风电复合材料叶片新进展

风电复合材料叶片新进展

陈学友

甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州 730050

摘要：对于纤维增强塑料的发展，风电业是不可忽视的主要市场。近年来，我国风电业发展速度飞快，促使风电复合材料叶片也取得了新的进展，不仅有利于提升风电机的发电效率，还能够满足商业化的运行需求。本文将探讨风电复合材料叶片的新进展。

关键词：风电复合材料；叶片；新进展；

复合材料作为风电机的原材料，往往占据着重要地位。为了推动叶片行业的发展，需要及时探索新的复合材料，改进当前叶片性能的不足之处，从而研发出更多性价比高、新颖的叶片。对于相关技术人员来说，应该重视风电复合材料叶片的未来发展，将新型工艺应用到其中，并使用更长、比强高的叶片，提升叶片的使用性能，以此来推动我国风电业的稳定发展。

1. 风电复合材料叶片成型工艺

现阶段，叶片行业发展的关键主要有以下几点：一是原材料、辅助材料的新颖性、性价比等，二是先进技术的推广和应用。通过应用高性价比的材料能够节省成本支出，从而为叶片行业带来积极的推动作用，同时也能够降低质量不合格的情况发生，有利于节约维修成本。因此，叶片行业需要保证材料的使用质量，不断提升叶片的使用性能，并增强材料的耐用性，这对节省运行成本、提高发电量等方面有着很大的帮助。对于风电生产者来说，需要充分考虑叶片的制作成本，包括加工、抛光等多个步骤，往往叶片长度越长，其制作难度就越大，需要充分考虑制作要求，进而制作出符合实际需求的叶片^[1]。

复合材料叶片具有诸多优点，如具有较强的抗振性、可以根据自振频率来设计，以此来确保叶片的使用性能。并且，复合材料叶片能够耐腐蚀，相较于普通材料所制作成的叶片来说，能够避免受到恶劣环境及天气条件的影响，因此复合材料叶片更具耐酸、耐碱性能。除此之外，复合材料叶片维修方便，不需要进行复杂、长时间的维修，具有易于修补的特点，通常来说不需要经历大的维修。

1. 空腹薄壁填充泡沫结构合模工艺

现阶段，空腹薄壁填充泡沫结构合模工艺是国内应用较多的工艺，主要是由泡沫芯、玻璃钢壳等材料组成，其成型方式较为简单，主要分为以下几种：一种是预发泡沫芯后整体成型，还有一种是先将两个半壳成型，然后再进行粘接，这种成型工艺往往具有较强的局部变形能力，能够减少叶片损坏的概率。目前，空腹薄壁填充泡沫结构合模工艺的应用范围较小，一般在小型叶片生产中使用，因为其要求刚度、强度等较为严格，所以没有实现大范围的推广^[2]。

2. 闭模真空浸渗工艺

闭模真空浸渗工艺就是当前所指的树脂转移模塑成型法，这种工艺的制作原理是将纤维增强材料填满在密闭模腔内，然后再使用压力来将液态树脂渗透到其中，以此来成型。在应用该工艺时，首先需要将增强材料放入到模具上，然后在按照叶片设计来确定铺层数，确保树脂可以在模具中的任何角落中渗透，从而达到闭模真空的效果。这种工艺具有诸多应用优势，如成型质量高，能够提升产品的外在精度，并且不需要进行大量投资，可以大大提高成型的效率，再加上是复合材料叶片，所以不会对环境造成严重的污染，是符合当前低碳环保的新型工艺。

2. 国外风电研发情况

1. 制造创新协会

现阶段，未来世界的发展局势越来越严峻，为了更好地迎接发展挑战，需要加强对先进复合材料的研究，这样才能有效提升风电复合材料叶片的性能，为推动风电业发展带来积极影响。为此，美国投入大量资金来建设先进复合材料制造创新协会，此举也得到了各行业的广泛支持，越来越多的企业开始拥护复合材料创新这一战略。

美国的MIIAC主要攻克以下几点：一是加强研究先进的复合材料，例如碳纤维材料，这种复合材料较之传统的材料具有轻、强的优势，能够大大拓展材料应用的范围，为节省加工成本也带来了积极影响。二是研究更高、更长的风电叶片，三是应用具有高效、轻质的设备，其目的是节省制作成本，可以有效提升生产效率，进而达到耗能低、材料回收率高的目的^[3]。

2. 陶氏化学公司世界风能应用中心

目前，国外风电复合材料叶片的研究方向主要为提升效率、降低成本。在2013年，陶氏化学公司创建了世界风能应用中心，研究对象为以下几点：一是改进过去风电系统的运行方式、制作科学的风电系统方案，二是应用新型工艺设备，三是小规模演示和实验，借助泡沫、树脂等材料来完成，四是叶片粘接剂。为了促进当前风电业的发展，需要重视复合材料叶片的创新，这是推动风电业发展的重要渠道，只有将先进技术、工艺等应用到其中，才能研发出更多新的高质量产品。目前，陶氏化学公司正朝着这一方向进行研究，该公司已经研发出加工简便的先进工艺，并且使用两种环氧树脂系胶结剂和胺固化剂来用作叶片粘接剂，其研发成果非常明显。

结语：随着风电业的发展，低碳、环保等理念越来越深入人心，推动风电复合材料叶片发展成为了重要方向。要想实现发电效率的提高，就要加强对叶片性能的优化和改进，将更长、比强又高的叶片应用到其中，以此来提高叶片的性能，对加快风电业发展有着积极作用。现阶段，国际市场竞争激烈，要想在风电领域中处于不败之地，就要及时掌握复合材料叶片的先进制作工艺，从而抢占优势，实现领域竞争力的提高，加快追赶该领域优势大的国家，最终达到推动我国风电业发展的目的。

参考文献：

[1]唐荆. 大型风电复合材料叶片主承力部件结构失效研究[D].中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所),2019.
[2]李梅. 基于声发射技术的风电叶片疲劳损伤监测研究[D].兰州理工大学,2016.
[3]郑玉巧. 大型风电机组柔性叶片的结构优化设计方法研究[D].兰州理工大学,2016.