复合材料风电叶片先进制造技术研究现状

复合材料风电叶片先进制造技术研究现状

摘要：在风电行业中，材料的选择对叶片的性能有重要的影响。随着科技水平

的进步，复合材料自出现就得到了认可，并在发展中快速推广，作为风电叶片复

合材料有自身优势。复合材料风电叶片也比常规材料风电叶片有更好的性能，因

此获得了广泛的应用。本文将围绕复合材料风电叶片的制造和发展进行分析，以

供参考。

关键词：复合材料；风电叶片；制造；发展

1.前言

当前，自动化技术在逐渐向制造业慢慢渗透，推进了制造业进入了自动化的

行业。为了抓住这个千载难逢的机会，我国的各个行业都在积极探索先进的自动

化技术，促进制造行业的快速转型，促进发展。

2.自动化智能化制造技术

2.1智能温控模具技术

模具是形成叶片的关键。现有的叶片模具加热方法通常是电加热或水加热。

电加热重量轻，温度迅速升高，并且可以轻松实现灵活的控制。它具有低成本的

水加热和稳定的温度控制能力。然而，这两种常规加热方法的缺点是不能实时反

映模具工作表面的温度。在叶片成型过程中，特别是在固化阶段，模具表面温度

的准确性直接影响叶片材料的最终性能。如果叶片的固化温度过低且固化程度不足，则产品性能将无法满足设计要求。如果温度太高，树脂的反应可能会恶化，

热量可能会集中，并且模具和产品可能会报废。因此，能够智能地控制和调节温

度的模具对于确保风力涡轮机叶片制造的可靠性至关重要。

2.2自动铺放技术

如今，复合风叶片的组件生产以劳动力手工作业为主，包括蒙皮，玻纤布、

腹板和大梁，沉重、复杂并且难以准确放置。有效地保证铺层的平坦度并不容易，并且最终叶片的质量和性能不稳定。由于叶片的尺寸较大且布局复杂，因此很难

将自动布局应用于叶片生产，因此，近年来，这项技术是划时代的并且已得到广

泛应用。

（1）主梁自动铺放及成型技术

主梁是叶片的主要承重组件，通常在铺设过程中不能有褶皱，并且需要很高

的放置精度，因此需要很长时间。通常，大叶片主梁层需要大约2个小时的铺设

时间。

（2）壳体自动铺放技术

当前，铺设玻纤布的主要方法是使用手工来铺设，但是耗时长，并且在铺设

过程中需要手动调节和铺设。由于用手拉动玻璃纤维布，因此会发生玻璃纤维布

的变形及其对产品质量的影响等问题。用于风力发电叶片的自动铺设装置主要包

括机械臂，放置头，光纤交叉输出，光纤交叉切割，压缩，光学位置检测，3D激光扫描仪。在此过程中，压辊在每个输出设备顶部和底部的反向移动以及织物上

的相对压力允许织物的运输。在机械臂的驱动下，铺层沿着导轨移动，从而完成

了在模具中铺布。

2.3自动打磨技术

目前，复合风轮机叶片的打磨主要是人工打磨，劳动强度大，污染环境，粉

尘对人体有害。当前，正在开发各种自动研磨技术和设备，其基本上使用机器人臂，自动引导车辆或导轨，智能控制系统，传感器等来根据预设程序来定位和定

位研磨系统，控制和调整强度。为了实现自动打磨，效率通常是常规手动打磨技术的10倍。具体情况如下：由RobbPropulsion开发的风力叶片打磨系统采用先进的智能控制技术，包含控制分析和吸尘系统，可实时监控叶片尺寸，表面状况和工艺残留物，可确保打磨精度并减少粉尘。它的主要特征是使用带有打磨机器人的自动引导车（AGV）来打磨叶片。在给定的80m行程中，AGV的重复定位误差仅为10mm，可以在整个打磨区域实施封闭式真空抽吸，以减少粉尘污染并改善工作环境。

3.数字化生产集成技术

用于复合材料制造的数字产品集成技术通常具有数字管理和控制两个功能，以在复合材料产品设计，过程，制造，检查和组装的各个环节之间可以实现共享和集成数据信息。当前，一些数字设计技术被应用于复合材料的制造，但是链接实际上是彼此断开的。

目前，综合集成技术作为MES系统的重要组成部分，在其应用中已经相对成熟，并被用于钢铁，石化，电子，航空航天和医药等领域。它具有生产计划，制造过程，质量控制，设备维护，文件管理等管理功能。通过控制物料，设备，人员，设备等的资源分配并共享从订单接收到产品的相关过程数据可以优化整个生产过程，以及数据分析管理。不同行业，不同生产方式和信息化现状的不同需求和管理特征，将决定是否需要进一步扩展MES模块的特定应用程序或应用程序开发。就复合风力涡轮机叶片厂而言，它的产量比平时更高，并且需要更高的产品工艺和产品质量稳定性。但是，目前大多数叶片工厂的生产管理精度不高，需要人工进行生产计划和调度，因此很可能发生资源分配不当，实际生产与计划不一致的问题。

在现场记录生产和质量信息仍然主要基于纸质文档，这不利于及时跟踪和解决问题。此外，研讨会的现有ERP和SAP系统是独立的，无法有效地发送和共享信息。针对这种情况，一些叶片工厂已经开始探索叶片生产信息化的建立，并研究了该公司中适合叶片生产的MES系统。在这些制造商中，中复连众已于2015年7月开始测试MES系统，以管理复合材料风力涡轮机叶片的生产信息。

4.复合材料产业发展建议

4.1制订复合材料发展的整体规划

中国复合材料行业当前的问题之一是缺乏按照国际标准设计，制造和加工复合材料的国家标准，以及对该行业发展过程中出现的一些问题的中长期关注。缺乏发展计划，为了尽快突破中国复合材料产业化进程中的瓶颈，促进复合材料“生产，教育，研究”的协调发展，国家有关部门我们需要尽快制定复合材料行业的战略和总体计划，尤其是鼓励研究机构的相关政策。研究实验室和大学正在深入研究复合材料的基本理论，工程技术设备的研发等，为中国复合材料产业的健康发展奠定了坚实的基础。

4.2发挥区域合作的优势

复合材料行业是一个跨学科，跨行业的新兴行业，在主要市场中多元化。它具有广泛的覆盖范围，广泛的应用领域，复杂的设计和生产流程，大规模生产要求以及制造复杂曲面的难度。因此，为了实现中国复合材料产业的快速发展，我们将引导政府，连接市场，支持地方经济，核心技术，财税，整合发展当地资源和产业，它们必须形成一个紧密整合的区域综合体。材料产业集群提高了以复合材料为代表的中国新兴材料产业的综合水平。

4.3建立评价和认证机构