วิธีการผลิตใบพัดกังหันลมขนาดใหญ่?

การผลิตใบพัดกังหันลมขนาดใหญ่เป็นกระบวนการที่มีความแม่นยำสูงและใช้เทคโนโลยีขั้นสูง โดยส่วนใหญ่ใช้วัสดุคอมโพสิต เช่น พลาสติกเสริมใยแก้ว (GFRP) หรือพลาสติกเสริมใยคาร์บอน (CFRP) และผลิตผ่านเทคโนโลยีการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ ขั้นตอนการผลิตหลักและประเด็นทางเทคนิคที่สำคัญมีดังต่อไปนี้:

1. การออกแบบและการเตรียมแม่พิมพ์

การออกแบบทางด้านลมและโครงสร้าง: โดยพิจารณาจากข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพการแปลงพลังงานลม ความสามารถในการรับน้ำหนัก การควบคุมเสียงรบกวน ฯลฯ ซอฟต์แวร์ CAD/CAE ถูกนำมาใช้สำหรับการสร้างแบบจำลอง 3 มิติของใบพัดและการจำลองทางกล

การผลิตแม่พิมพ์: โดยปกติใบพัดจะถูกแบ่งออกเป็นเปลือกครึ่งบนและครึ่งล่าง ซึ่งผลิตแยกกัน แม่พิมพ์มักทำจากเหล็กหรือวัสดุผสม และพื้นผิวของแม่พิมพ์ต้องได้รับการขัดเงาอย่างแม่นยำสูงและเคลือบด้วยสารกันติดเพื่อให้ได้พื้นผิวใบพัดที่เรียบ (ลดแรงต้านลม)

2. การเตรียมวัสดุ

วัสดุหลัก:

วัสดุเสริมแรง: ผ้าใยแก้ว (ใช้กันทั่วไป), ผ้าใยคาร์บอน (ใช้สำหรับใบมีดยาวพิเศษเพื่อลดน้ำหนัก)

วัสดุหลัก: เรซินอีพ็อกซีหรือเรซินโพลีเอสเตอร์ (เรซินอีพ็อกซีมีประสิทธิภาพดีกว่าและใช้สำหรับใบพัดขนาดใหญ่)

วัสดุหลัก: ไม้บัลซาหรือโฟมพีวีซี ซึ่งใช้เติมเข้าไปด้านในของใบพัดเพื่อสร้าง "โครงสร้างแบบแซนด์วิช" เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและลดน้ำหนัก

ส่วนประกอบโครงสร้าง: ปลอกสลักฝังที่โคนใบพัด (ดุมเชื่อมต่อ), คานรับแรงเฉือนที่ขอบด้านหน้าและด้านหลัง เป็นต้น

3. การซ้อนชั้นและการฉีดสุญญากาศ

นี่คือกระบวนการหลักของการขึ้นรูปใบมีด ซึ่งโดยทั่วไปใช้เทคโนโลยีการฉีดเรซินแบบสุญญากาศ (VARI):

การวางชั้น: วางผ้าใยแก้ว วัสดุแกนกลาง และส่วนประกอบโครงสร้างทีละชั้นในแม่พิมพ์ การออกแบบชั้นต้องปรับทิศทางและความหนาของเส้นใยให้เหมาะสมกับสถานการณ์แรงกดในส่วนต่างๆ ของใบพัด

การปิดผนึกและการดูดอากาศ: ปิดชั้นวัสดุด้วยฟิล์มสุญญากาศและปิดผนึก จากนั้นดูดอากาศออก และปล่อยให้เรซินแทรกซึมเข้าไปในเส้นใยอย่างสม่ำเสมอภายใต้แรงดันลบ

การอัดฉีดเรซิน: ฉีดเรซินที่ผสมแล้วเข้าไปในแม่พิมพ์ผ่านท่อ และแทรกซึมเข้าไปในทุกชั้นของเส้นใยภายใต้สภาวะสุญญากาศ

การอบ: ให้ความร้อนแก่แม่พิมพ์ (โดยปกติ 50-80 องศาเซลเซียส) เพื่ออบเรซินให้แข็งตัว ก่อให้เกิดเปลือกคอมโพสิตที่มีความแข็งแรงสูง

4. การปิดและยึดแม่พิมพ์

การถอดแบบ: นำชิ้นส่วนบนและล่างออกจากแม่พิมพ์หลังจากวัสดุแข็งตัวแล้ว

การยึดติด: จัดวางเปลือกบนและเปลือกล่างให้ตรงกัน แล้วใช้กาวโครงสร้าง (โดยทั่วไปคือกาวอีพ็อกซี่) ยึดติดกัน ในขณะเดียวกัน ให้ยึดแผ่นเหล็กเสริมภายใน (เพื่อเสริมความแข็งแรงของโครงสร้าง)

การเสริมความแข็งแรงบริเวณโคนใบมีดที่เชื่อมต่อกับแกน (เช่น การเพิ่มความหนาของชั้นวัสดุหรือการบุด้วยโลหะ)

5. ขั้นตอนการประมวลผลและทดสอบหลังการทดสอบ

การตัดแต่ง: ตัดส่วนเกินที่ขอบออก และขัดพื้นผิวให้เรียบเนียน

การเคลือบผิว: พ่นสารเคลือบป้องกัน (ป้องกันรังสียูวี ป้องกันน้ำแข็ง ป้องกันการกัดกร่อน) และสีโลโก้

การทดสอบความสมดุล: ตรวจสอบจุดศูนย์ถ่วงและการกระจายน้ำหนักของใบพัดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสมดุลขณะเคลื่อนไหว

การทดสอบแบบไม่ทำลาย: การใช้คลื่นอัลตราโซนิคหรือรังสีเอ็กซ์เพื่อตรวจสอบข้อบกพร่องภายใน (เช่น ฟองอากาศ การแยกชั้น)

การทดสอบแรงคงที่และความล้า (การสุ่มตัวอย่าง): จำลองแรงลมสูงสุดเพื่อทดสอบทางกลเพื่อให้แน่ใจถึงอายุการใช้งานตามที่ออกแบบไว้ (โดยปกติ 20-30 ปี)

6. แนวโน้มการพัฒนาด้านเทคโนโลยี

การผลิตอัจฉริยะ: หุ่นยนต์วางชั้นอัตโนมัติ ระบบตรวจสอบการไหลเวียนของสารละลายแบบเรียลไทม์

นวัตกรรมด้านวัสดุ: การประยุกต์ใช้คาร์บอนไฟเบอร์แบบไฮบริด เรซินรีไซเคิลได้ (เช่น วัสดุคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก)

การออกแบบแบบแยกส่วน: ใบพัดแบบแบ่งส่วนช่วยให้ขนส่งและติดตั้งได้สะดวก

การรีไซเคิลใบพัดที่หมดอายุการใช้งาน: การพัฒนาเทคโนโลยีการรีไซเคิลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การไพโรไลซิสและการบดด้วยเครื่องจักรเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่

ความท้าทายที่สำคัญ

ข้อจำกัดขนาดใหญ่: ความยาวของใบพัดเกิน 100 เมตร (สำหรับกังหันลมในทะเล) ทำให้เกิดความท้าทายในการขนส่ง ขนาดแม่พิมพ์ และความแข็งแรงของโครงสร้าง

การควบคุมคุณภาพ: ข้อบกพร่องเล็กน้อยอาจนำไปสู่ความเสียหายจากความล้า และจำเป็นต้องมีการตรวจสอบความสม่ำเสมอของกระบวนการอย่างเข้มงวด

การควบคุมต้นทุน: ต้นทุนวัสดุและกระบวนการผลิตคิดเป็นสัดส่วนค่อนข้างสูงของต้นทุนรวมของพัดลม และจำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตให้เหมาะสมที่สุด

ด้วยกระบวนการผลิตที่แม่นยำดังกล่าวข้างต้น ใบพัดกังหันลมสมัยใหม่จึงมีความสมดุลระหว่างความแข็งแรงสูง น้ำหนักเบา และอายุการใช้งานยาวนาน กลายเป็นหนึ่งในส่วนประกอบหลักของเทคโนโลยีพลังงานลม