桑迪亚国家实验室正在帮助风力涡轮机叶片制造商提高与叶片制造和精加工相关的劳动生产率。这种提高的生产率使得国内刀片与支付工人工资较低的国家的刀片相比更具成本竞争力
先进制造业创新计划(AMII)是一项为期三年,耗资630万美元的项目,汇集了来自爱荷华州立大学桑迪亚和亚利桑那州斯科茨代尔的TPI复合材料公司的研究人员,该公司在爱荷华州牛顿市经营一家涡轮叶片工厂。
桑迪亚经理丹尼尔莱尔德说,AMII是一个小型的,有针对性的项目的集合。在项目委员会审议的49项提案中,22项已接受的项目包括自动铺设和精加工,使用模拟开发更有效的制造工艺流程,以及改进的无损检测(NDI)能力。
该项目的目标是使美国风机叶片制造在美国市场上具有经济可行性。除了利用国内制造的运输优势外,该项目还寻求提高劳动生产率并将制造时间缩短35%。
风能基金会发现,美国目前拥有61,946兆瓦的公用事业规模风力发电能力,以及39个州和波多黎各的公用事业规模风力发电装置。尽管风能生产是美国总能源组合的重要组成部分,但美国的高劳动力成本历来使得在美国制造叶片难以具有竞争力。
建造刀片并不容易。风力涡轮机叶片又大又重,公差必须在毫米的完美范围内。它们必须能够承受数十年的恶劣条件,并且能够在叶片尖端处理高达每小时数百英里的惩罚速度。
而目前,制造风力涡轮机的大部分工作必须手工完成。
“风力涡轮机叶片制造包括一系列高度分散的人工操作,包括大量材料的铺设,输液,二次粘接以及在庞大的生产车间区域内的许多子组件的脱模。所有这些考虑因素都有助于实施自动化是一项具有挑战性和昂贵的努力,“莱尔德说。
在一个项目中,桑迪亚研究员Diane Callow创建了制造工厂的工厂逻辑模型,使研究人员能够查看工艺流程和提高产品速度的方法。这项工作立即确定并量化了架空桥式起重机引起的瓶颈。通过开发新颖的地面推车解决了这些问题。
在另一项AMII工作中,研究人员将工程数据软件平台与3-D激光投影系统相结合,以改善玻璃纤维织物的定位。
研究人员还模拟了高性能翼梁帽的固化,这是带有弯曲载荷的叶片部分。
桑迪亚高级研究员Dennis Roach领导开发了一个参考样本库,用于培训那些对风力涡轮机叶片进行无损检测的人员。
“NDI项目提高了刀片制造商在出厂前自信地确定产品质量的能力,提高了刀片的使用寿命.Sandia不仅致力于优化传统检测流程的性能,还开发了先进的产品。 NDI方法可以进一步改善质量保证流程.AMII的重点技术转让方面允许这些先进的NDI方法开始融入美国叶片制造工厂,“Roach说。
“AMII的改进与创新相结合,使刀片制造周期缩短了近50%,”莱尔德说。
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