風機葉片氣動筋板壓擠工裝

徐希亮

摘 要：復合材料風力發(fā)電機葉片是風力發(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：風電葉片；筋板；玻璃鋼

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

目前的風力發(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合而成。

對于同一種基體樹脂來講，采用玻璃纖維增強的復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風溫度等外界載荷，風機葉片可以采用玻璃纖維/碳纖維混雜復合材料結(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，為使風機葉的風能利用率不斷的提高，就要在風機葉片的設(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合風機葉片中的應用，減少風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。

在上個世紀二十年代，就有國外的物理學者針對風力發(fā)電過程進行過詳細的研究，但是受制于當時的科學技術(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用于風力發(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，專家學者對風力發(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)在風電的單機容量增減的增大，風力發(fā)電機葉片長度也越來越長，相對應的塔座也需要增大，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，就必須改進風力發(fā)電機葉片的生產(chǎn)工藝。

玻璃鋼風力發(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小型、技術(shù)含量低的玻璃鋼風力發(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，風機葉片長度也越來越長，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越復雜，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)，嚴重影響了玻璃鋼風力發(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，同時大大提高了風機葉片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。