本发明涉及风力发电领域，具体地说，本发明涉及一种用于成型风力发电机组的叶片上的腹板以及制造叶片的方法。
背景技术：
风力发电机组的叶片的主要结构由主梁、腹板与壳体构成。叶片的生产工序按部件分，大体上由主梁生产、腹板生产、壳体生产、腹板与壳体粘接、壳体合模、后处理组成。叶片的生产模具分为主梁模具、腹板模具和壳体主模具。目前，叶片生产是先将主梁与腹板预先成型，然后生产两个半壳体，生产壳体时将预成型的主梁放置在指定位置，再完成两个半壳体的生产，之后将两个腹板粘接在其中的一个半壳体上，固定后再与另一个半壳体粘接成一整支叶片。
在粘接腹板时，需要在腹板的上下两侧均使用粘接胶进行粘接，由于叶片内部空间狭小，人工操作困难等原因，经常会发生需要粘接的位置缺少粘接胶的现象，或者粘接胶用量过多，导致腹板与壳体粘接时挤压出的粘接胶过多。如果缺少粘接胶，就会导致粘接位置强度不够，造成叶片壳体与腹板分离，严重时甚至发生叶片开裂或断裂的质量事故。如果挤出的粘接胶过多，随着叶片在风机上转动以及风力对叶片的震动等，由于挤出的过多粘接胶仅仅粘贴在壳体表面，未受到上层的压力，时间一长就会脱离壳体表面而掉落在叶片内部，这些掉落的粘接胶会在叶片内部四处撞击，需要人员到内部进行清理，又是一个非常危险和操作困难的工作。
技术实现要素：
根据本发明的实施例，提供了一种叶片壳体和腹板一体成型的方法，所述方法包括：在叶片壳体模具上的叶片壳体铺层上的主梁处铺放腹板工装；在腹板工装的一侧铺放腹板铺层；将所述叶片壳体铺层与所述腹板铺层作为一体进行真空辅助树脂灌注成型。
可选地，所述腹板工装呈竖直的框形，并包括与所述主梁贴合的底部梁、从所述底部梁竖直延伸的竖直梁以及固定在所述竖直梁上方的顶部梁。
可选地，所述腹板铺层包括纤维层，所述纤维层包括相对于所述腹板工装的竖直侧面固定的竖直部分、搭接在所述叶片壳体铺层上的水平部分以及搭接在所述腹板工装的顶部上的翻边部分。
可选地，所述纤维层包括纤维布层或者由纤维布层和树脂预成型的纤维板。
可选地，在铺放所述腹板工装之前，在所述主梁上铺放超出所述主梁预定长度的脱模布，在铺放所述腹板工装之后且在铺放所述腹板铺层之前，将所述腹板工装的所述一侧处的脱模布翻至紧贴在所述腹板工装上。
可选地，所述腹板铺层呈z型、s型或c型，铺放所述腹板铺层的操作包括：在所述腹板工装的所述一侧处铺放第一布层，且所述第一布层包括紧贴在所述腹板工装的竖直侧面上的竖直部分、搭接在所述叶片壳体铺层上的水平部分以及搭接在所述腹板工装的顶部上的翻边部分；在所述第一布层的竖直部分上铺放芯材；在所述芯材上铺放第二布层，且所述第二布层包括紧贴在所述芯材上的竖直部分、搭接在所述第一布层的水平部分上的水平部分以及搭接在所述第一布层的翻边部分上的翻边部分。
可选地，在铺放完所述腹板铺层之后，在所述叶片壳体铺层的前、后缘和所述腹板铺层的翻边部分上铺放脱模布，然后在所述叶片壳体铺层和所述腹板铺层上铺放隔离膜。
可选地，在铺放完所述腹板铺层之后，在所述叶片壳体铺层和所述腹板铺层上铺放真空灌注系统，其中，在所述腹板工装的预定高度处铺放导流管，并在所述腹板工装的顶部铺放螺旋管，在灌注树脂时，在所述叶片壳体铺层上灌注的树脂的前锋超过铺放在所述腹板工装的预定高度处的导流管时再打开所述导流管。
可选地，在成型之后，拆除腹板工装，并在成型的腹板的底部进行补强。
可选地，在所述叶片壳体铺层上铺放两个腹板工装，以在叶片壳体上一体地成型两个腹板。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种叶片成型的方法，所述方法包括：利用上述方法，在第一叶片壳体模具上与第一叶片壳体一体地成型第一腹板，并在第二叶片壳体模具上与第二叶片壳体一体地成型第二腹板；使所述第一叶片壳体模具与所述第二叶片壳体模具合模，并且在合模时将所述第一腹板粘接到所述第二叶片壳体，将所述第二腹板粘接到所述第一叶片壳体。
可选地，合模的操作包括：在成型的第一腹板的顶部涂抹粘接胶并在成型的第二腹板的顶部涂抹粘接胶，或者在所述第一叶片壳体和所述第二叶片壳体上的粘接腹板的位置处分别涂抹粘接胶，然后合模，并进行加热固化处理。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种叶片成型的方法，所述方法包括：利用上述方法在第一叶片壳体模具上与第一叶片壳体或者在第二叶片壳体模具上与第二叶片壳体一体地成型两个腹板；使所述第一叶片壳体模具与所述第二叶片壳体模具合模，并且在合模时将所述两个腹板粘接到所述第一叶片壳体和所述第二叶片壳体中的未一体地成型有腹板的一者上。
可选地，合模的操作包括：在成型的所述两个腹板的顶部涂抹粘接胶，或者在所述第一叶片壳体和所述第二叶片壳体中的未一体地成型有腹板的一者上的粘接腹板的位置处涂抹粘接胶，然后合模，并进行加热固化处理。
根据本发明的实施例所提供的叶片和腹板制造方法，能够使腹板与叶片壳体一体地成型，而不必单独制造腹板，然后将腹板铺放到叶片壳体上。还可以减少腹板粘接时的用胶量，可显著减少叶片的重量和对整机载荷要求。另外，通过一体地灌注成型叶片和腹板，可显著提高腹板与叶片壳体之间的结构强度，从而提高叶片整体强度，延长使用周期。
附图说明
图1至图4是根据本发明的实施例的叶片上壳体与腹板一体成型的状态示意图；
图5是图4的局部放大示意图；
图6是根据本发明的实施例的叶片下壳体与腹板一体成型的状态示意图；
图7是根据本发明的实施例的合模状态示意图；
图8是根据本发明的实施例的叶片成型流程框图。
附图标记说明：
1：叶片上壳体模具；2：叶片上壳体铺层，3：主梁，4：前缘腹板工装，5：脱模布，6：第一布层，7：芯材，8：第二布层，9：导流管，10：隔离膜，11：导流网，12：真空袋膜，13：叶片下壳体模具，14：主梁，15：叶片下壳体铺层，17：后缘腹板工装，18：后缘腹板铺层，19：成型的前缘腹板，191：前缘腹板的翻边部分，20：成型的后缘腹板，201：后缘腹板的翻边部分；21：叶片下壳体上的粘接位置，22：叶片上壳体上的粘接位置，23：后缘粘接位置，24：前缘粘接位置。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
参照图1至图8，示出了根据本发明的实施例的叶片成型的方法，该方法采用叶片壳体与腹板一体成型的方式进行叶片的制造。通常，叶片在制造时利用叶片上壳体模具和叶片下壳体模具分别制造叶片上壳体和叶片下壳体，叶片上的腹板根据其位置可分别称为前缘腹板和后缘腹板，或者也可统称为第一腹板和第二腹板。这样，在制造叶片壳体时，分别与这两个壳体各自一体地成型一个腹板，然后，在合模时将两个腹板再各自粘接到另一个叶片壳体上。例如，在一个实施例中，可在叶片上壳体上一体地成型第一腹板，在叶片下壳体上一体地成型第二腹板，如图8中的额步骤110和120所示，然后通过合模，将第一腹板粘接到叶片下壳体并将第二腹板粘接到叶片上壳体。
下面以在叶片上壳体(或者可称为第一叶片壳体)上一体地成型前缘腹板(或者可称为第一腹板)并在叶片下壳体(或者可称为第二叶片壳体)上一体地成型后缘腹板(或者可称为第二腹板)为例对成型叶片的方法进行具体描述。
可先清理叶片上壳体模具(或者可称为第一叶片壳体模具)1，然后在模具1的表面上涂抹脱模剂，以便叶片成型之后进行脱模。然后在模具1的前、后缘法兰面上粘贴密封胶带两道，再在模具1的前、后缘处铺放脱模布，脱模布的大体一半的部分铺放在模具1的法兰面上，而其余部分则铺放在模具1的型腔表面上。之后，在模具型腔内铺放外蒙皮，外蒙皮的数量由叶片结构设计决定，通常可铺放3至4层左右。
然后，在叶片壳体的根部位置处铺放根部增强层，以加强叶片壳体根部的强度。再在叶片的中间适合位置处放置主梁3，如图8中的步骤111所示，具体位置可由主梁工装确定。该主梁3可以是事先已经独立成型的主梁部件，当然，主梁也可以与叶片壳体一体地成型，即，在铺放叶片壳体铺层时，可以一起铺放主梁铺层(包括玻纤布层和芯材等)。在铺放完主梁3之后，可由质量人员检定主梁铺放位置的精确度，若不满足预期要求，则需微调主梁位置，使其被置于准确的铺放位置，以确保最终成型的叶片结构强度。在铺放完主梁3之后，可在主梁3的两侧铺放叶片芯材，以使叶片壳体与主梁间平滑过渡。之后，可在叶片壳体后缘处铺放后缘辅梁，例如，可在叶片壳体后缘处铺放单轴玻纤布来形成后缘辅梁，该单轴玻纤布的长度可为120-170mm。然后，在叶片壳体的根部铺放主梁上侧根部增强层以及增厚层，并在主梁3、芯材和根部增厚层和增厚层上铺放内蒙皮，内蒙皮的数量通常可与外蒙皮的数量一致，例如，3至4层左右。然后，在主梁3上铺放脱模布5，该脱模布5的前后缘处的边缘均需要超出主梁3大约120mm以上。以上所铺设的各种布层、蒙皮、芯材、主梁3等材料可统称为叶片上壳体铺层2。
接下来，在已经铺放好的主梁3上铺放前缘腹板工装(或者可称为第一腹板工装)4，如步骤112所示，该前缘腹板工装4可处于主梁3上的左半部分上，可距离主梁3的左侧边缘大约5-15cm。该前缘腹板工装4在铺放之前可涂抹脱模剂，以便于在成型叶片壳体之后进行脱模。在本发明的实施例中，前缘腹板工装4可大体上呈竖直的框形，并可包括与主梁3配合的底部梁、从底部梁向上竖直延伸的竖直梁以及固定在竖直梁上的顶部梁，底部梁可与叶片上壳体铺层匹配，前缘腹板可在前缘腹板工装4的左侧竖直表面上成型，因此，最终成型出的前缘腹板大体上呈s型，这将在下面进行具体描述。当然，通过适当调整前缘腹板工装4的位置和尺寸，也可在前缘腹板工装4的右侧竖直表面上成型出前缘腹板，这时前缘腹板可大体上呈z型。
因此，总体上来说，前缘腹板工装4的用来成型腹板的侧表面可与前缘腹板的形状相匹配。另外，前缘腹板工装4除了成框形之外，还可以呈其他任何合适的形状。例如，如果前缘腹板工装4的左侧部分大体上呈开口朝左的c型并且在前缘腹板工装4的左侧成型前缘腹板时，最终成型出的前缘腹板可大体上呈c型。
另外，在本实施例中，在叶片上壳体上成型前缘腹板，所以前缘腹板工装4在主梁3上偏向前缘设置，如果在叶片上壳体上成型后缘腹板，则后缘腹板偏向后缘设置。在腹板工装在叶片壳体上的位置可基于设计要求而确定。
在放置好前缘腹板工装4之后，可将之前铺放在主梁3上的脱模布5的处于前缘腹板工装4左侧的部分向右翻至贴合到前缘腹板工装4的左侧面上，并可使用喷胶将脱模布5固定在前缘腹板工装4的左侧面上，使得在前缘腹板工装4与主梁3之间以及前缘腹板工装4的左侧面上均覆盖有脱模布，以便于脱模和后期进行的补强操作。
然后可在前缘腹板工装4的面向前缘的那一侧(即，图中所示的左侧)铺设前缘腹板铺层，如步骤113所示。相应地，如果在叶片上壳体上一体地成型后缘腹板时，则可以在后缘腹板工装的面向后缘的那一侧铺放腹板铺层。
铺设的前缘腹板铺层可大体上包括纤维层和芯材等材料。对于纤维层，可具体使用诸如玻纤布层的纤维布层或者可使用由纤维布层和树脂预成型的纤维板，例如，碳纤板、玻纤板、竹纤板等。纤维层可被铺设成大体上具有三部分，即，相对于前缘腹板工装4的左侧的竖直面固定的竖直部分、搭接在叶片上壳体铺层上的水平部分和搭接在前缘腹板工装4的顶部上的翻边部分。
具体地说，铺放前缘腹板铺层的步骤可大体上包括以下操作。先在前缘腹板工装4的左侧铺放第一布层6，如图1所示。可利用喷胶将第一布层6固定在前缘腹板工装4的左侧竖直面上，以防止其下滑。第一布层6可包括被固定在前缘腹板工装4的竖直面上的竖直部分62、搭接在叶片上壳体铺层(例如，内蒙皮)上的水平部分63(替代地，该水平部分63也可被称为翻边部分)和搭接在前缘腹板工装4的顶部上的翻边部分61。其中，第一布层6搭接在叶片上壳体铺层和前缘腹板工装顶部上的长度可大体为100-140mm左右。第一布层6可以是双轴玻纤布层，具体层数可根据叶片设计要求而确定，例如，可铺放3至4层玻纤布。然后，可在第一布层6的基础上再铺放芯材7，如图2所示，芯材7可以由pvc或者巴沙木构成。该芯材7可大体上紧贴着第一布层6的竖直部分62，并可利用喷胶固定。之后，可继续铺放第二布层8，如图3所示。类似于第一布层6，该第二布层8可大体上包括搭接在第一布层6的水平部分63上的水平部分83(替代地，该水平部分83也可被称为翻边部分)、紧贴在第一布层6的竖直部分62上的竖直部分82以及搭接在第一布层6的翻边部分61上的翻边部分81，且可利用喷胶来暂时固定第二布层8。同样，第二布层8也可以是双轴玻纤布层，也可大体上铺放3至4层左右。另外，在上述铺放过程中，除了使用喷胶来定位布层之外，也可以使用胶带等其他方式对布层和芯材进行固定。
至此，前缘腹板铺层可大体上呈s型。然而，本发明并不限于此，还可以采用其他形式，例如，如前所述，前缘腹板铺层还可以呈z型或c型。腹板工装和腹板铺层铺放的具体形式可根据叶片强度设计要求和现场实际生产条件等条件来确定。
在纤维层具体地采用纤维板的形式时，铺放前缘腹板铺层的步骤可大体上包括以下操作：先在前缘腹板工装4的左侧铺放1-2层玻纤布层，该玻纤布层的铺放方式可与上述铺放布层类似，然后继续在玻纤布层的竖直部分上铺放好芯材和纤维板，最后再类似地在纤维板上铺放1-2层玻纤布层。
在前缘腹板铺层铺设完成之后，可在叶片前后缘位置、腹板翻边部分处铺放脱模布，并在该脱模布和已经铺放好的铺层(包括叶片上壳体铺层和前缘腹板铺层)上层铺放隔离膜10。然后在隔离膜10上铺放导流网11，也就是说，隔离膜10和导流网11能够覆盖已经铺放的叶片上壳体铺层和前缘腹板铺层。对于前缘腹板工装4的左侧竖直侧面，可以使用棉线或者玻纤丝将隔离膜10和导流网11缝合固定在芯材7上以防止其下滑。
之后，可在叶片上壳体和腹板工装4上铺放导流管，其中，在腹板工装4上的导流管9可铺放在左侧竖直面上的距叶片上壳体大约200-300mm的位置处，如图4和图5所示。然后，在前缘腹板工装4最上层，可铺放螺旋管，并可使用半透膜包裹住螺旋管，以防止后续灌注树脂时树脂流入到螺旋管内，保证抽真空和灌注树脂的正常进行。之后，可在叶片上壳体模具1上的所有铺放区域(包括叶片上壳体和前缘腹板的铺放区域)上铺放真空袋膜12。也即，将前缘腹板工装4和前缘腹板铺层与叶片上壳体一起包裹在真空袋膜12内，一起置于真空环境。可铺放两层真空袋膜12，以确保铺放区域的真空密闭性，防止漏气。
然后，可制作树脂灌注口，并对铺放区域整体抽真空，直到铺放区域内的真空度满足灌注要求。接下来便可灌注树脂，如步骤114所示。灌注树脂时，可调节好开关顺序，先对叶片上壳体铺层区域进行灌注树脂，直到在叶片上壳体铺层上渗透的树脂前锋超过前缘腹板铺层上的导流管9时，再打开导流管9上的灌注口对前缘腹板铺层灌注树脂。
在树脂灌注结束后，可进行加热固化处理，如步骤115所示。具体地，可打开加热器，并调整加热温度，可对不同区域进行不同程度的加热。例如，可在前缘腹板铺层位置覆盖保温棉，以加快腹板区域的升温速度，使其加速固化。或者，还可以额外地在前缘腹板区域处设置加热通道，使用热风机向加热通道吹送热空气来加速前缘腹板的固化。
在叶片上壳体和前缘腹板一体地固化成型之后，可撕除表面上的辅助材料，包括真空袋膜、隔离膜、导流网、导流管等。然后可拆除前缘腹板工装4，并可对成型的前缘腹板的底部，例如左下角(即，面对叶片前缘的角)，进行手糊补强。具体地，可采用3至4层双轴玻纤布进行补强，玻纤布可盖住前缘腹板与叶片上壳体上各大约120mm宽的范围，具体覆盖长度可根据叶片型号、强度要求、腹板长度等因素来确定。至此，叶片上壳体和前缘腹板一体成型操作完成。
在一体地制造叶片上壳体和前缘腹板时，可同时进行叶片下壳体和后缘腹板的一体成型，其具体操作大体与叶片上壳体和前缘腹板的一体成型操作类似。即，大体上可主要包括以下步骤：在叶片下壳体模具(或者可称为第二叶片壳体模具)13以与叶片上壳体类似的方式铺放完叶片下壳体铺层15(包括主梁14)(如步骤121所示)之后，可在主梁14上的偏向后缘位置处放置后缘腹板工装(或者可称为第二腹板工装)17，如步骤122所示。该后缘腹板工装17的结构与前缘腹板工装4的结构类似，也可大体上呈竖直的框形。然后，在后缘腹板工装17的面对叶片后缘的那一侧(即，右侧)铺放后缘腹板铺层18，如步骤123所示，同样，后缘腹板铺层18也大体上包括纤维层和芯材，如图6所示。该纤维层可包括贴在后缘腹板工装17的右侧竖直面上的竖直部分182、搭接在叶片下壳体铺层15上的水平部分183(替代地，该水平部分183也可被称为翻边部分)和搭接在后缘腹板工装17的顶部上的翻边部分181，从而铺设完之后整个后缘腹板铺层18大体上呈z型。
具体地说，先在后缘腹板工装17的右侧铺放第一布层，并可利用喷胶将第一布层固定在后缘腹板工装17的右侧竖直面上。第一布层可包括被固定在后缘腹板工装17的竖直面上的竖直部分、搭接在叶片下壳体铺层15上的水平部分和搭接在后缘腹板工装17的顶部上的翻边部分。其中，第一布层搭接在叶片下壳体铺层15和后缘腹板工装17顶部上的长度可大体为100-140mm左右。第一布层可以是双轴玻纤布层，具体层数可根据叶片设计要求而确定，例如，可铺放3至4层玻纤布。然后，可在第一布层的基础上再铺放芯材，该芯材可大体上紧贴着第一布层的竖直部分，并可利用喷胶固定。之后，可继续铺放第二布层。类似于第一布层，该第二布层可大体上包括搭接在第一布层的水平部分上的水平部分、紧贴在第一布层的竖直部分上的竖直部分以及搭接在第一布层6的翻边部分上的翻边部分，且可利用喷胶来暂时固定第二布层。同样，第二布层也可以是双轴玻纤布层，也可大体上铺放3至4层左右。
之后，可类似地在叶片下壳体铺层15和后缘腹板铺层18铺放区域铺放隔离膜、导流网等真空灌注铺层，然后进行灌注树脂和固化操作，如步骤124和125所示，这些操作与叶片上壳体和前缘腹板一体成型时的操作类似，在此不再赘述。
在叶片上壳体和前缘腹板以及叶片下壳体和后缘腹板一体成型之后，可进行合模操作，如图7和图8中的步骤140所示。在进行合模前，可在叶片上壳体和叶片下壳体上的后缘粘接位置23和前缘粘接位置24上涂抹粘接胶，如步骤130所示。同时，可在已经成型的前缘腹板19的翻边部分191和后缘腹板20的翻边部分201上涂抹上粘接胶，或者在叶片上壳体的与后缘腹板20粘接的位置22涂抹上粘接胶，在叶片下壳体的与前缘腹板19粘接的位置21涂抹上粘接胶。在合模之后，可通过加热固化的方式来固化粘接胶，如步骤150所示，使得前缘腹板19粘接到叶片下壳体且后缘腹板20粘接到叶片上壳体。
之后，可进行脱模，成型出完整的叶片。
需要说明的是，本发明并不限于以上实施例，还可以采用其他方式来一体地成型叶片壳体和腹板。例如，可在其中一个叶片壳体上一体地成型两个腹板，然后在合模时，将这两个腹板再粘接到另一个叶片壳体上。
具体地说，可在第一叶片壳体模具上，在第一叶片壳体铺层的主梁上的预定位置处铺放两个腹板工装，其中一个腹板工装可称为前缘腹板工装，另一个腹板工装可称为后缘腹板工装。前缘腹板工装可在主梁上偏向前缘而后缘腹板工装可在主梁上偏向后缘。然后，可按照与上面的操作类似的步骤铺放前缘腹板铺层和后缘腹板铺层。之后可将前缘腹板铺层和后缘腹板铺层与第一叶片壳体铺层作为一体进行真空辅助树脂灌注成型，从而在第一叶片壳体上一体地成型出两个腹板。同样，在成型操作之后，可对这两个腹板的与主梁接合的部位进行手糊补强。
在进行合模时，可在两个腹板的顶部位置涂抹上粘接胶，或者在单独成型的第二叶片壳体上的粘接腹板的两个位置处各自涂抹上粘接胶，通过两个壳体模具的合模，将两个腹板粘接到第二叶片壳体上。
在上面的成型操作中，通过在叶片壳体模具上同时铺放叶片壳体铺层和腹板铺层，将腹板与叶片壳体一体成型。除此以外，还可以提前预制腹板，再将预制的腹板放置到叶片壳体铺层上，并在腹板的底部铺放搭接在腹板的竖直侧面和叶片壳体铺层上各自一定宽度的布层。然后，将腹板与叶片壳体铺层一体地进行真空辅助灌注树脂，进而完成腹板与叶片壳体的一体成型。
通过以上所提供的腹板和叶片壳体一体成型的方式，可减少腹板粘接胶一半的用胶量，例如，对于59米长的叶片，可减少用胶量150kg左右，减少粘接胶成本约7500元。由于减少了粘接胶的使用，可有效减少叶片的重量，减少对整机载荷的要求，还可以使得后期运行过程中的粘接胶清理得到减少。另外，相比于粘接胶的使用，一体化灌注可以有效的减少粘接缺陷，提升腹板与壳体的结构质量。由于腹板单侧与壳体一体成型，增加了腹板的操作空间，可以在叶片腹板的非翻边侧进行手糊补强，提升叶片腹板的连接性能。由于单个腹板制作，可以方便的将腹板辅助工装安装或者拆除。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。