徐希亮

摘 要：復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機葉片是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵動部件，直接影響著整個系統(tǒng)的性能，并要具有長期在戶外自然環(huán)境條件下使用的耐候性以及較為合理的價格。因此，葉片的材料、設(shè)計和制造工裝水平十分重要，本文主要介紹風(fēng)力發(fā)電機葉片制作的工裝設(shè)備氣動筋板壓擠工裝的設(shè)計及工作原理。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電葉片；筋板；玻璃鋼

中圖分類號：TV734.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0083-01

目前的風(fēng)力發(fā)電機葉片基本上是由聚酯環(huán)保樹脂、乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂等熱固性基體樹脂與E-玻璃纖維、S-玻璃纖維、碳纖維等增強材料，通過手工鋪放或樹脂注入等成型工藝復(fù)合而成。

對于同一種基體樹脂來講，采用玻璃纖維增強的復(fù)合材料制造的葉片的強度和剛度的性能要差于采用碳纖維增強的復(fù)合材料制造的葉片的性能。由于價格的因素，目前的葉片制造采用的增強材料主要以玻璃纖維為主。隨著葉片長度不斷增加，葉片對增強材料的強度和剛性等性能也提出了新的要求，玻璃纖維在大型復(fù)合材料葉片制造中逐漸出現(xiàn)性能方面的不足。為了保證葉片能夠安全的承擔(dān)風(fēng)溫度等外界載荷，風(fēng)機葉片可以采用玻璃纖維/碳纖維混雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，尤其是在翼緣等對材料強度和剛度要求較高的部位，則使用碳纖維作為增強材料。

在保證風(fēng)機葉片的有效使用面積的情況下盡可能的降低重量，為使風(fēng)機葉的風(fēng)能利用率不斷的提高，就要在風(fēng)機葉片的設(shè)計階段不斷的改進創(chuàng)新，如何在滿足發(fā)電效率的前提下將損耗降到最低，尤其是在玻璃纖維混合碳纖維樹脂復(fù)合風(fēng)機葉片中的應(yīng)用，減少風(fēng)阻和工藝的改進提升是需要首要解決的問題。通過模擬不同環(huán)境條件下風(fēng)機葉片的使用情況，來改進提升生產(chǎn)工藝，先進的實驗設(shè)備及計算軟件很好的解決這一難題。

在上個世紀(jì)二十年代，就有國外的物理學(xué)者針對風(fēng)力發(fā)電過程進行過詳細的研究，但是受制于當(dāng)時的科學(xué)技術(shù)水平，僅僅做了一些簡單的理論推算，并不夠全面和透徹。但在計算機技術(shù)的更新?lián)Q代中，各種計算軟件逐漸應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機葉片行業(yè)，幫助人們更好的借助計算機來深入理解風(fēng)機葉片，可以更深入的研究理論數(shù)據(jù)。伴隨著時代的進步，專家學(xué)者對風(fēng)力發(fā)電機葉片的認識也越來越透徹，現(xiàn)在的科技水平已經(jīng)可以模擬風(fēng)力發(fā)電機葉片在各種環(huán)境中的長期疲勞測試，以便驗證風(fēng)力發(fā)電機葉片生產(chǎn)工藝中理論計算值與實際發(fā)生數(shù)值的差異。借此改進生產(chǎn)工藝，重新提出新的理論依據(jù)進行驗證。

現(xiàn)在風(fēng)電的單機容量增減的增大，風(fēng)力發(fā)電機葉片長度也越來越長，相對應(yīng)的塔座也需要增大，以確保發(fā)電過程中持續(xù)平穩(wěn)及安全，為了達到以上條件，就必須改進風(fēng)力發(fā)電機葉片的生產(chǎn)工藝。

玻璃鋼風(fēng)力發(fā)電機葉片以往普遍使用人工在固定模具上進行手工糊制的制造工藝。這種工藝具有自動化程度低、需人工量大、非一次成型、生產(chǎn)周期長，及原材料利用率低下等顯著特點，這些特點局限了人工糊制工藝適應(yīng)小型、技術(shù)含量低的玻璃鋼風(fēng)力發(fā)電葉片生產(chǎn)項目中。造成這些的主要因素是制造過程主要靠經(jīng)驗控制，精確度及合格率受人為因素影響，在更換班組后質(zhì)量穩(wěn)定性會出現(xiàn)較大的波動情況，進而造成玻璃鋼葉片的成片合格率下降，廢品率提升，直接影響成本控制?，F(xiàn)如今隨著工藝技術(shù)的不斷進步，風(fēng)機葉片長度也越來越長，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，工序也越來越細化，有些葉型無法一次成型，必須進行二次粘接。傳統(tǒng)工藝人工糊制的玻璃鋼風(fēng)力發(fā)電機葉片，易產(chǎn)生樹脂浸潤不完全，造成產(chǎn)品氣泡、分層現(xiàn)象的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了玻璃鋼風(fēng)力發(fā)電機葉片的正常使用，會造成片體出現(xiàn)裂痕，局部開裂甚至是斷裂的發(fā)生。而且玻璃鋼制品生產(chǎn)過程中，工作環(huán)境差，會產(chǎn)生刺激性氣味及玻璃纖維粉塵，容易對人體健康造成危害，所以改進工藝及設(shè)備，提高自動化水平迫在眉睫。筋板作為風(fēng)機葉片制作過程中關(guān)鍵工序，其質(zhì)量優(yōu)良程度對葉片整體質(zhì)量影響巨大。筋板安裝過程中，要求筋板的粘接間隙為6±4mm，局部區(qū)域允許達到15mm；筋板安裝后，檢查是否存在粘接空洞，并將擠出的膠粘劑刮成圓角（約R15），測量并檢查前緣、筋板、后緣等區(qū)域內(nèi)的粘接間隙是否達到設(shè)計要求。在這些區(qū)域內(nèi)擺上橡皮泥（1米一個），所有膠粘劑的間隙都要求滿足。如果膠粘劑間隙超差，需要及時通報并維修。針對此要求，需要設(shè)計一套壓擠工裝對筋板粘接間隙進行準(zhǔn)確的保證，按照5m一個壓擠點的要求，設(shè)計6-7個筋板壓擠工裝。首先在筋板主粘貼角上每個壓擠點放置40*60mm的方管，把60mm寬的面貼著筋板主粘貼角放置，目的是增大受力面積，同時防止壓壞筋板主粘接角。如圖1所示。

接著在每個壓擠點放置氣動筋板壓擠工裝，將下壓工裝兩邊的連接塊用螺栓與事先焊接好的連接座連接，并將每個位置點的氣動壓擠工裝上的氣管連接到相應(yīng)的主回路上。

開啟氣動控制閥，通過氣壓的作用使得氣缸推動旋轉(zhuǎn)座實現(xiàn)對筋板的擠壓，保證間隙合格，并通過進氣口上的調(diào)壓閥對氣缸的力度進行調(diào)節(jié)，最終使用效果如圖2所示。

風(fēng)機葉片的質(zhì)量與生產(chǎn)材料、工藝及設(shè)備精度密不可分。工人只需將板放入設(shè)計位置，由氣動泵壓擠，避免因為人工因素對質(zhì)量精度的影響。并因而對工人的技術(shù)和環(huán)境的要求遠遠低于手糊工藝并可有效地控制產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)手糊工裝相比，不但節(jié)約了工作時間，同時大大提高了風(fēng)機葉片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。