风电叶片制造工艺
风电叶片制造工艺
WE Handbook- 4- Blade Manufacturing Processes 4
Vacuum Infusion: Pressure Gradient
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
真空灌注的消耗材料不仅创造密封真空环境和压力梯度,而且还具有其他几种功能.尼 龙的peelply(脱模布)层紧贴灌注件表面,在使用前可将脱模布撕下获得洁净表面.脱 模布上面有真空倒流网以增加真空灌注速度,可以根据具体铺层选用不同渗透能力的倒 流网.树脂供给管连接在倒流网上,保证树脂能流遍每一处.最后使用真空袋罩住整个 体系,并用真空胶带封闭模具四围以形成一个密闭区域.真空工艺是需要一定操作经验 支持的,从而可以保证系统完整的真空度.
叶片制造工艺
叶片的结构设计与选择的生产方法是紧密相关的,需要将两者结合起来考虑叶片的生产 成本与可靠性. 在叶片结构设计的章节中,两种常用设计方法已经被讨论,一种是叶壳与剪腹板组合结 构,另一种是叶壳与叶梁箱组合结构.根据结构设计方案,叶片的主要制造工艺也有两 种-预浸料与灌注,尽管两种生产工艺都能满足结构设计的要求,但只有预浸料可以被 采用在叶梁箱结构设计中.
压力梯度
通过真空泵抽真空,外界大气压会使得封闭的真空袋内部产生负压,树脂即可被吸入负 压的真空袋继而浸润纤维铺层,浸润的前沿和后沿会产生牵引力,牵引力是与纤维铺层 的浸润性成正比,一旦纤维铺层确定牵引力将等于产生的压力梯度. 因为最大真空负压受限于外界大气压,高的压力梯度的保持与铺层的渗透性和真空吸口 的分布有关.当灌注件的形状和铺层厚度比较多变,真空吸口的分布和数量设置也就更 为复杂,必要时可以采用电脑建模分析
WE Handbook- 4- Blade Manufacturing Processes
风力发电叶片制作工艺介绍
风力发电叶片制作工艺介绍风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。
根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。
1碳纤维在风力发电机叶片中的应用叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。
纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。
但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。
国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。
1）提高叶片刚度，减轻叶片质量碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。
大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。
荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。
据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。
VestaWindSystem公司的V90型3.0MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。
同样是34m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。
其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。
风电叶片真空灌注成型工艺
风电叶片真空灌注成型工艺一、叶片成型1.模具清理（QA check：工序的正确性；各工序涂抹到位。
）1.1 洁模剂清洁模具表面，除油除污渍。
1.2 封孔剂密封模具表面小气孔，防止在真空灌注过程中由于模具的漏气而造成产品气孔率大，影响产品质量。
1.3 脱模剂在模具表面形成一层致密层，使模具更容易与产品分离，达到脱模的效果。
2.壳体外表面玻璃纤维铺层制作（QA check：置正确，搭接尺寸足够。
）铺覆两层玻璃纤维布，由于叶片形状特殊，纤维布不是整体的，某些部位会断开，这就需要两块纤维布之间进行搭接，搭接尺寸10—20cm。
3.预埋件铺放（QA check：预埋件定位准确；打磨到位；表面清洁。
3.1 主梁主梁是在单独的模具上成型的，铺放主梁时需用工装对其进行精确定位，并保证经过打磨处理及表面清洁。
3.2 壳体泡沫芯材PVC泡沫板有轻质高强的作用，上下两层纤维布，中间包覆泡沫板形成三明治结构，铺放www时保证各快板材之间连接紧密。
3.3 根部预埋块由于根部铺层太多、太厚，根部做二次成型，在单独的模具上成型，要保证经过打磨处理及表面清洁。
4.壳体内表面玻璃纤维铺层制作（QA check：铺放位置正确，搭接尺寸足够。
）内表面纤维布铺放时注意不要让铺好的预埋件错位，其余同外表面玻璃纤维铺层。
5.真空材料的铺放及布置（QA check：铺放位置正确。
）5.1 免打磨布在合模过程中粘接部位需要打磨处理，提前在这些部位铺放免打磨布可以避免更多的工序，带来更好的工作环境。
5.2 脱模布在树脂固化以后真空材料也会粘接在产品表面，不易撕除，表面经过特氟龙处理的脱模布可以更容易的去除真空材料，可以节省大量的人工并使产品表面不致被破坏。
5.3 导流网真空灌注的时候，树脂在纤维布里的流动速度远低于在导流网上，这样可以更快的浸透更大面积的纤维布。
风电叶片制造工艺
风电叶片材料及制造工艺学习总结——孙玲庆一、叶片材料一般对叶片的要求有:比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能,能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验;叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常,传递给整个发电系统的负荷稳定性好;耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好;发电成本较低,维护费用最低。
为了满足以上要求,目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻璃纤维增强环氧树脂和碳纤维增强环氧树脂。
据中国环氧树脂行业协会专家介绍:一般较小型的叶片(如22m长)选用量大价廉的E-玻纤增强塑料,树脂基体以不饱和聚酯为主,也可选用乙烯酯或环氧树脂,而较大型的叶片(如42m以上),一般采用CFRP或CF与GF的混杂复合材料,树脂基体以环氧为主。
GE风能的叶片工程的全球经理Ramesh Gopalakrishnan说,设计师们在寻找轻质高强度材料的过程中,选择了碳纤维应用于叶片设计中。
因此玻璃纤维和碳纤维,是目前叶片制造中最为重要的两种材料。
据专家介绍,研究表明碳纤维(carbon fiber,简称CF)复合材料叶片,刚度是玻璃钢复合叶片的2～3倍。
虽然碳纤维复合材料的性能大大优于玻璃纤维复合材料,但价格昂贵,影响了它在风力发电上的大范围应用。
因此全球各大复合材料公司,正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面深入研究,以求降低成本。
昨天,我们用的是木制或金属材料;今天,我们用的是玻璃钢;明天,我们用的是碳纤维;那么明天的明天,我们用的会不会是纳米材料？市场专家表示,完全可能,原因一是其成本可能降低,二是性能优越、使用寿命长,长期看似乎更经济。
二、叶片制造工艺叶片的结构设计与实际生产制造方法息息相关,两者都需要兼顾生产成本和叶片的可靠性。
两种主要的叶片制造方法有:预浸料法和灌注法。
尽管两种方法都适用于两种常见设计的叶片结构,但预浸料主要用于箱式粱的叶片结构。
1 树脂灌注技术灌注工艺的基本原则就是通过真空压力将树脂吸入预先铺好的增强纤维或纤维布中,真空操作降低纤维一面的压力后,大气压力会驱使树脂浸润增强纤维,纤维灌注的速度和距离取决于以下因素:树脂系统的黏度、增强纤维的渗透性、灌注树脂的压力梯度。
风电叶片合模工艺流程
风电叶片合模工艺流程(中英文版)Task Title: Wind Turbine Blade Molding ProcessTask Title: 风电叶片合模工艺流程The wind turbine blade molding process is a crucial step in the manufacturing of wind turbine blades.It involves the creation of a mold, which is then used to shape and form the blade.风电叶片合模工艺流程是风电叶片制造过程中的关键步骤。
它包括创建一个模具，然后使用该模具来塑造和形成叶片。
The first step in the process is to create a mold.This mold will be used to shape the blade, so it must be accurate and precise.The mold is typically made from a strong, durable material such as metal or plastic.工艺流程的第一步是创建一个模具。
这个模具将被用来塑造叶片，因此它必须准确无误。
模具通常由坚硬耐用的材料如金属或塑料制成。
Once the mold is created, the next step is to prepare the blade materials.This typically involves cutting the blade materials to the correct size and shape, and then preparing them for assembly.一旦模具创建完成，下一步就是准备叶片材料。
这通常涉及将叶片材料切割成正确的尺寸和形状，然后为组装做准备。
风电扇叶制造过程
风电扇叶制造过程
风电扇叶制造过程是一项复杂而关键的工艺，主要包括以下几个步骤：
1. 设计和模型制作：首先，根据风电扇的使用要求和性能指标，设计出扇叶的外形和曲线。
然后，通过计算机辅助设计软件制作出三维模型，并进行相关的模拟和验证。
2. 材料准备：根据设计要求，选用合适的材料进行扇叶的制造。
通常采用的材料有玻璃纤维增强塑料、碳纤维以及铝合金等。
3. 模具制作：制造扇叶需要使用模具，因此需要根据设计要求制作出适合的模具。
这一步骤通常需要进行多次反复设计和试制，以确保模具的精度和稳定性。
4. 扇叶制造：在完成上述准备工作后，开始进行扇叶的制造。
具体步骤包括材料裁剪、预处理、层压、热固化、修边等。
这些步骤需要严格控制温度、时间和压力等工艺参数，以确保扇叶的质量和性能。
5. 检测和质量控制：制造完成后，需要进行扇叶的质量检测和控制。
主要包括外观检查、尺寸测量、力学性能测试、耐久性测试等。
只有通过这些检测和控制，才能保证扇叶的质量和可靠性。
总之，风电扇叶制造是一项综合性较强的工艺，需要严格遵守制造工艺流程和质量控制标准，才能生产出高质量的扇叶产品。
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制造风电叶片的工艺流程
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浅谈风电叶片的特点及制造工艺
浅谈风电叶片的特点及制造工艺【摘要】风力发电是一种清洁能源，而风电叶片是风力发电机组的核心部件之一。
本文从风电叶片的设计理念、材料选择、制造工艺、性能测试以及未来发展等方面进行了探讨。
在设计理念方面，风电叶片需要具有良好的气动性能以及结构稳定性，以提高风力发电效率。
在材料选择上，玻璃纤维和碳纤维等轻质高强度材料被广泛应用于风电叶片制造中。
制造工艺则包括模具制作、叶片成型、表面处理等多个环节，需要严格控制每一个步骤以确保叶片质量。
性能测试是评估叶片性能的重要环节，包括动态试验、静态试验等。
未来发展方向则是提高风电叶片的耐久性和轻量化设计，以满足不断增长的风力发电需求。
风电叶片作为风力发电的关键组成部分，其设计和制造工艺的不断创新将推动风力发电产业迈向更加繁荣和可持续发展。
【关键词】风电叶片、特点、制造工艺、设计、材料选择、性能测试、未来发展、总结、浅谈、引言、正文、结论1. 引言1.1 介绍浅谈风电叶片的特点及制造工艺风力发电是一种清洁能源，近年来得到了广泛的关注和发展。
而风力发电的核心部件之一就是风电叶片。
风电叶片是将风能转化为机械能的装置，是风力发电机组中最重要的组成部分之一。
风电叶片的设计理念是为了最大化地捕捉风能，并将其转化为旋转动能。
为了达到这一目的，风电叶片的外形通常是扁平且宽大的，这样可以在风场中更有效地捕捉风能。
叶片的表面通常会采用光滑的设计，减小风阻，提高效率。
在材料选择方面，风电叶片通常采用玻璃纤维增强复合材料，或者碳纤维等高强度材料。
这些材料具有轻量化，高强度，耐腐蚀等特点，非常适合用于风电叶片的制造。
制造工艺方面，风电叶片通常是通过模具成型的方式进行生产。
首先设计好叶片的模具，然后将复合材料注入模具进行成型，最后经过固化、热处理等工艺步骤，最终制成完整的风电叶片。
风电叶片的性能测试非常重要，可以通过风洞测试、动力学模拟等方式对叶片的性能进行评估，确保其符合设计要求并具有良好的稳定性。
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压力梯度
通过真空泵抽真空,外界大气压会使得封闭的真空袋内部产生负压,树脂即可被吸入负 压的真空袋继而浸润纤维铺层,浸润的前沿和后沿会产生牵引力,牵引力是与纤维铺层 的浸润性成正比,一旦纤维铺层确定牵引力将等于产生的压力梯度. 因为最大真空负压受限于外界大气压,高的压力梯度的保持与铺层的渗透性和真空吸口 的分布有关.当灌注件的形状和铺层厚度比较多变,真空吸口的分布和数量设置也就更 为复杂,必要时可以采用电脑建模分析
n 树脂补给线需要设计并保证在没有被隔离的区域.可以采用平行并排的补给线,如 树脂从一边流向另一边,或树脂从中间流向两边,这比较适合简单几何外型的部 件. n 在铺层上设置的倒流网可以加速树脂在铺层表面的流动行从而增加灌注速度,但可 以导致铺层上下浸润面差距的产生,浸润面差距过大则会对整个工艺效果产生影 响.所以需要考虑在灌注结束前消除浸润面的不平衡,比如在关闭灌注工艺前检查 系统上下面的是否浸润完全,或者考虑在树脂流端前停止设置倒流网以降低最后阶 段的导流速度,保证上下浸润面的平衡. n 如果辅助供给线开启的过早,还没等上下两面的铺层都得到完全浸润,干斑就容易 在浸润较慢的下层出现.
渗透性
干纤维布或铺层的渗透性取决于以下几个因素: 纤维直径 纤维表面助剂 玻纤布的类型
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玻纤与碳纤维在渗透性上具有显著区别,碳纤维的灌注难度明显加大.这是由于碳纤维 直径(5-10μm)小于玻璃纤维的直径(16-24μm),于是碳纤维束将更加紧密排布,妨 碍了灌注树脂的浸润. 一种化学的表面助剂保护了纤维在编织时不被损坏,并增加了纤维与树脂的粘合能力以 提高层合板的整体性能.表面助剂的一个重要功效就是增加纤维与树脂浸润能力,这在 灌注工艺中尤为重要,使得树脂能快速浸入并流过纤维铺层. 为了更好的供应和使用增强纤维材料,纤维是通过一多种排布方式供应的.首先将成千 根纤维集束成股.纤维束或纤维股通过表面助剂成为一体,随后通过编织法或针织法成 为玻璃纤维布.更多玻纤布的信息可以从本公司的"Guide of Composite"一书中了 解.玻纤布的主要根据力学性能要求和纤维方向要求选择,在灌注工艺中还需要考虑纤 维布的浸润能力
潜在铺层变形催生气 孔和空洞
阴模拐角处在抽真空后铺层所受的影响
阳模拐角处在抽真空后铺层所受影响
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真空灌注的耗材
在玻纤布的铺层以及后续耗材(peel ply脱模布,倒流网,真空膜,真空导管)的铺放 中,真空短路桥接和漏气是需要特别注意的,一种减少真空短路桥接的方法是尽量分 片铺置耗材并提前进行真空压实处理.真空袋必须是一个整体,以减小分片真空漏气 的几率.在抽真空时妥善铺摆真空袋和耗材的位置是需要经验和技术的,可以先以1015%真空度调整真空袋和材料的位置后再完全抽真空进行压实处理. 除导流网外,需要使用树脂引流管在灌注初期快速分配树脂到相应的补给区,可选择的 引流管包括螺旋引流管,该管在一个大气压下仍然保持坚硬的管型表面,同时树脂可以 从螺旋的管缝中均匀流出.
树脂灌注技术
简介
灌注的基本原则是将树脂在真空负压下作用被"吸入"增强纤维或纤维布中.树脂灌注 玻纤布的速度是由以下参数决定; 树脂系统的粘度 玻纤布或增强纤维的浸润能力 作用在灌注树脂的压强梯度 灌注速度v于上述三个参数的相关性为: η D ΔP
v ∝
D x ΔP η
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抽真空和模具的需求
真空灌注几乎最重要的工艺参数就是系统和模具的抽真空质量.最小的漏气也会导致空 气被吸入铺层,铺层内的压力梯度能很快催生气泡并散布开来,最终带来成品的缺陷( 如大量的气泡)和需要修补的区域.所以真空系统和模具的真空度检查尤为重要,不容 许任何漏气点产生. 模具真空度的检查是将透气毡铺于真空袋内并抽真空,当真空度稳定后用真空压力表测 量系统真空度的变化.在连通时所测真空压力应为一个大气压,随后在分离真空泵后系 统会经历一个"真空压力下降过程".一般的,系统分离真空泵后,五分钟内负压降低 不超过2.5%,则可视为真空度合格.当然需要注意真空度测量点需要尽量远离真空进气 口. 一些叶片生产工艺包括铺层前的胶衣涂层.胶衣涂层的主要作用是提供一个易打磨的底 漆表面,配合后续的上漆步骤.同时,胶衣也起到密封模具表面的作用,形成更好的真 空度
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Vacuum Infusion: Pressure Gradient
真空灌注的消耗材料不仅创造密封真空环境和压力梯度,而且还具有其他几种功能.尼 龙的peelply(脱模布)层紧贴灌注件表面,在使用前可将脱模布撕下获得洁净表面.脱 模布上面有真空倒流网以增加真空灌注速度,可以根据具体铺层选用不同渗透能力的倒 流网.树脂供给管连接在倒流网上,保证树脂能流遍每一处.最后使用真空袋罩住整个 体系,并用真空胶带封闭模具四围以形成一个密闭区域.真空工艺是需要一定操作经验 支持的,从而可以保证系统完整的真空度.
叶片制造工艺
叶片的结构设计与选择的生产方法是紧密相关的,需要将两者结合起来考虑叶片的生产 成本与可靠性. 在叶片结构设计的章节中,两种常用设计方法已经被讨论,一种是叶壳与剪腹板组合结 构,另一种是叶壳与叶梁箱组合结构.根据结构设计方案,叶片的主要制造工艺也有两 种-预浸料与灌注,尽管两种生产工艺都能满足结构设计的要求,但只有预浸料可以被 采用在叶梁箱结构设计中.
下图给出一个纯干布(无芯材)铺层的灌注例子.
树脂补给容器
真空抽出的树脂 收集桶
树脂浸润面
树脂补给线Handbook- 4- Blade Manufacturing Processes
该例子给出灌注工艺的关键点: n 采用多线树脂补给和设置倒流网有效增加灌注速度.
Structural Shell / Shear Web and Structural Box Spar concepts
选择适合的制造工艺,制造出低成本,高性能的产品,是风电产业永恒的话题.灌注工 艺被普遍认为是低成本的工艺,因为其较低原材料价格(BOM).而预浸料制造的叶 片拥有更好的性能,更轻的质量,同时保证了生产工艺和成品质量稳定型.更轻的叶片 意味着降低的叶片载荷和电机设计载荷,所以在讨论性能,成本话题时,也需要考虑到 非原材料成本的其它二级成本. 叶片的长度是选择原材料和生产工艺的核心考虑因素.根据历史数据,叶片长度与叶片 质量的关系如下图所示.由于众多因素的限制(交通限制,轴承载荷,叶片承重,塔 架承重)所收集的数据也不是连续的,对于不同长度叶片,材料和设计理念也是不同 的.一种能有效减重并增加叶片刚性的方法是引入高模量碳纤维增强材料.碳纤维拥 有约240GPa的模量是玻纤平均模量的额三倍,其密度(1.8kg/m3)相对玻纤(2.4kg/ m3)也更具有优势.考虑到质量因素,碳纤维的比刚度是玻纤的4倍.虽然碳纤维提供 了优秀的性能,但考虑其价格(7-8倍于玻纤)和生产工艺的精确要求,也为实际生产 的进行带来了挑战.
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Blade Weight vs Blade Length
随长度的变化,叶片的失效机制也是随复合材料结构而改变的.20-35m叶片设计是基 于整体刚度,所以材料属性也着眼于增强材料的刚度.当叶片直径不断变大,设计的重 点更倾向于疲劳载荷,而疲劳更多取决于复合材料树脂体系的性能.更进一步,当疲劳 载荷的压应力成为设计的着眼点时,层合板的整体性能也变得至关重要了.在受压条 件下,纤维需要在受力方向下紧绷受力,树脂可以传递应力至纤维并避免纤维的弯曲变 形.所以受载荷的层合板的纤维排布需越直越好,而气孔和空洞密度需越小越好.为了 达到上述需求,在设计阶段的材料选择变得尤为重要,更倾向于选择预浸料等高等级材 料作为承力的叶梁材料.预浸料提供了精确纤维垂直排布和高性能树脂体系以及较低的 孔隙率.
当树脂达到时可开起 这条树脂供给排线 铺层上表面 和下表面的 浸润面差距
倒流网预留空间防止表 面树脂流速过快
真空抽出排线
树脂吸入排线
灌注工艺要领图解
n
如果铺层上下面浸润差距过大(经常出现在碳纤维灌注中),气孔和干纤的产生也 是不可避免的,所以可以使用慢速导流网或阶段性灌注手断.
n 避免选用低品质或气密性较差的真空耗材,如真空管,真空膜或树脂阀门等 n 真空管进出真空系统的区域需要特别注意,因为在该区域最容易产生漏气现象. n 在灌注工艺前系统整体真空度的检查非常重要.真空度由占大气压的百分比来衡 量,如灌注系统的真空度需要大>95%(95%的大气压),在检查真空度时将系统停止 抽真空,并静置观察真空气压表的气压降,如果放置五分钟后系统气压降<5 mbar 则视为正常. n 真空袋铺放时需注意防止铺层连接处形成中空的通路(真空短路桥接),否则会使树 脂在此区域"快速跑动"导致灌注的不均匀和不可控.
于是可知灌注速度与纤维浸润能力( D)正相关,与灌注压强梯度( ΔP)正相关,与树 脂粘度(η)反相关
Resin Infusion Process Schematic
树脂粘度
在给定负压下,低粘度树脂保证了更快的流动性,树脂流过增强纤维层时受到的阻力也 减小了.好的流动性意味着可以减少树脂注入点,增大灌注构件同时减小灌注设计的复 杂度. 树脂粘度由微观分子结构决定.以环氧树脂为例,多数用于风电叶片灌注制造的树脂, 以稀释剂降低标准环氧单体树脂的粘度值.对树脂配方的调整要特别注意在改变粘度的 同时不会对最终的机械性能和物理性能产生较大影响. 另一种提高灌注速度的方法是提高树脂温度,树脂的粘度是随温度升高而降低的.加热 灌注树脂的好处在于增加了树脂的流动性和浸润能力,减少了树脂注入点,增加了灌注 工艺速度,但同时会伴随集中放热危险的加大. 粘度变化的规律引出了一个一般规律:温度每上升10~15°C,反应速度加倍,需要的 固化时间将减半.当液态树脂开始发生固化反应,其粘度会不断递增,直至形成凝胶现 象,在固化的最后阶段硬化为固体.粘度的增加限制了灌注工艺的继续进行,当未完全 灌注就产生了树脂凝胶,将会导致很难修复的干纤维区域.所以,灌注用树脂的设计需 要考虑具体工艺的需要,以保证粘度和反应度的适中