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风电叶片结构胶在线涂胶解决方案应用研究——顾明泉/风电叶片粘接技术总监

2017-04-22 浏览数:2448

  各位领导、各位嘉宾、各位风电界的同仁大家上午好!今天很高兴参加这次盛大的会议,而且代表咱们公司康达新材来给

  各位领导、各位嘉宾、各位风电界的同仁大家上午好!今天很高兴参加这次盛大的会议,而且代表咱们公司康达新材来给各位同仁们汇报一下我们2016-2017年年初所做的部分工作一个简要的情况,其中有一项就是风电叶片结构胶在线涂胶解决方案应用研究。
  
  我今天的报告内容主要分八个方面,先来介绍一下咱们公司康达新材。康达新材料成立于1988年,这29年来始终专业致力于为工业和民用多领域提供各类高新材料产品粘结解决方案。目前康达有将近300种胶黏剂为主的高新材料产品,覆盖风能、软包装、光伏、汽车、军工、环保、机械、电子、装备等行业领域。
  
  上海康达新材是上海市高新技术企业、上海市创新型企业、上海市小巨人培育型企业、公司建设有上海市工程胶黏剂研发中心、上海市博士后科研工作站、上海市领军人才建设企业。目前拥有发明专利30余项,其中已授权22项。
  
  公司拥有较强多风电技术能力,首先是29年的有机胶黏剂产学研销之路,铸就我们康达品质拥有万达牌商标。拥有10年以上风电叶片结构胶研发应用发展经验,公司检测中心建设有CNAS、GL双认可检测实验室,处理数据能力达到10万组每年以上。公司的结构胶产品挂机运行今年正好超过10年,公司研究所拥有100余人企业技术研究队伍以及专业多风电事业团队。
  
  我们这个项目介绍一下它的应用创新的背景,首先是风电政策的导向。大家知道“十三五”规划已经明确提出,这里暂时不再赘述。刚结束的两会上,李克强总理的政府工作报告也提出了要抓紧解决问题,优先保障可再生能源发电上网,有效环节季风等状况,为风电持续发展进一步引导了方向和扫清了障碍。
  
  我们这个应用研究的项目是在叶片大型化趋势这么一个时间段提出来的,作为风电机组最重要的功能组建。叶片要求在使用寿命内拥有持续而且有稳定的力学和老化性能。目前风电制造最大叶片已经超过80米,已经进入大叶片时代,超大型叶片意味着对材料性能、工艺和质量可靠性要求更高,其中核模粘结质量是一大关键。
  
  我们迎来低风速时代,加剧了叶片大型化的态势。就结构胶而言,传统的手工涂胶方式带来的粘接这么一个效果会隐含气泡、缺胶、胶型胶量非标、粘结厚度难控与粘结强度可靠性不足等问题隐患,我们需要加强叶片材料创新,提升原材料应用环节,消除质量缺陷或瑕疵,促使叶片制造大型化、精益化,推动由“量”向“质”的转变。
  
  这些图片显示是在人工涂胶的工艺时代,就是说各种典型的质量缺陷或者瑕疵,由此我们需求一揽子解决方案,尽可能消除所有缺陷或瑕疵发生的可能性。
  
  来介绍一下我们在线涂胶方案的提出。我们着重解决的目标在于这四个方面:一是要促使粘结可靠性进一步提升;二是要使得合模施工的工艺稳定性进一步提升,还有粘结施工的效率进一步提升,以及合模粘结成本需要进一步降低,这也正契合我们这次大会的主题降本增效。
  
  在线作业它的一个主设计就是融合机械集成化以及工装精密化这两大核心。这个是工艺设计的思路,暂时不做全面介绍。
  
  这个是在线涂胶机的装置机理,其中包括主机、摇臂杆、远程的混合装置,混合系统,以及它的底盘和移动装置。在它的打胶末端配置有推胶盒以及橡胶软管连接。
  
  在线打胶机目前比较成熟,设计尺寸摇臂长达到6.3米、高度可以达到近4米,触胶速率设计是10-18公斤每分钟,混合的精度在正负2的重量比例范围之内。这个是腹板起吊定位工装设计,通过吊装、重压、垫块等调节位置和精确定位,通过吸盘可以增强定板的精确性,通过涂胶盒和刮胶板的设计可以有效的设计机型,使用不同的刮胶板然后在在线涂胶前将其配套在涂胶盒上进行使用。
  
  来看一下在线涂胶的解决方案。这一部分重点是看图说话,我们首先要把推胶盒预先摆放在胶型起始点的部位。这个是在线涂胶通过将传统的手工操作升级为机械在线涂胶,可以有效的实现涂胶工艺的限量化。在线涂胶工艺有效的配置人员,实际上只需要3名,其他的人员可以作为辅助。这是单机涂胶的一种作业模式。这个是双机涂胶,一般情况下双机涂胶可以有效的提升作业的效率,然后实现腹板定位、吊装。双机操作可以提供快捷的涂胶效率,同时有效配置仅需6人。这个是作业的工序。
  
  来看我们的重点部分就是我们进行的大叶片的试制应用型研究,将在线涂胶解决方案推向应用环节。在线涂胶试制之前我们设置了7项目标,分为四大方面。重点实现的是前3大目标。一个是有效控制以及消除明显的质量缺陷或者瑕疵。第二方面有效的控制胶层厚度,实现粘接质量的可靠稳定。第三是有效保证结构胶的粘接固话和粘结固化程度,促使结构胶能够实现完全固化。
  
  这是我们采用的主要实施方案,分为五大方面:一是使用在线涂胶设备;二是对于工艺方面和定位工件方面联合配合,通过不同尺寸规格的涂胶盒与不同涂胶段胶量的设计控制,实现合模胶厚和胶量的均匀、完好、可控。三是通过预合模调整以及对于各方面修平和打磨等措施,调节合模间隙,实现胶层厚度控制;四是通过试验和模拟通过粘接现场的粘接效果等实际,评价粘结质量提升效果,为这个项目成效提供数据支撑。五是通过岗位设定和人员培训,明确人机结合的岗位责任制等方面都有相应的方案支持。
  
  2016年10月份我们在邯郸中材基地开始大叶片在线涂胶试制工作,合模叶型为56.8m,共试制10套,一直到1月16日全部试制完成,先后共有6套模具参与了试制过程取得了良好的效果。
  
  这张图显示在线涂胶机的实景,其中它的旋臂长度是一大亮点。这个是起吊工装的工作图,可以保证腹板不出现位移形变。根据每个模具局部的合模实际需要设计不同的推胶盒刮胶板口型,能够适应不同部位的需求。
  
  这些图片显示的是试制的现场。我们的在线涂胶设备是采用了两台,这是其中第一台,显示它的比例范围精度是控制在正负1之内的,已经超出了我们的预期。它的出胶速率一直很好的稳定在10公斤每分钟。这是第二台的相关参数,也是在各个模具上表现良好。
  
  可以看一下我们出胶以后典型的涂胶面的一个效果情况,胶面显得非常平整和润滑,显示出很好的规整性。这个是记录各模具的一个胶温的变化情况,由此可以看出在一个半小时之内它的温度变化幅度很小,显示出在线涂胶这样一个操作工艺的连贯以及良好的胶温控制性。
  
  这个曲线显示的是我们的一个电加热模具的加热制程,它的固化温度是80度固化。启模以后我们发现无论是腹板区域的粘结胶倒角以及前后缘和根部的粘结区域都显示出良好的平整性,胶层显得非常的致密而规整。通过Tg及NDT检测发现它的固化程度非常完好,叶片合模胶层无缺胶等质量瑕疵。
  
  统计了一下资源的利用效率,原来操作班组手工涂胶总的人数,包含打胶房的所有加在一起差不多十五六人,现在有效的降低至7-11人,有部分人员还是属于辅助,共节约人工大约在30%以上。同时它将合模的时间以及效率有效的提升了将近26%。这个是施工现场的图片,可以看出由原先的手工刮涂的人员的不甚规整性,到现在涂胶层的操作规范性,对于应用质量的提升是非常有帮助的。
  
  推胶盒结合挤压推动,使胶型表面光亮圆润,推胶板保障了胶型尺寸,防止了缺胶等质量缺陷的存在。对于原先手工刮涂这一块产生的缺胶缺陷,以及小型的孔眼等瑕疵现在已经不复存在了。固化后典型的性能显示是没有缺陷,没有瑕疵的,同时胶层因为聚合程度非常致密,而且性能更佳,产生了一个更好的聚合粘结效果,切割纹路显示是一个分平滑的切割纹路,有点类似于石材的切割纹路。
  
  总结一下我们在线涂胶综合的效果主要体现在以下五方面:一是使得胶型更完整、饱满,无缺胶,减少浪费。二是表面更平滑,无缺胶或表面瑕疵;三是胶层厚度得以控制在6毫米之内,粘结质量更趋一致;四是气泡参与基本消除或没有隐患。五是粘结效率提升,节约人工,更加便捷。
  
  这个是结构胶固化以后的粘结效果,总体而言在胶体上倒角更加平整,没有二次挤出,没有缺胶气泡等粘结缺陷。
  
  结合以上的过程我们得出该应用研究的结论,在线涂胶解决方案使得叶片合模胶在粘结可靠性、涂胶操作效率、合模工艺稳定性等大幅提升,同时降低了造作成本。
  
  本项目设定了4方面共7项指标目前已经全部达成,在线涂胶工艺方案是由中材、康达、以及设备厂家新帕三家公司联合开展,目前以及在56.8m大叶片批量化的应用取得了一下成效,一是使得气泡缺胶等瑕疵或者是缺陷彻底消失,粘结质量更加稳定可靠。二是它有效控制了胶层的厚度,使得粘结的力学性能发挥至最佳。三是使固化聚合度更加稳定可靠。四是形成了一系列的项目指导规范文件,以及现场的数据记录。
  
  我们推介以及发展这套在线涂胶方案它有着很深刻的意义,尤其是在现在叶片大型化这样一个时间段。通过各项数据记录表明,在线涂胶解决方案将合模工艺深入革新为机械+工装为主的操作模式,强化了机械化程度,消除了人的灵活性以及不稳定性带来的一些质量瑕疵或者隐患。全面提升了粘结的可靠性,涂胶操作效率以及工艺稳定性,同时一定程度的控制了成本,可以实现标准化、规范化的作业流程,全方位满足大型叶片的合模操作需要,这必将为大型风电发电叶片制造质量可靠性注入更坚实的信心。
  
  这一新技术发展的意义还提升了大叶片粘结成型质量带来更好的可靠性,同时也可以助力海上风电规范化制造技术,确保运行无忧,并且为其它行业复合材料部件粘结制造提供了借鉴意义。由此可以加速叶片制造由量向质的转变进程,有利于推进十三五风电发展计划的一个风月。
  
  康达新材一直并且将继续以发展优质新能源的原材料为己任,持续创新技术、优化产品,满足风电走向低风速、大型化、海洋化的需求。我们将与上下游厂商紧密合作,提供全程解决方案,力求在大叶片结构胶性能保质保量的前提下,通过优化和改进,实现最佳的质量应用以及持续为风电制造创新做贡献。
  
  近年来,康达结构胶大量应用于55米以上大型叶片制造。最大的叶型是由明阳的69.6m两叶型的情况,是于2014年挂机的,在东汽59.6叶片叶型上面也通过了SGS的全叶片疲劳测试,实现了批量化生产。过程中我们始终与诸位客户深入合作,互相扶持,一起前进,未来我们也是希望更加精诚合作,一起来开创一个更加完美的大叶片时代。以上是我的报告,非常感谢大家的聆听,祝各位嘉宾生活美满、工作愉快,谢谢!(根据速记发出,如有错误请谅解!)

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