风机叶片RTM工艺模拟分析及其优化

      利用RTM模拟仿真系统对风机叶片的RTM充模过程进行了三维模拟，以优化其成型工艺方案。通过比较和分析叶片根部线注射和侧面线注射两种注射方式的模拟结果，确定侧面线注射为最佳注射方式。通过比较8个侧面注射位置的模拟结果，优化得到最佳的注射位置、合理的溢料口位置以及选择溢料口的依据。模拟优化的RTM工艺方案为：叶片侧边线注射，注口位置在距根部500 mm处，3个溢料口分布在叶片根部和尖端。实际制造中采用此方案得到了满意的产品，模拟优化RTM工艺大大降低了复合材料构件的制造成本，为其他类似构件的合理制备和优化设计提供了参考依据。

       复合材料风机叶片是风力发电系统的关键动部件，直接影响着整个系统的性能，要求具有长期在户外自然环境条件下使用的耐候性和合理的价格。因此，叶片的设计和质量十分重要，被视为风力发电系统的关键技术和技术水平代表。

      传统复合材料风力发电机叶片多采用手糊工艺( Hand lay- up)制造。手糊工艺生产风机叶片的主要缺点是产品质量强烈依赖于工人的操作熟练程度及环境条件，生产效率低而且产品质量波动较大，产品的动静平衡保证性差，废品率高。叶片在使用过程中由于手糊工艺过程中的含胶量不均匀、纤维／树脂浸润不良及固化不完全易出现裂纹、断裂和叶片变形等问题。此外，手糊工艺过程伴有大量有害物质和溶剂的释放，有环境污染问题。因此，目前国外高质量复合材料风机叶片往往采用RIM（聚胺酯反应注射成型）、RTM、缠绕及预浸料／热压工艺制造。其中RTM工艺适宜中小尺寸风机叶片的中等批量生产(5000～30000片／年)。RTM工艺是首先在模腔中铺放好按性能和结构要求设计好的增强材料预成型体( Preform)，采用注射设备将专用低粘度注射树脂体系注入闭合模腔，排气系统保证树脂流动顺畅并排出模腔中的全部气体和彻底浸润纤维，并且模具的加热系统可使树脂加热固化而成型复合材料构件。RTM工艺属于半机械化的复合材料成型工艺，特别适宜一次整体成型的风力发电机叶片，无需二次粘接。与手糊工艺相比，其节约各种工装设备、生产效率高、生产成本低。同时由于采用低粘度树脂浸润纤维以及加温固化工艺，复合材料质量高，且RTM工艺生产较少依赖工人的技术水平，工艺质量仅仅依赖预先确定好的工艺参数，产品质量易于保证，废品率低。

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