Page 90 - 《橡塑技术与装备》2024年3期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

泡沫芯材开槽打孔方式对风电叶片

轻量化的影响

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杨蕾 ，李天凯 ，谭伯杨 ，赵虎 1
( 明阳智慧能源集团股份公司，广东 中山 528400)
摘要 ： 风电叶片的大型化对叶片质量及成本提出更高的要求，在保证叶片质量的同时降低叶片重量，成为近年来叶片行业降
本增效的重要方向。对腹板平板及壳体轮廓板泡沫芯材采用不同的开槽打孔方式，并对其灌注固化后吸胶量、密度及剪切性能进
行计算测试。研究发现，增大十字开槽、打孔的间距及采用一字开槽、打孔方式可有效降低芯材吸胶量及密度，G13 方向芯材
剪切性能均满足要求，G23 方向一字槽轮廓板剪切性能较弱 ；腹板平板主要受到点阵增强柱的影响，40 mm×40 mm 双面十字浅
槽及打孔试样吸胶后密度最低，减重最多，壳体轮廓板受到点阵增强及板格结构的交互作用，40 mm×40 mm 十字深槽间距、20
mm×20 mm 孔间距试样剪切性能符合要求，减重效果较好。
关键词 ： 风电叶片 ；泡沫芯材 ；开槽打孔 ；剪切性能 ；轻量化
中图分类号 ： TQ330.8 文章编号 ： 1009-797X(2024)03-0044-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2024.03.010

随着风电叶片向着 10 MW 级以上发展，叶片的 前广泛使用的 E- 玻璃纤维逐渐不能满足高强度、高
重量更大，所受载荷更多，其不仅对气动、结构提出 模量的要求，S- 玻璃纤维及碳纤维价格高昂，使用范
更高的刚度及强度等要求，而且对材料、工艺的技术 围有限，无法大面积推广 [10] ；另一方面，随着叶片大
要求愈发严格 ；叶片的发电量与叶片长度的平方成正 型化，对生产过程中工艺及材料的把控、优化变得至
比，而其长度与叶片重量成 3 次方关系，因此提高发 关重要，大叶片玻纤、芯材、粘接胶、树脂等用量大
电量的同时，设法降低叶片重量及成本，成为设计、 幅增加，生产过程中很容易引入余量，导致叶片重量
材料、工艺均需考虑的重要议题 [1~2] 。 增加，现有研究较少涉及工艺材料方式变化对叶片轻
目前，行业内对叶片轻量化的研究主要集中在材 量化的影响，这对大叶片的减重非常不利 [11~15] 。
料迭代、新材料的引入及设计优化方面，如碳纤维由 本文着眼于腹板及壳体泡沫芯材的开槽打孔方
于密度小、强度大、模量高，在叶片中使用可充分发 式，设计不同的槽孔尺寸，聚焦灌注后芯材吸胶量及
挥其高强轻质的优点，应用于叶片主梁、前缘梁及尾 密度的变化，并对相关剪切性能进行检测，分析不同
缘梁等处，可减轻叶片重量，提高叶片刚度及抗疲劳 的槽孔方式对剪切性能的影响，找出最优的开槽打孔
性能 [3~5] 。有研究表明，碳纳米管的引入对叶片聚合 方式，减少叶片树脂用量，降低叶片重量，以期实现
物的增强效应更加明显，其质量更轻，强度、韧性及 大叶片降本增效的目的，增强大叶片的可持续性发展。
耐久性比传统材料制备的叶片高很多 [6~7] ；王子文等
基于弯扭耦合叶片相比于非弯扭耦合叶片外部载荷、 1 试验部分
内应力更小的特点，通过减少铺层厚度使叶片轻量化， 1.1 材料及设备
并经过强度及模态校核发现，叶片安全可靠 [8] ；朱杰 （1）主材 ：恒石 ±45° 双轴玻纤布，惠柏环氧树
等基于拓扑与尺寸优化设计相结合的方法，调整梁帽、 脂，维赛 PVC 泡沫芯材，试样尺寸均为 500 mm×600
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腹板等结构的位置及结构尺寸，将叶片质量减轻了 mm×25 mm，具体槽孔设计如表 1 所示 ：其中 1 ~3 #
12.4%，减重效果较好 [9] 。
影响叶片重量的因素很多，随着百米级叶片的发 作者简介 ：杨蕾（1992-），男，工程师，硕士，主要工作
方向为风电叶片新工艺及材料的开发应用。
展，当前材料的迭代与设计的优化已接近瓶颈，如目
收稿日期 ：2023-10-09
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