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兆瓦级垂直轴风力发电机用玻璃钢叶片拉挤设备

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-06-06  来源:复材应用技术网  浏览次数:84
核心提示:叶片是风力发电装置的关键和核心部分,玻璃钢是风力发电机叶片的首选材料,玻璃钢叶片多采用拉挤工艺的方法生产。叶片的质量与材料的配方、加热温度、拉挤速度和拉机过程中的运动平衡性有关,设计性能优良的拉挤设备是保证叶片质量的关键。


1 引 言 
       随着能源问题和环境问题的日益突出,作为一种清洁的可再生能源,风力发电越来越受到人们的重视。风力发电机依其旋转轴的方向分水平轴式和垂直轴式两种形式,水平轴式风力发电机叶轮需随风向变化而调整位置,还要考虑大型叶轮的动平衡问题,垂直轴式风力发电机叶轮不必随风向改变而调整位置,也没有叶轮的动平衡问题,设计较为简单,但其系统抽取风能系数小,同等发电量下叶片尺寸大。
为了减轻叶片重量同时又保证强度和刚度等要求,玻璃纤维增强聚酯复合材料---简称玻璃钢成为制造叶片的首选材料。在水平轴风力发电机组中,叶片截面为渐变型,长度最长为30-40米(用于兆瓦级风力发电机上),目前国外生产厂家多采用预沁和手工糊制的方法生产(国内用叶片95%为进口),其生产成本高、生产效率低,严重制约了大型风力发电机组的装机容量。大垂直轴风力发电机组中,叶片为鱼骨型不变截面,且不需考虑转子动平衡问题,可采用拉挤工艺方法生产。

      拉挤工艺对材料的配方和拉制工艺过程要求非常严格,国际上目前只能拉挤出600-700mm宽的叶片,用于千瓦级风力发电机上。用于兆瓦级垂直轴风力发电机上的叶片截面尺寸为1400mm*252mm,壁厚6mm,长度为80-120米,属于薄壁中空超大型型材,拉制这种叶片属国际首创。

2 叶片的截面形状及特点

      (1)叶片的截面形状为鱼骨型不变截面,叶片宽高尺寸为1400mm*252mm,壁厚6mm.(2)特点:该叶片属超大型薄壁中空多腔异型材。

3 叶片拉挤设备

         3.1 拉挤设备的主要参数
 
         最大牵引力160T、最大夹紧力480T:牵引速度:0.16-16mm/s.
         3.2 拉挤设备



      如图1所示。兆瓦级垂直轴风力发电机用玻璃钢叶片拉挤设备主要由纱架、侵胶槽、预成型设备、模具、中央泵站、交替式牵引机车等组成。

3.3 拉挤成型工艺过程

连续的玻璃纤维从纱架上引出后,经排纱器时入侵胶槽侵透树脂液,连同玻璃纤维连续毡、玻纤或化纤表面毡等增强材料一起进入预成型模具,将多余树脂和气泡排出,然后再进入加热的型材模具,在模具中升温固化,固化后的制品再由牵引机连续不断的从模具中拉出,最后由切割机定长切断。

       3.4 拉挤工艺参数

       拉挤工艺参数主要包括固化温度、固化时间、牵引力及牵引速度、纱和毡的数量等。为了保证材料的化学特性、力学特性和机械特性主要应从以下几方面加以考虑:

      (1)材料的化学配方和产品方向铺层结构设计;

      (2)树脂加热温度和型材拉挤速度之间的协调和自适应控制问题。型材的质量与树脂反映时间、温度和拉挤速度有关,设计必须保证材料成型过程中树脂反映时间与反映温度相匹配,拉挤速度和反映温度相匹配;

      (3)牵引力。影响牵引力的因素很多,在拉挤过程中牵引力的大小及牵引力的稳定性对型材的质量影响较大,设计时必须保证具有足够大的牵引力且在整个拉挤过程中牵引力要保持稳定;

      (4)夹紧力。夹紧力的大小以牵引时叶片被夹住不滑动为宜,牵引力越大所需的夹紧力也越大。夹紧力太大会使叶片产生压痕和裂纹,太小会使叶片在模具中打滑。

4 牵引机车设计

       (1)拉挤兆瓦级垂直轴风力发电机用玻璃钢叶片所需的最大牵引力为160T,为了解决超大牵引力问题,采用三套牵引机   车交替牵引,即两套牵引机车前进的同时,另一套牵引机车后退,提前后退到起点等待下一次牵引。

       牵引机车的运动是由液压传动系统控制的,每个牵引机车都由两个液压缸驱动,因此在拉挤过程中必须保证在t/2时间段内每个牵引机车上的两个液压缸的动作要同步,同时前进的两个牵引机车也要同步运动,且三个牵引机车交替运动时各机车的动作互不干涉。具体的解决办法是通过机械与液压相结合的方法来实现的。机械方面采用一对相互啮合的齿轮齿条通过龙门同步轴带动另一对齿轮齿条相互啮合来实现每个牵引机车上的两个液压缸的动作同步,液压方面则通过减压阀与活塞式蓄能器共同作用来实现三个牵引机车交替运动时各机车的动作互不干涉。

      (2)拉挤兆瓦级垂直轴风力发电机用玻璃钢叶片所需的最大夹紧力为480T。由于所要拉挤的叶片属大型薄壁中空多腔异型材,如果夹紧力太大,则将导致叶片被夹损或发生变形,因此在整个拉挤过程中采用同步移动内模夹实机构来解决大型薄壁中空件拉制过程中的变形和夹损问题。

      (3)液压系统工作原理图。由于液压系统具有输出功率大、工作平稳、能在大范围内实现无级调速、易实现自动化及易于实现过载保护等优点。采用液压传动装置对牵引机车的牵引及夹紧装置进行控制。液压系统原理图如图2所示。
工作原理如下:

(1)三个机车交替工作,两个前进一个后退,前进机车液压缸的液压油由柱塞泵提供,后退机车液压缸的液压油由两前进机车液压缸有杆腔排出的液压油供给。

       为了使三个牵引机车在交替时不出现间歇,后退机车应提前到达等待信号,使后退机车提前到达等待的液压油由活塞式蓄能器供给,三个牵引机车同步向前运动时,液压缸有杆腔排出的液压油同时压入活塞式蓄能器的有杆腔,活塞式蓄能器的无杆腔的液压油经低压溢流阀流回油箱。

      (2)两位两通电磁换回阀的用途。在装车引型材时需单缸往复工作和误车时需三缸同时牵引,此时将两位两通电磁换向阀接通,机车前进时的液压油由液压泵供给,有杆腔所排出的液压油经中压溢流阀流回油箱,机车后退时的液压油由液压泵输出的液压油经减压阀后供给。

       (3)减压阀的调定压力要小于低压溢流阀的调定压力。

5 结束语

       叶片是风力发电装置的关键和核心部分,它占整个风力发电装置成本的15%~20%,因此提高叶片的质量和使用寿命,降低叶片的生产成本,对降低风力发电的价格是非常重要的。用拉挤工艺方法生产的叶片不仅能够降低叶片的生产成本,而且还能提高叶片的生产率,因此研制能够拉挤出质量和性能良好的玻璃钢叶片拉挤设备是非常重要的。

 
关键词: 叶片 玻璃钢叶片
 
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