叶片模具的阳模及其修改方法、叶片预弯的调整方法与流程

本发明涉及风电机组技术领域，特别是涉及叶片模具及其阳模。

背景技术：

风电叶片的生产制造离不开叶片模具，在叶片设计的初始阶段，为了加快与整机的配套进度，一旦载荷匹配通过，叶片厂就开始投入大量资金开发用于该叶片的阳模和阴模模具；而一旦模具开始生产制造完成后，叶片的外形已经基本确定，即使后期发现叶片在设计中存在问题，也不能像机加工一样通过修改设计来满足匹配的要求，例如改变设计的外形。因此，一旦匹配通过开模后，改动外形的可能性很小，但这种做法存在一定的风险，即在整机定型迭代计算过程中，风场不同或模拟计算时风文件的改变，可能会发生载荷变大、叶片净空不足的问题，此时，单纯的通过加强叶片的结构可能满足不了配套的需求。

考虑叶片须采用模具来生产制造的特殊性，在叶片外形已定的基础上，如何设计一种叶片的模具的阳模及其修改方法、叶片预弯的调整方法，在开发阴模之前，通过修改阳模改变叶片的预弯量，成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种叶片模具的阳模及其修改方法、叶片预弯的调整方法，在开发阴模之前，通过修改阳模的叶根部分改变叶片的预弯量，从而解决净空不足的问题，大大减少前期叶片模具开发带来的损失，同时节省叶片阴模重新生产所增加的成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种叶片模具的阳模修改方法，包括以下步骤：

11)将待修改的阳模沿弦向分开，形成叶根部分和主体部分；

12)将所述叶根部分在叶片正常发电状态朝向靠近或远离塔筒的方向旋转预定角度；

13)将所述主体部分与旋转后的所述叶根部分拼接，形成修改后的阳模。

本发明的阳模修改方法，在阳模开发过程中或者已经开发完成但没有开发阴模时，针对开发的阳模沿弦向进行分段，以形成叶根部分和叶根以外的主体部分，然后对叶根部分进行处理，使得叶根朝向靠近或远离塔筒的方向旋转预定角度，再将叶根部分与主体部分拼接，形成整个阳模。在阳模修改后，由于叶根部分的旋转，叶根部分与主体部分拼接而后所形成的阳模外形发生了变化，相应地，叶片的预弯也就发生了变化，当叶片预弯发生变化后，改变了叶尖至塔筒的距离，进而解决了净空不足的问题；并且，阳模修改后可以满足使用需求，无需重新制造阳模，节约了成本；如果在阴模开发之前需要对叶片的预弯进行调整，就可以采用本发明的阳模修改方法，此时还可以节约重新生产阴模所增加的成本，大大减少了叶片开发前期的损失。

可选地，在所述步骤11)和所述步骤13)之间还包括步骤14)：对所述叶根部分的叶根外圆进行扩径或缩径处理，使得所述叶根部分的叶根外圆过渡至预定值。

调整叶根部分所对应叶根外圆的直径，可以满足与不同接口的整机进行配套的需求，减少阳模重新投入带来的成本增加；并且，在叶片与整机的配套计算中，当整机的需求改变，如变桨轴承的螺栓校核不通过时，可能需要增加变桨轴承的直径以增加螺栓的数目，此时只需改变叶根外圆的直径即可实现与螺栓数目的匹配，使得螺栓通过校核，无需对整个阳模进行重新设计。

可选地，所述步骤13)中，在拼接处进行密封光顺处理。

可选地，所述步骤12)中，所述预定角度为0.5度～3度。

可选地，所述叶根部分的长度小于待修改的所述阳模总长度的十分之一。

本发明还提供一种叶片预弯的调整方法，包括以下步骤：

21)按照上述权利要求1-5任一项所述的阳模修改方法修改阳模；

22)按照修改后的所述阳模加工叶片生产所需的阴模。

本发明还提供一种叶片预弯的调整方法，包括以下步骤：在叶片加工制造时，在叶根处预留预锥角，以使得叶片安装后可朝向靠近或远离塔筒的方向旋转所述预锥角，进而调整叶片的预弯。

本发明的叶片预弯的调整方法，通过简单的步骤实现了叶片预弯的调整，且成本较低，尤其是，采用修改阳模的方式还可以保证连接可靠性，不影响叶根受力，满足净空要求，解决载荷不足等问题。

本发明还提供一种叶片模具的阳模，包括沿弦向分开形成的叶根部分和主体部分，所述叶根部分可朝向靠近或远离塔筒的方向旋转预定角度，并在旋转后与所述主体部分拼接，形成完整的阳模。

本发明的阳模，可以沿弦向分成叶根部分和主体部分，进而对叶根部分进行旋转处理，再与主体部分拼接，调整叶片预弯，解决了净空不足的问题，使用更为灵活；并且，降低了重新生产阳模的成本，还可以根据需要对阳模进行调整，然后再生产匹配的阴模，避免阴模重新设计带来的损失。

可选地，所述叶根部分的长度小于所述阳模总长度的十分之一。

可选地，所述叶根部分的叶根外圆可进行扩径或缩径处理。

附图说明

图1为本发明所提供叶片模具的阳模修改前后所形成叶片的主视图；

图2为图1所示调整后的叶片的俯视图；

图3为图1所示叶片的叶根部分的局部放大示意图；

图4中，图4a为叶片预弯调整前的整机结构示意图，图4b为叶片预弯调整前后的整机结构示意图；

图5为对本发明所提供叶片模具的阳模中叶根外圆调整前后所形成叶片在叶根部分的局部放大主视图；

图6为图5所示叶片在叶根部分的局部放大俯视图；

图7为本发明所提供叶片模具的阳模修改方法在一种实施方式中的流程示意图。

图1-7中：

叶根区域1、主体区域2、桨距轴3。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种叶片模具的阳模及其修改方法、叶片预弯的调整方法，在开发阴模之前，通过修改阳模的叶根部分改变叶片的预弯量，从而解决净空不足的问题，大大减少前期叶片模具开发带来的损失，同时节省叶片阴模重新生产所增加的成本。

以下结合附图，对本发明进行具体介绍，以便本领域技术人员准确理解本发明的技术方案。

本文的方位以风电机组为参照，以风电机组的塔筒延伸方向为垂向，在垂直方向上，指向地面或者海平面的方向为下，与下相反的方向为上；在垂直于塔筒的水平面内，当叶片转动至最下方时，处于风机塔筒的正前方，即以叶片处于最下方时由塔筒指向叶片的方向为前，与前相反的方向为后。

当叶片安装到塔架上之后，不受力处于静止状态时，叶尖处于塔筒的前方，若叶尖至塔筒的前后距离为A1，认证规范要求，叶片变形后，在前后方向上，叶尖距离塔筒的最小距离不能小于A1的30％，也就是说，允许叶片的最大变形量为A1的70％，如果变形量超出了A1的70％，则认为净空不足。如果净空不足，就需要调整叶片的气动外形或结构或增大叶片预弯量，解决净空不足的问题。

诚如背景技术所述，在叶片设计之初，为了加快与整机的配套进度，一旦载荷匹配通过就开始投入叶片阳模的开发，如果存在净空不足等问题，就需要对叶片进行调整。

通常，叶片采用模具加工，叶片模具包括阳模和阴模，阳模和阴模相互配合，其中，阳模为凸结构，阴模为凹结构，两者相互配合形成整个叶片模具，然后通过真空灌注形成叶片。在模具开发时，首先进行阳模的开发，然后开发与阳模匹配的阴模，那么，在开发阴模之前，不管是阳模处于开发过程中还是已经开发完成，均可以通过修改阳模的方式调整叶片，例如叶片预弯，以节约成本。

因此，本发明提供了一种叶片模具中的阳模，该阳模包括两个部分，具体可以沿弦向将阳模分开，以形成叶根部分和主体部分，所谓叶根部分是指以由叶根朝向叶尖的方向延伸一定较小距离形成的一小段区域，该区域与叶片的叶根区域1相对应，故称为叶根部分；相应的，主体部分是指阳模中除去叶根部分以外的其他部分，与叶片中除去叶根区域1以外的主体区域2。此时，可以对叶根部分进行处理，使得叶根部分朝向靠近或远离塔筒的方向旋转预定角度，进而改变桨距轴3的位置，使得桨距轴3朝向靠近或远离塔筒的方向偏离一定距离；然后，再将旋转后的叶根部分与主体部分进行拼接顺滑过渡，形成完整的阳模，拼接后，叶尖所在的主体部分就会朝向远离或靠近塔筒的方向偏离移动角度，通过该阳模加工形成的叶片就具有与叶根部分旋转前的阳模不一样的预弯量。

也就是说，本发明的阳模是通过已有的阳模修改加工而成的，这种结构形式的阳模具有与原有的阳模不一样的结构，可以对叶片的预弯量进行调整，以解决净空不足等问题。

其中，所述弦向是指叶片的弦线延伸方向，沿弦向分开是指沿叶片的弦线延伸方向分开，也等同于沿叶片的宽度方向分开。

以下结合图1-图4，对本发明的阳模进行详细说明。

当阳模的叶根部分朝向靠近或远离塔筒的方向旋转预定角度时，对应地，叶片与叶根相对应的部分也就朝向靠近或远离塔筒的方向旋转预定角度，该预定角度可以处于0.5度～3度之间。

为便于说明，图1-图4所示的实施例以叶根部分朝向靠近塔筒的方向旋转1度为例进行说明，此时，所形成叶片的叶根区域1就朝向靠近塔筒的方向旋转1度，而由于叶片本身具有一定的预弯量，将叶根部分与主体部分拼接后，所形成完整阳模的叶尖部分就会朝向远离塔筒的方向转动，进而增加叶片的预弯量，以解决净空不足的问题。

以叶片的长度为54000mm、桨距轴3至叶尖的距离为2700mm为例，当叶片所采用的阳模以叶根部分朝向靠近塔筒的方向转动1度时，即按照图1-图4所示方向逆时针转动1度，桨距轴3对应地朝向靠近塔筒的方向移动至与叶尖距离3642mm的位置处，即桨距轴3朝向靠近塔筒的方向移动了942mm，那么，由于阳模的主体部分不变，当与叶根部分拼接后，由于阳模本身存在预弯，当叶根部分靠近塔筒移动时，叶尖部分必然朝向远离塔筒的方向移动，进而增加了叶片的预弯量，以解决净空不足的问题，详见图1和图2。

其中，叶根部分的区域不能过大或过小，过大容易影响叶根部分旋转后与主体部分的拼接，本申请中，叶根部分小于整个阳模总长度的十分之一。此时，叶根部分明显区分于主体部分，且在旋转后能够较好地实现与主体部分的拼接。叶根部分也不易过小，否则无法对桨距轴3进行有效调整，无法解决净空不足的问题，实际上也不能包括叶根的大部分结构。

结合图3和图4可知，本申请中，虽然叶根部分仅旋转了1度，但由于叶根的长度较长，且叶尖与叶根处于长度方向的两端，当叶根部分转动1度时，相应地，叶尖部分就存在较大的偏转角度，相对塔筒具有较大的位移量，可以有效解决净空不足的问题。

如图4a所示，采用现有的阳模生产出的叶片安装在塔筒上时，当叶片转动至最下方时，处于塔筒的正前方，叶尖在塔筒在前后方向上存在一个距离L1，如果此时的距离L1不能满足叶片的使用需求，导致叶片存在净空不足的问题，则需要按照图1-图3所示的实施例调整预弯量，将叶根部分朝向靠近塔筒的方向转动；也就是说，需要按照图4b中顺时针方向旋转叶根部分，以使得桨距轴3靠近塔筒，当拼接主体部分后，叶尖部分即朝向远离塔筒的方向移动，此时，叶尖与塔筒在前后方向的距离为L2，L2要大于L1，进而解决净空不足的问题，如图4b所示。

虽然图1-图4中以叶根部分朝向靠近塔筒的方向旋转为例，但是，当需要减小叶片的预弯量时，也可以使得叶根部分朝向远离塔筒的方向旋转，其与图1-图4的区别可以仅在于旋转方向不同。

在上述基础上，如图5和图6所示，当叶根部分与主体部分分开后，还可以对叶根部分的叶根外圆进行扩径或缩径处理，以满足载荷增大引起的问题。

具体而言，在进行配套计算时，如果整机的需求改变，如变桨轴承螺栓校核不通过时，可能需要增加变桨轴承的直径，以增加安装所需螺栓的数目，进而降低单个螺栓所承受的载荷；当变桨轴承的直径增加时，为安装更多数目的螺栓，就需要对应地重新设计叶根部分的叶根外圆。因此，如图5和图6所示，具体可以对叶根部分的叶根进行扩径处理，进而增加叶根外圆，以使得叶根能够安装更多的螺栓，满足承载需求。结合图5和图6可知，由于叶根部分包含叶根以及由叶根朝向主体部分延伸的一段区域，而只有叶根才成圆形设置，故对应的调整叶根外圆，而不是整个叶根部分的外圆，即图5和图6中均呈圆柱状设置的部分，对应图5和图6中的左侧一段区域。

以54m长的叶片为例，可以在距离叶根7000mm处将阳模分开，形成叶根部分和主体部分，然后将叶根部分的叶根外圆由2400mm过渡至2600mm；过渡完成后，再将叶根部分与主体部分拼接并进行密封光顺处理，形成修改后的阳模，再进一步根据该修改后的阳模加工阴模，用于叶片的生产制造。

同理，当需要减少螺栓的数目时，也可以对叶根部分的叶根外圆进行缩径处理，以满足配套需求。

以下结合图7，对本发明所提供叶片模具的阳模修改方法进行详细说明。

如图7所示，本发明的叶片模具的阳模修改方法包括以下步骤：

S1：将待修改的阳模沿弦向分开，此时分出两个部分，分别为叶根部分和主体部分，叶根部分与叶片的叶根区域1相对应，主体部分与叶片除去叶根区域1的主体区域2相对应，如图1和图2所示；

S2：将叶根部分朝向靠近或远离塔筒的方向旋转预定角度，图1和图2中以叶根部分朝向靠近塔筒的方向旋转为例，即在图1和图2中逆时针旋转；

S3：根据需要对叶根部分的叶根外圆进行扩径或缩径处理，以使得叶根外圆过渡至预定值，如图5和图6所示；

S4：将主体部分与旋转后的叶根部分拼接；

S5：对拼接处进行密封光顺处理，以提高拼接的顺滑度，使得阳模表面光滑连接，形成修改后的阳模。

在步骤S1中，叶根部分与主体部分的长度差异较大，叶根部分的长度小于待修改的阳模总长度的十分之一。

在步骤S2中，预定角度可以为0.5度～3度，具体可以根据整机配套需求进行合理选择。

在步骤S3中，进而扩径或缩径处理时，要尽可能地实现叶根外圆的平滑过渡，尤其是叶根部分中叶根与其相邻部分的过渡连接，避免出现突变，提高叶片外部轮廓的线形流畅度，进而减小由于外形过渡不光顺引起的结构应力集中。

步骤S3的设置是为了调整叶根外圆，如果整机配套过程中无需调整叶根外圆即可实现可靠的承载，则可以省去步骤S3；并且，步骤S3和步骤S2的顺序不限，可以进行互换，也可以同时执行，本实施例仅以其中一种顺序执行的方式为例进行说明。

本发明的阳模修改方法与叶片模具的阳模、以及采用该阳模所生产出的叶片是相对对应的，不详之处均可以参照上文中关于阳模以及叶片的描述。

本发明还提供的一种叶片预弯的调整方法，按照上述阳模修改方法修改阳模，然后按照修改后的阳模加工叶片生产所需的阴模，此时，采用这种阳模和阴模生产出的叶片即具有与采用原阳模生产出的叶片不同的预弯量，实现了对预弯量的控制。

基于同样的原理，本发明还提供了另外一种叶片预弯的调整方法，在叶片加工制造时，在叶根处预留预锥角，以使得叶片安装后可朝向靠近或远离塔筒的方向旋转所述预锥角，进而调整叶片的预弯。

所述预锥角是指，常规叶片叶根的端面为平面，该平面构成叶根与塔筒的连接端面，如图1-图6中叶片的左侧端面；而当预留预锥角时，相当于以一个斜面对叶根的端面进行切割，以使得叶根的端面由圆形变为椭圆形，此时就具有一个预锥角。

采用预留预锥角的方式可以改变叶片预弯，节约成本，提高效率，且不用在模具上进行大的改变。

需要说明的是，虽然图1-图6中对叶片的尺寸进行了标注，但仅用于说明阳模修改对最终形成叶片的影响，不表示对本发明阳模及其修改方法的限制；本发明仅对叶片及其生产所需的阳模进行了说明，其他部分可以参照现有技术。

以上对本发明所提供叶片模具的阳模、阳模修改方法以及叶片预弯的调整方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。