康 楠

(天津東汽風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300456)

風(fēng)機(jī)葉片真空系統(tǒng)布置的優(yōu)化與應(yīng)用

康 楠

(天津東汽風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300456)

通過對某型號風(fēng)機(jī)葉片真空系統(tǒng)布置的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了系列優(yōu)化方案，并結(jié)合外界環(huán)境條件對各方案進(jìn)行驗(yàn)證，掌握了不同溫況下較為合理的真空系統(tǒng)布置工藝，并給出在推廣中進(jìn)一步優(yōu)化的建議，對于企業(yè)降本增效、提升市場競爭力具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

風(fēng)機(jī)葉片 真空灌注 系統(tǒng)布置 溫度

0 引 言

隨著風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展，市場競爭日趨激烈，如何更合理地降本增效已日益成為風(fēng)電行業(yè)各個(gè)廠家追求的目標(biāo)。其中，科學(xué)減少產(chǎn)品灌注過程中耗用的環(huán)氧樹脂并穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，已成為行業(yè)共識。優(yōu)化產(chǎn)品成型工序中的真空系統(tǒng)，以其“事半功倍”的特性，逐步得到了推廣和應(yīng)用。

1 真空灌注系統(tǒng)的概念及原理

真空灌注工藝是一種利用真空壓力將產(chǎn)品制作成型的工藝技術(shù)。具體到風(fēng)電葉片的應(yīng)用，是將纖維增強(qiáng)材料和芯材直接鋪覆到模具表面，然后使用真空袋進(jìn)行包覆、密封，通過真空泵抽氣至負(fù)壓狀態(tài)，最后樹脂通過進(jìn)膠口浸透構(gòu)件，經(jīng)過加熱、固化后成型。

在實(shí)際應(yīng)用中，通常會(huì)使用部分輔助材料，在真空袋與構(gòu)件之間形成負(fù)壓狀態(tài)下的有效腔體，供樹脂流動(dòng)、滲透。這些輔助材料的鋪放方式稱之為真空系統(tǒng)的布置。本文以某型號葉片的真空系統(tǒng)布置為例，進(jìn)行方案優(yōu)化的討論與研究。

2 試驗(yàn)過程

2.1 現(xiàn)狀描述

圖 1所示為現(xiàn)階段使用的真空系統(tǒng)布置圖。圖中對于導(dǎo)流網(wǎng)、Ω管、螺旋管等輔助材料的布置進(jìn)行了明確。

在現(xiàn)有工藝狀態(tài)下，該型號葉片殼體灌注樹脂耗用量均值為1,170±10,L，灌注過程約耗時(shí)2,h。

2.2 系統(tǒng)優(yōu)化方案

根據(jù)現(xiàn)場觀測，參照現(xiàn)有方案樹脂流動(dòng)情況，可從葉根導(dǎo)流網(wǎng)及前緣Ω管的布置兩方面下手進(jìn)行優(yōu)化——即更改葉根雙層導(dǎo)流網(wǎng)、前緣Ω管及其底座下導(dǎo)流網(wǎng)的截止位置，提出 4種改進(jìn)方案：①葉根雙層導(dǎo)流網(wǎng)改為 1層；葉根處導(dǎo)流網(wǎng)可在環(huán)境溫度高于17,℃的情況下，由兩層調(diào)整為一層。②葉根雙層導(dǎo)流網(wǎng)改為 1層，前緣Ω管及其底座下導(dǎo)流網(wǎng)由現(xiàn)有的L1,m～L24,m 改為 L1,m～L19,m；③葉根雙層導(dǎo)流網(wǎng)改為 1層，前緣Ω管由現(xiàn)有的 L1,m～L24,m改為L1,m～L10,m，其底座下導(dǎo)流網(wǎng)由現(xiàn)有的 L1,m～L24,m 改為 L1,m～L19,m。④葉根雙層導(dǎo)流網(wǎng)改為1層，前緣Ω管及其底座下導(dǎo)流網(wǎng)由現(xiàn)有的 L1,m～L24,m 改為 L1,m～L10,m，同時(shí)為保證灌注效果，于前緣側(cè) L19,m 第一層真空袋處增加一個(gè)抽氣口，視灌注情況進(jìn)行開閉。

圖1 在用真空系統(tǒng)布置簡圖Fig.1 Layout diagram of the vacuum system in use

表1 試驗(yàn)前后殼體灌注樹脂用量對比表Tab.1 Correlation table of resin consumption during the experiment

2.3 工藝改進(jìn)效果

根據(jù)上述方案，選擇技術(shù)嫻熟、人員穩(wěn)定的 4支生產(chǎn)班組對連續(xù)生產(chǎn)的 9支葉片灌注工序進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤(操作環(huán)境平均溫度為 20～22,℃)，樹脂耗用量明顯減少，詳見表1。

從表1可看出，通過對該型號葉片殼體現(xiàn)有真空系統(tǒng)布置方案進(jìn)行優(yōu)化，殼體灌注樹脂耗用量可減少20～30,L/支；從灌注時(shí)間上看，在室溫高于 17,℃時(shí)，可將灌注時(shí)間控制在 2,h之內(nèi)，可操作性較強(qiáng)；上述產(chǎn)品脫模后表觀碧綠通透，無白斑、干纖維等質(zhì)量問題，且經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測試，樹脂含量滿足設(shè)計(jì)要求。

綜合考慮環(huán)境溫度、樹脂可操作時(shí)間、工藝實(shí)用性等因素，建議選擇方案三作為該型號產(chǎn)品真空系統(tǒng)優(yōu)化方案(17,℃以上環(huán)境下使用)，工況溫度在 17,℃以下仍沿用原有布置方式。單支產(chǎn)品在工藝優(yōu)化后可節(jié)約 1,500元，以年產(chǎn) 400套(一套產(chǎn)品含 3支葉片)計(jì)算，可為企業(yè)節(jié)省180萬元的材料成本。

3 結(jié)論和建議

通過對某型號葉片真空系統(tǒng)的優(yōu)化布置，已基本掌握風(fēng)機(jī)葉片真空系統(tǒng)在不同溫況環(huán)境下的布置方法，并可向其他類型的風(fēng)電葉片產(chǎn)品推廣使用。葉根處導(dǎo)流網(wǎng)可在環(huán)境溫度高于 17,℃的情況下，由兩層調(diào)整為一層；前緣處Ω管與導(dǎo)流網(wǎng)布置建議呈階梯形式，導(dǎo)流網(wǎng)鋪設(shè)長度 2倍于Ω管鋪設(shè)長度；鑒于風(fēng)機(jī)葉片后緣范圍曲率變化較大，不建議更改該部位輔助材料的鋪設(shè)；需要指出的是，導(dǎo)流網(wǎng)的克重、Ω管腔體的大小對灌注時(shí)間存在一定影響，應(yīng)在真空系統(tǒng)布置時(shí)予以考慮。

Optimization and Application of the Layout of Turbine Blade’s Vacuum System

KANG Nan
(TianJin DongQi Wind Turbine Blade Engineering CO.，LTD.，Tianjin 300456，China)

Through analysis on the layout of a specific turbine blade’s vacuum system，the author proposed a series of optimization schemes，which were verified under different external environments. As a result，a reasonable vacuum system suitable to different temperatures was discovered. Meanwhile，further optimization suggestions were proposed for its real application，aiming to help enterprises to reduce cost，increase benefit and enhance their market competitiveness.

turbine blade；vacuum infusion；system layout；temperature

TK83

A

1006-8945(2014)06-0016-03

2014-05-09