【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本方案涉及復(fù)合材料真空灌注領(lǐng)域，具體是指一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的重要部件，風(fēng)機(jī)葉片使用真空灌注成型工藝制造，真空灌注成型工藝的精細(xì)程度和質(zhì)量控制是確保葉片性能穩(wěn)定的重要因素。目前主要通過點(diǎn)傳感器和線性傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)葉片真空灌注時(shí)的局部響應(yīng)，無法提供更廣泛的區(qū)域的灌注情況，需安裝多個(gè)傳感器，增加了成本和復(fù)雜度，且監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不是連續(xù)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真或不準(zhǔn)確；目前主要通過熱重分析法、光譜分析法或聲波檢測(cè)法對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的固化程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于一些復(fù)雜的固化過程可能無法提供足夠的細(xì)節(jié)信息，無法直接應(yīng)用于所有材料的固化程度監(jiān)測(cè)，檢測(cè)結(jié)果可能不夠準(zhǔn)確和可靠。
2、方案內(nèi)容
3、針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本方案提供了一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法及系統(tǒng)，針對(duì)目前主要通過點(diǎn)傳感器和線性傳感器檢測(cè)風(fēng)機(jī)葉片真空灌注時(shí)的局部響應(yīng)，無法提供更廣泛的區(qū)域的灌注情況，需安裝多個(gè)傳感器，增加了成本和復(fù)雜度，且監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不是連續(xù)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)失真或不準(zhǔn)確的技術(shù)問題，本專利技術(shù)使用碳納米傳感層集成電導(dǎo)抗斷層成像方法對(duì)風(fēng)機(jī)葉片樹脂的灌注過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，風(fēng)機(jī)葉片樹脂灌注時(shí)，會(huì)破壞碳納米傳感層，降低碳納米傳感層的導(dǎo)電率，碳納米傳感層具有優(yōu)秀的導(dǎo)電性和靈敏度，能夠?qū)ξ⑿〉碾妼?dǎo)率變化做出響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)灌注過程細(xì)微變化的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌注區(qū)域的高精度成像，準(zhǔn)確反映灌注過程的細(xì)節(jié)變化，對(duì)整個(gè)灌注區(qū)域進(jìn)行全局監(jiān)測(cè)；針對(duì)目前主要通過熱重分析法、光譜分析法或聲波檢測(cè)法對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的固化程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)
4、本方案采取的技術(shù)方案如下：本方案提供了一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，該方法包括以下步驟：
5、步驟s1：真空灌注準(zhǔn)備工作，將纖維增強(qiáng)材料鋪放在風(fēng)機(jī)葉片模具上，纖維增強(qiáng)材料上鋪設(shè)脫模布，脫模布上鋪設(shè)導(dǎo)流布，導(dǎo)流管分布在導(dǎo)流布上，用真空薄膜包覆并密封，導(dǎo)流管引導(dǎo)風(fēng)機(jī)葉片樹脂的流動(dòng)方向，鋪設(shè)碳納米傳感層，碳納米傳感層包括底部傳感器和頂部傳感器，底部傳感器鋪設(shè)在導(dǎo)流布和纖維預(yù)成型體之間，頂部傳感器鋪設(shè)在纖維預(yù)成型體和脫模布之間，將碳納米傳感層劃分為8個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的碳納米傳感層設(shè)有電極；
6、步驟s2：真空減壓和風(fēng)機(jī)葉片樹脂灌注，利用真空泵從風(fēng)機(jī)葉片模具腔內(nèi)的纖維預(yù)成型體中抽出空氣，在負(fù)壓作用下將風(fēng)機(jī)葉片樹脂注入纖維預(yù)成型體中；
7、步驟s3：風(fēng)機(jī)葉片樹脂流動(dòng)方向監(jiān)測(cè)，在風(fēng)機(jī)葉片樹脂注入過程中，對(duì)碳納米傳感層施加電壓，通過碳納米傳感層的電響應(yīng)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)葉片樹脂的流動(dòng)；
8、步驟s4：風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化程度監(jiān)測(cè)，風(fēng)機(jī)葉片樹脂在室溫下進(jìn)行固化，將紅外熱像儀固定在室內(nèi)天花板上，用紅外熱像儀測(cè)量風(fēng)機(jī)葉片的表面溫度，建立熱傳導(dǎo)模型，通過基于卡爾曼濾波的方法估計(jì)將風(fēng)機(jī)葉片樹脂的表面溫度，將表面溫度與熱傳導(dǎo)模型融合，實(shí)時(shí)估計(jì)風(fēng)機(jī)葉片樹脂的固化程度和產(chǎn)熱矢量。
9、進(jìn)一步地，在步驟s3中，風(fēng)機(jī)葉片樹脂流動(dòng)方向監(jiān)測(cè)，具體包括以下步驟：
10、步驟s31：在每個(gè)區(qū)域的碳納米傳感層上輸入10ma的恒定電流并測(cè)量碳納米傳感層上電極位置的電壓，定義碳納米傳感層的電導(dǎo)率為在任何給定時(shí)間下電導(dǎo)變化的百分比，得到平均初始電導(dǎo)率，并實(shí)時(shí)測(cè)量電導(dǎo)率；
11、步驟s32：以未注入風(fēng)機(jī)葉片樹脂的纖維預(yù)成型體的碳納米傳感層作為參考，測(cè)量未注入風(fēng)機(jī)葉片樹脂的纖維預(yù)成型體的碳納米傳感層隨時(shí)間變化的電導(dǎo)率；
12、步驟s33：建立基于碳納米傳感層的結(jié)構(gòu)的空間流映射，電導(dǎo)抗斷層成像方法的物理模型定義為麥克斯韋方程，采用有限元方法對(duì)麥克斯韋方程的弱解進(jìn)行計(jì)算，得到節(jié)點(diǎn)電壓；
13、步驟s34：通過節(jié)點(diǎn)電壓建立雅可比矩陣，根據(jù)用未注入風(fēng)機(jī)葉片樹脂的獲得的電導(dǎo)率和風(fēng)機(jī)葉片樹脂注入過程中實(shí)時(shí)測(cè)量的電導(dǎo)率之間的差值，采用線性差分成像算法重構(gòu)歸一化電導(dǎo)率變化圖，所用公式如下：
14、；
15、；
16、式中，是平均初始電導(dǎo)率，是電導(dǎo)率的增量，是雅可比矩陣，是轉(zhuǎn)置運(yùn)算，是電壓測(cè)量的協(xié)方差矩陣，是電導(dǎo)率變化圖平滑程度的控制參數(shù)，是正則化矩陣，是特定正則化參數(shù)對(duì)應(yīng)的重構(gòu)矩陣，是初始邊界電壓，是邊界電壓的增量，是計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)電壓，是梯度運(yùn)算符；
17、步驟s35：通過度量噪聲系數(shù)，尋找最優(yōu)的電導(dǎo)率變化圖平滑程度的控制參數(shù)，所用公式如下：
18、；
19、式中，是噪聲系數(shù)，和分別是區(qū)域個(gè)數(shù)和電壓測(cè)量值，是各區(qū)域面積的矩陣，是重構(gòu)矩陣，，是時(shí)間，；
20、步驟s36：當(dāng)時(shí)，的值為最優(yōu)的控制參數(shù)；
21、步驟s37：使用流變儀根據(jù)電導(dǎo)率變化圖對(duì)風(fēng)機(jī)葉片樹脂的流變特性進(jìn)行表征，得到樹脂流動(dòng)圖，使用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)監(jiān)控樹脂流動(dòng)圖的流峰位置，當(dāng)流峰位置穩(wěn)定時(shí)，停止注入風(fēng)機(jī)葉片樹脂。
22、進(jìn)一步地，在步驟s4中，風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化程度監(jiān)測(cè)，具體包括以下步驟：
23、步驟s41：風(fēng)機(jī)葉片樹脂在室溫下進(jìn)行固化，將紅外熱像儀固定在室內(nèi)天花板上，得到葉片表面溫度；
24、步驟s42：建立風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化時(shí)的離散熱方程，用ftcs近似表示，所用公式如下：
25、；
26、式中，是時(shí)間步長(zhǎng)，是包含的所有節(jié)點(diǎn)溫度的溫度向量，是擴(kuò)散系數(shù)矩陣，是包含與溫度狀態(tài)無關(guān)的邊界條件項(xiàng)的向量，是時(shí)間增量，是風(fēng)機(jī)葉片樹脂的密度，是風(fēng)機(jī)葉片樹脂的比熱容，是時(shí)間步長(zhǎng)為時(shí)的產(chǎn)熱矢量；
27、步驟s43：用固化初始條件和邊界條件約束離散熱方程，設(shè)定對(duì)流邊界和非對(duì)流邊界，對(duì)流邊界處的傳熱與實(shí)時(shí)的葉片表面溫度與周圍空氣溫度之差成正比，非對(duì)流邊界處的傳熱與實(shí)時(shí)的葉片表面溫度與模具溫度之差成正比；
28、步驟s44：使用等溫固化動(dòng)力學(xué)模擬生成的數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)查找表，使用二維線性差值估計(jì)每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的固化率，近似計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)的固化程度，所用公式如下：
29、；
30、式中，是時(shí)間步長(zhǎng)為時(shí)的固化程度，是時(shí)間步長(zhǎng)為時(shí)的固化率；
31、步驟s45：對(duì)風(fēng)機(jī)葉片樹脂的固化過程進(jìn)行建模，表示風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化時(shí)產(chǎn)生的熱量與固化率之間的關(guān)系，風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化時(shí)產(chǎn)熱矢量，所用公式如下：
32、；
33、式中，是風(fēng)機(jī)葉片樹脂的反應(yīng)熱，是風(fēng)機(jī)葉片樹脂的密度，是纖維體積分?jǐn)?shù)；
34、步驟s46：令，計(jì)算每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的平均估計(jì)溫度向量和對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣，建立狀態(tài)演化模型，所用公式如下：
35、；
36、式中，是平均估計(jì)溫度的向量，是預(yù)測(cè)的溫度本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，其特征在于，在步驟S3中，風(fēng)機(jī)葉片樹脂流動(dòng)方向監(jiān)測(cè)，具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，其特征在于，在步驟S4中，風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化程度監(jiān)測(cè)，具體包括以下步驟：
4.一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，其特征在于，所述一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注系統(tǒng)包括真空減壓和風(fēng)機(jī)葉片樹脂灌注模塊、風(fēng)機(jī)葉片樹脂流動(dòng)方向監(jiān)測(cè)模塊和風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化程度監(jiān)測(cè)模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注系統(tǒng)，其特征在于：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，其特征在于，在步驟s3中，風(fēng)機(jī)葉片樹脂流動(dòng)方向監(jiān)測(cè)，具體包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種風(fēng)機(jī)葉片的全自動(dòng)真空灌注方法，其特征在于，在步驟s4中，風(fēng)機(jī)葉片樹脂固化程度監(jiān)測(cè)，具體包括以下步驟...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄒志赟，熊永慶，吳大成，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：慧科智造江蘇科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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