风电叶片轻木芯材含水率超标处理方法研究

2021-07-29常军委吴彦波刘鲜红

天津科技 2021年7期

常军委，吴彦波，刘鲜红

(东方电气(天津)风电叶片工程有限公司天津 300480)

0 引言

轻木芯材是风电叶片主要的原材料之一。轻木芯材的密度范围在100～150 kg/m3[1]，其本身是一种类似微孔的蜂窝结构，由于轻木的强度与刚度比大部分同密度的泡沫塑料高[2]，已被广泛应用于风力发电叶片材料，且在叶片结构中占有很大比例。

近年来，随着风机抢装潮的到来，风机上游原材料需求显著提高，2020年以来叶片原材料轻木芯材严重供应不足，且国内的轻木依赖于进口，受整个国际新冠肺炎疫情的影响，轻木更是“身价”倍增，这也直接导致轻木芯材的质量参差不齐。尤其是轻木在长期储藏和运输过程中密封不好容易吸水导致含水率超标，一方面直接导致很多缺陷的产生，给实际生产带来了很大的维修工作量；另一方面影响树脂的固化和芯材与纤维布的结合力，对叶片的质量影响很大，甚至造成叶片的报废。

芯材含水率已经成为轻木芯材检验环节的一项重要指标，其符合性和稳定性对后续工序的稳定控制具有重要作用[3]。本文对风力发电叶片轻木芯材含水率超标问题的解决方法进行了分析和研究。

1 试验部分

如图1所示，本文所用的试验材料是某公司提供的轻木芯材，密度为150 kg/m3，试验材料尺寸如图1所示：宽度610 mm、长度1 100 mm、厚度20 mm。

图1 轻木芯材图Fig.1 Picture of balsa core material

长针式的含水率测试仪如图2所示。其他设备及工具：加热设备，测温枪，热电偶，卷尺，常规计时器。芯材轻木含水率测试结果见表1。

图2 芯材含水率测试仪Fig.2 Moisture content tester of core material

表1 芯材轻木含水率测试数据Tab.1 Moisture content test data of balsa core material

试样制备：芯材上、下表面各铺2层蒙皮进行真空灌注成型。

2 试验结果与分析

为了减少芯材因含水率超标造成的缺陷，在芯材使用前对含水率超标的芯材进行了烘干加热试验。烘干加热温度设置60、70、80℃，保温时间6 h，具体加热曲线如图3所示。

图3 芯材除湿加热工艺曲线Fig.3 Curve of core material drying and heating process

在烘干过程中每隔1 h对轻木芯材进行1次含水率测量，每个加热工艺下测试6次，测试结果如图4、图5所示。

图4 不同含水率的芯材随加热温度和时间变化曲线Fig.4 Variation curve of core material with different moisture contents with heating temperature and time

图5 同一含水率的芯材随加热温度和时间变化曲线Fig.5 Variation curve of core material with same moisture content with heating temperature and time

试验结果表明：芯材含水率＞12%的区域缺陷出现的概率极高。原因分析：水会加快环氧树脂的反应，加剧放热；含水超标的芯材在灌注过程中随着放热过程温度的升高形成水蒸气，而芯材中原有含水位置的流道就会随着灌注过程进入树脂，芯材中树脂含量达到一定程度时导致放热过程中温度升高很快，而人工来不及降温导致此区域形成缺陷。

从图4中可以看出，不同含水率的芯材在同一加热温度下随加热时间的延长逐渐降低，图5显示同一含水率的芯材随加热温度的升高含水率降低越来越快。在80℃烘干4 h含水率均能＜12%，而在60℃烘干6 h含水率才能降低至＜12%。

在此基础上，使用含水率＜12%的芯材进行了真空灌注试验，结果无缺陷。