風(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)筋板壓擠工裝

徐希亮

摘 要：復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵動(dòng)部件，直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能，并要具有長(zhǎng)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(jià)格。因此，葉片的材料、設(shè)計(jì)和制造工裝水平十分重要，本文主要介紹風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片制作的工裝設(shè)備氣動(dòng)筋板壓擠工裝的設(shè)計(jì)及工作原理。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電葉片；筋板；玻璃鋼

中圖分類號(hào)：TV734.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0083-01

目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(qiáng)材料，通過手工鋪放或樹脂注入等成型工藝復(fù)合而成。

對(duì)于同一種基體樹脂來講，采用玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料制造的葉片的強(qiáng)度和剛度的性能要差于采用碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料制造的葉片的性能。由于價(jià)格的因素，目前的葉片制造采用的增強(qiáng)材料主要以玻璃纖維為主。隨著葉片長(zhǎng)度不斷增加，葉片對(duì)增強(qiáng)材料的強(qiáng)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(jī)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(duì)材料強(qiáng)度和剛度要求較高的部位，則使用碳纖維作為增強(qiáng)材料。

在保證風(fēng)機(jī)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(jī)葉的風(fēng)能利用率不斷的提高，就要在風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)階段不斷的改進(jìn)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(jī)葉片中的應(yīng)用，減少風(fēng)阻和工藝的改進(jìn)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(jī)葉片的使用情況，來改進(jìn)提升生產(chǎn)工藝，先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及計(jì)算軟件很好的解決這一難題。

在上個(gè)世紀(jì)二十年代，就有國(guó)外的物理學(xué)者針對(duì)風(fēng)力發(fā)電過程進(jìn)行過詳細(xì)的研究，但是受制于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平，僅僅做了一些簡(jiǎn)單的理論推算，并不夠全面和透徹。但在計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新?lián)Q代中，各種計(jì)算軟件逐漸應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片行業(yè)，幫助人們更好的借助計(jì)算機(jī)來深入理解風(fēng)機(jī)葉片，可以更深入的研究理論數(shù)據(jù)。伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，專家學(xué)者對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的認(rèn)識(shí)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(jī)葉片在各種環(huán)境中的長(zhǎng)期疲勞測(cè)試，以便驗(yàn)證風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片生產(chǎn)工藝中理論計(jì)算值與實(shí)際發(fā)生數(shù)值的差異。借此改進(jìn)生產(chǎn)工藝，重新提出新的理論依據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

現(xiàn)在風(fēng)電的單機(jī)容量增減的增大，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片長(zhǎng)度也越來越長(zhǎng)，相對(duì)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(dá)到以上條件，就必須改進(jìn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的生產(chǎn)工藝。

玻璃鋼風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片以往普遍使用人工在固定模具上進(jìn)行手工糊制的制造工藝。這種工藝具有自動(dòng)化程度低、需人工量大、非一次成型、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，及原材料利用率低下等顯著特點(diǎn)，這些特點(diǎn)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(xiàng)目中。造成這些的主要因素是制造過程主要靠經(jīng)驗(yàn)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(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)情況，進(jìn)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。現(xiàn)如今隨著工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度也越來越長(zhǎng)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，工序也越來越細(xì)化，有些葉型無法一次成型，必須進(jìn)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(jī)葉片，易產(chǎn)生樹脂浸潤(rùn)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(jī)葉片的正常使用，會(huì)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(huì)產(chǎn)生刺激性氣味及玻璃纖維粉塵，容易對(duì)人體健康造成危害，所以改進(jìn)工藝及設(shè)備，提高自動(dòng)化水平迫在眉睫。筋板作為風(fēng)機(jī)葉片制作過程中關(guān)鍵工序，其質(zhì)量?jī)?yōu)良程度對(duì)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(dá)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(cè)量并檢查前緣、筋板、后緣等區(qū)域內(nèi)的粘接間隙是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在這些區(qū)域內(nèi)擺上橡皮泥（1米一個(gè)），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(shí)通報(bào)并維修。針對(duì)此要求，需要設(shè)計(jì)一套壓擠工裝對(duì)筋板粘接間隙進(jìn)行準(zhǔn)確的保證，按照5m一個(gè)壓擠點(diǎn)的要求，設(shè)計(jì)6-7個(gè)筋板壓擠工裝。首先在筋板主粘貼角上每個(gè)壓擠點(diǎn)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(shí)防止壓壞筋板主粘接角。如圖1所示。

接著在每個(gè)壓擠點(diǎn)放置氣動(dòng)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(gè)位置點(diǎn)的氣動(dòng)壓擠工裝上的氣管連接到相應(yīng)的主回路上。

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

風(fēng)機(jī)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(jì)位置，由氣動(dòng)泵壓擠，避免因?yàn)槿斯ひ蛩貙?duì)質(zhì)量精度的影響。并因而對(duì)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。與傳統(tǒng)手糊工裝相比，不但節(jié)約了工作時(shí)間，同時(shí)大大提高了風(fēng)機(jī)葉片的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。