大型风电设备转轮叶片的制造工艺发电设备(2010No.4)材料与工艺技术大型风电设备转轮叶片的制造工艺童文波(哈尔滨大电机研究所,哈尔滨150040)摘要:介绍了风轮机转轮叶片的结构型式、翼型的优化和材料性能,以及大型风轮机叶片的制造工艺,包括外壳成型、添充纤维的制作、真空浸渍和烘烤固化,指出风轮机的设计制造必须经过模拟试验。关键词:风电设备;转轮叶片;制造工艺中图分类号:TM614󰀁󰀁󰀁文献标识码:A󰀁󰀁󰀁文章编号:1671󰀁086X(2010)04󰀁0289󰀁03ManufacturingTechnologyofRotorBladesforLargeWindTurbinesTONGWen󰀁bo(HarbinInstituteofLargeElectricalMachinery,Harbin150040,China)Abstract:Structureandairfoiloptimizationofrotorbladesforwindturbinesarebeingpresented,whilematerialsandmanufacturingtechnologiestakenforlargewindturbinebladesdescribed,includingtheenclosuremolding,fiberfillerfabrication,vacuumimpregnationandepoxycuringetc.Itispointedoutthatwindturbinedesignsshouldbeperformedbasedonsimulationexperiments.Keywords:windpowerequipment;rotorblade;manufacturingtechnology󰀁󰀁我国风力发电产量已经跃居世界第三,风电设备制造业已超过70多家。在风电机组价格中,风轮机几乎占了一半,而叶片又是风轮机转轮的最关键部件。叶片的设计、制造对风电设备的输出功率、运行寿命等有重大影响。轮叶片,应按相似法则进行翼型的型面和形状的优化;对于小型风轮机转轮叶片,应在较低的雷诺数下进行设计,此时粗糙度的影响更为重要。转轮叶片的设计和制造必须保证翼型的型面、型线的准确,叶片表面粗糙度要符合要求。表面太光亮会造成制造成本太高,表面太粗糙时蚊虫、灰尘等会附着,增大风流阻力而影响效率。近年来风轮机转轮叶片的设计不断改进,新一代的翼型能大幅度增加(约20%)捕集风能的能力,提高机组输出功率。风轮机转轮承受的动态负荷计算是一个世界性课题,至今尚无可靠的计算方法。应建立精确的动态模型,其要求的条件是:(1)适当的自由度。(2)叶片截面的静态特性。(3)详细的风况参数(空间和时间的关系)。(4)忽略不稳定的空气动力作用。1󰀁翼型的优化󰀁󰀁作为流体机械的风轮机转轮叶片断面呈流线型(鱼形),叶片的过流外表面(包括正面和背面)的翼型非常复杂。在叶片形状优化过程中,对型面升力的优化,应当线性插入冲击角和雷诺数;而对型面的阻力,则应线性插入冲击角和对数插入雷诺数。对距离的线性插值法可以确定最终的升力和阻力系数值。当翼型的型面升力较高时,可以最大限度地获得风能;在光洁和粗糙性能之间,优选具有中等升力的翼型的型面是较好的折中方法;对于1m以上的大型风轮机转收稿日期:2010󰀁02󰀁03作者简介:童文波(1968,女,工程师,从事水轮机科研开发工作。E󰀁mail:wenboqq@sina.com289󰀁发电设备(2010No.4)大型风电设备转轮叶片的制造工艺󰀁󰀁因这些条件很难同时满足,因此,翼型优化过程中,只能在翼面升力和阻力之间、在光亮和粗糙之间,选择折中的方法。为了保证按现有水平设计的叶片实现低成本的批量生产,还必须采用现代化的制造工艺。󰀁󰀁由表1可知,碳素纤维和聚酰亚胺纤维强化塑料的机械性能都比整体性玻璃纤维强化塑料优越,而且转轮叶片采用碳素纤维时,运行寿命较长;但是从成型性能和价格方面看,还是整体性玻璃纤维强化塑料优越。目前世界上新增风电机组,特别是大型风轮机组还是以整体性玻璃纤维强化塑料为主流。3.2填充材料3.2.1纤维材料早期的风轮叶片曾经采用木材、竹子、铝合金等,后来都改用人造材料。现代风轮机转轮叶片的填充纤维材料和机械性能对比见表2。表2󰀁风轮机转轮叶片的填充纤维材料和机械性能对比单机容量/kW项目转轮直径/m叶片长度/m填充纤维含量Wi/%󰀁i/%抗张强度/MPa扬氏弹性模量/MPa40141201252~6028~4220~2564~7245~5435~45725492045725492045250~300<3212450~60032~4518~20100045~6026~30200024002󰀁结构形式选择󰀁󰀁叶片断面结构形式基本上分成两种:用于小型叶片的半空心式和用于大型叶片的全空心式。2.1半空心式叶片󰀁󰀁半空心式叶片早期用于中小型的转轮,其特点是叶片的鱼形断面中部(相当于1/3长度)设有椭圆形骨架(用...