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复合材料风机叶片成型工艺历程

小麻籽  发表于 2009/7/22 18:59:15      1690 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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   风力发电机组在工作过程中,复合材料叶片不仅要承受强大的风载荷,还要经受气体冲刷、砂石粒子冲击、以及强烈的紫外线照射等外界的侵蚀。为了充分发挥增强材料的增强作用,提高复合材料叶片的承担载荷、耐腐蚀和耐冲刷等项性能,LM公司等复合材料叶片的制造商们还对树脂基体系统进行了精心设计和改进。采用性能优异的环氧树脂代替不饱和聚酯树脂,改善了玻璃纤维/树脂界面的粘结性能,提高了叶片的承载能力,扩大了玻璃纤维在大型叶片中的应用范围。为提高复合材料叶片在恶劣工作环境中长期使用性能,SP公司专门研究开发出耐紫外线辐射的新型环氧树脂系统,以满足风力发电叶片耐久性的要求。
    在风力发电的初期阶段,由于发电机的功率较小,需要的复合材料叶片尺寸也比较小,叶片质量分布的均匀性对发电机和塔座的影响不十分显现;而且,当时人们对开模成型工艺时苯乙烯挥发给大气环境造成的污染,对操作人员造成的身体危害并为引起足够的认识。因此,最初的小型复合材料叶片制造基本采用简单易行的手糊成型工艺。
    随着风力发电机功率的不断提高,安装发电机的塔座和捕捉风能的复合材料叶片做的越来越大。为了保证发电机运行平稳和塔座安全,不仅要求叶片的质量轻也要求叶片的质量分布必须均匀、外形尺寸精度控制准确、长期使用性能可靠。若要满足上述要求,需要相应的成型工艺来保证。
    另外,复合材料制造过程中苯乙烯挥发对环境和操作人员产生的不良影响也越来越引起人们的重视,一些发达国家已经制定出相应的法规,我国也对生产过程中产生的有害挥发物有明确的限制规定。因此,复合材料成型工艺随之发生变化逐渐由开模工艺向闭模工艺转变,以减少苯乙烯自然挥发对环境和人体的危害。
    在大型复合材料叶片制造过程中也反映出这一成型工艺的变化:首先,叶片的制造工艺由手糊成型向着湿法铺放工艺的转变,增强材料的现场浸渍逐渐转向预先浸渍,开始采用玻璃纤维/聚酯或玻璃纤维/环氧预浸料,大幅度的降低了成型过程中苯乙烯的挥发。这样,不仅树脂含量容易精确控制,保证了复合材料叶片的质量分布均匀,而且增强材料铺设角度准确,可以有效地发挥增强材料的性能,提高复合材料的承载能力。其次,开模成型工艺向着闭模工艺发展,为了改善成型环境,减少有害气体的挥发,进一步提高叶片的质量稳定性,大型复合材料叶片的制造开始引入树脂注入工艺技术。在树脂注入工艺中,树脂基体在真空压力的作用下,可以更完全的浸渍增强材料,不仅能够准确的控制树脂含量,充分发挥增强材料的作用,提高复合材料叶片的承载能力,而且无需大型专用设备,制造成本较低。
    与此同时,叶片的制造模具也在悄悄的发生变化。大型复合材料叶片的外形尺寸与制造模具有着及其密切的关系。为保证复合材料叶片设计外形和尺寸精度,叶片长度越长,成型时对模具刚度和强度的要求就越高,模具的重量和成本也会大幅度的提高。为了降低模具成本,减轻模具重量,大型复合材料叶片的制造模具也逐渐由金属模具向着复合材料模具转变,这也意味着复合材料叶片可以做的更长。另外,由于模具和叶片采用了相同的材料,模具材料的热膨胀系数与叶片材料基本相同,制造出的复合材料叶片的精确度和尺寸稳定性均优于金属模具制造的叶片产品。
    此外,随着计算机技术和自动控制技术应用领域的扩大,大型复合材料叶片的制造技术也在不断的进步。LM公司将机器人技术用于大型叶片的纤维铺覆和粘结,并将计算机技术应用于工艺过程的实施监控和数据记录,为用户提供可追溯的资料作为可靠性保证的依据。
    选择最佳的材料体系和制造工艺,制造出质量最好的复合材料叶片,以满足风力发电快速发展的需求,未来的成型工艺将给复合材料叶片制造提供最优的实施手段。
    以最小的叶片重量获得最大的叶片面积,使得叶片具有更高的捕风能力,叶片的优化设计显得十分重要,尤其是符合空气动力学要求的大型复合材料叶片的最佳外形设计和结构优化设计的重要性尤为突出,它是实现叶片的材料/工艺有效结合的软件支撑。另外,计算机仿真技术的应用也使得叶片的结构与层合板设计更加细化,有力的支持了最佳工艺参数的确定。

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