PL229483B1 - Sposób wytwarzania kompozytowej łopaty wentylatora - Google Patents

Abstract

Sposób polega na wykonaniu, w pierwszym etapie, modelu łopaty i na jego podstawie dwuczęściowej formy (4). W drugim etapie wykonuje się model rdzenia (3) łopaty, pomniejszony o grubość wzmocnień (6) ścianki łopaty, będące rozwinięciem lub rozwinięciami rdzenia (3). Na podstawie tego modelu wykonuje się dwuczęściową formę rdzenia (3), pokrywa się jej wnętrze środkiem zapobiegającym przyklejaniu się do niej rdzenia (3), zamyka się formę rdzenia (3) i wypełnia się ją żywicą utwardzalną spienialną. Po utwardzeniu, rdzeń (3) wyjmuje się i wykonuje się w nim kanały rozpływowe. W trzecim etapie wykonuje się wykroje warstw tkanin lub mat z włókien technicznych w postaci rozwinięć lub rozwinięcia rdzenia (3) stanowiące wzmocnienia (6) ścianki łopaty. Układa się te rozwinięcia w gnieździe jednej części formy (4) łopaty i na tak ułożone rozwinięcia kładzie się rdzeń (3). Części rozwinięcia lub rozwinięć są zawijane na rdzeń (3). Następnie zamyka się formę (4) i z jednej strony podłącza się do niej ciśnieniowy układ dozowania żywicy utwardzalnej konstrukcyjnej, a z drugiej strony podłącza się układ ssący wytwarzający podciśnienie w formie (4). Po utwardzeniu łopaty wyjmuje się ją z formy (4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozytowej łopaty wentylatora z żywicy syntetycznej wzmacnianej włóknem, z pominięciem złączy klejowych.

Tradycyjna metoda produkcji łopat wentylatorów z laminatów żywiczno-włóknistych polega na wykonaniu dwóch półskorup w odrębnych formach, a następnie połączeniu ich ze sobą za pomocą kleju. Takie rozwiązanie technologiczne wynika głównie z kształtu łopaty stanowiącego skomplikowany, prawie całkowicie zamknięty profil z ujemnymi kątami ze wszystkich stron, zazwyczaj skręcony względem osi wzdłużnej. Jednocześnie, konieczne jest zapewnienie wysokiej jakości laminatu budującego ścianki łopaty, co wiąże się z koniecznością dostępu do całej wewnętrznej powierzchni skorupy podczas realizacji laminowania. Wadą łopat uzyskanych taką techniką jest obecność obszernego złącza klejowego łączącego półskorupy. Wpływa ono negatywnie na właściwości mechaniczne i stanowi obszar inicjacji procesów zniszczenia łopaty. Dodatkowym elementem komplikującym klasyczne wytwarzanie łopaty jest konieczność wprowadzenia do wnętrza dźwigara połączonego z trzpieniem nośnym, zapewniającego sztywność konstrukcji.

Wytwarzanie wyrobów kompozytowych polegające na uformowaniu skorup i ich połączeniu znane jest, na przykład, z polskiego zgłoszenia nr P. 289873.

Sposób wytwarzania kompozytowej łopaty wentylatora polega na wykonaniu, korzystnie w pierwszym etapie, modelu łopaty i na jego podstawie dwuczęściowej, sztywnej kompozytowej formy łopaty, na której na dalszym etapie formuje się łopatę. Według wynalazku, w drugim etapie wykonuje się model rdzenia łopaty, odpowiadającego łopacie pomniejszonej o grubość wzmocnień ścianki łopaty. Wzmocnienia stanowią rozwinięcie lub rozwinięcia rdzenia. Na podstawie modelu rdzenia łopaty wykonuje się dwuczęściową formę tego rdzenia. Jej wnętrze, stanowiące gniazdo, pokrywa się środkiem zapobiegającym przyklejaniu się rdzenia do tej formy. Następnie szczelnie zamyka się obie części formy i wprowadza się do niej żywicę utwardzalną spienialną oraz inicjator utwardzenia. Wypełnioną formę pozostawia się do czasu utwardzenia rdzenia, po czym wyjmuje się z niej rdzeń i wykonuje się w nim kanały rozpływowe, korzystnie centralny i boczne.

W trzecim etapie wykonuje się wzmocnienia, czyli wykroje warstw tkanin lub mat z włókien technicznych. Wykroje te stanowią rozwinięcie lub rozwinięcia kształtu rdzenia. Układa się je w całości lub w częściach w gnieździe jednej części wcześniej wykonanej formy łopaty, dla tej czynności ułożonej korzystnie poziomo. Jedno lub więcej całych rozwinięć lub poszczególne części rozwinięcia lub rozwinięć rdzenia układa się tak, aby krawędzie zewnętrzne tych rozwinięć w kolejnych warstwach były przesunięte względem siebie. Na tak ułożone rozwinięcia kładzie się rdzeń łopaty i dociska się go aż do dopasowania tych rozwinięć do gniazda formy.

Części rozwinięcia lub rozwinięć kształtu rdzenia, wystające poza gniazdo, zwane skrzydełkami, są zawijane na rdzeń. Zawijanie to rozpoczyna się od skrzydełek rozwinięcia bezpośrednio stykającego się z rdzeniem i kończy się na zawijaniu skrzydełek przylegających do formy. Do wymuszania przylegania skrzydełek do rdzenia i kolejno do siebie stosuje się klej, natomiast linie łączenia krawędzi skrzydełek w kolejnych warstwach, zarówno wzdłuż jak i poprzecznie do osi łopaty, są przesunięte względem siebie. Po zakończeniu zawijania skrzydełek rozwinięć kształtu rdzenia jest zakładana druga część formy łopaty zamykająca całą formę, korzystnie z silnym dociskiem. Następnie ustawia się tą formę korzystnie w pozycji pionowej lub zbliżonej do pionowej. Z jednej strony podłącza się do niej ciśnieniowy układ dozowania żywicy utwardzalnej konstrukcyjnej, a z drugiej strony podłącza się układ ssący wytwarzający wewnątrz formy podciśnienie powodujące wypełnianie się formy żywicą utwardzalną konstrukcyjną. Po utwardzeniu wyjmuje się z formy gotową łopatę wentylatora. Na rozwinięcia kształtu rdzenia stosuje się tkaniny lub maty z włókien technicznych: szklanych, węglowych, poliaramidowych lub innych włókien ciągłych pochodzenia mineralnego lub organicznego. Przed położeniem rdzenia na rozwinięcie lub pakiet rozwinięć rdzenia, powierzchnię rdzenia pokrywa się szczelną powłoką polimerową, korzystnie żywicą poliestrową z dodatkiem inicjatora utwardzenia oraz przyspieszacza utwardzenia, po czym utwardza się ją, aż do wytworzenia na niej szczelnego filmu, korzystnie o grubości 0,1-0,2 mm. Kanały na rdzeniu mogą mieć przekrój zbliżony do półkola, korzystnie o promieniu r = 2,5 mm. Jako żywicę utwardzalną spienialną stosuje się korzystnie żywicę poliuretanową, natomiast jako żywicę utwardzalną konstrukcyjną stosuje się korzystnie żywicę epoksydową, poliestrową, winyloestrową, akrylową lub poliuretanową.

PL 229 483 Β1

Do klejenia skrzydełek rozwinięć rdzenia stosuje się klej korzystnie na bazie ksylenu, styrenu lub alkoholu. Wprowadzane do formy, w drugim etapie, żywica utwardzalna spienialna i inicjator utwardzenia tworzą układ spieniający, korzystnie o współczynniku ekspansji 10, a wykonany z niego rdzeń ulega utwardzeniu po upływie około jednej godziny od zapełnienia nim formy. Forma łopaty składa się z dwóch połówek. Jest ona wyposażona w konstrukcję nośną umożliwiającą dwa położenia: pozycję poziomą dla układania wzmocnienia ścianki łopaty i pionową do napełniania formy żywicą.

Sposób pozwala wyeliminować niepożądane złącza klejowe łopaty. Wykonanie łopaty, zamiast jak dotychczas z dwóch części, z jednej części w formie rdzenia z nawiniętym na niego wzmocnieniem lub wzmocnieniami, w postaci jego rozwinięć, wzmacnia ściany łopaty zapewniając zdecydowanie lepsze własności mechaniczne łopaty oraz większą odporność na zniszczenie.

Zastosowanie kanałów w rdzeniu przyspiesza rozprowadzenie żywicy konstrukcyjnej w przestrzeni pomiędzy rdzeniem, a wzmocnieniem, co zapewnia wysoką dokładność wykonania łopaty i większą wydajność produkcji.

Sposób według wynalazku w przykładzie realizacji jest bliżej objaśniony w oparciu o rysunek, na którym fig. 1 przedstawia widok łopaty wentylatora, fig. 2 przedstawia dolną część formy łopaty z ułożonym w jej gnieździe pojedynczym wzmocnieniem ukazującym jego skrzydełka i nałożonym na niego rdzeniem, fig. 3 przedstawia dolną część formy łopaty z ułożonym w jej gnieździe podwójnym wzmocnieniem i nałożonym na niego rdzeniem, fig. 4 przedstawia skrzydełka wzmocnień nawinięte na rdzeń, fig. 5 przedstawia przekrój A-A łopaty w formie, fig. 6 przedstawia schematformy w położeniu poziomym i jej konstrukcji nośnej, fig. 7 przedstawia schemat formy w położeniu pionowym i jej konstrukcji nośnej, a fig. 8 przedstawia układ dozowania żywicy i układ ssący do tworzenia podciśnienia w przestrzeni gniazda formy.

Sposób obejmuje wykonanie wentylatorowej, kompozytowej łopaty 1 o konstrukcji zawartej w przyjętych założeniach dotyczących cech geometrycznych kształtu łopaty 1 oraz jej nośności. Łopata 1 wentylatora składa się z profilu 2 nośnego i porowatego rdzenia 3. Sposób jest realizowany w trzech etapach.

W I etapie, na podstawie przyjętych założeń wykonano model łopaty w skali 1:1. Model wykonano z drewna metodą obróbki skrawaniem. Następnie, na podstawie tego modelu, wykonano kompozytową, sztywną formę 4 dwuczęściową dla łopaty 1 wyposażoną w konstrukcję 5 nośną umożliwiającą dwa położenia tej formy 4: leżące dla układania wzmocnienia 6 lub wzmocnień 6 łopaty 1 na jej rdzeniu 3 oraz stojące do realizacji procesu nasycania żywicą utwardzalną konstrukcyjną tych wzmocnień 6. Wzmocnienie 6 stanowi wykrój tkaniny i/lub maty w postaci rozwinięcia rdzenia 3.

W II etapie przystąpiono do wykonania porowatego rdzenia 3 polimerowego, niezbędnego do produkcji łopaty 1 realizując następujące czynności:

- na podstawie wcześniejszych założeń wykonano w skali 1:1 model stanowiący rdzeń 3 łopaty 1 o kształcie podobnym do łopaty 1 pomniejszony o grubość wzmocnień 6 ścianki łopaty 1;

- w oparciu o ten model wykonano z materiału kompozytowego dwuczęściową formę rdzenia 3 w postaci dwóch połówek;

- powierzchnię gniazda formy, obejmującego dwie połówki, wyczyszczono, a następnie odtłuszczono acetonem i pokryto środkiem rozdzielającym woskowym zapobiegającym przyklejaniu się materiału rdzenia 3 do tej formy. Środkiem rozdzielającym może być także poliakohol winylowy lub pasta silikonowa;

- zamknięto ze sobą połówki formy rdzenia 3 w sposób szczelny i wzajemnie ustalony;

- do formy rdzenia 3 nalano żywicę utwardzalną spienialną w postaci żywicy poliuretanowej, zdolnej do spieniania, zmieszaną z inicjatorem utwardzenia, które utworzyły układ spieniający o współczynniku ekspansji 10, całkowicie wypełniający gniazdo formy rdzenia 3;

- po wypełnieniu formy rdzenia 3 odczekano około 1 godzinę do utwardzenia układu spieniającego;

- po zakończeniu utwardzania wyjęto rdzeń 3 z formy;

w uformowanym rdzeniu 3 wykonano kanały boczne i centralny o przekroju zbliżonym do półkola, korzystnie o promieniu 2,5 ± 0,5 mm, ułatwiające przepływ żywicy w gniazdach połówek form łopaty 1 wentylatora. Kanały te mogą mieć inny kształt i nie muszą być o stałym polu przekroju poprzecznego. Przebieg, długość i rozkład kanałów jest zależny od przepuszczalności, zwilżalności i ilości warstw wzmocnień 6 stanowiących rozwinięcia rdzenia 3, wykonanych z tkaniny i/lub maty. Stanowiących wzmocnienie ścian łopaty 1 i zawijanych na tym rdzeniu 3;

PL 229 483 Β1

- powierzchnię rdzenia 3 pokrywa się powłoką z żywicy poliestrowej, a następnie poddaje się utwardzeniu, skutkującym wytworzeniem szczelnego filmu o grubości ok. 0,2 mm. Do pokrycia powierzchni rdzenia 3 należy zastosować 6 części wagowych inicjatora i 0,6 części wagowych przyspieszacza na 100 części wagowych żywicy tak, aby proces sieciowania trwał około 5 minut, co zapewni korzystną, niezbyt głęboką penetrację żywicy poliestrowej w porowaty rdzeń 3.

III etap obejmuje wykonanie łopaty polegające na realizacji poniższych czynności:

- przygotowanie powierzchni gniazd połówkowych formy 4 łopaty 1 wykonanych w pierwszym etapie, polegające na ich wyczyszczeniu, odtłuszczeniu, na przykład acetonem i/lub alkoholem, pokryciu środkiem rozdzielającym woskowym zapobiegającym przyklejaniu się materiału rdzenia 3 do tej formy 4;

- wykonanie z suchego materiału wzmacniającego, na przykład z tkaniny i/lub maty: szklanej, węglowej, poi ia ram id owej, bądź innej o wysokiej wytrzymałości mechanicznej, rozwinięcia kształtu rdzenia 3 w jednej lub w wielu częściach tworzących całość wzmocnienia 6, w ten sposób, aby powierzchnia rdzenia 3 została pokryta co najmniej w 100% po zawinięciu rozwinięcia lub rozwinięć na rdzeniu 3. Rozwinięcia te zostają ułożone w formie pakietu, w gnieździe połówkowej formy 4 łopaty 1 znajdującej się w pozycji poziomej. Ilość nałożonych rozwinięć stanowiących wzmocnienie 6 ściany łopaty 1 zależy od założonej grubości jej ścianki. Na ułożony pakiet rozwinięć kształtu rdzenia 3 nakładany jest rdzeń 3. Rdzeń 6 jest dociskany aż do dopasowania pakietu rozwinięć kształtu rdzenia 6 do gniazda poziomej połówki formy 4;

- rozwinięcia kształtu rdzenia 3, wystające poza gniazdo połówkowej formy 4 łopaty 1, zwane skrzydełkami, zawija się na rdzeń 3. Zawijanie rozpoczyna się od skrzydełek rozwinięcia bezpośrednio stykającego się z rdzeniem 3, a kończy na skrzydełkach najbardziej oddalonych od rdzenia 3. Do wymuszenia przylegania skrzydełek rozwinięć do rdzenia 3 i kolejno do siebie po zawinięciu, zastosowano klej na bazie ksylenu. Rozłożenie zewnętrznych linii cięcia skrzydełek, zarówno wzdłużnych jak i poprzecznych do osi łopaty 1 powinno być kaskadowe, czyli te linie cięcia powinny być w kolejnych warstwach umieszczone w innych miejscach względem siebie i nie pokrywać się;

- charakter i ukierunkowanie włókien w strukturze rozwinięć kształtu rdzenia 3 wykonanych z tkaniny lub maty, a także wyznaczenie udziału objętościowego włókien w poszczególnych przekrojach poprzecznych łopaty 1 na jej długości wynikają z założeń dotyczących cech geometrycznych i opracowanego kształtu łopaty 1 oraz jej konstrukcji;

- po założeniu rozwinięć kształtu rdzenia 3 zostaje nałożona druga połówka formy 4. Obie połówki muszą zachować szczelność gniazda formującego. Formę 4 można uszczelnić taśmą z elastomeru silikonowego lub kitem do uszczelniania form pracujących w warunkach nad- i podciśnienia. Szczelność i wzajemny docisk połówek formy 4 można uzyskać, na przykład, za pomocą złącz śrubowych lub siłowników hydraulicznych. Siła docisku połówek formy 4 powinna być większa od siły wynikającej z nadciśnienia wewnętrznego spowodowanego upakowaniem wzmocnienia ścianki łopaty 1 rozwinięciami rdzenia 3 i ciśnienia wprowadzanej żywicy;

- przygotowanie żywicy do formowania łopaty 1 polega na wlaniu do zbiornika ilości żywicy utwardzalnej konstrukcyjnej wynikającej z przyjętych wcześniej założeń uwzględniających oprócz napełnienia formy 4, również wypełnienie objętości przewodów doprowadzających do formy 4;

- formę 4 ustawia się w pozycji pionowej i do jednego z jej końców podłącza się układ dozowania żywicy utwardzalnej konstrukcyjnej pod ciśnieniem składający się ze zbiornika 7 z żywicą i urządzenia 8 do jej sprężania i dozowania, a do drugiego końca zostaje podłączony układ ssący zawierający zbiornik przelewowy 9 i pompę próżniową 10. Następnie uruchamia się układy podawania żywicy utwardzalnej konstrukcyjnej i tworzenia podciśnienia w przestrzeni gniazda formy 4;

- wypełnienie formy 4 żywicą utwardzalną konstrukcyjną prowadzi się aż do chwili pojawienia się żywicy w przewodach układu ssącego; po wypełnieniu formy 4 żywicą utwardzalną konstrukcyjną pozostawiamy ją przez około jedną godzinę, celem utwardzenia, a następnie, po otwarciu formy 4 wyjmuje się gotową łopatę 1.

Claims (11)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kompozytowej łopaty wentylatora polegający na wykonaniu, korzystnie w pierwszym etapie, modelu łopaty i na jego podstawie dwuczęściowej, sztywnej kompozytowej formy łopaty, na której w dalszym etapie formuje się łopatę, znamienny tym, że w drugim

   PL 229 483 Β1 etapie wykonuje się model rdzenia (3) łopaty (1) odpowiadającego łopacie (1) pomniejszonej o grubość wzmocnień (6) ścianki łopaty (1) będących rozwinięciem rdzenia (3) lub rozwinięciami rdzeni (3), na podstawie tego modelu wykonuje się dwuczęściową formę rdzenia (3), pokrywa się wnętrze tej formy, stanowiące jej gniazdo, środkiem zapobiegającym przyklejaniu się do niej rdzenia (3), szczelnie zamyka się obie części formy i wprowadza się do niej żywicę utwardzalną spienialną oraz inicjator utwardzenia, pozostawia się wypełnioną formę do czasu utwardzenia rdzenia (3), po czym wyjmuje się rdzeń (3) z formy i wykonuje się w nim kanały rozpływowe, korzystnie centralny i boczne, w trzecim etapie wykonuje się wykroje warstw tkanin lub mat z włókien technicznych w postaci rozwinięcia lub rozwinięć kształtu rdzenia (3) stanowiące wzmocnienia (6) ścianki łopaty (1) i układa się je w całości lub w częściach w gnieździe jednej części wcześniej wykonanej formy (4) łopaty (1), ułożonej korzystnie poziomo, układa się jedno lub więcej całych rozwinięć lub poszczególne części rozwinięcia lub rozwinięć rdzenia (3) tak, aby krawędzie zewnętrzne tych rozwinięć w kolejnych warstwach były przesunięte względem siebie i na tak ułożone rozwinięcia kładzie się rdzeń (3), który jest dociskany aż do dopasowania tych rozwinięć do gniazda tej części formy (4), następnie części rozwinięcia lub rozwinięć kształtu rdzenia (3), wystające poza to gniazdo formy (4), zwane skrzydełkami, są zawijane na rdzeń (3), przy czym zawijanie rozpoczyna się od skrzydełek rozwinięcia bezpośrednio stykającego się z rdzeniem (3) i kończy się na zawijaniu skrzydełek przylegających do formy (4), a do wymuszania przylegania skrzydełek do rdzenia (3) i kolejno do siebie stosuje się klej, natomiast linie łączenia krawędzi skrzydełek w kolejnych warstwach, zarówno wzdłuż jak i poprzecznie do osi łopaty (1), są przesunięte względem siebie, zaś po zakończeniu zawijania skrzydełek rozwinięć kształtu rdzenia (3) jest zakładana druga część formy (4) łopaty (1) zamykająca całą tą formę (4), korzystnie z silnym dociskiem, następnie ustawia się tą formę (4) korzystnie w pozycji pionowej lub zbliżonej do pionowej, z jednej strony podłącza się do niej ciśnieniowy układ dozowania żywicy utwardzalnej konstrukcyjnej, a z drugiej strony podłącza się układ ssący wytwarzający wewnątrz formy (4) podciśnienie powodujące wypełnianie się formy (4) żywicą utwardzalną konstrukcyjną, a po utwardzeniu wyjmuje się z formy (4) gotową łopatę (1).
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako włókna techniczne na wykonanie rozwinięcia kształtu rdzenia (3) stosuje się tkaniny lub maty z włókien szklanych, węglowych, poliaramidowych lub innych włókien ciągłych pochodzenia mineralnego lub organicznego.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed położeniem rdzenia (3) na rozwinięcie lub pakiet rozwinięć rdzenia (3), powierzchnię rdzenia (3) pokrywa się szczelną powłoką polimerową, korzystnie żywicą poliestrową z dodatkiem inicjatora utwardzenia oraz przyspieszacza utwardzenia i utwardza się do wytworzenia na niej szczelnego filmu.
4. 4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że grubość filmu na rdzeniu wynosi co najmniej 0,1 mm.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kanały na rdzeniu mają przekrój zbliżony do półkola, korzystnie o promieniu r = 2,5 mm.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako żywicę utwardzalną konstrukcyjną stosuje się korzystnie żywicę: epoksydową, poliestrową, winyloestrową, akrylową lub poliuretanową.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako żywicę utwardzalną spienialną stosuje się korzystnie żywicę poliuretanową.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do klejenia skrzydełek rozwinięć rdzenia (3) stosuje się korzystnie klej na bazie ksylenu, styrenu lub alkoholu.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadzane do formy w drugim etapie, żywica utwardzalna spienialną i inicjator utwardzenia tworzą układ spieniający korzystnie o współczynniku ekspansji 10, a wykonany z niego rdzeń ulega utwardzeniu po upływie nie więcej, niż jednej godziny od zapełnienia nim formy.
10. 10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że forma rdzenia (3) stanowi dwie połówki.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dwuczęściowa forma (4) łopaty (1) jest wyposażona w konstrukcję nośną (5) umożliwiającą dwa położenia formy (4) łopaty (5), pozycję poziomą dla układania wzmocnienia ścianki łopaty (1) i pionową do napełniania formy (4) żywicą.