Enercon 公司還對33米葉片進行了空氣動力實驗,經過精確的測定,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構都進行了必要的改進: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電機主艙附近的捕風能力,對葉片根莖進行重新改進,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行優化設計。在此基礎上,Enercon 公司開發出旋轉直徑71米的2MW 風力發電機組,改進后葉片根部的捕風能力得異提高。
Enercon 公司在4.5MW風力發電機設計中繼續采用此項技術,旋轉直徑為112米的葉片端部仍安裝的傾斜“小翼”,使得葉片單片的運行噪音小于3個葉片(旋轉直徑為66米)運行使產生的噪音。
丹麥的LM公司在61.5米復合材料葉片樣機的設計中對其葉片根部固定進行了改進,尤其是固定螺栓與螺栓空周圍區域。這樣,在保持現有根部直徑的情況下,能夠支撐的葉片長度可比改進前增加20%。另外,LM公司的葉片預彎曲專有技術也可以進一步降低葉片重量和提高產能。
三 風機葉片的制造工藝
隨著風力發電機功率的不斷提高,安裝發電機的塔座和捕捉風能的復合材料葉片做的越來越大。為了保證發電機運行平穩和塔座安全,不僅要求葉片的質量輕也要求葉片的質量分布必須均勻、外形尺寸精度控制準確、長期使用性能可靠。若要滿足上述要求,需要相應的成型工藝來保證。
傳統復合材料風力發電機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纖維需完全暴露于操作者和環境中)、生產效率低以及樹脂固化程度(樹脂的化學反應程度)往往偏低,適合產品批量較小、質量均勻性要求較低復合材料制品的生產。因此手糊工藝生產風機葉片的主要缺點是產品質量對工人的操作熟練程度及環境條件依賴性較大,生產效率低和產品的而且產品質量均勻性波動較大,產品的動靜平衡保證性差,廢品率較高。特別是對高性能的復雜氣動外型和夾芯結構葉片,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,生產工藝更加復雜和困難。手糊工藝制造的風力發電機葉片在使用過程中出現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和溶劑的釋放,有一定的環境污染問題。因此,目前國外的高質量復合材料風機葉片往往采用RIM、RTM、纏繞及預浸料/熱壓工藝制造。其中RIM工藝投資較大,適宜中小尺寸風機葉片的大批量生產(>50,000片/年);RTM工藝適宜中小尺寸風機葉片的中等批量生產(5,000-30,000片/年);纏繞及預浸料/熱壓工藝適宜大型風機葉片批量生產。
RTM工藝主要原理為首先在模腔中鋪放好按性能和結構要求設計好的增強材料預成型體,采用注射設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可進行加熱固化而成型復合材料構件。其主要特點有:
閉模成型,產品尺寸和外型精度高,適合成型高質量的復合材料整體構件(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20,000件左右的復合材料制品;