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兆瓦級垂直軸風力發電機用玻璃鋼葉片拉擠設備

放大字體  縮小字體 發布日期:2014-06-06  來源:復材應用技術網  瀏覽次數:135
核心提示:葉片是風力發電裝置的關鍵和核心部分,玻璃鋼是風力發電機葉片的首選材料,玻璃鋼葉片多采用拉擠工藝的方法生產。葉片的質量與材料的配方、加熱溫度、拉擠速度和拉機過程中的運動平衡性有關,設計性能優良的拉擠設備是保證葉片質量的關鍵。


1 引 言 
       隨著能源問題和環境問題的日益突出,作為一種清潔的可再生能源,風力發電越來越受到人們的重視。風力發電機依其旋轉軸的方向分水平軸式和垂直軸式兩種形式,水平軸式風力發電機葉輪需隨風向變化而調整位置,還要考慮大型葉輪的動平衡問題,垂直軸式風力發電機葉輪不必隨風向改變而調整位置,也沒有葉輪的動平衡問題,設計較為簡單,但其系統抽取風能系數小,同等發電量下葉片尺寸大。
為了減輕葉片重量同時又保證強度和剛度等要求,玻璃纖維增強聚酯復合材料---簡稱玻璃鋼成為制造葉片的首選材料。在水平軸風力發電機組中,葉片截面為漸變型,長度最長為30-40米(用于兆瓦級風力發電機上),目前國外生產廠家多采用預沁和手工糊制的方法生產(國內用葉片95%為進口),其生產成本高、生產效率低,嚴重制約了大型風力發電機組的裝機容量。大垂直軸風力發電機組中,葉片為魚骨型不變截面,且不需考慮轉子動平衡問題,可采用拉擠工藝方法生產。

      拉擠工藝對材料的配方和拉制工藝過程要求非常嚴格,國際上目前只能拉擠出600-700mm寬的葉片,用于千瓦級風力發電機上。用于兆瓦級垂直軸風力發電機上的葉片截面尺寸為1400mm*252mm,壁厚6mm,長度為80-120米,屬于薄壁中空超大型型材,拉制這種葉片屬國際首創。

2 葉片的截面形狀及特點

      (1)葉片的截面形狀為魚骨型不變截面,葉片寬高尺寸為1400mm*252mm,壁厚6mm.(2)特點:該葉片屬超大型薄壁中空多腔異型材。

3 葉片拉擠設備

         3.1 拉擠設備的主要參數
 
         最大牽引力160T、最大夾緊力480T:牽引速度:0.16-16mm/s.
         3.2 拉擠設備



      如圖1所示。兆瓦級垂直軸風力發電機用玻璃鋼葉片拉擠設備主要由紗架、侵膠槽、預成型設備、模具、中央泵站、交替式牽引機車等組成。

3.3 拉擠成型工藝過程

連續的玻璃纖維從紗架上引出后,經排紗器時入侵膠槽侵透樹脂液,連同玻璃纖維連續氈、玻纖或化纖表面氈等增強材料一起進入預成型模具,將多余樹脂和氣泡排出,然后再進入加熱的型材模具,在模具中升溫固化,固化后的制品再由牽引機連續不斷的從模具中拉出,最后由切割機定長切斷。

       3.4 拉擠工藝參數

       拉擠工藝參數主要包括固化溫度、固化時間、牽引力及牽引速度、紗和氈的數量等。為了保證材料的化學特性、力學特性和機械特性主要應從以下幾方面加以考慮:

      (1)材料的化學配方和產品方向鋪層結構設計;

      (2)樹脂加熱溫度和型材拉擠速度之間的協調和自適應控制問題。型材的質量與樹脂反映時間、溫度和拉擠速度有關,設計必須保證材料成型過程中樹脂反映時間與反映溫度相匹配,拉擠速度和反映溫度相匹配;

      (3)牽引力。影響牽引力的因素很多,在拉擠過程中牽引力的大小及牽引力的穩定性對型材的質量影響較大,設計時必須保證具有足夠大的牽引力且在整個拉擠過程中牽引力要保持穩定;

      (4)夾緊力。夾緊力的大小以牽引時葉片被夾住不滑動為宜,牽引力越大所需的夾緊力也越大。夾緊力太大會使葉片產生壓痕和裂紋,太小會使葉片在模具中打滑。

4 牽引機車設計

       (1)拉擠兆瓦級垂直軸風力發電機用玻璃鋼葉片所需的最大牽引力為160T,為了解決超大牽引力問題,采用三套牽引機   車交替牽引,即兩套牽引機車前進的同時,另一套牽引機車后退,提前后退到起點等待下一次牽引。

       牽引機車的運動是由液壓傳動系統控制的,每個牽引機車都由兩個液壓缸驅動,因此在拉擠過程中必須保證在t/2時間段內每個牽引機車上的兩個液壓缸的動作要同步,同時前進的兩個牽引機車也要同步運動,且三個牽引機車交替運動時各機車的動作互不干涉。具體的解決辦法是通過機械與液壓相結合的方法來實現的。機械方面采用一對相互嚙合的齒輪齒條通過龍門同步軸帶動另一對齒輪齒條相互嚙合來實現每個牽引機車上的兩個液壓缸的動作同步,液壓方面則通過減壓閥與活塞式蓄能器共同作用來實現三個牽引機車交替運動時各機車的動作互不干涉。

      (2)拉擠兆瓦級垂直軸風力發電機用玻璃鋼葉片所需的最大夾緊力為480T。由于所要拉擠的葉片屬大型薄壁中空多腔異型材,如果夾緊力太大,則將導致葉片被夾損或發生變形,因此在整個拉擠過程中采用同步移動內模夾實機構來解決大型薄壁中空件拉制過程中的變形和夾損問題。

      (3)液壓系統工作原理圖。由于液壓系統具有輸出功率大、工作平穩、能在大范圍內實現無級調速、易實現自動化及易于實現過載保護等優點。采用液壓傳動裝置對牽引機車的牽引及夾緊裝置進行控制。液壓系統原理圖如圖2所示。
工作原理如下:

(1)三個機車交替工作,兩個前進一個后退,前進機車液壓缸的液壓油由柱塞泵提供,后退機車液壓缸的液壓油由兩前進機車液壓缸有桿腔排出的液壓油供給。

       為了使三個牽引機車在交替時不出現間歇,后退機車應提前到達等待信號,使后退機車提前到達等待的液壓油由活塞式蓄能器供給,三個牽引機車同步向前運動時,液壓缸有桿腔排出的液壓油同時壓入活塞式蓄能器的有桿腔,活塞式蓄能器的無桿腔的液壓油經低壓溢流閥流回油箱。

      (2)兩位兩通電磁換回閥的用途。在裝車引型材時需單缸往復工作和誤車時需三缸同時牽引,此時將兩位兩通電磁換向閥接通,機車前進時的液壓油由液壓泵供給,有桿腔所排出的液壓油經中壓溢流閥流回油箱,機車后退時的液壓油由液壓泵輸出的液壓油經減壓閥后供給。

       (3)減壓閥的調定壓力要小于低壓溢流閥的調定壓力。

5 結束語

       葉片是風力發電裝置的關鍵和核心部分,它占整個風力發電裝置成本的15%~20%,因此提高葉片的質量和使用壽命,降低葉片的生產成本,對降低風力發電的價格是非常重要的。用拉擠工藝方法生產的葉片不僅能夠降低葉片的生產成本,而且還能提高葉片的生產率,因此研制能夠拉擠出質量和性能良好的玻璃鋼葉片拉擠設備是非常重要的。

 
關鍵詞: 葉片 玻璃鋼葉片
 
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