该纳米碳素加热布以碳素为发热素材，且该加热布已普遍运用于房屋地 暖方面，通过持续的远红外辐射来实施模具加热，热传导快速且容易控制热量；模具制作 时，纳米碳素加热布贴附于模具表面层背面(内表面用于产品生产)，不需预埋于模具壳体 内部，若加热布出现故障，仅需除去加热布外覆盖之保温棉即可，易于更换；系统通过带有 微处理器的控制器，利用计算机模拟系统，准确控制温度分布，以达到模具加热的目的；远 红外加热系统由纳米碳素加热布作为热源，利用粘接剂分区域固定于模具壳体外表面，该 加热布与模具表面层背面贴合良好，粘接牢固；用焊锡将耐高温导线分别与纳米碳素加热 布的金属电极端点连接牢固，用环氧耐高温密封绝缘胶将裸露导电区域密封良好；一个加 热区域配置一个控制器，控制器上接入连接加热布的高温导线，该加热区域配置两个温度 传感器并接入控制器内，所有的控制器集中于控制箱内，接入微处理器统一控制，并可接入 计算机通过设置程序来实施温度的精准控制。[0014]运用本实用新型创作风电叶片模具远红外加热系统结构，可达到主要的效果及优 点有1.加热热源不采用模内嵌入式结构，在模具制作上可节省制造周期，在不会影响模 具整体结构强度下，模具可以做到更轻；此外，模具维修、维护方便，不需对模具结构作破 坏，模具使用寿命可大为延长。2.采用纳米碳素加热布作为加热系统的热源，安装简单、方 便、可移动调整至适当区域；100%的热能源效率，能耗低，相较于其他产品可节能20% 50% ；无需预热，升温速度快，无需后期的维护管理；加热布种不含有任何电阻丝，使用安装 中可以任意打孔，不影响正常发热，不会触电，即使中间有破损也不影响整体加热效果。该加热控制系统硬件部分采用NI (National Instrument)高性能板卡为支撑，通 过板卡采集各个区域温度，同时能采取十种加热方式对模具进行加热，温度传感器以及变 送器达到军工标准，具有良好的稳定性以及精确度，每个加热区配备两个温度传感器，对温 度进行采集并且比较，以确定传感器工作正常，同时采用硬件保护的方式防止加热过高对 模具造成损害(温度过高时，实施断电保护)。兹举出本实用新型创作风电叶片模具远红外加热系统结构的附图说明及具体实 施方式，以协助专利审查委员对本创作的技术特征及内容做了解，敬请参见如下的陈述
图1为习用背景技术1叶片模具翻转后之模内水路局部示意图；图2为习用背景技术1之叶片模具升(降)温水路之3D立体实施示意图；图3为习用背景技术2之叶片模具内嵌式电热丝铺设局部实施示意图；图4为本创作风电叶片模具远红外加热系统结构之局部剖面结构示意图；图5为本创作风电叶片模具远红外加热系统结构之局部3D实施结构示意图；图6为本创作风电叶片模具远红外加热系统结构之叶片加热控制系统实施示意 图。
具体实施方式
图4至图6标号说明模具表面层10、保温棉35、纳米碳素加热布40、温度传感器 45、电源负极50、耐高温导线53、电源正极55、控制柜60、计算机70 ；本创作风电叶片模具 远红外加热系统结构，可运用于叶片壳体模具、大梁模具、腹板模具；兹举叶片模具为例，请 参阅图4至图6 1.清洁已制作成形之模具表面层10之壳体外表面；2.设计分区，划分出数个加热区域(依纳米碳素加热布40规格组织加热区域尺 寸)于模具表面层10之壳体外表面；3.由于市售泛用规格之纳米碳素加热布40 (布宽为50cm)，根据加热区域尺寸裁 剪，将形成数块纳米碳素加热布40组成一个加热区域；4.利用粘接剂，将纳米碳素加热布40粘接在模具表面层10之壳体外表面，使之贴 合良好，粘接牢固，之后在纳米碳素加热布40上覆盖一层保温棉35 ；5.用焊锡将耐高温导线53与纳米碳素加热布40的金属电极连接牢固，使电源负 极50、电源正极55导入纳米碳素加热布40内；同区域的纳米碳素加热布40间可用导线串 联，然后用环氧耐高温密封绝缘胶将裸露导电区域密封良好；[0029]6.分区域将耐高温导线53接入控制柜60 ；7.每个区域安装两个温度传感器45，温度传感器45紧贴在模具表面层10之壳体 外表面，用导线接入控制柜60;8.每一个控制柜60的控制线路数量16路；每一线路的感应温度范围0°C 150°C ；系统的温度分辨率0. 15°C ；系统的控制精度1°C ；每一控制线路的传感器数量2个； 每一控制线路可输出线缆数量1 ；控制柜60通讯方法网络接口 ；温度刷新率3秒每一系 统最大可连接控制箱数为12个。9.接入计算机70，安装温度控制程序，输入控温曲线，实施温度的精准控制。当叶片制作前，首先对模具施以预热，以计算机70设定预热温度，透过控制柜60 以耐高温导线53输入电源负极50、电源正极55，此时纳米碳素加热布40加热升温至预热 作业温度，当叶片模具表面层10上铺设复数层玻纤布，真空灌注树脂完成后，此时以计算 机70设定预固化制程所需之温度，由于模内复数块纳米碳素加热布40的设置，模具表面层 10将可很快速地被升温至设定之预固化温度，而协助树脂的固化；若局部区域产生温度异 常，仅需检查控制柜60、导线53线路状态是否正常，抑或为纳米碳素加热布40及其接点问 题，若确定为纳米碳素加热布40损坏，仅需就该加热布40损坏部位外覆之保温棉35取下， 并将纳米碳素加热布40取下更换，即完成故障排除及修复，维修十分简单及方便。上述实施例，为本实用新型创作风电叶片模具远红外加热系统结构之较佳实施 例，其所揭露之结构特征与方式，非用以限制本实用新型创作具体的内容，凡与本创作结构 特征及原理相近似之创作，均应不脱离本实用新型专利申请案之范围者而受保护，具体的 专利范围由本案权利要求书规范之。综上所述，本实用新型创作风电叶片模具远红外加热系统结构，于空间型态上实 属创新，符合专利申请新颖性之必要条件，另改良习用技术之诸项缺失，实用性与进步性兼 具，诚为一符合实用新型专利申请之优异创作。
权利要求一种风电叶片模具远红外加热系统结构，构成要件系包括有叶片模具、纳米碳素加热布、控制器、控制箱等，其特征乃在于采用纳米碳素加热布为热源；在风电叶片模具制作时，将纳米碳素加热布贴合模具壳体外表面，分区段纳米碳素加热布配接控制器，集中进行温控加热。
2.根据权利要求1所述的风电叶片模具远红外加热系统结构，其中，高温导线系用以 连接纳米碳素加热布与控制器。
3.根据权利要求1所述的风电叶片模具远红外加热系统结构，其中，划分之每一加热 区域之纳米碳素加热布，各设置两个温度传感器接入控制器内。
4.根据权利要求1所述的风电叶片模具远红外加热系统结构，其中，所有的控制器集 中于控制箱内，统一配接入微处理器控制。
5.根据权利要求1所述的风电叶片模具远红外加热系统结构，其中，可接入计算机通 过设置程序来实施温度的精准控制。
专利摘要一种风电叶片模具远红外加热系统结构，主要采用纳米碳素加热布为热源，在兆瓦级风电叶片模具制作时，将该加热布贴附于模具外壳体，通过持续的远红外辐射来实施模具加热，热传导快速且易于控制热量，以达到模具表面层叶片产品之树脂固化参数的要求；加热区域与控制器搭配设置，控制器上接入加热布的高温导线，另于加热区域各设置两个温度传感器并接入控制器内，所有的控制器集中设置于控制柜内，统一配接入微处理器控制，可接入计算机通过设置程序来实施温度的精准控制。本创作改良习用技术水路及电热丝等加温模式，达到模具制作结构简化、降低重量、维修容易、控温精确等诸多优点。
文档编号B29C70/54GK201633213SQ200920286139
公开日2010年11月17日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者成源, 李嶙, 王晓南, 肖波 申请人:力仓风力设备(上海)有限公司