风电叶片特点及其制造

风电叶片的特点及制造风能作为一种绿色环保型能源是可再生能源中最具开发潜力的一种。随着\t"/html/20160517/_blank"\t"/html/20160517/_blank"风电技术的发展与日趋成熟，机型已达到5MW以上，叶片长度超过60米。叶片是风力发电机组关键部件之一，具有尺寸大，外形复杂，精度要求高，对强度、刚度、和表面光滑度要求高等特点。复合材料在\t"/html/20160517/_blank"风机叶片的制造中具备很多优势。制造工艺主要有手糊成型、模压成型、预浸料成型、拉挤成型、纤维缠绕、树脂传递模塑以及真空灌注成型等工艺。其中，手糊成型工艺是一种较为传统的制造工艺，通过人工操作将树脂和增强材料层层叠加，固化后形成叶片。这种工艺灵活性高，适用于制造各种复杂形状的叶片。模压成型工艺则是将预浸料放入模具中，通过加热加压固化成型，具有生产效率高、产品质量稳定等优点。预浸料成型工艺则是利用预先浸渍了树脂的纤维材料，通过铺放、固化等步骤形成叶片，该工艺对材料的利用率高，且能够制造出高性能的叶片。拉挤成型工艺则是将连续纤维和树脂通过模具拉挤成型，适用于制造长条形部件，如叶片的梁帽等。1、手糊工艺手糊是生产复合材料风机转子叶片的一种传统工艺。在手糊工艺中，将纤维基材铺放于单模内，然后用滚子或毛刷涂敷玻璃布和树脂，常温固化后脱模。手糊方法可用于低成本制造大型、形状复杂制品。因为它不必受加热及压力的影响。使用简单的设备和模具即可，另外相对于其他可行性方案成本更低廉。手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大，生产效率低和产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高。特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片，还需要粘接等二次加工，粘接工艺需要粘接平台或型架以确保粘接面的贴合，生产工艺更加复杂和困难。手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中出现问题往往是由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等引起的裂纹、断裂和叶片变形等。stg~l,，手糊工艺往往还会伴有大量有害物质和溶剂的释放，有一定的环境污染问题。手糊是一种已被证明的生产复合材料叶片工艺方法，但由于其产量低及部件的不连续性以及很难实现结构复杂，力学性能要求高的大型产品，促使人们将研究重点转移至其他生产方法。2、模压成型模压成型工艺首先将增强材料和树脂置于双瓣模具中，然后闭合模具，加热加压，然后脱模，进行后固化。这项工艺的优点在于纤维含量高和孔隙率低，并且生产周期短，精确的尺寸公差及良好的表面处理。然而，模压成型适用于生产简单的复合材料制品如滑雪板，很难制造包括蒙皮、芯材和梁的叶片等复杂形状部件。尽管可以改进模压成型工艺设备，但要改进能承受20-40米跨度压力的加热模要求很大的资本投入。模压成型生产的部件具备高纤维含量和高强度/质量比，但以低成本方式制造复杂几何形状的叶片有一定困难。3、预浸料铺放工艺预浸料方法依其所使用的预浸增强材料而得名。在这种工艺中，部分固化树脂和增强材料铺放在单模中，加热固化。为了避免富树脂区的出现和排除存气空隙，需要预浸料中的树脂由足够的溢出量，目前，市场上商业化的预浸料一般需要较高的固化温度(90__l10%)。使用预浸料的主要优势是在生产过程中纤维增强材料排列完好，因此可以制造低纤维缺陷以及性能优异的部件。碳纤维预浸料广泛应用于航空业中，因为他们可以用来制造复杂结构的部件。选择预浸料生产风机叶片的主要缺陷是成本高。这种材料通常比普通树脂和增强材料贵5一lO倍。另外，由于预浸料是以手工方式铺放的，与手糊相比，同属劳动密集型，产量低。预浸料是生产复杂形状结构件的理想工艺，预浸料在国外运用非常广泛，其工艺及设备也发展到成熟阶段。实际生产中，由于叶片的蒙皮、主梁、根部等各个部位的力学性能及工艺的要求各不相同，因而，在不影响性能的条件下，为了降低成本，不同部分使用不同的预浸料。4、拉挤工艺拉挤成型工艺一般用于生产具有一定断面，连续成型制品的生产中。这种连续成型工艺中，增强材料通过树脂浸胶槽，固化成型。拉挤制品的纤维含量高，质量稳定，由于是连续成型易于自动化，适合大批量生产。而且，产品无须后期休整，质量一致，无须检测动平衡，成品率95%。与其他工艺成本相比，可降低40%。尽管拉挤工艺具备很多优势，但在风机叶片的制造中也存在缺陷。拉挤工艺曾经成功制造立轴风机叶片以及一些小型水平轴风机叶片，却不可能制造变截面的风机叶片，I型梁和其他实体截面对于拉挤工艺只是小挑战，而中空部分包括梁和芯材才是难点。由于拉挤工艺当前不能制造截面变化较大的复杂形状部件，因此大型自动化设备的成本是拉挤工艺应用的另一个考虑因素。因此，拉挤成型工艺在小型风机叶片生产中有较大的应用潜力。浅谈风电叶片的特点及制造工艺风电叶片是风力发电机组的核心部件之一，是将风能转化为电能的关键部件。以下是对风电叶片的特点及制造工艺的详细分析：一、风电叶片的特点1.轻质：风电叶片需要具备良好的轻质特性，以降低整个风力发电机组的重量，提高运行效率。2.高强度：叶片需要承受风力作用下的巨大扭矩和弯矩，因此必须具备高强度特性，以确保在恶劣天气条件下的稳定运行。3.耐腐蚀：风电叶片长期暴露在户外环境中，需要具备良好的耐腐蚀性能，以延长使用寿命。4.长寿命：风电叶片的寿命直接影响到风力发电机组的整体寿命和经济性，因此叶片需要具备较长的使用寿命。5.可回收：随着环保意识的提高，风电叶片的可回收性也成为了一个重要的考虑因素。二、风电叶片的制造工艺风电叶片的制造工艺主要包括以下几种：1.手糊成型工艺：·过程：将纤维基材铺放于单模内，用滚子或毛刷涂敷玻璃布和树脂，常温固化后脱模。·优点：可用于低成本制造大型、形状复杂制品，不受加热及压力的影响，使用简单的设备和模具即可。·缺点：产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大，生产效率低，产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高。且伴有大量有害物质和溶剂的释放，有一定的环境污染问题。2.模压成型工艺：·过程：将增强材料和树脂置于双瓣模具中，闭合模具，加热加压，然后脱模，进行后固化。·优点：纤维含量高、孔隙率低、生产周期短、尺寸公差精确、表面处理良好。·缺点：适用于生产简单的复合材料制品，很难制造包括蒙皮、芯材和梁的叶片等复杂形状部件。3.预浸料成型工艺：·过程：使用预浸料（部分固化树脂和增强材料）铺放在单模中，加热固化。·优点：纤维增强材料排列完好，可以制造低纤维缺陷以及性能优异的部件。·缺点：成本高，材料通常比普通树脂和增强材料贵5~10倍；且以手工方式铺放，产量低。4.拉挤成型工艺：·过程：增强材料通过树脂浸胶槽，固化成型。·优点：纤维含量高、质量稳定、易于自动化、适合大批量生产、成品率高。·缺点：不能制造变截面的风机叶片，且大型自动化设备的成本较高。5.纤维缠绕工艺：·过程：连续纤维浸入浸胶槽后在机器控制的芯模上进行缠绕。·优点：能够制造不同尺寸及厚度的部件。·缺点：在叶片纵向不能进行缠绕，长度方向纤维的缺乏使叶片在高拉伸和弯曲载荷下容易产生问题；且产生的粗糙外表面可能会影响叶片的空气动力学性能；芯模及计算机控制成本很大。6.树脂传递模塑（RTM）工艺：·过程：将设计好的干纤维预成型体放到模具中并合模，随后的工艺靠模具和注射系统完成。·优点：对工人的技术和环境的要求低，可有效地控制产品质量，废品率低于手糊工艺。·缺点：模具设备非常昂贵；且由于RTM属于闭模工艺，很难预测树脂流动状况，容易产生不合格产品。7.真空灌注成型工艺：·过程：将纤维增强材料直接铺放在模具上，在纤维增强材料顶上铺设一层剥离层，剥离层上铺放高渗透介质，然后用真空薄膜包覆及密封。真空泵抽气至负压状态，树脂通过进胶管进入整个体系，固化后剥离脱模布。·优点：节约时间，机挥发物非常少，改善了劳动条件，减少操作者与有害物质接触，满足环保要求，改善了工作环境；工艺操作简单；可充分消除气泡，降低产品孔隙