Enercon 公司還對33米葉片進(jìn)行了空氣動力實驗,經(jīng)過精確的測定,葉片的實際氣動效率為56%,比按照Betz 計算的最大氣動效率低約3~4個百分點。為此,該公司對大型葉片外形型面和結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了必要的改進(jìn):包括為了抑制生成擾流和旋渦,在葉片端部安裝“小翼”;為改善和提高渦輪發(fā)電機(jī)主艙附近的捕風(fēng)能力,對葉片根莖進(jìn)行重新改進(jìn),縮小葉片的外形截面,增加葉徑長度;對葉片頂部和根部之間的型面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。在此基礎(chǔ)上,Enercon 公司開發(fā)出旋轉(zhuǎn)直徑71米的2MW 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,改進(jìn)后葉片根部的捕風(fēng)能力得異提高。
Enercon 公司在4.5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計中繼續(xù)采用此項技術(shù),旋轉(zhuǎn)直徑為112米的葉片端部仍安裝的傾斜“小翼”,使得葉片單片的運(yùn)行噪音小于3個葉片(旋轉(zhuǎn)直徑為66米)運(yùn)行使產(chǎn)生的噪音。
丹麥的LM公司在61.5米復(fù)合材料葉片樣機(jī)的設(shè)計中對其葉片根部固定進(jìn)行了改進(jìn),尤其是固定螺栓與螺栓空周圍區(qū)域。這樣,在保持現(xiàn)有根部直徑的情況下,能夠支撐的葉片長度可比改進(jìn)前增加20%。另外,LM公司的葉片預(yù)彎曲專有技術(shù)也可以進(jìn)一步降低葉片重量和提高產(chǎn)能。
三 風(fēng)機(jī)葉片的制造工藝
隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率的不斷提高,安裝發(fā)電機(jī)的塔座和捕捉風(fēng)能的復(fù)合材料葉片做的越來越大。為了保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)和塔座安全,不僅要求葉片的質(zhì)量輕也要求葉片的質(zhì)量分布必須均勻、外形尺寸精度控制準(zhǔn)確、長期使用性能可靠。若要滿足上述要求,需要相應(yīng)的成型工藝來保證。
傳統(tǒng)復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片多采用手糊工藝(Hand Lay-up) 制造。手糊工藝的主要特點在于手工操作、開模成型(成型工藝中樹脂和增強(qiáng)纖維需完全暴露于操作者和環(huán)境中)、生產(chǎn)效率低以及樹脂固化程度(樹脂的化學(xué)反應(yīng)程度)往往偏低,適合產(chǎn)品批量較小、質(zhì)量均勻性要求較低復(fù)合材料制品的生產(chǎn)。因此手糊工藝生產(chǎn)風(fēng)機(jī)葉片的主要缺點是產(chǎn)品質(zhì)量對工人的操作熟練程度及環(huán)境條件依賴性較大,生產(chǎn)效率低和產(chǎn)品的而且產(chǎn)品質(zhì)量均勻性波動較大,產(chǎn)品的動靜平衡保證性差,廢品率較高。特別是對高性能的復(fù)雜氣動外型和夾芯結(jié)構(gòu)葉片,還往往需要粘接等二次加工,粘接工藝需要粘接平臺或型架以確保粘接面的貼合,生產(chǎn)工藝更加復(fù)雜和困難。手糊工藝制造的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片在使用過程中出現(xiàn)問題往往是由于工藝過程中的含膠量不均勻、纖維/樹脂浸潤不良及固化不完全等引起的裂紋、斷裂和葉片變形等。此外,手糊工藝往往還會伴有大量有害物質(zhì)和溶劑的釋放,有一定的環(huán)境污染問題。因此,目前國外的高質(zhì)量復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片往往采用RIM、RTM、纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝制造。其中RIM工藝投資較大,適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的大批量生產(chǎn)(>50,000片/年);RTM工藝適宜中小尺寸風(fēng)機(jī)葉片的中等批量生產(chǎn)(5,000-30,000片/年);纏繞及預(yù)浸料/熱壓工藝適宜大型風(fēng)機(jī)葉片批量生產(chǎn)。
RTM工藝主要原理為首先在模腔中鋪放好按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計好的增強(qiáng)材料預(yù)成型體,采用注射設(shè)備將專用低粘度注射樹脂體系注入閉合模腔,模具具有周邊密封和緊固以及注射及排氣系統(tǒng)以保證樹脂流動順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維,并且模具有加熱系統(tǒng)可進(jìn)行加熱固化而成型復(fù)合材料構(gòu)件。其主要特點有:
閉模成型,產(chǎn)品尺寸和外型精度高,適合成型高質(zhì)量的復(fù)合材料整體構(gòu)件(整個葉片一次成型);
初期投資小(與SMC及RIM相比);
制品表面光潔度高;
成型效率高(與手糊工藝相比),適合成型年產(chǎn)20,000件左右的復(fù)合材料制品;