郝志勇

(東方電氣天津風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

風(fēng)電葉片真空灌注成型工藝質(zhì)量問(wèn)題分析

郝志勇

(東方電氣天津風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

針對(duì)目前我國(guó)北方環(huán)境下風(fēng)電葉片生產(chǎn)制造過(guò)程中普遍應(yīng)用的真空灌注成型工藝容易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題(灌注時(shí)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(jìn)行說(shuō)明，并對(duì)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(wèn)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(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝，可以做到灌注質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)可控，有效避免許多質(zhì)量問(wèn)題。高溫環(huán)境生產(chǎn)作業(yè)有時(shí)固化時(shí)間更快，節(jié)約了模具占用時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

風(fēng)電葉片 真空灌注工藝 質(zhì)量問(wèn)題

0 引 言

目前，國(guó)內(nèi)外兆瓦級(jí)的風(fēng)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(guān)鍵材料，其粘度、凝膠時(shí)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(duì)不同環(huán)境溫度下，灌注樹脂的性能變化給風(fēng)電葉片成型過(guò)程帶來(lái)的潛在質(zhì)量隱患給予足夠重視，并進(jìn)行相應(yīng)的工藝調(diào)整。

1 成型質(zhì)量問(wèn)題

在中國(guó)北方，每年 7月份屬于高溫季節(jié)。經(jīng)測(cè)量統(tǒng)計(jì)，某天津風(fēng)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(shí)間相對(duì)變短，約為150,min左右。這對(duì)于面積較小、層數(shù)較少的葉片大梁(腹板)灌注成型幾乎沒(méi)有影響，但對(duì)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(shí)際情況進(jìn)行部分工藝調(diào)整。下面就某1.5,MW風(fēng)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(shí)常出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)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(wèn)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(shí)包圍問(wèn)題

主梁帽高溫灌注時(shí)易形成包圍，主要原因?yàn)橹髁好边B續(xù)生產(chǎn)時(shí)，模具溫度較高就開始繼續(xù)操作，造成整個(gè)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(dòng)，容易形成樹脂超前到達(dá)，從而對(duì)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(shí)間降溫(約 40～60,min)或可輔以電扇；②減少底部導(dǎo)流網(wǎng)層數(shù)(由兩層變?yōu)?1層)，減緩樹脂流動(dòng)；③分時(shí)段開啟進(jìn)膠口或半開進(jìn)膠口等。幾種方案可以根據(jù)實(shí)際情況部分使用或配合使用。

2.2 殼體成型時(shí)包圍問(wèn)題

殼體高溫灌注時(shí)易形成包圍，主要原因?yàn)楦邷叵聵渲扯容^低，在導(dǎo)流網(wǎng)中流速過(guò)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(dá)邊緣，而對(duì)其他區(qū)域造成包圍。

解決方法為：將葉根區(qū)域的導(dǎo)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(lái)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(shí)包圍問(wèn)題

高溫時(shí)殼體灌注單向布區(qū)域氣泡相對(duì)較多，常溫時(shí)單向布區(qū)域氣泡也比較多。主要原因?yàn)椋簶渲袔氲臍馀菁杏谥髁好?DF82A包括后緣的單向帶)底下的連續(xù)氈，而難于被抽出。同時(shí)，在所有導(dǎo)膠Ω管底下區(qū)域灌注后嚴(yán)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(jìn)膠管和抽氣管漏氣。解決方法為：①嚴(yán)格加強(qiáng)灌注和固化過(guò)程控制，避免整個(gè)腔體出現(xiàn)局部漏氣；②將用于灌注的樹脂進(jìn)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(shí)要求做好生產(chǎn)組織協(xié)調(diào)和避免樹脂傾倒過(guò)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(wèn)題

高溫時(shí)樹脂粘度較低，流動(dòng)較快，有利于主梁帽的灌注與固化。而常溫時(shí)樹脂在導(dǎo)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(guò)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(dǎo)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(yù)熱；③準(zhǔn)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(wèn)題

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

解決方法為：①在纖維下表面增加導(dǎo)流材料(連續(xù)氈)，如在葉根鋪層前加鋪環(huán)向?qū)Я鳉?，以加?qiáng)底層的導(dǎo)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(gè)方向達(dá)到均衡，避免包圍。②在纖維端面適當(dāng)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(shí)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(guò)快，封住端面造成包圍，還有如前緣導(dǎo)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(guò)程中，應(yīng)根據(jù)灌注實(shí)際情況打出樹脂，多次少打降低樹脂囤積，減少樹脂浪費(fèi)量。⑤嚴(yán)格執(zhí)行布置真空灌注系統(tǒng)要求，如鋪層中的導(dǎo)流氈距離端面 5,cm、葉根抽氣口距離鋪層盡量遠(yuǎn)等。⑥在灌注過(guò)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(dǎo)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(yǔ)

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(fēng)電葉片的成型過(guò)程容易發(fā)生諸多質(zhì)量問(wèn)題，但只要生產(chǎn)工藝根據(jù)環(huán)境溫度變化及時(shí)調(diào)整，仍然可以做到灌注質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)可控，及時(shí)避免許多質(zhì)量問(wèn)題。另一方面，高溫環(huán)境生產(chǎn)作業(yè)有時(shí)候比常溫環(huán)境灌注時(shí)間更短，固化時(shí)間更快，而且節(jié)約了模具占用時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率?！?/p>

［1］ 郝志勇. 真空導(dǎo)入工藝在風(fēng)電葉片領(lǐng)域的應(yīng)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(fēng)電葉片用真空灌注型環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料性能研究[J]. 玻璃鋼/復(fù)合材料，2012(4)：109-114.

［3］ 孫曼靈. 環(huán)氧樹脂應(yīng)用原理與技術(shù)[M]. 北京：機(jī)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