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刘召军:风电用拉挤板的进阶之路

2022-08-08 来源:CWPC2022 浏览数:411

刘召军:大家上午好!非常感谢主办方给我机会,下面我将把过去一段时间所做的拉挤板相关的工作做简单汇报。


振石控股集团有限公司主任工程师刘召军

刘召军:大家上午好!非常感谢主办方给我机会,下面我将把过去一段时间所做的拉挤板相关的工作做简单汇报。

作为东道主,在汇报之前我先代表公司和集团欢迎大家,在热情似火的七月齐聚美丽的桐乡。我主要从五个方面进行汇报。

首先,背景概述。

过去二十年,风电行业高度发展,2000年以来,全球风电装机容量年均复合增长率超过21%,预计到2025年新增装机容量可能达到120个GW。风电风电装机容量虽然在不断增长,但风机价格每况愈下,令人苦恼。从原来勇敢站起来,到现在努力活下去,实属不易。截止到2021年底,海上风机突破了4000亿每千瓦,到2022年上半年,陆上风电的价格已经降到了224.海上风机在3500.所以价格非常低。

为了应对价格下降不可逆的趋势,机组大型化,提升单级叶片的功率是行业共识,今年上半年的朋友圈都被大叶型刷屏,大家争前恐後刷新叶片的世界之最,为风电人持续创新的精神点赞。

机组大型化给技术带来很大挑战,优势是更大扫风面积、更低切入风速等成本降低,风机利用小时度整体会提高。在利好的同时也带来不利,比如叶片刚度下降,容易变形,叶片这么大重量急剧上升,成本增加,吊装和运输也是问题。

在确保质量情况下提升叶片的刚度,是叶片设计者们要考虑的问题。拉挤板材和灌注成压板相比有明显的性能优势,作为高模量高强度的新材料,拉挤材料对大型叶片的减重降本有很好的优势,大胆预测未来陆上风电7到90米会大面积大量启用玻纤拉挤板,90米到200米可能会选择碳玻混。另外大于100米的超大型叶片预测会大规模采用碳纤维拉挤板。

第二,玻璃纤维拉挤板。

关于拉挤,大家脑海里会浮现出这样的工艺流程图,涉及几个过程,说起来容易,但实际操作很难。特别是将拉挤技术转化为实际生产力是难上加难了。为了掌握这门技术,我们从拉挤设备到载纱系统到浸胶系统等进行了设计和工艺工装优化,这一路走了两年,现在可以自豪说,我们充分认识了拉挤技术。

巨石有四大高模量高纤平台,E7、E8、E9.等我们开发了系列的玻纤拉挤板,经过稳定性测试,现在的玻纤拉挤板的模量可以稳定达到62到68GPa。

除了有良好的机械性能,疲劳性能也很稳定。离散度不能小,M值大于8.5.为适应风电行业快速发展,满足这类客户的交付要求,华美拉挤板完成了10万吨产能布局,截止到目前完成了5万吨拉挤板交付,得到了行业10家客户认可,获得了客户的高度认可。

第三,碳玻混拉挤板。

(PPT图示)这里显示了三种混法,均浑、碳包玻和玻包碳,我们将样件做出来做了系统分析,三种混法的工艺各有优劣,均混纱线分得散,容易清理,但排布难度大,监测难度也比较大。碳包玻是碳纱在外面,毛羽清理简单,板材导电易处理。碳纱的毛羽和玻纤有很大不同,碳纱毛羽本身比玻纤多,加上不停摩挲所以毛羽量更多,堵毛概率更高。另外板材测试易抽芯。玻包碳碳纱在中间分布均匀,容易监测。玻包碳的板材综合机械性能最好,但也有一些弱点,碳纱毛羽难清理,另外,碳纱毛羽容易外漏,外观质量不太好控制。

通过调整不同比例的纤维组合,通过测试分析发现,三种混法的机械性能呈现一定的规律。综合看,玻包碳优于碳包玻,最差的是均混。这里有一个异常,即弯曲模量,碳包玻比玻包碳好,因为弯曲模量是最小变量下的比值。

我们对疲劳进行了研究。做碳玻混是为了降本,经过测算,碳玻混的密度相对玻板下降10.5%,单位成本约为0.74元GPa,性价比高,适合百米以上大叶设计。

第四,碳纤维拉挤板

碳纤维在业内出现的形势,除了碳玻混拉挤板,为了规避国外的专利,国内尝试过预浸料,但不太理想。碳板迎来了增长,内行看门道,外行看热闹,我们团队感受很深。最开始和大家想法一样,用玻板方式做碳板,但发现有很多问题,且不说性能是否达标,质量的波动也很大,只能从基础开始,围绕影响碳板性能18个因素做了系统分析,三个月做了112组实验和大量测试验证。最终发现,碳纤和玻纤拉挤有很大差异,包括基材、辅料、预成型和模具都要进行改变,否则做好很难。

在此基础上开发了四种碳板,经稳定性测试验证,碳板拉伸模量可以做到140到160.压缩和弯曲性能处于行业较高水平,可以满足国内大多数叶片的设计需求。

第五,总结与展望。

围绕拉挤我们还开展了很多工作。总之,我们希望通过对拉挤技术的持续研究,为行业的发展做出一定的贡献。

今天汇报题目是《风电拉挤的进阶之路》,一方面是回顾国内风电能对拉挤板认识的历程,另一方面分享我们团队对拉挤板的探索的历程,所以这个过程既实现了自我蜕变,也完成了技术的进阶。

关于公司简介,我们主要围绕聚焦于高性能、新能源、信息通讯等领域的应用研发,以上的时间节点是我们和风电相关的开发几个产品的重要节点。另外,我们集团旗下华美新材料有限公司,主要生产高性能复合材料等,2020年开始进入风电,经过了两年生根发展,现在成为国内拉挤板制造的隐性冠军。

我的汇报到此结束,谢谢大家!(文章内容来自于现场速记,未经本人审核)

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