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用于粘接轉子葉片的點膠系統

利用正確的系統技術縮短生產時間并優化成本

在未來的幾十年里,我們將看到風能在全球能源結構中的比例不斷增加。風力發電場的目標是以低于化石能源的價格提供電力。因此,轉子葉片以及粘合劑點膠和混合系統的制造商在未來將面臨一系列挑戰。

生產風力渦輪機轉子葉片的主要考慮因素是縮短生產時間,同時降低生產成本。同時,風力發電場運營商要求葉片的使用壽命超過 20 年。為了滿足所有這些要求,所涉及的不同專業需要匯集各自的專業知識,并高效地協同工作。其中,粘合劑的分配、混合和應用尤為重要(圖 1)。

粘合劑用量不斷增加

長度超過 100 米的轉子葉片需要多達 1200 千克的粘合劑才能將兩半葉片粘合在一起。今后,葉片的長度和所需粘合劑的用量都有可能增加。粘合劑在 25 °C 下的開放時間一般為 45 分鐘左右。無論葉片大小如何,粘合過程都必須在此時間內完成。粘合劑的測量采用高分辨率體積計數器,每個粘合劑成分都有一個閉環調節系統。此外,還可集成傳感器,在規定的公差范圍內監控粘合溫度。

為了滿足更長的轉子葉片和不斷增加的粘合劑用量的要求,Dopag 開發了超大型的點膠和混合設備,每種組分都配有 400 升的緩沖罐。這些設備配有移動式加料站,可減少點膠系統所需的空間,這也是許多企業生產設施的一個重要考慮因素。在這些系統的幫助下,用戶可以有效利用機器中儲存的 600 升或約 750 千克粘合劑。因此,即使粘合過程的時間安排很緊,也不需要兩臺以上的分配和混合機器。加料站使操作員能夠將剩余材料用于下一個粘接過程,并在兩次應用之間保持最大的材料可用量。

加工三組份粘合劑

某些制造工藝需要三組份粘合劑。市場上有專門用于加工快速和慢速固化粘合劑的機器。轉子葉片制造商可以使用這些機器選擇和使用最符合其個性化要求的固化劑。


如果轉子葉片的較小部分必須在粘合劑使用的最后階段進行粘合,則快速固化粘合劑可加快粘合過程。而對于較大的部件,如主模具(圖 2),使用慢固化粘合劑則可實現細致、徹底的粘合過程。

選擇不同的粘合劑不僅能提高粘合過程的整體效率,還能提供一系列調整程序的機會。因此,用戶可以滿足轉子葉片不同部件的不同要求。

加快工藝流程

由于材料的特性,加速粘接過程是一項重大挑戰。材料的固化是一個連續的過程,可靠的粘合取決于混合粘合劑的開放時間,這也是其罐裝壽命的一個重要方面。如前所述,無論葉片大小,粘接周期都必須在 45 分鐘內完成。由于轉子葉片的長度不斷增加,粘接過程需要加快。

最新開發的高性能點膠泵具有高度精確的工藝設置,可以以每分鐘 30 公斤以上的速度點膠。此外,還可提供流量可變的機器和額外的材料緩沖器,在使用過程中無需重新加注。在這項新技術的幫助下,粘合劑可以在規定的時間內完成分配、混合和涂抹。


使用不同的膠圈輪廓

在轉子葉片的不同部分(主模、前緣和后緣)涂抹粘合劑時,需要使用不同的珠型。為確保粘合過程滿足粘合間隙的不同要求,噴嘴經常需要更換,每個葉片最多可更換九次。這非常耗時,涉及大量工作。這占了粘合過程的很大一部分,可能會導致轉子葉片無法進一步增大。此外,粘合點有時還需要人工返工(形狀、氣泡等),這就大大增加了整個流程的工作量。

弗勞恩霍夫風能系統研究所 IWES 開發了一種用于粘合劑涂抹的可變噴嘴,可在一個步驟中涂抹不同的輪廓。該噴嘴可自動調整轉子葉片不同部分的粘合劑珠輪廓,從而大大減少了所需時間。傳感器的使用使這一過程實現了部分或全部自動化,并可精確測量粘合過程開始時的材料用量(圖 4 和圖 5)。

這項技術的發展使我們可以只在每個部分使用規定量的粘合劑,并使用正確的粘合珠輪廓,從而保證了盡可能高的質量,并將浪費降到最低。以這種方式粘合的轉子葉片重量也更輕。Dopag 已將可變粘合劑噴嘴納入其 Gluemix 計量和混合系統(圖 3)。


穩定的混合比

制造商對轉子葉片的保修期超過 20 年。實現這一承諾的一個重要因素是兩半葉片之間的永久粘接。只有在使用粘合劑的過程中材料成分的指定混合比例保持一致,才能保證這一點。風電行業使用的主要粘合劑是一種雙組分環氧樹脂。混合比的公差要求非常嚴格。比例必須保持在 ±2 份固化劑對 100 份樹脂的范圍內。混合比例的一致性由高精度體積計數器來保證,該計數器作為閉環調節系統的一部分,用于控制和操作各組分的獨立計量泵。

與其他解決方案相比,Dopag 使用主軸流量計來確保將體積計數器中的壓降保持在最低水平。這一功能可對混合比例進行端到端監控。

此外,該系統還有一個依靠稱重系統的自動預校準機制。這大大提高了工藝的可靠性,因為混合比可以保持準確和一致。Dopag 已將這些技術集成到其 Gluemix 系統中。

圖 5:可變涂膠噴嘴可涂抹不同形狀的膠珠。

在線監測和預測性維護

系統和流程的不斷融合使生產鏈中的不同要素相互連接。這一持續的過程(工業 4.0)包括數據分析和智能技術的整合,目的是創造更高效、更可靠的生產環境。連通性的不斷提高也使得轉子葉片粘合劑混合過程中各系統之間能夠實現無縫通信。這不僅提高了生產效率,還能實時應對變化。

Dopag 生命周期記錄儀(LCL)可對系統進行在線監測和預測性維護,是粘合工藝的一大進步。過去,很少有可能對歷史運行數據進行可靠分析,并得出有關維護間隔和部件使用壽命的結論。新模塊可讓機器操作員和服務人員詳細了解計量組件的所有工藝參數和使用情況。其中包括物料數量和壓力、溫度和加速度數據、有關效率的測試臺結果以及其他運行數據。因此,用戶可以立即對異常情況做出反應,并確保高水平的工藝可靠性。這也為預測性維護帶來了好處。通過比較數據,操作員可以及早發現任何潛在的關鍵磨損區域和逐漸出現的故障。

在整體設備效率(OEE)(圖 6)方面,所有與可用性、性能和質量有關的關鍵數據都可以準確地記錄下來。OEE 是全球公認的評估工業設備生產率的標準,在提高運行效率方面發揮著核心作用。生命周期記錄儀提供的數據為戰略規劃和監控配藥機的實時生產率奠定了基礎,并可無縫集成到現代精益管理系統中。

政府補貼

在許多國家,擴大國內風能部門對能源結構具有重要的戰略意義。因此,政府正在積極支持和資助各種研究項目。其目的是改進風能產業的流程,尤其是在成本壓力巨大的情況下。通過投資研究項目,各國政府正試圖促進創新、提高效率并保持本地風能行業的增長。這鼓勵了多樣化和可持續的國內能源格局的發展。Dopag 是多個由政府資助的研發創新項目的合作伙伴,在這些項目中,Dopag 與風力渦輪機制造商及其供應商合作,共同優化生產系統和工藝的成本效益。

未來會怎樣?

未來幾年,陸上和海上風電場的重要性將顯著增加。渦輪機開發商、配料系統制造商和研究機構正在研究未來的生產工藝,以突破現有技術的極限。計量和混合設備制造商正在對其交鑰匙解決方案的各個方面進行持續改進,從基于真空的轉鼓更換的進料質量,到這里介紹的可變噴嘴的粘合劑應用。他們正在整合電動托盤車連接裝置,以便沿著模具移動機器,同時還整合了旋轉攝像頭,無需用戶干預即可檢測移動路徑上的物體。

這樣做的目的是優化粘接工藝,將占用模具的時間減少到最低限度。這不僅縮短了生產時間,還減少了材料浪費和總體生產成本。風電行業的所有領域都在關注這些進步,這凸顯了該行業在未來風力渦輪機生產中提高效率和可持續性的承諾。

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