如何制造好的風(fēng)機(jī)葉片？

葉片帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)     1.1 葉片質(zhì)量尚需時(shí)間檢驗(yàn)     國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的 1.5mw 葉片開始裝機(jī)運(yùn)行約在 3 年前，葉片的設(shè)計(jì)壽命為20 年，因此檢驗(yàn)時(shí)間尚短。一旦發(fā)生質(zhì)量事故，企業(yè)維持付出的維修成本會(huì)很大。     1.2 競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致利潤(rùn)率下滑     風(fēng)電機(jī)組的市場(chǎng)價(jià)已經(jīng)由 2008 年的 6200 元/KW 降低到 2010 年的 4000 元/KW，葉片成本占比為風(fēng)電整機(jī)的 20-25%左右，必然遭到整機(jī)廠商的壓價(jià)。2010 年葉片的降價(jià)壓力仍然很大，降價(jià)對(duì)于葉片企業(yè)而言，將是個(gè)長(zhǎng)期的趨勢(shì)。     1.3 葉片制造技術(shù)和工藝復(fù)雜     葉片的生產(chǎn)制造工藝非常復(fù)雜，要求也很高，設(shè)備和模具投資都很大。由于風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速是通過(guò)葉片進(jìn)行調(diào)控，葉片在不同風(fēng)速情況下的變形和切入角都有很嚴(yán)格的要求，所以葉片的設(shè)計(jì)和制造難度非常高。特別是葉片承受的風(fēng)載非常大，葉片在強(qiáng)風(fēng)狀態(tài)下所受風(fēng)載可達(dá)幾百噸以上，這對(duì)葉片的強(qiáng)剛性能要求很高，雖然葉片用了大量的高強(qiáng)材料，但任何一點(diǎn)質(zhì)量缺陷都會(huì)造成葉片的損毀。     如何制造好的風(fēng)機(jī)葉片     在風(fēng)電設(shè)備中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片是極為重要的關(guān)鍵部件，約占總成本的15%～20%。目前，風(fēng)力發(fā)電是世界上能源領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)之一，而當(dāng)今多數(shù)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片已經(jīng)基本上由各種復(fù)合材料制成，應(yīng)用在機(jī)艙罩，輪轂，塔架等部位。據(jù)知世界風(fēng)能產(chǎn)業(yè)大約每年以25%～30%的速度遞增，這必然對(duì)，葉片的長(zhǎng)度提出了更高的要求，據(jù)說(shuō)葉片每增長(zhǎng)6%，捕獲的風(fēng)能可增加l2%。此外，葉片大型化的同時(shí)還要求輕量化，低成本化和高性能化，即在滿足安全，可靠和壽命的前提下質(zhì)量要輕，成本要低，功率要高。為此要進(jìn)行設(shè)計(jì)，材料體系和制造技術(shù)上的系列革新。     目前我國(guó)的風(fēng)機(jī)葉片技術(shù)已可制造1.5～20Mw，長(zhǎng)達(dá)37.3米，甚至42.5米的葉片（目前僅中材科技一家）。但從設(shè)計(jì)材料體系和制造工藝的綜合技術(shù)水平上看，從自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和自主創(chuàng)新能力上看，我們與世界的先進(jìn)水平還有相當(dāng)大的差距。     2.1 葉片材料的選擇     風(fēng)機(jī)葉片與復(fù)合材料制造風(fēng)機(jī)葉片的材料曾用過(guò)木材和金屬，但近年來(lái)已基本上采用各種復(fù)合材料。故風(fēng)機(jī)葉片已成為目前復(fù)合材料極重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一。葉片主要用材體系包括各種增強(qiáng)材料，基體材料，夾層泡沫，膠粘劑以及各種輔助材料等。     2.1.1 增強(qiáng)材料     增強(qiáng)材料大量使用E玻纖，固其成本低和適用性強(qiáng)。當(dāng)要求葉片更高的強(qiáng)度和剛度時(shí)，將會(huì)使用到高強(qiáng)玻纖，如S2玻纖，雖然價(jià)格較高，但適當(dāng)使用會(huì)有好處。某些新興纖維也可用作候選對(duì)象，如超高相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯纖維，連續(xù)玄武巖纖維等。連續(xù)玄武巖纖維是一種新型無(wú)機(jī)纖維，由玄武巖石在高溫熔融狀態(tài)下拉絲而成，其力學(xué)性能與S玻纖相當(dāng)，但有更好的耐酸堿和耐高溫性能。當(dāng)葉片更長(zhǎng)時(shí)其強(qiáng)度，剛度要求更高，自身質(zhì)量也會(huì)更大，此時(shí)則要求采用碳纖維。     2.1.2基體材料     基體材料目前則大量使用不飽和聚酯樹脂(UPR)，其綜合性能優(yōu)良，價(jià)格又低，國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品已可滿足要求。其次還有乙烯基酯樹脂(VER)，環(huán)氧樹脂(PER)等。以環(huán)氧樹脂為基體的復(fù)合材料力學(xué)性能更好，特別是當(dāng)使用碳纖維時(shí)，樹脂都以環(huán)氧為主。上述均為熱固性樹脂，現(xiàn)在也有用熱塑樹脂的，如GatTce公司，研發(fā)所謂的"綠色葉片"雖然目前成本較高，但有一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是可回收解決環(huán)保問題。     2.1.3 加芯材料和膠粘劑     葉片以及機(jī)艙罩等結(jié)構(gòu)都用夾層結(jié)構(gòu)形式，此時(shí)會(huì)大量用到閉孔泡沫材料，目前國(guó)內(nèi)大多用瑞典DIAB公司的泡沫，致使其供不應(yīng)求，據(jù)知DIAB正在美國(guó)建廠擴(kuò)產(chǎn)以進(jìn)一步滿足需求。關(guān)于膠粘劑，輔助材料等問題不大，但多用進(jìn)口材料。     葉片材料經(jīng)歷了木質(zhì)葉片、合金鋼葉片、鋁合金葉片等階段。目前，隨著風(fēng)機(jī)葉片的大型化，具有體重輕，比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)的復(fù)合材料，是風(fēng)機(jī)葉片材料的首選，其中玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹脂、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂和炭纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂是普遍使用的材料，碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂性能較好，但是考慮到乙烯基樹脂可降低葉片成本、工藝性好的特點(diǎn)，隨著對(duì)乙烯基樹脂在葉片上應(yīng)用研究的深入，在不久的將來(lái)乙烯基樹枝將逐步取代環(huán)氧樹脂，成為風(fēng)機(jī)葉片材料的首選。但是隨著人們對(duì)環(huán)境要求的嚴(yán)格，以及對(duì)更多性能好、無(wú)污染的葉片新材料的探索及研究，大規(guī)模使用這些詞那材料是指日可待的。