郝志勇

(東方電氣天津風電葉片工程有限公司 天津300480)

風電葉片真空灌注成型工藝質(zhì)量問題分析

郝志勇

(東方電氣天津風電葉片工程有限公司 天津300480)

針對目前我國北方環(huán)境下風電葉片生產(chǎn)制造過程中普遍應用的真空灌注成型工藝容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題(灌注時包圍、腔體存在大量氣泡、白斑和干纖維)，按照高溫和常溫的不同影響分別進行說明，并對不同環(huán)境溫度下主梁帽成型和殼體成型發(fā)生的質(zhì)量問題給出了原因分析和解決方法。結(jié)果表明，只要根據(jù)環(huán)境溫度變化及時調(diào)整生產(chǎn)工藝，可以做到灌注質(zhì)量風險可控，有效避免許多質(zhì)量問題。高溫環(huán)境生產(chǎn)作業(yè)有時固化時間更快，節(jié)約了模具占用時間，提高了生產(chǎn)效率。

風電葉片 真空灌注工藝 質(zhì)量問題

0 引 言

目前，國內(nèi)外兆瓦級的風電葉片多采用真空灌注成型工藝。[1]樹脂作為真空灌注工藝中的關鍵材料，其粘度、凝膠時間、固化速度等性能受環(huán)境溫度的影響變化較大。[2-3]因此，需要對不同環(huán)境溫度下，灌注樹脂的性能變化給風電葉片成型過程帶來的潛在質(zhì)量隱患給予足夠重視，并進行相應的工藝調(diào)整。

1 成型質(zhì)量問題

在中國北方，每年 7月份屬于高溫季節(jié)。經(jīng)測量統(tǒng)計，某天津風電葉片公司成型車間環(huán)境溫度約為35,℃左右，濕度為 75%,左右，樹脂從靜態(tài)混合器打出后出口溫度為 30～32,℃，粘度為 138～151,mPa．S，凝膠時間相對變短，約為150,min左右。這對于面積較小、層數(shù)較少的葉片大梁(腹板)灌注成型幾乎沒有影響，但對于面積較大、層數(shù)較多的葉片主梁帽和殼體的灌注成型則影響較大，需要根據(jù)生產(chǎn)實際情況進行部分工藝調(diào)整。下面就某1.5,MW風電葉片高溫環(huán)境(30～40,℃)和常溫環(huán)境(溫度為 20～30,℃)下灌注成型葉片主梁帽和殼體時常出現(xiàn)的質(zhì)量問題分列如下(見表1)：

表1 不同環(huán)境下主梁帽成型和殼體成型常見質(zhì)量問題Tab.1 Common quality problems during main cap forming and shell forming under different environmental temperatures

2 原因分析及解決方法

2.1 主梁帽灌注時包圍問題

主梁帽高溫灌注時易形成包圍，主要原因為主梁帽連續(xù)生產(chǎn)時，模具溫度較高就開始繼續(xù)操作，造成整個纖維層腔體溫度較高；加之高溫環(huán)境下樹脂粘度很低，易于流動，容易形成樹脂超前到達，從而對未完全浸透區(qū)域反浸。

解決方法為：①主梁帽脫模后，給予一定時間降溫(約 40～60,min)或可輔以電扇；②減少底部導流網(wǎng)層數(shù)(由兩層變?yōu)?1層)，減緩樹脂流動；③分時段開啟進膠口或半開進膠口等。幾種方案可以根據(jù)實際情況部分使用或配合使用。

2.2 殼體成型時包圍問題

殼體高溫灌注時易形成包圍，主要原因為高溫下樹脂粘度較低，在導流網(wǎng)中流速過快，大于向纖維中的滲透速度，造成殼體上表面和葉根最低區(qū)域快速到達邊緣，而對其他區(qū)域造成包圍。

解決方法為：將葉根區(qū)域的導流網(wǎng)邊距由 5,cm控制到10～25,cm范圍內(nèi)(見圖1)，具體的邊距根據(jù)室溫越高、邊距越大的原則來控制。

圖1 葉根區(qū)域?qū)Я骶W(wǎng)調(diào)整圖Fig.1 Diversion net adjustment in the blade root area

2.3 殼體成型時包圍問題

高溫時殼體灌注單向布區(qū)域氣泡相對較多，常溫時單向布區(qū)域氣泡也比較多。主要原因為：樹脂中帶入的氣泡集中于主梁帽(DF82A包括后緣的單向帶)底下的連續(xù)氈，而難于被抽出。同時，在所有導膠Ω管底下區(qū)域灌注后嚴重發(fā)白，泡沫及巴薩木縫隙里夾雜很多小氣泡也都是由于樹脂中的氣泡聚集所致。其他原因還有高溫下更易造成進膠管和抽氣管漏氣。解決方法為：①嚴格加強灌注和固化過程控制，避免整個腔體出現(xiàn)局部漏氣；②將用于灌注的樹脂進行脫泡處理。在接近真空(－0.1,MPa)狀態(tài)下，保持抽氣 10,min左右，同時要求做好生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)和避免樹脂傾倒過程帶入大量氣泡。兩者方案必須結(jié)合使用。

2.4 常溫主梁帽白斑、干纖維質(zhì)量問題

高溫時樹脂粘度較低，流動較快，有利于主梁帽的灌注與固化。而常溫時樹脂在導流網(wǎng)中流速較快，大于樹脂向纖維中的滲透速度，使灌注過程中“梯度”(樹脂在纖維表面流速與樹脂向纖維內(nèi)流速比值)增大，更易在表層纖維形成包圍現(xiàn)象，從而造成灌注后存在白斑或干纖維。

解決方法為：①使用兩層導流網(wǎng)，但要根據(jù)環(huán)境情況調(diào)整第 2層到抽氣邊緣的距離；②根據(jù)環(huán)境情況，開啟模具預熱；③準備一些注射管，在形成包圍后抽氣或注射。幾種方案可以結(jié)合使用。

2.5 高溫殼體白斑、干纖維質(zhì)量問題

灌注殼體在高溫時出現(xiàn)白斑或干纖維較多。主要原因有：中殼體灌注時形成包圍所致；緩沖區(qū)較小；布置真空灌注系統(tǒng)時不規(guī)范偏差較大；灌注樹脂囤積時間過長，造成后期粘度較大難于流動等。

解決方法為：①在纖維下表面增加導流材料(連續(xù)氈)，如在葉根鋪層前加鋪環(huán)向?qū)Я鳉?，以加強底層的導流空間，增加樹脂向下的滲透壓力，使樹脂在向下和向前兩個方向達到均衡，避免包圍。②在纖維端面適當增加VAP膜，提高抽氣效率。③增加或增大緩沖區(qū)寬度，如在布置真空灌注系統(tǒng)時將兩根注膠用U型管環(huán)向?qū)Я骶W(wǎng)剪斷5,cm(見圖4)，以控制樹脂表層流速過快，封住端面造成包圍，還有如前緣導流網(wǎng)減速區(qū)寬度由 120,mm增加至 250,mm(見圖 2)，確保非泡沫區(qū)域減速區(qū)至少200,mm寬。④在殼體灌注過程中，應根據(jù)灌注實際情況打出樹脂，多次少打降低樹脂囤積，減少樹脂浪費量。⑤嚴格執(zhí)行布置真空灌注系統(tǒng)要求，如鋪層中的導流氈距離端面 5,cm、葉根抽氣口距離鋪層盡量遠等。⑥在灌注過程中，合理調(diào)節(jié)車間環(huán)境溫度、配膠房樹脂的存放溫度。

圖2 導流網(wǎng)減速區(qū)增加及調(diào)整圖Fig.2 Adding and adjusting of deceleration areas in diversion net

3 結(jié) 語

由于真空灌注工藝使用樹脂性能受環(huán)境溫度影響較大，風電葉片的成型過程容易發(fā)生諸多質(zhì)量問題，但只要生產(chǎn)工藝根據(jù)環(huán)境溫度變化及時調(diào)整，仍然可以做到灌注質(zhì)量風險可控，及時避免許多質(zhì)量問題。另一方面，高溫環(huán)境生產(chǎn)作業(yè)有時候比常溫環(huán)境灌注時間更短，固化時間更快，而且節(jié)約了模具占用時間，提高了生產(chǎn)效率?！?/p>

［1］ 郝志勇. 真空導入工藝在風電葉片領域的應用與研究[J]. 天津科技，2011，38(3)：28-30.

［2］ 李艷菲，李敏，顧軼卓，等. 風電葉片用真空灌注型環(huán)氧樹脂及其復合材料性能研究[J]. 玻璃鋼/復合材料，2012(4)：109-114.

［3］ 孫曼靈. 環(huán)氧樹脂應用原理與技術[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2002.

Vacuum Infusion Technology for Wind Power Blades：Analysis of Quality Problems

HAO Zhiyong
(Dongfang Electric Tianjin Wind Turbine Blade Engineering Co.，LTD，Tianjin 300480，China)

At present，the vacuum infusion technology is widely used in the manufacture of wind turbine blades．In this paper，its quality problems，which include surround during infusion，a large number of bubbles in the cavity，white spots and dry fiber，were described in accordance with different effects of high temperature and room temperature in the manufacturing process of wind turbine blades in north China．Moreover，the reason analysis and solving method were presented for quality problems of main cap forming and the forming of shell under different environmental temperatures．The results showed that，as long as the production process can be adjusted according to the change of environment temperature，the risk of infusion quality can be controlled，and many quality problems can be avoided effectively．In the high temperature environment，the time of solidification is faster，which saves the time and improves production efficiency.

wind turbine blades；vacuum infusion technology；quality problem

TM315

A

1006-8945(2016)07-0077-03

2016-06-03