风电叶片复合材料固化工艺优化研究

风电叶片复合材料固化工艺优化研究

刘梅、王富平

国电联合动力技术（保定）有限公司， 河北省保定市， 071000

摘要：风能作为一种可再生的清洁能源，取之不尽，用之不竭，受到了各国的重视和积极开发。现阶段，随着风电业的快速发展，叶片大型化的发展趋势越来越明显。为了进一步满足大型叶片的发展需求，新的设计方法以及制造工艺不断涌现。风电叶片复合材料固化工艺优化，对于高效的开发风能，具有重要的影响。本文将简要分析，风电叶片复合材料固化工艺优化方面的相关内容，旨在进一步促进风电叶片复合材料可以更好的促进风力发电工作的开展。

关键词：风电叶片；复合材料；固化工艺；优化

前言：在我们的生活中，风能作为一种可再生的清洁能源，是非常理想的可替代的能源之一。由于风能取之不尽、用之不竭，对于人们的生产和工作都具有一定的影响，备受各国的关注。随着风力发电技术的完善发展，提高风能的利用率，有效降低度电成本，风电机组的单机容量也从最初的十几千瓦扩充到现在的兆瓦级，甚至向更高的目标发展。叶片作为风电机组转换风能的重要构件，其自身的设计及制造技术的发展，都会对整个风电机组的性能、可靠性产生重要的影响。风电叶片复合材料固化工艺优化研究，会涉及到各种设计方法以及材料的对比分析，是一项相对复杂的工作，但是对于提高叶片的质量以及性能发展具有重要影响。为了更好的开展相关工作，重视风电叶片复合材料固化工艺优化，成为迫在眉睫的一项工作。

一、风电叶片复合材料固化工艺优化的重要意义

风能作为一种新能源具有极其大的优势，不仅能提升资源的利用率，对我国资源起到节约保护作用，同时也降低了对环境的污染，符合可持续发展的战略目标。在实际风力发电的工作中，风力发电叶片的制造成本占据着风力发电整个装置成本的百分之十五到百分之二十的比例。结合风力发电实际工作情况以及叶片带来的新问题发现，大型叶片在气动设计、制造工艺、结构设计方面，都需要发生一定的改变。风电叶片复合材料固化工艺优化发展，有利于解决风电叶片在使用过程中可能出现的问题，避免给风电机组的正常运行造成重大影响。叶片结构设计的主要目的，是在寻找保护叶片气动外形和结构可靠性的基础之上，相对而言最具经济性的叶片材料铺层参数。因此，在具体工作，重视风电叶片复合材料固化工艺优化，并严格按照相关规定进行选择优化方案，对于提高风力发电效率，会产生一定的积极影响，这对我国发电事业有着促进作用。

二、风电叶片复合材料固化工艺优化

（一）叶片制造发展趋势

在叶片的研究工作中发现，叶片的制造技术主要涉及叶片的材料体系、三维几何结构发展。当前，相对成熟的复合材料叶片的成型工艺有手糊工艺、预浸料铺放工艺、模压成型工艺、拉挤工艺、纤维缠绕等工艺方法。这些工艺方法在使用的过程中存在各自的优缺点，工作人员可以适当的结合叶片的材料体系，选择合适的工艺方法，以达到最佳的效果。其中，手糊工艺是生产复合材料风电叶片的一种传统工艺，其不受加热、压力的影响，使用成本较低，可以用于低成本制造大型、复杂的制品。但是其生产效率较低，产品质量波动较大。因此，在风电叶片复合材料固化工艺优化中，诸如此类的问题要全面的考虑，综合各种影响因素进行最终的评定，进而实现风电叶片复合材料固化工艺优化目标，促进风电业的发展。

（二）叶片材料

在实际工作中，材料是叶片结构设计的基础，对叶片的气弹相应特性、结构性能都会产生重要的影响。风电叶片材料在经过技术、需求的发展后，之前的选材基本被玻璃钢复合材料取代。玻璃钢复合材料可以根据风力机叶片的受力特点设计强度与刚度，最大限度的减轻叶片质量。其次，容易成型，缺口敏感性较低。相对而言，内阻尼大，抗震性能好这一特性非常明显，同时耐腐蚀性、耐候性较好，便于维修和修补。选择玻璃纤维复合材料叶片，可以根据叶片各部分的受力特点和功能属性，对不同的叶片位置选择不同的材料。因此，在叶片材料选择方面，可以根据工作实际需求，在叶片的不同位置，应用不同的材料，达到最优的材料选择目标。

3. 叶片结构设计方法

在风电叶片复合材料固化工艺优化工作中，叶片结构设计方法也是其中一项重要的内容。大型的风电叶片设计是由壳体、腹板、大梁、叶根增强、前尾缘增强以及防雷系统等部分组成。叶片的机构设计，是根据各个组成部分的功能特点进行合理的材料布置。同时，在叶片设计的环节，还要全面考虑各种影响因素，例如模态分析、刚度分析、极限强度分析、疲劳分析。针对模态分析、刚度分析、极限强度分析、疲劳分析这几项的分析数据进行综合分析，最终确定叶片机构设计方法，选择最优的设计方案。因此，在大型叶片设计中，综合考虑各种影响因素，分析其中存在的问题，最终确定最优的叶片结构设计方法非常重要。

（四）叶片固化措施

在实践工作中，风电叶片复合材料固化工艺优化，需要重点考虑叶片固化措施。为了有效的解决风电大型叶片发展中存在的问题，结合新的叶片结构进行分析，尝试通过模块化设计降低叶片质量，将叶片的壳分成多块设计和制造，选择后进行组装成型。叶片可以分成两段，叶尖段可以设计成可折叠的方式，以降低荷载。叶尖段选择复合材料叶片，通过螺栓实现连接，最终进行装机使用。通过这样的方式，进行叶片固化优化，提高叶片的性能和质量。因此，在叶片固化措施分析的环节，工作人员应在考虑叶片质量的基础之上，综合考虑各种设计方法和优化措施，以期达到最优的优化措施方案。

结语：

综上所述，随着风力发电业以及风力发电技术的发展，风电产业在未来一段时间内，仍保持高速发展的态势。叶片作为风电机组的重要组成部分，其技术发展对整个风电业的发展，都会产生重要的影响。为了满足大型叶片的发展需求，重视风电叶片复合材料固化工艺优化研究与实践，在设计方法、材料选择、制造工艺方面进行深入优化，可以有效提高大型叶片的质量与性能，促使其可以确保风电机更加稳定的运行，提高风力发电的效率，降低风力发电成本，进一步促进风电业快速发展下去。

参考文献：

[1]乔小亮.风电叶片复合材料固化工艺优化研究[J].中国化工贸易,2018.

[2]陈杰.风电叶片复合材料固化工艺优化研究[J].玻璃钢/复合材料,2012,(4):106-108.

[3]杨金水,肖加余,曾竟成, 等.复合材料风电叶片专用树脂体系流变特性[J].武汉理工大学学报,2009,31(21):125-128.

[4]耿杰.环氧树脂及其复合材料微波固化工艺研究[D].江苏:南京航空航天大学,2013.