浅谈风电叶片的特点及制造工艺

董亮亮

摘 要：风力发电是一种较为常用，同时也较为环保的发电方式，与传统的火力发电、水力发电等方式相比，风力发电具有较为显著的优势。在风力发电厂中，风力发电机组是其必不可少的设备，对风力发电的效能等皆有较为重要的影响。本文就风电叶片的特点以及相应的制造工艺进行探究，以供参考。

关键词：风电叶片;特点;制造工艺

近年来，能源问题以及环境问题备受关注。在能源短缺以及环境污染的双重压力下，清洁能源的开发与利用成为相关领域的研究热点。其中，风能是一种无毒、无污染、可循环利用、可再生的清洁能源，开发、利用风能进行发电，日益受到世界各国的重视。

1 风电叶片的特点

风力发电被认为是世界上可再生能源增长最快的领域，而风力发电叶片被普遍认为是高性能碳纤维最重要的增长市场，尤其是在制造超大型风电机组的风电叶片时，需要在兼顾性能的同时，保证最终的风电叶片能够满足实际发电需要。一般情况下，2.5MW的风电机组，其风电叶片的长度可达到40m;5MW的风电机组，其风电叶片的长度可达到60m。针对此类大型叶片，在材料的选择上，必须使用刚而硬、轻而强的高性能碳纤维复合材料，此种材料能够于一定程度上保证最终风电叶片结构强度，同时避免风载作用下叶片发生较大程度的变形以及由此引起的叶片撞击风车支柱问题。

在叶片的生产制造活动中，随着制造材料的改进与制造工藝的优化，各类固化剂、树脂、改性剂体系几乎能够满足风电叶片各种应用对其形式所提出的要求。就复合材料在风电叶片中的应用特性来看，复合型材料的应用，能够兼顾复合材料的强度、刚度以及质量等问题。与基于传统材料的叶片相比，选用复合型材料的叶片具有优良的抗震性、抗疲劳性，能够承受较大的内阻，敏感性相对较低。基于上述特性，在风电叶片中应用复合型材料，不仅能够较好的满足风电机组的工作需要，还可在一定程度上延长风电叶片的使用寿命。具备高强度与高刚度的同事，最大限度降低了叶片的质量，是复合型材料风电叶片的又一大优势，且在叶片的维护与清理上，此种叶片也具有较大的优势。一般情况下，复合型材料叶片的清理与维护工作仅需间隔一段时间，涂抹上相应的涂料即可。针对大型风力发电机组的实际工作环境（多建立于海上），在风电叶片设计中，叶片的抗腐蚀性、抗酸性等要求是需要审视思考的问题，而复合型材料的应用，则较好的解决了这类问题。

2 风电叶片的制造工艺

风电叶片是风力发电机组的重要组成部分，在新型复合材料引入风电叶片的设计、制造领域后，风电叶片的制造工艺也发生了较大的变化。从风电叶片的设计角度分析，考虑到风力发电机组工作条件以及性能需求对风电叶片提出的各类需求，整个设计的难度相对较大。从风电叶片的制造角度考虑，在有效的加工材料的基础之上，优化风电叶片的制造工艺，保障风电叶片的实际性能，对风电叶片、风电机组的正常运行有着较为重要的意义。

就复合叶片的制造工艺来看，制造过程的优化是整个工艺优化的重要环节。在制造的模子上，形成叶片的主梁以及蒙皮等一系列零件，是整个叶片制造的第一环节。在完成各类零件的制造后，即需要进行零件的组装，最后合模固化，形成风电叶片。因此，整个风电叶片的加工制造过程大致可概括如下：

手糊→真空导入树脂模塑→树脂传递模塑→树脂浸渍工艺→纤维缠绕工艺→木纤维环氧饱和工艺→模压

在大型风电叶片的制造活动中，制造模具具有一定的难度。要保证复合材料叶片的外形与尺寸满足设计的要求，就必须对模具的刚度以及强度提出相对严苛的要求。而针对大型模具的制造，高精度，大尺寸，高强度，就意味着更高的成本。基于此，在大型复合材料叶片的模具制造中，为了优化其制造工艺，降低制造成本，模具制造的材料也逐渐由金属模具想复合材料模具转变。而此种转变，意味着风电叶片的尺寸也可以设计得更长，进而满足大型风电机组的实际需求。

在叶片的固化问题方面，考虑到模具的尺寸相对较大，一般不能采用传统的外部加热方式进行升温固化，这使得风电叶片制造的固化周期延长，连续化生产难度也随之增大。针对这一问题，制造工艺的优化从固化方式入手进行了改进，即风电叶片在模具上成型后，即进行脱模处理，于室外进行光照后固化处理。虽然此种制造工艺在一定程度上解决了传统升温固化的问题，但光照后固化的制造工艺需要特定的气候条件，内置热源的叶片模具研发由此受到了重视。

3 结语

在风力发电机组的设计与制造中，风电叶片的制造是其重要内容。基于风电机组给叶片制造提出的要求，以复合型材料为生产材料的大型风电叶片逐渐成为制造领域的一大趋势。在复合材料风电叶片的制造活动中，模具问题以及叶片固化问题是较为突出的问题，相关的研究者从材料、处理方法等角度进行了优化，为风电叶片的制造提供了重要的参考。

参考文献：

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