當(dāng)前位置: 首頁 > 風(fēng)電 > 風(fēng)機(jī)整機(jī)

風(fēng)電葉片成型工藝

風(fēng)電峰觀察發(fā)布時(shí)間:2022-08-02 11:01:48

  風(fēng)能作為一種綠色環(huán)保型能源是可再生能源中最具開發(fā)潛力的一種。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展與日趨成熟,機(jī)型已達(dá)到5MW以上,葉片長度超過60米。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵部件之一,具有尺寸大,外形復(fù)雜,精度要求高,對強(qiáng)度、剛度、和表面光滑度要求高等特點(diǎn)。

  復(fù)合材料在風(fēng)機(jī)葉片的制造中具備很多優(yōu)勢。制造工藝主要有手糊成型、模壓成型、預(yù)浸料成型、拉擠成型、纖維纏繞、樹脂傳遞模塑以及真空灌注成型等工藝。

  1、手糊工藝

  手糊是生產(chǎn)復(fù)合材料風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一種傳統(tǒng)工藝。在手糊工藝中,將纖維基材鋪放于單模內(nèi),然后用滾子或毛刷涂敷玻璃布和樹脂,常溫固化后脫模。手糊方法可用于低成本制造大型、形狀復(fù)雜制品。因?yàn)樗槐厥芗訜峒皦毫Φ挠绊?。使用簡單的設(shè)備和模具即可,另外相對于其他可行性方案成本更低廉。

  手糊工藝生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量對工人的操作熟練程度及環(huán)境條件依賴性較大,生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品質(zhì)量均勻性波動(dòng)較大,產(chǎn)品的動(dòng)靜平衡保證性差,廢品率較高。特別是對高性能的復(fù)雜氣動(dòng)外型和夾芯結(jié)構(gòu)葉片,還需要粘接等二次加工,粘接工藝需要粘接平臺或型架以確保粘接面的貼合,生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜和困難。

  手糊工藝制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在使用過程中出現(xiàn)問題往往是由于工藝過程中的含膠量不均勻、纖維/樹脂浸潤不良及固化不完全等引起的裂紋、斷裂和葉片變形等。

  手糊工藝往往還會伴有大量有害物質(zhì)和溶劑的釋放,有一定的環(huán)境污染問題。手糊是一種已被證明的生產(chǎn)復(fù)合材料葉片工藝方法,但由于其產(chǎn)量低及部件的不連續(xù)性以及很難實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,力學(xué)性能要求高的大型產(chǎn)品,促使人們將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移至其他生產(chǎn)方法。

  2、模壓成型

  模壓成型工藝首先將增強(qiáng)材料和樹脂置于雙瓣模具中,然后閉合模具,加熱加壓,然后脫模,進(jìn)行后固化。這項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)在于纖維含量高和孔隙率低,并且生產(chǎn)周期短,精確的尺寸公差及良好的表面處理。

  然而,模壓成型適用于生產(chǎn)簡單的復(fù)合材料制品如滑雪板,很難制造包括蒙皮、芯材和梁的葉片等復(fù)雜形狀部件。盡管可以改進(jìn)模壓成型工藝設(shè)備,但要改進(jìn)能承受20~40米跨度壓力的加熱模要求很大的資本投入。

  模壓成型生產(chǎn)的部件具備高纖維含量和高強(qiáng)度/質(zhì)量比,但以低成本方式制造復(fù)雜幾何形狀的葉片有一定困難。

  3、預(yù)浸料鋪放工藝

  預(yù)浸料方法依其所使用的預(yù)浸增強(qiáng)材料而得名。在這種工藝中,部分固化樹脂和增強(qiáng)材料鋪放在單模中,加熱固化。為了避免富樹脂區(qū)的出現(xiàn)和排除存氣空隙,需要預(yù)浸料中的樹脂由足夠的溢出量,目前,市場上商業(yè)化的預(yù)浸料一般需要較高的固化溫度(90~110%)。使用預(yù)浸料的主要優(yōu)勢是在生產(chǎn)過程中纖維增強(qiáng)材料排列完好,因此可以制造低纖維缺陷以及性能優(yōu)異的部件。碳纖維預(yù)浸料廣泛應(yīng)用于航空業(yè)中,因?yàn)樗麄兛梢杂脕碇圃鞆?fù)雜結(jié)構(gòu)的部件。

  選擇預(yù)浸料生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的主要缺陷是成本高。這種材料通常比普通樹脂和增強(qiáng)材料貴5~10倍。另外,由于預(yù)浸料是以手工方式鋪放的,與手糊相比,同屬勞動(dòng)密集型,產(chǎn)量低。

  預(yù)浸料是生產(chǎn)復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的理想工藝,預(yù)浸料在國外運(yùn)用非常廣泛,其工藝及設(shè)備也發(fā)展到成熟階段。實(shí)際生產(chǎn)中,由于葉片的蒙皮、主梁、根部等各個(gè)部位的力學(xué)性能及工藝的要求各不相同,因而,在不影響性能的條件下,為了降低成本,不同部分使用不同的預(yù)浸料。

  4、拉擠工藝

  拉擠成型工藝一般用于生產(chǎn)具有一定斷面,連續(xù)成型制品的生產(chǎn)中。這種連續(xù)成型工藝中,增強(qiáng)材料通過樹脂浸膠槽,固化成型。拉擠制品的纖維含量高,質(zhì)量穩(wěn)定,由于是連續(xù)成型易于自動(dòng)化,適合大批量生產(chǎn)。而且,產(chǎn)品無須后期休整,質(zhì)量一致,無須檢測動(dòng)平衡,成品率95%。與其他工藝成本相比,可降低40%。

  盡管拉擠工藝具備很多優(yōu)勢,但在風(fēng)機(jī)葉片的制造中也存在缺陷。拉擠工藝曾經(jīng)成功制造立軸風(fēng)機(jī)葉片以及一些小型水平軸風(fēng)機(jī)葉片,卻不可能制造變截面的風(fēng)機(jī)葉片,I型梁和其他實(shí)體截面對于拉擠工藝只是小挑戰(zhàn),而中空部分包括梁和芯材才是難點(diǎn)。

  由于拉擠工藝當(dāng)前不能制造截面變化較大的復(fù)雜形狀部件,因此大型自動(dòng)化設(shè)備的成本是拉擠工藝應(yīng)用的另一個(gè)考慮因素。因此,拉擠成型工藝在小型風(fēng)機(jī)葉片生產(chǎn)中有較大的應(yīng)用潛力。

  5、纖維纏繞

  纖維纏繞主要用于制造容器和管道,工藝中連續(xù)纖維浸入浸膠槽后在機(jī)器控制的芯模上進(jìn)行纏繞。纏繞工藝可控制纖維張力、生產(chǎn)速度及纏繞角度等變量。

  纖維纏繞能夠制造不同尺寸及厚度的部件。纏繞工藝應(yīng)用于葉片生產(chǎn)中的一個(gè)缺陷是在葉片縱向不能進(jìn)行纏繞,長度方向纖維的缺乏使葉片在高拉伸和彎曲載荷下容易產(chǎn)生問題。另外,纖維纏繞產(chǎn)生的粗糙外表面可能會影響葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能,所以必須進(jìn)行表面處理。

  最后,芯模及計(jì)算機(jī)控制成本很大。很明顯,纖維纏繞的特點(diǎn)適用于容器及管道,而在葉片生產(chǎn)中會產(chǎn)生額外的成本。

  6、樹脂傳遞模塑(RTM)

  樹脂傳遞模塑工藝屬于半機(jī)械化的復(fù)合材料成型工藝,工人只需將設(shè)計(jì)好的干纖維預(yù)成型體放到模具中并合模,隨后的工藝則完全靠模具和注射系統(tǒng)來完成和保證,沒有任何樹脂的暴露,并因而對工人的技術(shù)和環(huán)境的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于手糊工藝并可有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量。

  RTM工藝采用閉模成型工藝,特別適宜一次成型整體的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片(纖維、夾芯和接頭等可一次模腔中共成型),而無需二次粘接。與手糊工藝相比,不但節(jié)約了粘接工藝的各種工裝設(shè)備,而且節(jié)約了工作時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率,降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)由于采用了低粘度樹脂浸潤纖維以及采用加溫固化工藝,大大提高了復(fù)合材料質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

  RTM工藝生產(chǎn)較少的依賴工人的技術(shù)水平,工藝質(zhì)量僅僅依賴確定好的工藝參數(shù),產(chǎn)品質(zhì)量易于保證,產(chǎn)品的廢品率低于手糊工藝。RTM在葉片生產(chǎn)中的限制因素首先是成本。RTM的模具設(shè)備非常昂貴。另外,由于RTM屬于閉模工藝,很難預(yù)測樹脂流動(dòng)狀況,容易產(chǎn)生不合格產(chǎn)品。

  7、真空灌注成型工藝

  真空灌注成型工藝是將纖維增強(qiáng)材料直接鋪放在模具上,在纖維增強(qiáng)材料頂上鋪設(shè)一層剝離層,剝離層通常是一層很薄的低孔隙率、低滲透率的纖維織物,剝離層上鋪放高滲透介質(zhì),然后用真空薄膜包覆及密封。真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài),樹脂通過進(jìn)膠管進(jìn)入整個(gè)體系,通過導(dǎo)游管引導(dǎo)樹脂流動(dòng)的主方向。

  導(dǎo)流布使樹脂分布到鋪層的每個(gè)角落,固化后剝離脫模布,從而得到密實(shí)、含膠量低的鋪層。真空灌注成型工藝是風(fēng)機(jī)葉片制造商的理想選擇,與標(biāo)準(zhǔn)RTM相比,節(jié)約時(shí)間,機(jī)揮發(fā)物非常少,改善了勞動(dòng)條件,減少操作者與有害物質(zhì)接觸,滿足人們對環(huán)保的要求,改善了工作環(huán)境,工藝操作簡單。同時(shí),真空輔助可充分消除氣泡,降低產(chǎn)品孔隙率,有效控制產(chǎn)品含膠量。

  產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性高、重復(fù)性能好。制品表觀質(zhì)量好,相同鋪層而厚度薄,強(qiáng)度高,相對于手糊成型拉伸強(qiáng)度提高20%以上,該工藝對模具要求不高,模具制作簡單,與傳統(tǒng)RTM工藝相比,其模具成本可降低50~70%。

  隨著風(fēng)電事業(yè)的蓬勃發(fā)展,復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片向復(fù)雜化,大型化的方向發(fā)展。各種工藝在風(fēng)力機(jī)葉片制造中得到應(yīng)用。根據(jù)不同的風(fēng)力機(jī)葉片的特點(diǎn),合理地采用適合的工藝以獲得低成本高質(zhì)量的風(fēng)力機(jī)葉片。

評論

用戶名:   匿名發(fā)表  
密碼:  
驗(yàn)證碼:
最新評論0