1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证.pdf

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 30    1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证  2013年l2月   15MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证    汤扬阁,周红丽,王红,刘进荣(内蒙古工业大学化工学院,呼和浩特 010051)   摘要:本文对采用真空辅助成型工艺(VARI)制造的1.5MW风机叶片的流道设计进行模拟分析。考察了不同注射方式、             不同导胶管间距的充模时间,分析了树脂流动形态、模腔内压力分布以及溢料口位置,优化得到了风机叶片根部的最佳注射方 案。在此基础上模拟整机充模成型,得到最佳流道设计方案为根部布置间距为487mm的两条管道,沿着叶片长度方向布置三    条注射流道,注射口数量为13个,两端抽气,溢料1:2数量为14个。将模拟结果应用于实际叶片成型工艺中,实际充模时间为  3.63h。与模拟结果相比误差为0.38h。       关键词:真空;成型;风机叶片;流道;充模     ——— 中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:10030999(2013)09003006     1引言   风能是可再生能源中最具潜力的能源之一,风   力发电是风能利用的主要方式,叶片作为风力发电   机组关键部件之一,具有尺寸大,外形复杂,精度要  … 求高,对强度、刚度和表面光滑度要求高等特点。   随着风电技术的发展与日趋成熟,风机机型趋于大      型化,因此,轻质高强、耐蚀性好、具有可设计性的复    合材料是目前大型风电叶片的首选材料J。  真空导入成型工艺(VARI)是在RTM工艺基础            上发展起来的一种复合材料成型液化模塑新工   艺J。国际上普遍认为,VARI是制造大型平面、曲   面的层合结构和加筋、异型复合材料构件的首选工 艺。与传统的开模成型工艺相比,VARI成型的制品         具有机械性能高、可重复性好、空隙率低(不超过    1%)、纤维含量高(一般为60%~70%)、环保和效   率高等优点J。 VARI技术工艺参数及其相关研究需要针对具     体的工艺体系进行,主要研究内容包括真空度、铺   层、导入介质、渗透率等工艺参数对树脂流动方向和  流动速度的影响以及产品厚度和纤维含量对工艺体 “     系的影响。至今还未有关于1.5MW风机叶片    的VARI工艺参数的研究。本文的前期工作创建了 1.5MW风机叶片根部和整体的气动外形模型,利用     有限控制体法模拟了1.5MW风机叶片根部和整  体的充模工艺,通过研究不同流道设计方案对树脂 流动特性、充模时间、压力分布的影响,达到了优化 成型周期、减少缺陷、降低成本的目的。  2数学模型    在VARI工艺充模过程中,树脂在模腔内的流  动可看作不可压缩流体在多孔介质中的长程渗流,    符合Darcy定律H,其流动方程为::一  Ave (1)     式中,为流动速度矢量;K为渗透率张量;为     粘性系数;P为压力梯度。在三维流场和笛卡儿   坐标下,方程(1)可展开为: 吉 (2)        其中,,,W为三个速度分量;K(=,y,z)为 笛卡儿坐标系下渗透率分量。假设树脂为不可压缩  流体,则连续性方程为:     ++:0  f31  讹  出    结合式(2)和式(3),在某一控制体内对式(2)           积分,得到描述VARI充模过程的基本控制方  程为:   收稿日期:20134)1-08 本文作者还有王彩霞。         基金项目:内蒙古工业大学校科学研究基金重点项目(ZD200908);内蒙科技厅专项引导基金项目(21066007);内蒙古自治区自然科  学基金(2009BSO203)      作者简介:汤扬阁(1988一),男,硕士研究生,主要研究方向为复合材料液体模塑成型技术。      通讯作者:王红(1970一),女,副教授,博士,hongwang396@126.com。 嘲     鲤以鲤塑●●●●●●●●●●●●●●●●,fJ ●●●●●●● ●●●●●lt,【 ● r¨¨ ¨¨ 川   2013年第9期       玻璃钢/复合材料 25            PROPERTYPREDICTIONANDMULTI-SCALEMODELOFWINDTURBINEBLADE      CoMPoSITESREINFORCEDBYCARBONNANOTUBES —       XIEGuilan,GUOJin,CAOWeinan,TIANJie        (SchoolofMechanicalEngineering,XiangtanUniversity,Xiangtan411105,China)    Abstract:Homogenizationtheorycombinedwithf          initeelementmethodisappliedtopredictthepropertiesof              windturbinebladecompositescomposedofcarbonnanotube/carbonfiber/epoxyresinbyvacuumresintransfer    molding.Accordingtotheexper imentalana   lysis,internalstructureofca rbonnanotube/ca   rbonfiber/epoxyresin         —   compositeisdescribedbythreelevels(macroscopic,mesoscopicandnanoscopiclevels).Themultiscalemodelsof               — windturbinebladecompositereinforcedbyCNTsareestablished.MATLABprogramiswrittenbasedontwolevel             homogenizationmethodstopredicttheeffectofthematerialparameters(volumefraction,aspectratio,elasticmodu.             1us)onthepropertiesofCNTs/CF/EPcomposites.Theeffectivepropertyincreasesastheelasticmodulus,aspect             — ratioandvolumefractionofCNTsincreases,respectively.Theconclusionshavesomesignificanceforguidingprep      arationofwindturbinebladecomposites.       Keywords:windturbineblade;CNTscomposite;effectiveproperties;homogenization;finiteelement  (上接第34页)    — [1O]ZHANGKmpeng,TANHua,WANGJihui,ZHUYingdan.Nu          mericalSimulationofMoldFiUinginResinTransferMoldingUsing       — IsoparametricMethod【J1.JournalofWuhanUniversityofTechnol—— ogyMater.Sci.Ed.,2005,20(1):98101.        [11]梁晓宁,李炜,罗永康,张锦南.厚铺层结构纤维增强体渗透性    能研究[J].玻璃钢/复合材料,2010,210(1):46-48.              [12]邓京兰,王继辉,连军.RTM充模过程(I):数学模型的建立  [J].武汉理工大学学报,2003,25(7):51-53. [13]江顺亮.RTM加工工艺充模过程的计算机模拟[J].复合材料 — 学报,2002,19(2):1317. [14]邓育文.复合材料液体模塑成型工艺增强材料渗透率的研究  [D].武汉理工大学,2005.14.          [15]孙玉敏,段跃新,李丹,梁志勇,张佐.风机叶片RTM工艺模拟   分析及其优化[J].复合材料学报,2005,22(4):26.       [17]夏盛来,何景武.基于工程应用的有限元网格划分研究[J].飞  机设计,2008,28(4):1O-l3.                SIMULATIONANALYSISADVERIFICATIONOF1.5MWWINDTURBINEBLADESBYVARI —    — TANGYangge,ZHOUHong-li,WANGHong,JIUJinrong   (CollegeofChemicalEngineer       ing,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China)           —   Abstract:Therunnerdesignof1.5MWwindturbinebladesmadebyvacuumassistedresininfusion(VARI)                wasanalyzed.Thefillingtimeindifferentinjectionwaysandspaceofinjectionrunnerswereinvestigatedsimultane.                   ously.Theresinflowform,thepressureinthemouldandthelocationofventinggateswerealsoanalyzed.Thebest                — injectionschemehasbeenoptimizedatlast.Onthatbasis,theoptimalinjectionpositionofsimulationformoldfill                   ingmachineformingwasdecoratingtworunnersintherootandthespacewas487mm,arranged3injectionrunners                     — alongthedirectionofbladelengthandthebestnumbersofinjectiongatesandventgateswere13and14respective                  ly.Whenusedthesimulatedresultsforactualblademoldingprocess,itindicatedthatthepracticalfillingtimewas         3.63h,whichhad0.38htimedifferentcomparedwithsimulatedresults.   Keywords:vacuum;molding;windturbineblade;r unners;filling 媾
周大爷
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