[实用新型]风电叶片模具远红外加热系统结构

说明书

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20一般采用铜管，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，使得模具加热不均匀。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匀的现象。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℃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。