大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片的陽模設(shè)計與制作

王璐，何明

（國電聯(lián)合動力技術(shù)（連云港）有限公司，連云港 222069）

大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片的陽模設(shè)計與制作

王璐，何明

（國電聯(lián)合動力技術(shù)（連云港）有限公司，連云港 222069）

本文介紹了大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片的陽模設(shè)計與制作，分析研究了現(xiàn)有陽模的制作方法的不足之處，提供了一種新型的分區(qū)式的陽模設(shè)計與制作方式。它將葉片陽模的制作分成了手工修型和數(shù)控加工中心修型兩個部分，使得現(xiàn)有加工能力能夠在保證精度的前提下滿足大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片的陽模制作，提高生產(chǎn)效率，降低加工成本。

葉片；陽模；分區(qū)

0 引言

縱觀全球葉片技術(shù)的發(fā)展趨勢，配備較長葉片的風(fēng)電機(jī)組達(dá)到額定功率所需要的額定風(fēng)速相對較低，能滿足更多低風(fēng)速地區(qū)發(fā)展風(fēng)能的需要[1]。同時，由于風(fēng)電機(jī)組單機(jī)功率愈大，每千瓦的發(fā)電成本就愈低。因此,在考慮提高風(fēng)電機(jī)組能效和降低成本的兩個重要因素上，全球風(fēng)電設(shè)備都在向大兆瓦級功率和長葉片方向開發(fā)，葉片的制作也正向著大型化發(fā)展[2]。

葉片的制作需要葉片陰模模具，而葉片陰模模具制作需要用到葉片陽模模具。從葉片制作的質(zhì)量方面來說，葉片陰模模具是制作葉片的關(guān)鍵設(shè)備，而陰模的質(zhì)量主要由葉片陽模的質(zhì)量來控制。所以說，葉片陽模的質(zhì)量對于葉片的質(zhì)量起到至關(guān)重要的影響。

1 葉片陽模的結(jié)構(gòu)

整個葉片陽模主要包括型板、鋼結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料層這三個部分（見圖1）。陽模型板是從葉片的三維立體圖上相隔一定間距，從葉片模型中截出相應(yīng)位置的葉片斷面輪廓，用5mm鋼板以1∶1的比例制作而成的，圖2為陽模型板的現(xiàn)場安裝。陽模鋼結(jié)構(gòu)主要由鋼管組成，對整個陽模起支撐和連接作用。復(fù)合材料層包括玻璃鋼層、修型層、易打磨底膠層以及脫模蠟層，圖3為表面處理后的陽模。

2 葉片陽模的制作現(xiàn)狀

目前，公知的葉片陽模主要采取兩種設(shè)計制作方式[3]：

(1)將葉型分為若干截面，制作每個截面的型板，將這些型板連接起來后在表面手糊玻纖布，并用原子灰結(jié)合陽模檢板進(jìn)行手工修型。這種制作方式很難達(dá)到葉片的高精度要求，且耗時耗力。

圖1 葉片陽模鋼結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 陽模型板的現(xiàn)場安裝

圖3 表面處理后的陽模

(2)直接用糊狀代木堆出一個葉型的大致形狀后用數(shù)控加工中心進(jìn)行加工[4]。這種加工方式精度高，但是這種加工方式對大兆瓦級葉片并不適用，目前制作的6MW葉片已達(dá)到長66.5m、寬5.5m、高3.5m，很難找到適合的加工中心，并且由于葉型巨大，加工成本較高，運(yùn)輸起來非常困難，極不方便。

3 大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片的陽模分區(qū)制作

3.1 葉片陽模的分區(qū)

為了克服現(xiàn)有的大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片陽模制作與加工困難，將葉型分區(qū)成兩個部分，如圖4所示。葉根部分由于寬度和高度部分較大，葉根主要部分為承載部分，葉型精度要求較葉尖部分要求低，這部分采用陽模檢板手工型修的方式制作可以滿足葉型設(shè)計的公差要求。葉尖部分將下型板安裝完成后，連接各個型板，在表面手糊玻纖布堆糊狀代木，并由專業(yè)的數(shù)控加工中心加工。待兩部分都完成后進(jìn)行連接并校準(zhǔn)。

3.2 葉根部分陽模的制作

將陽模鋼架制作好以后，開始安裝下陽模型板，需要控制型板的相對位置，如相對零點(diǎn)的高度以及每個型板中心必須在同一條中心線上。陽模型板安裝完成后用細(xì)的方管密集連接相鄰的兩個下型板，細(xì)的方管的間距控制在20mm－30mm。安裝方管后，在每個截面用手糊工藝制作玻璃鋼層，制作出大體形狀，玻璃鋼要比下型板低約0.5mm－1mm左右。待手糊玻纖布完全固化后，用原子灰進(jìn)行粗修葉片形狀，用陽模檢板進(jìn)行檢驗并進(jìn)行多次打磨粗修，最后用原子灰進(jìn)行精細(xì)修型[5]。

3.3 葉尖區(qū)陽模的制作

圖4 葉片陽模的分區(qū)制作

圖5 葉根部分陽模的制作

圖6 葉尖部分陽模的制作

葉尖區(qū)使用的型板比葉根區(qū)要向下偏移20mm，留有機(jī)加工的余量。前期的步驟和葉根區(qū)的陽模制作一樣，完成手糊固化后在表面糊上一層均勻的糊狀代木，大致厚度為30mm左右，固化后用數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。完成按照標(biāo)高的相對位置和葉型的中心線位置以及整體長度與葉根區(qū)陽模進(jìn)行對接。

兩個區(qū)域?qū)油瓿珊?，將對接處手工修理，最后進(jìn)行噴漆打蠟工作，檢查陽模表面的光潔度，以及表面形狀和整體標(biāo)高，以給制作陰模做好準(zhǔn)備，這樣整個陽模就制作完成。

4 結(jié)語

本文通過介紹一種大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片的陽模設(shè)計與制作方法，對現(xiàn)有的陽模制作方式作出了改進(jìn)，提出了一種分區(qū)制作葉片陽模的方式，在保證葉型精度的前提下，提高工作效率，降低制作成本。隨著風(fēng)電機(jī)組大功率及葉片大型化的發(fā)展，為以后制作更長的葉片打下了基礎(chǔ)。

[1]楊校生.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2012.

[2]李抒. 大葉片對新型芯材意味著更好的機(jī)遇 [J].玻璃鋼，2010(4)：35-38.

[3]何明,陶生金,王璐,等.大兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片陽模的制造方法[P].中國: ZL 201110179163.7.2013-05-22.

[4]李惠軍,烏建中.大型風(fēng)力機(jī)葉片的三維造型及數(shù)控加工[J]. 機(jī)電一體化, 2007(6):55-58.

[5]汪澤霖.不飽和聚酯樹脂及制品性能[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2010.

Male Mold Design and Production of Multi-megawatt Wind Turbine Blades

Wang Lu, He Ming
(Guodian United Power Technology（LYG) Co., Ltd., Lianyungang 222069, China)

This paper introduced the male mold design and manufacture of megawatt wind turbine blade, and analyzed the deficiency of existing method of making the male mold, provided a new way of the male mold design and manufacture. It divided the making of blade male mold into two parts, manual and CNC machining center trim type. Thus, it can ensure the existing processing capacity to meet the megawatt wind turbine blades of the male mold production under the premise of accuracy. At the same time, it can improved production efficiency and reduced the processing cost.

blade; male mold; partition

TM614

A

1674-9219(2013)08-0076-03

2013-06-21。

王璐 （1981-）， 男 ，本科，機(jī)械工程師，主要從事風(fēng)電機(jī)組整機(jī)和葉片設(shè)計工作。

何明（1977-），男 ，本科，機(jī)械工程師，主要從事風(fēng)電機(jī)組整體設(shè)計。