一种自修复智能风电叶片及其制备方法与流程

本发明涉及风电叶片技术领域，特别是涉及一种自修复智能风电叶片及其制备方法。

背景技术

风力机叶片是风机的重要组成部件，其长期在恶劣的自然环境中暴露运行，不仅需要承受大的风荷载，还要经受沙子石子冲击，以及强烈的紫外线照射，因此风电场经常会遇到叶片开裂等问题，这些问题导致风机停机，进而影响发电量，有些问题甚至会导致叶片损毁，造成更大的经济损失。因此研发一种可以模拟生物体自我愈合能力的智能化风力机叶片具有重大的研究价值和意义。

目前，大多数风电机叶片的材料是由玻璃纤维增强的环氧树脂(玻璃钢)复合材料通过真空灌注工艺浇筑而成，而这种复合材料在运行过程中会由于疲劳、冲击等各种原因在玻璃钢复合材料内部产生微裂纹，这种微裂纹会随着叶片的运行在材料内部继续扩展，进而会形成宏观裂纹，最终导致风力机叶片断裂。这些裂纹在扩展初期很难被检测出来，当裂纹扩展到肉眼可以检测到的时候，此时叶片已经不能再继续运行，需要立即停机，并在损伤区采用手糊的方式进行修复。

由此可见，上述现有的风电叶片显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的自修复智能风电叶片及其制备方法，使其能在裂纹扩展初始就能使得风电叶片自检到损伤，并自我实现修复，大大提升叶片的使用寿命及安全性，成为本领域急需改进的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种自修复智能风电叶片，使其能在裂纹扩展初始就能使得风电叶片自检到损伤，并自我实现修复，大大提升叶片的使用寿命及安全性，从而克服现有的风电叶片的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自修复智能风电叶片，所述叶片由玻璃纤维或碳纤维增强的环氧树脂复合材料通过真空灌注工艺浇注而成，所述环氧树脂复合材料中嵌设有并排设置的第一中空玻璃管和第二中空玻璃管，所述第一中空玻璃管中封装有经过脱泡的环氧树脂，所述第二中空玻璃管中封装有环氧树脂固化剂。

作为本发明的一种改进，所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管设置在所述叶片的大梁或后缘梁上；

且所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的铺设方向与所述环氧树脂复合材料中纤维的铺设方向相同。

进一步改进，所述第一中空玻璃管中的环氧树脂采用经过脱泡的lr235型号的树脂，所述第二中空玻璃管中的环氧树脂固化剂采用lh234型号的胺类固化剂。

进一步改进，所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的两端均通过环氧树脂和其固化剂的混合物封口，所述混合物中环氧树脂和其固化剂的混合比为100:20～40。

进一步改进，所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的长度为0.5m～1m，其外径为0.8mm～1.2mm，其内径为0.5mm～1.0mm。

进一步改进，所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管采用软玻璃管材质。

本发明还提供了一种自修复智能风电叶片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)采用环氧树脂与其固化剂的混合物对中空玻璃管的一开口端进行封口处理，待所述中空玻璃管的一端封口固化后，向所述中空玻璃管中注入脱泡处理的环氧树脂，再用所述环氧树脂与其固化剂的混合物将所述中空玻璃管封口，即得封装有环氧树脂的第一中空玻璃管；

(2)采用环氧树脂与其固化剂的混合物对中空玻璃管的一开口端进行封口处理，待所述中空玻璃管一端封口固化后，向所述中空玻璃管中注入环氧树脂固化剂，再用所述环氧树脂与其固化剂的混合物将所述中空玻璃管封口，即得封装有环氧树脂固化剂的第二中空玻璃管；

(3)将制备好的第一中空玻璃管和第二中空玻璃管外表面喷胶，并将其并排粘在叶片的大梁或后缘梁上，所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的铺设方向与所述大梁或后缘梁最外层的玻纤布中纤维方向相同，对所述大梁或后缘梁进行预浸料灌注；

(4)将步骤(3)预制好的大梁或后缘梁放入叶片模具后，铺设外蒙皮，采用真空灌注工艺灌注，即得嵌设有所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的风电叶片。

本发明还提供了另外一种自修复智能风电叶片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)采用环氧树脂与其固化剂的混合物对中空玻璃管的一开口端进行封口处理，待所述中空玻璃管的一端封口固化后，向所述中空玻璃管中注入脱泡处理的环氧树脂，再用所述环氧树脂与其固化剂的混合物将所述中空玻璃管封口，即得封装有环氧树脂的第一中空玻璃管；

(2)采用环氧树脂与其固化剂的混合物对中空玻璃管的一开口端进行封口处理，待所述中空玻璃管一端封口固化后，向所述中空玻璃管中注入环氧树脂固化剂，再用所述环氧树脂与其固化剂的混合物将所述中空玻璃管封口，即得封装有环氧树脂固化剂的第二中空玻璃管；

(3)将制备好的第一中空玻璃管和第二中空玻璃管采用编织线编织成玻璃管片，所述玻璃管片中第一中空玻璃管和第二中空玻璃管间隔设置，在所述玻璃管片的外表面喷胶，将其粘在叶片的大梁或后缘梁上，所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的铺设方向与所述大梁或后缘梁最外层的玻纤布中纤维方向相同，对所述大梁或后缘梁进行预浸料灌注；

(4)将步骤(3)预制好的大梁或后缘梁放入叶片模具后，铺设外蒙皮，采用真空灌注工艺灌注，即得嵌设有所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的风电叶片。

其中，所述步骤(3)中玻璃管片的编织长度与所述叶片大梁或后缘梁宽度相同，所述玻璃管片的编织密度为：每10mm长度范围内至少有一根第一中空玻璃管和一根第二中空玻璃管。

所述第一中空玻璃管中的环氧树脂采用lr235型号的树脂，所述第二中空玻璃管中的环氧树脂固化剂采用lh234型号的胺类固化剂；

所述环氧树脂与其固化剂的混合物中所述环氧树脂和其固化剂的混合比为100:30；

所述第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的长度为0.5m～1m，其外径为0.8mm～1.2mm，其内径为0.5mm～1.0mm。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

1、本发明通过在叶片环氧树脂复合材料中预埋含修复剂的第一中空玻璃管和第二中空玻璃管，在叶片基体出现裂纹时两种中空玻璃管中的修复剂流出后混合，并在常温下固化，实现快速修复裂纹，这样减少了纤维间破坏，能够降低叶片损伤事故率，提高叶片的使用寿命。

2、本发明智能化风电叶片具有模拟生物体自修复功能，能达到自检测、自修复风电叶片裂纹的目的。且通过将第一中空玻璃管和第二中空玻璃管设置在叶片结构设计薄弱和叶片容易损伤的区域，能减少叶片的疲劳源头，大大降低风电机组叶片的报废率，还节省了叶片修补的时间和费用，很大程度上节约了风电机组运行的经济成本。

3、本发明风电叶片制备方法中通过直接并排粘接第一中空玻璃管和第二中空玻璃管在叶片大梁或后缘梁上，或是先通过编织线编织成一体化的玻璃管片，然后再将玻璃管片粘接在叶片大梁或后缘梁上，均是在叶片灌注工艺前完成，通过真空灌注工艺的浇注，能实现对第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的预埋加工，操作简单，安全实用。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明风电叶片制备方法中第一中空玻璃管和第二中空玻璃管直接粘接在大梁最外层玻纤布上的铺设结构剖视图。

图2是图1中第一中空玻璃管和第二中空玻璃管与大梁最外层玻纤布的铺设结构俯视图。

图3是本发明风电叶片制备方法中第一中空玻璃管和第二中空玻璃管编织成的玻璃管片的结构示意图。

具体实施方式

本发明自修复智能风电叶片，是针对低风速风力机叶片易疲劳损伤等问题进行的改进，现有的风力机叶片是由玻璃纤维或碳纤维增强的环氧树脂复合材料通过真空灌注工艺浇筑而成。本发明改进点在于，该环氧树脂复合材料中嵌设有并排设置的第一中空玻璃管和第二中空玻璃管，该第一中空玻璃管中封装有经过脱泡的环氧树脂，该第二中空玻璃管中封装有环氧树脂固化剂。

本实施例以由玻璃纤维增强的环氧树脂复合材料(玻璃钢)通过真空灌注工艺浇筑而成的叶片为例，进行详细说明。本实施例中该第一中空玻璃管和第二中空玻璃管设置在叶片结构设计薄弱和叶片容易损伤的区域，如叶片大梁或后缘梁上。且该第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的铺设方向与环氧树脂复合材料中纤维的铺设方向相同。这样在叶片运行过程中，叶片完好时，第一中空玻璃管中的环氧树脂以稳定的液态存在，但是当叶片的环氧树脂复合材料出现微裂纹时，中空玻璃管断裂，里面的修复液流出，环氧树脂分子中活泼的环氧基能与固化剂发生固化反应生成网状大分子，且快速固化剂能够快速与环氧基发生反应，在常温下就能实现固化，进而修复叶片裂纹，减少了纤维间破坏，进而减少叶片的疲劳源头，提高叶片的使用寿命。

更具体的，本实施例中该第一中空玻璃管中的环氧树脂采用经过脱泡的环氧树脂，如lr235型号的树脂，该树脂本身很稳定，能以稳定的液态方式存在于中空玻璃管中。该第二中空玻璃管中的环氧树脂固化剂采用胺类固化剂，如lh234型号的固化剂，该固化剂能在常温下与上述环氧树脂混合实现快速固化。

本实施例中该第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的两端均通过环氧树脂和其固化剂的混合物固化封口。该混合物为：该环氧树脂和其固化剂的混合比为100:20～40，较优比为100:30。

本实施例中该第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的长度为0.5m～1m，其外径为0.8mm～1.2mm，其内径为0.5mm～1.0mm。较优采用长度为1m，外径为1mm，内径为0.8mm的中空玻璃管。

由于风电叶片具有一定的曲率，该第一中空玻璃管和第二中空玻璃管较优采用软玻璃管材质，能更好的贴合叶片内部玻纤布的铺设。

则该自修复智能风电叶片能在叶片的玻璃钢复合材料发生破坏时，中空玻璃管断裂，环氧树脂和固化剂快速流出，在出现裂纹的区域迅速反应，并把微裂纹的两个表面粘接在一起，使得基体的微裂纹实现修复，则该风电叶片属于能自检测、自修复的智能化发电机叶片。

针对上述自检测、自修复智能风电叶片的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用环氧树脂与其固化剂的混合物对中空玻璃管的一开口端进行封口处理，待该中空玻璃管的一端封口固化后，采用大型针管向该中空玻璃管中注入脱泡处理的环氧树脂，再用该环氧树脂与其固化剂的混合物将该中空玻璃管封口，即得封装有环氧树脂的第一中空玻璃管1。

(2)采用环氧树脂与其固化剂的混合物对中空玻璃管的一开口端进行封口处理，待该中空玻璃管一端封口固化后，采用大型针管向该中空玻璃管中注入环氧树脂固化剂，再用该环氧树脂与其固化剂的混合物将该中空玻璃管封口，即得封装有环氧树脂固化剂的第二中空玻璃管2。

上述该第一中空玻璃管中的环氧树脂采用经过脱泡的lr235型号的树脂，该第二中空玻璃管中的环氧树脂固化剂采用lh234型号的固化剂；该环氧树脂与其固化剂的混合物为：该环氧树脂和其固化剂的混合比为100:30。

且该第一中空玻璃管和第二中空玻璃管的长度为1m，其外径为1mm，其内径为0.8mm。

(3)将制备好的第一中空玻璃管1和第二中空玻璃管2外表面喷胶，并将其并排粘在叶片的大梁3上，该第一中空玻璃管1和第二中空玻璃管2的铺设方向与该大梁3最外层的玻纤布中纤维方向相同，即第一中空玻璃管1和第二中空玻璃管2的轴向与叶片大梁长度方向相同，对该大梁3进行预浸料灌注。如附图1和2所示。

或者，如附图3所示，将制备好的第一中空玻璃管1和第二中空玻璃管2采用编织线3编织成玻璃管片5，该玻璃管片5中第一中空玻璃管1和第二中空玻璃管2间隔设置，在该玻璃管片5的外表面喷胶，将其粘在叶片的大梁上，该第一中空玻璃管1和第二中空玻璃管2的铺设方向与该大梁最外层的玻纤布中纤维方向相同，对该大梁进行预浸料灌注。其中，该玻璃管片5的编织长度与该叶片大梁宽度相同，该玻璃管片5的编织密度为：每10mm长度范围内至少有一根第一中空玻璃管1和一根第二中空玻璃管2。

(4)将步骤(3)预制好的大梁放入叶片模具后，铺设外蒙皮，采用真空灌注工艺灌注，即得预埋有该第一中空玻璃管1和第二中空玻璃管2的风电叶片。

同样，对于叶片后缘梁上的第一中空玻璃管和第二中空玻璃管也可采用上述步骤(3)中的两种方式进行粘接，最后实现对后缘梁上修复剂的预埋。

本发明通过在叶片环氧树脂复合材料中预埋含修复剂的两种中空玻璃管，在叶片基体出现裂纹时两种中空玻璃管中的修复剂流出后混合，并在常温下固化，进而修复裂纹，减少了纤维间破坏，进而减少叶片的疲劳源头，能够降低叶片损伤事故率，提高叶片的使用寿命。本发明智能化风电叶片能实现模拟生物体自修复的功能，达到自检测、自修复风电叶片裂纹的目的。

本发明解决了目前风电机组叶片由于疲劳等原因使得叶片损坏而导致的意外停机，进而引起发电量损失，降低了风电机组叶片的报废率，还节省了叶片修补的时间和费用，很大程度上节约了风电机组运行的经济成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。