用于粘接转子叶片的点胶系统

利用正确的系统技术缩短生产时间并优化成本

在未来的几十年里,我们将看到风能在全球能源结构中的比例不断增加。风力发电场的目标是以低于化石能源的价格提供电力。因此,转子叶片以及粘合剂点胶和混合系统的制造商在未来将面临一系列挑战。

生产风力涡轮机转子叶片的主要考虑因素是缩短生产时间,同时降低生产成本。同时,风力发电场运营商要求叶片的使用寿命超过 20 年。为了满足所有这些要求,所涉及的不同专业需要汇集各自的专业知识,并高效地协同工作。其中,粘合剂的分配、混合和应用尤为重要(图 1)。

粘合剂用量不断增加

长度超过 100 米的转子叶片需要多达 1200 千克的粘合剂才能将两半叶片粘合在一起。今后,叶片的长度和所需粘合剂的用量都有可能增加。粘合剂在 25 °C 下的开放时间一般为 45 分钟左右。无论叶片大小如何,粘合过程都必须在此时间内完成。粘合剂的测量采用高分辨率体积计数器,每个粘合剂成分都有一个闭环调节系统。此外,还可集成传感器,在规定的公差范围内监控粘合温度。

为了满足更长的转子叶片和不断增加的粘合剂用量的要求,Dopag 开发了超大型的点胶和混合设备,每种组分都配有 400 升的缓冲罐。这些设备配有移动式加料站,可减少点胶系统所需的空间,这也是许多企业生产设施的一个重要考虑因素。在这些系统的帮助下,用户可以有效利用机器中储存的 600 升或约 750 千克粘合剂。因此,即使粘合过程的时间安排很紧,也不需要两台以上的分配和混合机器。加料站使操作员能够将剩余材料用于下一个粘接过程,并在两次应用之间保持最大的材料可用量。

加工三组份粘合剂

某些制造工艺需要三组份粘合剂。市场上有专门用于加工快速和慢速固化粘合剂的机器。转子叶片制造商可以使用这些机器选择和使用最符合其个性化要求的固化剂。


如果转子叶片的较小部分必须在粘合剂使用的最后阶段进行粘合,则快速固化粘合剂可加快粘合过程。而对于较大的部件,如主模具(图 2),使用慢固化粘合剂则可实现细致、彻底的粘合过程。

选择不同的粘合剂不仅能提高粘合过程的整体效率,还能提供一系列调整程序的机会。因此,用户可以满足转子叶片不同部件的不同要求。

加快工艺流程

由于材料的特性,加速粘接过程是一项重大挑战。材料的固化是一个连续的过程,可靠的粘合取决于混合粘合剂的开放时间,这也是其罐装寿命的一个重要方面。如前所述,无论叶片大小,粘接周期都必须在 45 分钟内完成。由于转子叶片的长度不断增加,粘接过程需要加快。

最新开发的高性能点胶泵具有高度精确的工艺设置,可以以每分钟 30 公斤以上的速度点胶。此外,还可提供流量可变的机器和额外的材料缓冲器,在使用过程中无需重新加注。在这项新技术的帮助下,粘合剂可以在规定的时间内完成分配、混合和涂抹。


使用不同的胶圈轮廓

在转子叶片的不同部分(主模、前缘和后缘)涂抹粘合剂时,需要使用不同的珠型。为确保粘合过程满足粘合间隙的不同要求,喷嘴经常需要更换,每个叶片最多可更换九次。这非常耗时,涉及大量工作。这占了粘合过程的很大一部分,可能会导致转子叶片无法进一步增大。此外,粘合点有时还需要人工返工(形状、气泡等),这就大大增加了整个流程的工作量。

弗劳恩霍夫风能系统研究所 IWES 开发了一种用于粘合剂涂抹的可变喷嘴,可在一个步骤中涂抹不同的轮廓。该喷嘴可自动调整转子叶片不同部分的粘合剂珠轮廓,从而大大减少了所需时间。传感器的使用使这一过程实现了部分或全部自动化,并可精确测量粘合过程开始时的材料用量(图 4 和图 5)。

这项技术的发展使我们可以只在每个部分使用规定量的粘合剂,并使用正确的粘合珠轮廓,从而保证了尽可能高的质量,并将浪费降到最低。以这种方式粘合的转子叶片重量也更轻。Dopag 已将可变粘合剂喷嘴纳入其 Gluemix 计量和混合系统(图 3)。


稳定的混合比

制造商对转子叶片的保修期超过 20 年。实现这一承诺的一个重要因素是两半叶片之间的永久粘接。只有在使用粘合剂的过程中材料成分的指定混合比例保持一致,才能保证这一点。风电行业使用的主要粘合剂是一种双组分环氧树脂。混合比的公差要求非常严格。比例必须保持在 ±2 份固化剂对 100 份树脂的范围内。混合比例的一致性由高精度体积计数器来保证,该计数器作为闭环调节系统的一部分,用于控制和操作各组分的独立计量泵。

与其他解决方案相比,Dopag 使用主轴流量计来确保将体积计数器中的压降保持在最低水平。这一功能可对混合比例进行端到端监控。

此外,该系统还有一个依靠称重系统的自动预校准机制。这大大提高了工艺的可靠性,因为混合比可以保持准确和一致。Dopag 已将这些技术集成到其 Gluemix 系统中。

图 5:可变涂胶喷嘴可涂抹不同形状的胶珠。

在线监测和预测性维护

系统和流程的不断融合使生产链中的不同要素相互连接。这一持续的过程(工业 4.0)包括数据分析和智能技术的整合,目的是创造更高效、更可靠的生产环境。连通性的不断提高也使得转子叶片粘合剂混合过程中各系统之间能够实现无缝通信。这不仅提高了生产效率,还能实时应对变化。

Dopag 生命周期记录仪(LCL)可对系统进行在线监测和预测性维护,是粘合工艺的一大进步。过去,很少有可能对历史运行数据进行可靠分析,并得出有关维护间隔和部件使用寿命的结论。新模块可让机器操作员和服务人员详细了解计量组件的所有工艺参数和使用情况。其中包括物料数量和压力、温度和加速度数据、有关效率的测试台结果以及其他运行数据。因此,用户可以立即对异常情况做出反应,并确保高水平的工艺可靠性。这也为预测性维护带来了好处。通过比较数据,操作员可以及早发现任何潜在的关键磨损区域和逐渐出现的故障。

在整体设备效率(OEE)(图 6)方面,所有与可用性、性能和质量有关的关键数据都可以准确地记录下来。OEE 是全球公认的评估工业设备生产率的标准,在提高运行效率方面发挥着核心作用。生命周期记录仪提供的数据为战略规划和监控配药机的实时生产率奠定了基础,并可无缝集成到现代精益管理系统中。

政府补贴

在许多国家,扩大国内风能部门对能源结构具有重要的战略意义。因此,政府正在积极支持和资助各种研究项目。其目的是改进风能产业的流程,尤其是在成本压力巨大的情况下。通过投资研究项目,各国政府正试图促进创新、提高效率并保持本地风能行业的增长。这鼓励了多样化和可持续的国内能源格局的发展。Dopag 是多个由政府资助的研发创新项目的合作伙伴,在这些项目中,Dopag 与风力涡轮机制造商及其供应商合作,共同优化生产系统和工艺的成本效益。

未来会怎样?

未来几年,陆上和海上风电场的重要性将显著增加。涡轮机开发商、配料系统制造商和研究机构正在研究未来的生产工艺,以突破现有技术的极限。计量和混合设备制造商正在对其交钥匙解决方案的各个方面进行持续改进,从基于真空的转鼓更换的进料质量,到这里介绍的可变喷嘴的粘合剂应用。他们正在整合电动托盘车连接装置,以便沿着模具移动机器,同时还整合了旋转摄像头,无需用户干预即可检测移动路径上的物体。

这样做的目的是优化粘接工艺,将占用模具的时间减少到最低限度。这不仅缩短了生产时间,还减少了材料浪费和总体生产成本。风电行业的所有领域都在关注这些进步,这凸显了该行业在未来风力涡轮机生产中提高效率和可持续性的承诺。

您与DOPAG的合作关系

  • 专门的客户经理负责从动态混合头和自动化到的整个系统解决方案
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  • 与材料制造商紧密合作并定期沟通
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