風(fēng)機(jī)葉片材料、設(shè)計(jì)與工藝簡(jiǎn)介

    Enercon 公司還對(duì)33米葉片進(jìn)行了空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)精確的測(cè)定，葉片的實(shí)際氣動(dòng)效率為56％，比按照Betz 計(jì)算的最大氣動(dòng)效率低約3～4個(gè)百分點(diǎn)。為此，該公司對(duì)大型葉片外形型面和結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了必要的改進(jìn)：包括為了抑制生成擾流和旋渦，在葉片端部安裝“小翼”；為改善和提高渦輪發(fā)電機(jī)主艙附近的捕風(fēng)能力，對(duì)葉片根莖進(jìn)行重新改進(jìn)，縮小葉片的外形截面，增加葉徑長(zhǎng)度；對(duì)葉片頂部和根部之間的型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，Enercon 公司開(kāi)發(fā)出旋轉(zhuǎn)直徑71米的2MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，改進(jìn)后葉片根部的捕風(fēng)能力得異提高。
    Enercon 公司在4.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中繼續(xù)采用此項(xiàng)技術(shù)，旋轉(zhuǎn)直徑為112米的葉片端部仍安裝的傾斜“小翼”，使得葉片單片的運(yùn)行噪音小于3個(gè)葉片(旋轉(zhuǎn)直徑為66米)運(yùn)行使產(chǎn)生的噪音。
    丹麥的LM公司在61.5米復(fù)合材料葉片樣機(jī)的設(shè)計(jì)中對(duì)其葉片根部固定進(jìn)行了改進(jìn)，尤其是固定螺栓與螺栓空周圍區(qū)域。這樣，在保持現(xiàn)有根部直徑的情況下，能夠支撐的葉片長(zhǎng)度可比改進(jìn)前增加20％。另外，LM公司的葉片預(yù)彎曲專有技術(shù)也可以進(jìn)一步降低葉片重量和提高產(chǎn)能。

    三  風(fēng)機(jī)葉片的制造工藝
    隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的不斷提高，安裝發(fā)電機(jī)的塔座和捕捉風(fēng)能的復(fù)合材料葉片做的越來(lái)越大。為了保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)和塔座安全，不僅要求葉片的質(zhì)量輕也要求葉片的質(zhì)量分布必須均勻、外形尺寸精度控制準(zhǔn)確、長(zhǎng)期使用性能可靠。若要滿足上述要求，需要相應(yīng)的成型工藝來(lái)保證。
    傳統(tǒng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片多采用手糊工藝（Hand Lay-up） 制造。手糊工藝的主要特點(diǎn)在于手工操作、開(kāi)模成型（成型工藝中樹(shù)脂和增強(qiáng)纖維需完全暴露于操作者和環(huán)境中）、生產(chǎn)效率低以及樹(shù)脂固化程度（樹(shù)脂的化學(xué)反應(yīng)程度）往往偏低，適合產(chǎn)品批量較小、質(zhì)量均勻性要求較低復(fù)合材料制品的生產(chǎn)。因此手糊工藝生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的主要缺點(diǎn)是產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)工人的操作熟練程度及環(huán)境條件依賴性較大，生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品的而且產(chǎn)品質(zhì)量均勻性波動(dòng)較大，產(chǎn)品的動(dòng)靜平衡保證性差，廢品率較高。特別是對(duì)高性能的復(fù)雜氣動(dòng)外型和夾芯結(jié)構(gòu)葉片，還往往需要粘接等二次加工，粘接工藝需要粘接平臺(tái)或型架以確保粘接面的貼合，生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜和困難。手糊工藝制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題往往是由于工藝過(guò)程中的含膠量不均勻、纖維/樹(shù)脂浸潤(rùn)不良及固化不完全等引起的裂紋、斷裂和葉片變形等。此外，手糊工藝往往還會(huì)伴有大量有害物質(zhì)和溶劑的釋放，有一定的環(huán)境污染問(wèn)題。因此，目前國(guó)外的高質(zhì)量復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片往往采用RIM、RTM、纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝制造。其中RIM工藝投資較大，適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的大批量生產(chǎn)（>50,000片/年）；RTM工藝適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的中等批量生產(chǎn)（5,000-30,000片/年）；纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝適宜大型風(fēng)機(jī)葉片批量生產(chǎn)。
    RTM工藝主要原理為首先在模腔中鋪放好按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)好的增強(qiáng)材料預(yù)成型體，采用注射設(shè)備將專用低粘度注射樹(shù)脂體系注入閉合模腔，模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng)以保證樹(shù)脂流動(dòng)順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤(rùn)纖維，并且模具有加熱系統(tǒng)可進(jìn)行加熱固化而成型復(fù)合材料構(gòu)件。其主要特點(diǎn)有：
    閉模成型，產(chǎn)品尺寸和外型精度高，適合成型高質(zhì)量的復(fù)合材料整體構(gòu)件（整個(gè)葉片一次成型）；
    初期投資小(與SMC及RIM相比)；
    制品表面光潔度高；
    成型效率高（與手糊工藝相比），適合成型年產(chǎn)20，000件左右的復(fù)合材料制品；