吉林重通成飛副總設(shè)計(jì)師、研發(fā)部部長(zhǎng)張石強(qiáng)：《大型海上風(fēng)電葉片關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新》

 

　　以下為演講實(shí)錄：

 

　　尊敬的各位來(lái)賓，各位同仁，今天非常榮幸，相聚在美麗的山城，我也非常榮幸代表公司向大家匯報(bào)一下近期我們?cè)诤Ｉ先~片方面做的一些工作。我匯報(bào)的題目是“大型海上風(fēng)電葉片關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新”。

 

　　首先介紹一下我們公司的背景，我們屬于重慶市國(guó)資委下屬的機(jī)電集團(tuán)，總部在重慶市江津區(qū)，從2007年開始風(fēng)電葉片的開發(fā)制造，現(xiàn)在年度產(chǎn)能為1000套左右，是國(guó)內(nèi)葉片主要的配套企業(yè)。我們公司主要是來(lái)自業(yè)界航空領(lǐng)域相關(guān)的一些專家，博士、碩士等人員組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，大概80人，碩士博士的占比大概50%左右，相關(guān)的核心人員都具有十多年的陸上和海上葉片開發(fā)的工作經(jīng)驗(yàn)。我們也獲得了省級(jí)的技術(shù)中心，國(guó)家發(fā)明專利有100余項(xiàng)，同時(shí)獲得了三認(rèn)證，材料實(shí)驗(yàn)室同時(shí)具備34種復(fù)合材料的測(cè)試能力。

 

　　在海上葉片材料方面，我們深入掌握了碳纖維，包括碳纖關(guān)注等一些材料的性能，包括碳纖主梁，我們是一家具備碳纖維制造能力的公司，下面是我們公司生產(chǎn)的一些圖片。我們公司從2007年開始85MW的開發(fā)，2013年初公司制定了“兩海戰(zhàn)略”2014年初以碳纖維為技術(shù)線路的大型海上風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)開發(fā)，新型碳纖維材料性能技術(shù)以及大型工藝裝備研究及應(yīng)用，2018年開發(fā)出國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的葉片產(chǎn)品。

 

　　海上葉片技術(shù)存在以下幾方面的挑戰(zhàn)：

 

　　首先從材料方面來(lái)說(shuō)，需要有更高模量，更輕質(zhì)量，性能穩(wěn)定性需要有很高的耐腐蝕性、耐紫外性能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于可靠性，以及關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，以及穩(wěn)定性，工藝方面部件預(yù)制技術(shù)，包括金屬網(wǎng)的一些灌注工藝等，也是需要突破的點(diǎn)。防護(hù)方面包括碳纖維的防雷，前緣的防護(hù)都是相應(yīng)的難點(diǎn)，跟陸上的葉片有很大的差別。

 

　　葉片增強(qiáng)材料，從技術(shù)實(shí)施容易度和成本上比較，從碳纖和玻纖的分類，玻纖就是整體成本低，玻纖會(huì)帶來(lái)葉片的減重。碳纖用的灌注技術(shù)來(lái)說(shuō)，是技術(shù)難度比較低，比較成熟的，相應(yīng)高纖維含量碳纖的技術(shù)，灌注難度更大一些，需要更高模量，在玻纖拉擠技術(shù)上的突破，工藝上也存在一些難度，但是性能穩(wěn)定性更好一些。針對(duì)碳纖材料的應(yīng)用，碳玻混、碳纖灌注，碳纖拉擠都有各自的優(yōu)勢(shì)和局限性。

 

　　針對(duì)不同材料，不同工藝的價(jià)格因子和重量因子，做了一些量化上的粗略核算，從價(jià)格因子來(lái)說(shuō)，一旦應(yīng)用到碳纖，成本就會(huì)大大的提高，價(jià)格就會(huì)大大提高。碳纖的應(yīng)用會(huì)帶來(lái)重量上大幅降低，最后需要核算的是對(duì)綜合成本的影響，包括重量降低之后，對(duì)于主機(jī)其他部件帶來(lái)的重量和成本的降低，需要綜合核算，不能單純從葉片材料來(lái)核算。

 

　　這里展示玻纖織物微觀的情況，疲勞試驗(yàn)破壞的地方往往是在撐紗和捆綁紗之間。對(duì)應(yīng)的就可以看到，在大克重玻纖布的應(yīng)用，后面就面臨著相應(yīng)的一些挑戰(zhàn)，需要解決疲勞性能，壓縮性能、灌注性能，錯(cuò)層的影響。

 

　　碳玻混織物，前面也有同仁做的一些介紹，也是高性能材料的一個(gè)方向。也存在一些局限性，不同材料之間玻纖是受熱膨脹的，碳纖受熱是收縮的，不同材料性能的影響，以及碳玻混的難點(diǎn)問(wèn)題都是需要解決的。這里是碳纖布的情況，它的編織也存在很多核心技術(shù)，有細(xì)微的差別，最后就會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能有較大的一個(gè)影響。這是碳纖預(yù)浸料的情況，這里有很多微小的褶皺，有一些相應(yīng)的檢測(cè)手段，也是應(yīng)用新材料過(guò)程中，必須要解決的相應(yīng)瓶頸的問(wèn)題。

 

　　拉擠片材應(yīng)外，展示的是一個(gè)玻纖拉擠片材，我們做了垂型性的驗(yàn)證，整個(gè)梁的長(zhǎng)度灌注的驗(yàn)證。這是我們開發(fā)出來(lái)海上83米的一個(gè)葉片，總量在26噸左右。大型葉片的開發(fā)，模具成本占比非常高，如果單獨(dú)只兼顧一個(gè)型號(hào)，相應(yīng)的投資回報(bào)期非常長(zhǎng)，隨著現(xiàn)在型號(hào)的發(fā)展，風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展我們從一開始就考慮可控性，可以通過(guò)夜間的替換，把葉片的長(zhǎng)度延長(zhǎng)到91米左右，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)不同接口的拓展，從而提高葉片系列的拓展設(shè)計(jì)。模具供應(yīng)率要超過(guò)60%，在夜間替換可以達(dá)到80%，可以大大降低模具的成本。

 

　　這是氣動(dòng)設(shè)計(jì)的分析失道分析，業(yè)態(tài)的分析，顫振分析。同時(shí)針對(duì)大葉片，現(xiàn)在的一些附加裝置的設(shè)計(jì)，也進(jìn)行的相應(yīng)的研究和模擬，海上葉片的結(jié)構(gòu)上，碳纖維材料的應(yīng)用，我們做了初步的對(duì)比，如果用全玻材料，我們這款產(chǎn)品碳纖可以比純玻應(yīng)用，葉片總量可以降低30%，可以大大降低整機(jī)的綜合成本。這是我們首席結(jié)構(gòu)專家申請(qǐng)的專利，包括碳玻梁帽混用葉片結(jié)構(gòu)，這是我們自主開發(fā)的預(yù)埋葉根技術(shù)，也是通過(guò)測(cè)試認(rèn)證。后緣梁設(shè)計(jì)方面，應(yīng)用了預(yù)制方面的技術(shù)，降低占模時(shí)間。主梁通過(guò)多次的灌注實(shí)驗(yàn)，完成160層的碳纖維灌注研究，解決灌注碳纖維的產(chǎn)品缺陷。

 

　　我們開放了眾多的輔助工裝，解決大尺度下的運(yùn)輸?shù)跹b，以及儲(chǔ)存的難題。海上涂層方面也做了高濕度，高腐蝕，抗變性，以及金屬網(wǎng)設(shè)計(jì)，雷擊實(shí)驗(yàn)，充分進(jìn)行驗(yàn)證。關(guān)于其他方面的先進(jìn)技術(shù)，現(xiàn)在只是提出來(lái)，需要各位同仁一塊兒想辦法去攻克，包括超聲波檢測(cè)，三維成像，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，以及葉片的回收利用等方面，都需要大家一起努力，去解決相關(guān)的難題和關(guān)鍵問(wèn)題。我的匯報(bào)到此結(jié)束，謝謝大家。

 

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