1.引言

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙罩、輪轂罩是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的外殼防護(hù)結(jié)構(gòu)(如圖1所示),，風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙罩,、輪轂罩作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要部件，覆蓋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的設(shè)備和電氣組件,，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在惡劣的氣象環(huán)境中正常工作,，保護(hù)內(nèi)部設(shè)備和人員不受風(fēng)、雪,、雨,、鹽霧、紫外線輻射等外部環(huán)境因素的侵害,。

圖1 風(fēng)電機(jī)艙罩及輪轂罩

　　由于機(jī)艙罩,、輪轂罩長期遭受自然界及外界環(huán)境的侵襲,，故對(duì)其強(qiáng)度和剛度的要求比較高，同時(shí)要有耐候性,、抗腐蝕性,、抗溫差性、抗老化性,、抗疲勞性,、抗紫外線輻射等性能，除此之外,，考慮到整個(gè)風(fēng)電機(jī)組的承重,，要求機(jī)艙罩重量輕、強(qiáng)度高,、承載能力大,。因此，能夠滿足上述要求的新型復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙罩,、輪轂罩上的應(yīng)用開始得到廣泛的關(guān)注,。

　　2.行業(yè)現(xiàn)狀分析

　　由于機(jī)艙罩、輪轂罩生產(chǎn)技術(shù)工藝相對(duì)透明,，所以國內(nèi)機(jī)艙罩,、輪轂罩行業(yè)競爭比較充分，較有規(guī)模的生產(chǎn)廠家在30家左右,，境內(nèi)的外資風(fēng)電整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)也全都在國內(nèi)采購相關(guān)產(chǎn)品,，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)普遍認(rèn)可了國內(nèi)品牌的技術(shù)能力和質(zhì)量水平。

　　目前國內(nèi)機(jī)艙罩,、輪轂罩廠家大致分為三個(gè)梯隊(duì),，第一梯隊(duì)以格瑞德、株丕特,、山東雙一等為代表,，技術(shù)能力強(qiáng)、質(zhì)量管控標(biāo)準(zhǔn)高,、產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)異;第二梯隊(duì)以天津優(yōu)利康達(dá)等為代表,，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)比較嚴(yán)格，產(chǎn)品品質(zhì)比較優(yōu)異,，市場占有份額較高;第三梯隊(duì)由一些客戶源比較單一,，年出貨量比較少的其他廠家組成。由于近些年風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)進(jìn)入低速增長階段,，風(fēng)電行業(yè)整體利潤率持續(xù)下降,，作為配套產(chǎn)業(yè)的機(jī)艙罩制造也受到較大影響，第一梯隊(duì)廠家產(chǎn)品價(jià)格相較于其他廠家偏高,，但憑借其過硬的技術(shù)實(shí)力和嚴(yán)苛的質(zhì)量管理,，獲得了更多高端客戶的認(rèn)可,，訂單來源較廣，年出貨量比較有保障;而第二梯隊(duì)廠家在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上對(duì)工廠的整體投入熱情不高,，采用降價(jià)策略以爭取更多的訂單;第三梯隊(duì)廠家則緊守固有客戶,，開發(fā)新客戶和擴(kuò)大再生產(chǎn)動(dòng)力不足，由于訂單不穩(wěn)定,，很難保證熟練工人隊(duì)伍的穩(wěn)定和持續(xù)生產(chǎn),，往往導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量水平較差，售后服務(wù)成本增高,，生存日益艱難,。目前由國能聯(lián)合動(dòng)力自主設(shè)計(jì)、研發(fā)并生產(chǎn)的機(jī)艙罩,、輪轂罩產(chǎn)品也開始進(jìn)入研發(fā)周期,，并將于年內(nèi)進(jìn)入市場。

　　從圖表2可以看出,，第一梯隊(duì)廠家主要的客戶為國內(nèi)占有市場份額較大主機(jī)廠家金風(fēng),、聯(lián)合動(dòng)力、華銳等,，同時(shí)國外主機(jī)品牌同樣認(rèn)可和采購,。第二、第三梯隊(duì)的機(jī)艙罩廠家客戶相對(duì)單一,，市場份額相對(duì)較小,。

　　3.新工藝研究

　　復(fù)合材料成型工藝是復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和必要條件。隨著復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬,，復(fù)合材料工業(yè)得到迅速發(fā)展,，機(jī)艙罩、輪轂罩常用的成型工藝有手糊成型工藝,、噴射成型工藝,、真空袋成型工藝,、LRTM成型工藝等,，目前多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)采用較為成熟的真空袋成型工藝，而以雙模具為主要設(shè)計(jì)理念的輕型樹脂傳遞模塑工藝(LRTM)也日漸成熟,，LRTM由于兼具質(zhì)優(yōu),、環(huán)保和保護(hù)勞動(dòng)者的多方面優(yōu)勢(shì)，成為未來發(fā)展的主流方向,。

　　3.1主要工藝簡介

　　真空袋膜成型工藝介紹

　　真空袋成型工藝是將產(chǎn)品密封在模具和真空袋之間,，通過抽真空對(duì)產(chǎn)品加壓使產(chǎn)品更加密實(shí)、力學(xué)性能更好的成型工藝,。真空袋膜工藝分為干法和濕法兩種,。濕法是將手糊或者噴射成型未固化的制品,，加蓋一層真空袋膜，制品處于薄膜和模具之間,，密封周邊,，抽真空，使制品中的氣泡和揮發(fā)物排除,。干法是將增強(qiáng)玻纖鋪放到模具上,，將真空袋膜與模具周邊密封，在抽真空的同時(shí)將樹脂從模具的另一端由管路導(dǎo)入到模具中,，將增強(qiáng)玻纖浸潤,。兩種工藝的區(qū)別在于干法的玻纖含量可以做的更高，成型產(chǎn)品質(zhì)量更好,，重量更輕,。

　　圖表3 真空袋膜成型工藝真空灌注

　　真空導(dǎo)流成型技術(shù)的特點(diǎn)：1、可以制造單面光的制品;2,、成型效率一般,，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn);3、為閉模操作,，不污染環(huán)境,，不損害工人健康;4、增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放,，容易實(shí)現(xiàn)按制品受力狀況鋪放增強(qiáng)材料;5,、一次性耗材較多，垃圾回收是個(gè)問題,，成本相對(duì)高,。

　　LRTM成型工藝

　　輕型樹脂傳遞模塑工藝(RTM一Light)簡稱為LRTM,是一種新型的復(fù)合材料大型制件的成型技術(shù)，相較于真空袋膜單模具工藝,，它是一種雙模具的成型工藝,，上下模具具有一個(gè)寬約100mm的剛性周邊，由雙道密封帶構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的密封區(qū),，只要一抽真空模具即閉合,，然后對(duì)模腔內(nèi)抽真空，利用模內(nèi)的負(fù)壓和較低的注射壓力將樹脂注入模具,，使樹脂滲入預(yù)先鋪設(shè)的增強(qiáng)纖維或預(yù)制件中,。它主要原理為首先在模腔中鋪放好按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)好的增強(qiáng)材料預(yù)成型體，采用注射設(shè)備將專用低粘度注射樹脂體系注入閉合模腔,，模具具有周邊密封和緊固以及注射從排氣系統(tǒng)以保證樹脂流動(dòng)順暢并排出模腔中的全部氣體和徹底浸潤纖維,，是在真空狀態(tài)下排除纖維增強(qiáng)體中的氣體，通過樹脂的流動(dòng)，滲透,，實(shí)現(xiàn)對(duì)纖維及織物的浸漬,，并在室溫下進(jìn)行固化，形成一定的樹脂及纖維比例的工藝方法,。

圖表4 LRTM成型工藝工藝真空灌注

　　L-RTM工藝的特點(diǎn)：1,、由于是采用雙磨具，可以制造兩面光的制品;2,、成型效率高,，適合于中等規(guī)模的玻璃鋼產(chǎn)品生產(chǎn);3、L-RTM為閉模操作,，不污染環(huán)境,，不損害工人健康;4、增強(qiáng)材料可以任意方向鋪放,，容易實(shí)現(xiàn)按制品受力狀況例題鋪放增強(qiáng)材料;5,、原材料及能源消耗少。

　　LRTM工藝中,，需要對(duì)模具內(nèi)腔注入樹脂具有一定的壓力和流速,，因此要使模具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度大到足夠在注射壓力下不破壞、不變形,。通常采用帶鋼管支撐的夾芯復(fù)合材料,，或用數(shù)控機(jī)床加工的鋁模或鋼模,，這使制造費(fèi)用增大,，只有對(duì)產(chǎn)量足夠大的產(chǎn)品，才能抵消模具費(fèi)用,。此外為了閉合模具,，要使周邊有足夠的箝緊能力或使用閉合模具的壓力系統(tǒng)。上述因素都導(dǎo)致了了LRTM工藝模具的選材困難,，投資成本昂貴,，該工藝在目前階段實(shí)際應(yīng)用中還存在一定局限性。

　　3.2新工藝,、新技術(shù)的研究

　　隨著機(jī)艙罩,、輪轂罩產(chǎn)品客戶需求的不斷提升，各生產(chǎn)廠家在原有成熟工藝基礎(chǔ)上進(jìn)行了不斷的優(yōu)化改進(jìn),，新技術(shù),、新設(shè)計(jì)不斷出現(xiàn)，這也極大豐富了產(chǎn)品多樣性,，滿足了不同客戶定制化需求。

　　有色樹脂的應(yīng)用

　　有色樹脂是一種新型原材料，該樹脂與普通樹脂成分相同,，按照成品要求加入定量的調(diào)色劑,，真空灌注固化成型后內(nèi)表面直接達(dá)到成品顏色要求。該類型樹脂產(chǎn)品成型后內(nèi)表面顏色美觀,，能夠有效避免后期內(nèi)表面噴涂油漆而產(chǎn)生的壁掛,、顏色不均等現(xiàn)象，能夠有效提升表觀質(zhì)量,。使用有色樹脂進(jìn)行機(jī)艙罩的整體灌注,，相對(duì)于普通樹脂進(jìn)行的整體灌注的后期噴涂處理減少了一些工序，但對(duì)灌注工藝要求增加,。如圖5,、6所示增加有色樹脂相對(duì)比普通樹脂的使用能夠有效的避免噴漆等后處理產(chǎn)生的壁掛、色差不均,、內(nèi)壁漏光和漆面剝落等缺陷,，提升了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，降低了成本,。

　　目前該技術(shù)一般在國外風(fēng)機(jī)品牌如維斯塔斯,、西門子、歌美颯等產(chǎn)品上應(yīng)用較多,。

圖5 使用有色樹脂效果

圖6 使用普通樹脂噴漆后處理效果

　　內(nèi)部加強(qiáng)方式的優(yōu)化

　　傳統(tǒng)機(jī)艙罩玻璃鋼強(qiáng)度的加強(qiáng)方式一般采用機(jī)艙罩層鋪預(yù)埋聚氨酯泡沫板條進(jìn)行一體樹脂灌注的方式進(jìn)行,，在機(jī)艙罩內(nèi)部制作網(wǎng)格狀加強(qiáng)筋進(jìn)行加強(qiáng)。新型工藝在保證機(jī)艙罩不降低強(qiáng)度的同時(shí),，為實(shí)現(xiàn)機(jī)艙罩減重的目的,，改用內(nèi)部層鋪PVC芯材進(jìn)行加強(qiáng)的方式。芯材加強(qiáng)方式主要是在機(jī)艙罩,、輪轂罩層鋪時(shí)大面積鋪設(shè)芯材,，并相應(yīng)的減少玻纖布的層鋪數(shù)量，同時(shí)取消加強(qiáng)筋,，達(dá)到減重的目的,，通過表7的對(duì)比可以清楚地看到這一變化。(表格數(shù)據(jù)源自國內(nèi)某主流主機(jī)廠2MW機(jī)艙罩)：

　　從數(shù)據(jù)上看,，通過更改機(jī)艙罩內(nèi)部強(qiáng)度增強(qiáng)方式降低了產(chǎn)品的鋪設(shè)的厚度,，從而降低了產(chǎn)品重量。綜合對(duì)比分析有,，通過芯材鋪設(shè)方式進(jìn)行機(jī)艙罩內(nèi)部加強(qiáng)方式較聚氨酯加強(qiáng)筋加強(qiáng)方式鋪設(shè)厚度降低,，操作簡單，工藝性較為簡潔,，容易實(shí)現(xiàn),，成本略有增加，卻實(shí)現(xiàn)了重量的大幅降低，生產(chǎn)出的成品由于內(nèi)部空間更大,，在風(fēng)機(jī)整機(jī)安裝過程中變的更容易,，減少了內(nèi)部干涉的發(fā)生。

圖8 使用聚氨酯加強(qiáng)筋加強(qiáng)方式

圖9 使用芯材加強(qiáng)方式

　　分體式設(shè)計(jì)的出現(xiàn)

　　由于機(jī)艙罩產(chǎn)品外形尺寸大,，單體大面積玻璃鋼產(chǎn)品變形機(jī)率高,，并且運(yùn)輸不便，為了解決上述問題,，出現(xiàn)了單元分體式設(shè)計(jì)(如圖10所示),，將機(jī)艙罩合理地設(shè)計(jì)成多個(gè)單元進(jìn)行生產(chǎn)制造，疊放運(yùn)輸,。其突出特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：

　　(1)小單元能夠有效的控制生產(chǎn)工藝,，更好的保證產(chǎn)品質(zhì)量;

　　(2)生產(chǎn)的分體單元變形較小，充分體現(xiàn)了通配性和互換性;

　　(3)合理壓縮運(yùn)輸空間,，運(yùn)輸快捷方便,，提高提高運(yùn)輸效率，大大降低運(yùn)輸成本;

　　但分體式設(shè)計(jì)同時(shí)也存在缺點(diǎn),，一方面由于單位面積減小,，絕對(duì)數(shù)量增加，整體面積增加,，另一方面不同單元組合在一起對(duì)密封性能也提出了更高要求,，合力導(dǎo)致生產(chǎn)成本及檢測成本增加約40%。綜合計(jì)算生產(chǎn)成本增加及運(yùn)輸成本節(jié)約兩個(gè)因素,，目前該設(shè)計(jì)在超長運(yùn)距的海外運(yùn)輸中應(yīng)用較多,。

圖10 某知名廠家機(jī)艙罩分體式產(chǎn)

　　4.結(jié)論和展望

　　隨著風(fēng)電機(jī)艙罩、輪轂罩行業(yè)的不斷發(fā)展和國內(nèi)國際競爭的日益激烈,，要求機(jī)艙罩,、輪轂罩產(chǎn)品同時(shí)具備設(shè)計(jì)新、性能高,、質(zhì)量優(yōu),、成本低等優(yōu)點(diǎn)。為了生產(chǎn)高精度,、高質(zhì)量和高效率的產(chǎn)品,，機(jī)艙罩、輪轂罩成型工藝技術(shù)就需要不斷的創(chuàng)新,、改進(jìn)和優(yōu)化,，從傳統(tǒng)的單一型走向復(fù)合型、多功能型,，逐漸變得綜合化,、多樣化和科學(xué)化,，新材料的應(yīng)用也會(huì)不斷地充實(shí)其中，發(fā)揮出更高的價(jià)值,。加快機(jī)艙罩,、輪轂罩成型技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,，是適應(yīng)國內(nèi)市場,，參與全球競爭的必然要求。