风力发电机组风机叶片涂料的研究

风力发电机组风机叶片涂料的研究

孙熔练

三门峡华阳发电有限责任公司河南省三门峡市472143

摘要：风力发电机组涂料在使用时会遭受到各种恶劣环境，如温差大、紫外光辐射强、风沙摩擦侵蚀、酸雨腐蚀等。本文旨在研制既有良好耐候性，又有较强的抗风蚀性能、耐盐雾性的高性能配套涂料，可对风力发电机组各部分起到很好的保护作用，延长风电设备的工作年限。风力发电机组涂料主要由叶片涂料与塔筒涂料2部分构成，由于风机叶片和塔筒的材质不同，因此对涂料的要求不一，本文主要介绍风机叶片涂料的研制。

关键词：风力发电机组；风机叶片；涂料

一、概述

风能是自然界取之不尽、用之不竭的资源，同时风电也是成本最低的温室气体减排技术之一。因此风电已经成为重要的替代能源，近年来发展迅猛。2007年全球风电投资中的15%投向中国市场，中国已成为全球最大的风电市场，另外，我国政府制定的“可再生能源中长期发展规划”也为风电产业制订了明确的目标。规划提出：到2010年和2020年，中国风电总装机容量要达到500万kW和3000万kW，另外要求新建风电风场，设备70%本地化生产。截至2009年底，我国风电实现并网1613万kW，同比增长92.26%。需求的快速增长也带动了我国风电设备制造业的快速发展。2004年，我国风机整机制造企业仅6家，目前明确进入风机整机制造的企业已超过70家，另外还有一些公司正在开展进入风机整机制造的前期准备工作。目前运行中的风力发电组用配套涂料几乎全部为进口或国外品牌产品，价格居高不下。相对于风电产业的快速发展，国内风力发电机组涂料的发展较慢，缺乏用于风电行业的专用涂料和品牌的号召力。因此国产化风力发电机组涂料极具市场发展潜力。

二、风机叶片涂料的研制

1、叶片涂料的技术要求

叶片的的工作环境比较恶劣，而且工作在高空经常受到空气介质、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，另外大型叶片的吊装费用昂贵且费时，一般运行10年以上才进行一次维护，因此对保护叶片的涂料要求极高。

⑴叶片涂料与底材要有优异的附着力，目前行业内公认的指标要求是采用ISO4624：78的拉开法测定不小于5MPa。

⑵具有良好的弹性，可以随同叶片的形变而变化，不至开裂。

⑶具有良好的耐磨损性，可以很好地抵抗风沙及雨水对漆膜的侵蚀与冲刷。

⑷涂膜具有极佳的耐紫外光性能，10年以上光泽无明显的变化、无粉化、剥落、霉变。

⑸风电叶片在运输和安装过程中可能被润滑油、液压油等污染，需用有机溶剂清洗，所以漆膜要耐有机溶剂、液压油、润滑油等。

⑹风场环境昼夜温差较大，叶片在特定高度的运行过程中最高温度可到50℃，最低能到-30℃，所以叶片涂料要能承受高低温的变化。

⑺良好的施工性，一次成膜厚度可达70~100μm，适合大面积喷涂，干燥速度快，施工周期短，生产效率高。

2、风机叶片涂料的配套体系

当前，全球应用最多的叶片涂料配套体系见表1。

表1风电叶片涂料配套体系

溶剂型底漆和弹性聚氨酯面漆配套体系是较理想的叶片防护层，被大多数叶片生产厂家采用，实际应用效果较好，经过大量的试验和测试可以满足使用要求。

2.1原材料的选择

⑴树脂的选择

目前风机叶片涂装大多采用耐候性较好的脂肪族聚氨酯体系，这种体系的涂膜虽然具有较好的耐老化性能，但是涂膜硬度高、刚性强，经风沙撞击后容易损伤脱落，对底材失去应有的保护作用。所以选择具有一定弹性的聚酯改性丙烯酸树脂，弹性涂膜受到沙粒的冲击后，漆膜受力形变，冲击力消失后，漆膜又恢复，兼有耐老化和优异的抗风沙侵蚀。

⑵固化剂的选择

脂肪族异氰酸酯，具有出色的耐候性和保光性，不黄变，弹性好。

⑶颜填料的选择

颜料：具有良好的遮盖力，耐紫外线性能优异。

填料：超细粉剂填料，可提高涂层的耐候性，延迟粉化、变色，增强涂层的综合机械性能。

⑷助剂的选择

消光剂：表面处理过的消光剂，赋予涂层合适的光泽，并由于其表面的特殊处理提高了漆膜的耐摩擦性。

分散剂：高分子分散剂，缩短研磨时间提高功效，对消光剂有很好的分散作用，使漆浆在添加了大量的消光剂后流动状态良好。

消泡剂：有机硅消泡剂，消除生产和喷涂时产生的泡沫，提高漆膜表面装饰效果和漆浆开罐效果。

流平剂：氟碳改性丙烯酸酯，保证大面积喷涂时漆膜快速的流平性。

抗老化剂：紫外线吸收剂和稳定剂，加强漆膜的耐紫外光性能。

2.2涂料体系配方

涂料体系配方见表2和表3。

表2底漆的配方

2.3涂膜的性能测试

涂膜的性能测试结果见表4。

3、叶片涂料施工工艺

叶片涂料的施工工艺为：风电叶片基材处理（打磨）→刮腻子（填平）→喷涂底漆、面漆。

施工时建议使用无气喷涂，如果风电叶片基材表面平整度较差，需刮涂腻子后再喷涂配套产品，叶片底漆干膜厚度要求达到80~150μm，底漆

干燥后打磨，喷涂叶片面漆，干膜厚度要达到100~150μm。

表4涂膜性能测试结果

结束语

我国风电行业的发展前景广阔，目前国内风电行业所用配套涂料以国外进口的为主，涂装成本较高。随着国内风电行业发展的日趋成熟，行业内竞争日益加剧，对制造成本的压力日趋紧迫，加速了原材料国产化的进程。研制的风力发电机组涂料经过实际应用与跟踪，施工性能与各项指标均达到或超过国外同类产品，满足了国内风力发电机组的涂装要求，完全具备了国产化应用及推广的条件。该配套产品的成功开发将对降低风力发电机组的制造成本，提高国产风力发电机组在国际市场的竞争力，推动风电行业健康有序的发展起到积极的促进作用。

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