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風電葉片法蘭的發展歷程

2021-03-17 09:27:35

由于機組功率容量很小,早期的風力發電機大多采用木質葉片,使用強度較好的整體木方做葉片縱梁來承擔葉片在工作時,所必須承受的力和彎矩,但木制葉片不易扭曲成型,且強度不高,在潮濕環境下也容易腐蝕;加之隨著風電葉片法蘭尺寸的增加,木制葉片越來越無法滿足大、中型風力發電機的要求,因此木制葉片開始逐漸被其他材料所取代。


木質葉片:近代,葉片開始采用鋼管或型鋼做縱梁、鋼板做肋梁,內填泡沫塑料外覆玻璃增強蒙皮的結構形式,鋼梁結構承受絕大部分載荷,玻璃鋼蒙皮形成氣動外形,葉片縱梁的鋼管及型鋼從葉根至葉尖的截面逐漸變小,以滿足扭曲葉片的要求并減輕葉片重量。


鋼質葉片:隨著鋁合金材料在飛機機翼上的成功應用,由于機翼結構具有與風電葉片相似的受力和外形特征,因此引發了科用鋁合金擠壓成型的等弦長葉片易于制造,可連續生產,又可按設計要求的扭曲進行扭曲加工,葉根與輪轂連接的軸及法蘭可通過焊接或螺栓連接來實現。與此同時,鋁合金葉片也存在諸多弊端,雖然鋁合金葉片重量輕、易于加工,但難以加工成從葉根至葉尖漸縮的葉片,此外,鋁合金材料在空氣中的氧化和老化問題,也對葉片的保養和后期維護提出了挑戰,難以滿足風機葉片長時間運行的要求。


鋁合金葉片:上世紀50年代,纖維增強復合材料原材料體系被逐步開發,其潛在性能優勢不斷被發掘,隨著應用技術的積累,長纖維增強聚合物基復合材料以其優異的力學性能、工藝性能和耐環境侵蝕性能,成為當今大型風力發電機葉片材料的選擇。聚合物基復合材料是由高分子聚合物(環氧樹脂、不飽和樹脂等)通過一定的成型工藝滲入長度不同的玻璃纖維或碳纖維而做成的增強塑料。


玻璃纖維和碳纖維:現階段大型葉片一般采用真空吸注成型工藝,該工藝利用玻璃纖維和泡沫結構層的真空吸入常壓下的液態環氧樹脂,然后加熱使樹脂固化,被樹脂浸潤的纖維結構隨即成為一個整體結構即復合材料葉片。與傳統金屬材料葉片制造工藝相比,真空吸注工藝生產效率更高、性能亦可根據設計纖維的方向自由調控,材料與結構一體化成型、產品尺度限制小,特別適合制造大型高強度結構件,故而成為現今風電葉片的主導制造工藝。


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