风力发电叶片行业.ppt

风力发电叶片行业,关于风电叶片客户所用树脂、胶水、设备、耗材等情况是振奋人心的。树脂多以帝斯曼，亚什兰，CASCO（阿克苏诺贝尔）等品牌为主，一般月用量约为40K公斤左右；胶产品多以亨斯曼爱牢达为主，一般月用量约为40100公斤左右（叶片骨架的粘接胶用量会更多）；辅助的乐泰胶，多以螺纹锁固胶、瞬干胶为主，一般月用量约为30公斤左右。当前独资的风电企业由于多为国外转移居多，所以，应用进口胶没有问题；至于国内企业，原料应用转换为进口也必非偶然。产品要在市场上立足，需要有竞争力，进口原料是保证质量的前提条件。此外，由于此行业目前是由初级阶段步入发展阶段，所以孕育而生的各种需求应该是今后的发展主流。涂胶设备：LCC双组份设备、2K双组分设备、GRACO单组份设备、GRACO油泵、油脂泵、HASCO喷涂设备,一、是否是朝阳行业，并且在此行业内产品的量是否够大；,二、风力发电机结构和组成,1.叶片2.叶轮轮毂3.叶片轴承4.主传动轴5.副发电机6.齿轮箱7.碟式刹车8.油温冷却器9.万向节轴10.主发电机11.维修用小吊车12.变桨控制器13.机组坐架14.塔架15.偏航控制系统16.齿轮箱支撑杆17.偏航齿圈18.偏航齿轮19.塔顶控制单元20.液压刹车系统,由自然风力推动风机叶片转动,再由风机轴承驱动发电机发电，因此风力发电是由风能转换为机械能再转换为电能，所产生的电力由交流-直流-交流（ACDC-AC）电力转换器，从而维持稳定的电压和频率，再输送到各电力系统。风力发电机主要部件：机舱、驱动转子、叶片、塔架、电力转换器及发电机等主要部件。,三、风力发电原理,四、风电叶片设计,五、大型叶片生产现场,六、现阶段叶片分类及材料,小型风力机：600kw以下中型风力机：600kw-1MW大型风力机:1MW以上未来中国2/3的风电场将采用1.5MW级叶片，海上风电场采用2MW级的叶片,叶片材料：1.木材2.复合材料（玻璃纤维增强环氧树脂、玻璃纤维增强聚酯树脂、碳纤维增强环氧树脂）,小型风力机的叶片常用优质木材加工制成，表面涂上保护漆，其根部与轮毂相接处使用良好的金属接头并用螺栓拧紧。有的采用玻璃纤维或其它复合材料蒙皮则效果更好。大、中型风力机使用木制叶片时，不象小型风力机上用的叶片由整块木料制作，而是用很多纵向木条胶接在一起(图1-5a)，以便于选用优质木料，保证质量。有些木料叶片的翼型后缘部分可填塞质地很轻的泡沫塑料，表面再包以玻璃纤维形成整体(图1-5b)。采用泡沫塑料的优点不仅可以减轻重量，而且能使翼型重心前移(重心移至靠前缘四分之一弦长处最佳)。这样可以减少叶片转动时所产生的不良振动，对于大、中型风力机叶片尤为重要。为了减轻叶片重量，有的叶片用一根金属管作为受力梁，以蜂窝结构、泡沫塑料或轻木作中间填充物，外面再包上一层玻璃纤维(图1-5c)。为了降低成本，有些中型风力机的叶片采用金属挤压件，或者利用玻璃纤维或环氧树脂抽压成型(图1-5d)。但整个叶片无法挤压成渐缩形状，即宽度、厚度等不能变化，难以达到高效率。有些小型风力机为了达到更经济的效果，叶片用管梁和具有气动外形的较厚的玻璃纤维蒙皮做成(图1-5e)。或者用铁皮或铝皮预先做成翼型形状，加上铁管或铝管，用铆钉装配而成(图1-5f)。,总的说来，除小型风力机的叶片部分采用木质材料外，中、大型风力机的叶片今后的趋势都倾向于采用玻璃纤维或高强度复合材料。,七、叶片的构造,图1-5,主要分为两种：即开模手工积层与闭模渗透制程，用预浸料开模手工积层不需要昂贵的工装设备，但是效率较低，质量不稳定，通常只用于生产叶片长度较短与批量较小者。闭模浸渗技术用于大型叶片(40m以上)及大批量的生产，其效率高、成本低质量亦较稳定，一般有树脂转注法(RTM)或真空树脂扩散法(VARIM或VIP)也有利用拉挤成型制造的，其中以真空辅助方式较能达到质量的要求，其关键点必须注意树脂的黏度与流动性，模具注入孔的设计及相关工艺参数，并尽量减少复合材料的孔隙率，此外，风力发电转子叶片要不断更新设计，例如为了保证与塔柱之间隙，除了提高叶片材料钢度外，从设计角度可在风力作用的反方向，把叶片设计成预弯曲外形，然后在风力作用下，使预弯曲叶片变直。又例如在转子叶片设计中采用弯曲扭转偶合效应，实现控制载荷和应力，最终达到降低载荷峰值并减少疲劳破坏的目的。,八、叶片的制造工艺,1.小型风电叶片-木材或复合材料风机叶片,用手积层制造，其方式是将叶片分成上下两部分个别制造，材料包括碳/玻纤，环氧/不饱和聚酯树脂，巴沙木或发泡蕊材，在抽真空填充及硬化后，在叶片内部安装网圈然后将两半粘接，再用手工研磨及去除多余黏着剂，其胶壳具有抗紫外线且非反射的表面特性，因此不必再涂漆，维修的需求性低。,可与公共电力网联机供家庭或公司使用，其产品有1、1.5、10及15KW不等，所有叶片由Strongwell以拉挤成型制造提供，采用乙烯酯树脂(具较佳延展性)。,专供偏远地区家庭用电及开发中的国家农村等使用，采多样化制程生产叶片，包括以30%短碳纤PBT射出成型的400W发电机叶片，并针对3KW发电机叶片进行手积层制造最适化设计。,开模手工积层工艺及其它,2.大、中型风电叶片-复合材料风机叶片,传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺（HandLay-up）制造,手糊工艺的主要特点在于手工操作、开模成型（成型工艺中树脂和增强纤维需完全暴露于操作者和环境中）、生产效率低以及树脂固化程度（树脂的化学反应程度）往往偏低，适合产品批量较小、质量均匀性要求较低复合材料制品的生产。因此手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量对工人的操作熟练程度及环境条件依赖性较大，生产效率低和产品的而且产品质量均匀性波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率较高。特别是对高性能的复杂气动外型和夹芯结构叶片，还往往需要粘接等二次加工，粘接工艺需要粘接平台或型架以确保粘接面的贴合，生产工艺更加复杂和困难。手糊工艺制造的风力发电机叶片在使用过程中出现问题往往是由于工艺过程中的含胶量不均匀、纤维/树脂浸润不良及固化不完全等引起的裂纹、断裂和叶片变形等。此外，手糊工艺往往还会伴有大量有害物质和溶剂的释放，有一定的环境污染问题。,高质量复合材料风机叶片往往采用RIM(聚胺酯反应注射成型)、RTM、缠绕及预浸料/热压工艺制造,RIM工艺投资较大，适宜中小尺寸风机叶片的大批量生产（50,000片/年）,RTM工艺适宜中小尺寸风机叶片的中等批量生产（5,00030,000片/年）,缠绕及预浸料/热压工艺适宜大型风机叶片批量生产,主要原理为首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体(Preform)，采用注射设备将专用低粘度注射树脂体系注入闭合模腔，模具具有周边密封和紧固以及注射及排气系统以保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具有加热系统可进行加热固化而成型复合材料构件。其主要特点有：闭模成型，产品尺寸和外型精度高，适合成型高质量的复合材料整体构件（整个叶片一次成型）；初期投资小(与SMC及RIM相比)；制品表面光洁度高；成型效率高（与手糊工艺相比），适合成型年产20，000件左右的复合材料制品；环境污染小(有机挥发份小于50ppm，是唯一符合国际环保要求的复合材料成型工艺)。由此可看出，RTM工艺属于半机械化的复合材料成型工艺，工人只需将设计好的干纤维预成型体放到模具中并合模，随后的工艺则完全靠模具和注射系统来完成和保证，没有任何树脂的暴露，并因而对工人的技术和环境的要求远远低于手糊工艺并可有效地控制产品质量。RTM工艺采用闭模成型工艺，特别适宜一次成型整体的风力发电机叶片（纤维、夹芯和接头等可一次模腔中共成型），而无需二次粘接。与手糊工艺相比，不但节约了粘接工艺的各种工装设备，而且节约了工作时间，提高了生产效率，降低了生产成本。同时由于采用了低粘度树脂浸润纤维以及采用加温固化工艺，大大提高了复合材料质量和生产效率。RTM工艺生产较少的依赖工人的技术水平，工艺质量仅仅依赖确定好的工艺参数，产品质量易于保证，产品的废品率低于手糊工艺。RTM工艺与手糊工艺的区别还在于，RTM工艺的技术含量高于手糊工艺。无论是模具设计和制造、增强材料的设计和铺放、树脂类型的选择与改性、工艺参数（如注射压力、温度、树脂粘度等）的确定与实施，都需要在产品生产前通过计算机模拟分析和实验验证来确定，从而有效保证质量的一致性。这对生产风力发电机叶片这样的动部件十分重要。因此，由以上的分析和比较可看出，采用复合材料RTM树脂传递模塑工艺技术替代风力发电机叶片手糊制造工艺，具有生产效率高、产品质量好、力学性能强等特点。同时可极大减少树脂的有害成份挥发对人体和环境造成的危害，是当前风力发电机叶片制造技术的主要发展方向。该技术的应用可基本解决目前手工糊制叶片制造工艺中存在的技术和质量问题，是产品更新换代和占领市场的关键技术,RTM工艺,真空树脂扩散法(VARIM或VIP)工艺介绍,风机叶片的制造在一个铸模腔内完成封闭式地铸型制造，纤维材料与中心部分的材料都填充于铸模腔内，辅以真空环境，用填充管注入粘合材料，填充管放在叶片边缘下方，以便粘合材料注入后的流动，可达到叶片的后缘，充分渗透于其中的各个孔隙。,九、LCC设备在风电叶片中的应用,凝胶涂层树脂真空灌输粘接维修及表面处理成型喷涂,应用描述,凝胶涂层,A.设备：LFRH普通流量型固定比率PosiLoad计量泵气压驱动缸手持式抛弃型静态混合器流量：4.5Kg/minute黏度适用范围：80,000cps以内胶材：环氧,B.应用点：小型风力机叶片表面C.作用：提供良好的耐侯性、防振动、疏水性好、空气浮尘粘结少,A.设备:HFR大流量型固定比率PosiLoad计量泵气压式驱动缸抛弃型静态混合器或动态搅拌混合器最大流量：10Kg/minute黏度适用范围：80,000cps以内胶材：环氧B.应用点：中型风力机叶片表面C.作用：提供良好的耐侯性、防振动、疏水性好、空气浮尘粘结少,凝胶涂层,A.设备:MobileHFR,固定比率PosiLoad计量泵气压式驱动缸动态搅拌混合器最大流量：10Kg/minute黏度适用范围：upto80,000cps胶材：环氧,凝胶涂层,B.应用点：大型风力机叶片表面C.作用：提供良好的耐侯性、防振动、疏水性好、空气浮尘粘结少,A.设备:DXC普通流量型可调节比率比率范围：1:1to20:1齿轮计量泵变速马达抛弃型静态混合器比率和流量监测系统桶装或蓄料罐供料最大流量：25Kg/minute黏度适用范围：10to1,500cps胶材：环氧,树脂真空灌输,B.应用点：小型风力机叶片（手积层工艺中有真空填充）,A.设备:DXC中等流量型可调节比率比率范围：1:1to20:1齿轮计量泵变速马达电子式动态混合器比率和流量监测系统桶装或蓄料罐供料最大流量：45Kg/minute黏度适用范围：10to1,500cps胶材：环氧,树脂真空灌输,B.应用点：中型风力机叶片（纤维材料和中心部件之间）,A.设备:DXC大流量型可调节比率比率范围：1:1to20:1齿轮计量泵变速马达动态混合器比率和流量监测系统桶装或蓄料罐供料最大流量：60Kg/minute黏度适用范围：10to1500cps胶材：环氧,树脂真空灌输,B.应用点：大型风力机叶片（纤维材料和中心部件之间）,粘接,A.设备:高流量施工工具可调节比率比率范围：1:1to20:1齿轮计量泵变速马达抛弃型静态混合器比率和流量控制系统最大流量：10Kg/minute黏度适用范围upto100,000cps胶材：环氧或聚氨酯,B.应用点：小型或中型风力机叶片（一个叶片分两部分模具成型，然后粘接成整体）,维修及表面处理,A.设备:RST200固定比率PosiLoad计量泵从20lt/200lt桶内计量供料动态混合器或抛弃型静态混合器最大流量：Upto4Kg/minute黏度适用范围：upto500,000cps胶材：环氧,B.应用点：风力机叶片（叶片表面涂层损坏维修）,成型,A.设备：DXC普通流量型可变比率比率范围：1:1to20:1齿轮计量泵变速马达旋转/静态抛弃型混合器最大流量：3.3Kg/minute黏度适用范围：UPTo55,000cps胶材：环氧,B.应用点：小型及中型风力机叶片（小部件成型）,喷涂,A.设备:XtremeMixMixers/SpraysPluralComponentEpoxyPaints无气喷涂系统便携式Ratedfor7,250psiReportingCapabilities喷涂高黏度材料胶材：环氧或聚铵脂,B.应用点：叶片表面处理后喷涂,十、GRACO/HASCO设备在风电叶片中的应用,1.叶片端面螺纹孔点或喷防绣油Graco油泵,2.叶片表面喷油漆Gracopromixeasy系统(我们不能做)HASCO手动无气喷漆泵3.叶片骨架密封Graco/HASCO单组分胶泵,十一、润滑油、胶水在风电叶片中的应用,1.叶片端面螺纹孔点油摩力克润滑油2.叶片内部零部件的粘接（塑料，金属，玻璃纤维或碳纤维）爱牢达胶水3.叶片骨架密封DC硅胶,十二、客户群,金风科技股份公司中航惠腾风电设备有限公司丹麦Vestas风力发电设备(中国)有限公