大型風力発電ローターのプラズマ処理 ‐ 高効率、自動化、再現可能

風力システムでは、風の運動エネルギーを直接電気エネルギーに変換します。風の強い地域では、このシステムがエネルギー生産に大きな貢献を果たしています。この種の風力システムの効率性は、構造的な形状の他に、そのサイズによって大きく左右されます。現在、建造されているシステムでは、最長90メートルのブレード異形材を用いて、最大10メガワットの発電を行うことができます。

風力システムの製造・建築に必要な技術は、航空機製造に必要な技術と多くの点で共通しています。ブレード異形材の断面や機械的安定性、周囲の気流などは、航空機の翼の設計に基づいています。特にブレードの先端における円周速度により、航空機の飛行時と同じように、超音波範囲の乱気流や氷の蓄積など、非常に大きな材料応力が生じます。

高性能風力発電ローターの製造に関する特殊要件:

  • 軽量材料
  • 高強度構造
  • 乱流が発生しない滑らかな表面
  • 高品質表面と安定性

GRP(ガラス繊維強化プラスチック)やCRP(炭素繊維強化プラスチック)を使用する方法以外には、以上の要件を満たすことはほぼ不可能です。航空機業界と同じく、風力発電においても、大気圧プラズマ処理により、非常に効果的なプロセスソリューションを得ることができます。


風力ブレードの製造において非常に高い効果を発揮するOpenair®プラズマ処理の応用分野:

  • 繊維の前処理
  • ラミネート加工プロセス
  • ハーフシェル接合
  • 製造したコンポーネントの表面処理(表面仕上げ)

風力タービン用ローターブレードの塗装:プラズマ活性化後のCRPへの確実な塗料の接合

CRPローターブレード用表面前処理における最先端技術として、機械的粗面化や溶剤によるクリーニングがあげられます。このプロセスを利用した場合、極めて均質性に乏しい表面が生成する可能性があります。また環境に有害であり、手作業による多大な労力が必要となります。

一般的なCRPコンポーネントの場合、繊維と繊維基質との間で熱伝導に差が生じます。したがって、火炎処理法やレーザー処理法など、高温で処理を施した場合、複合材表面の特性が破壊されるおそれがあります。

Openair-Plasma®テクノロジーを利用すれば、大型コンポーネントに対してもプラズマ処理を問題なく施すことができます。  それにより、風力タービン用CRP製ローターブレードの製造に新たな可能性が生まれます。

特にプラズマノズル RD2005を用いてOpenair-Plasma®活性化を行うことにより、熱を印可することなく、表面を均一に活性化することができます。  この種のプラズマ処理により、均一に塗料を流して塗膜密着性を強化し、摩擦を生じることなく、ローターブレードを効率良く使用することができるようになります。

PT‐Release®プラズマコーティング:離型剤を使用しない繊維複合材コンポーネントの離型(CRP、GRP)

一般にローターブレードは、CRP・GRP混合構造を採用したラミネート加工プロセスを用いて、ハーフシェルとして製造されます。加工後に完成したコンポーネントをモールドから取り外すためには、モールドに分離層を塗布する必要があります。従来、この処理には化学離型剤を使用しています。この場合、離型後には毎回、化学離型剤を再度塗布しなければなりません。離型プロセスの際には、この微量の分離層がコンポーネントに付着します。コンポーネントに塗装処理を行う前に、この残留した分離層を除去しなければなりません。

プラズマトリート社は、化学離型剤を使用せずにCRP・GRPコンポーネントを確実に離型することができるシンプルで効率的なソリューションを開発しました。プラズマポリマーを塗布する際に使用するPT‐Release®プロセスでは、Openair-Plasma®を使用しています。

 

PT‐Release®プラズマコーティングによるCRP・GRPコンポーネントのシンプルで効率的な離型

  • 材料層を塗布する前に、ロボットによるPlasmaPlus® プロセスを用いてモールドにコーティングを施します。
  • 制御下でコーティングを施し、コーティング厚を均一にします。
  • 機能強度:現時点では、一回のプラズマコーティングで約50回の離型が可能。
  • 離型後、塗装前に、Openair-Plasma® クリーニングにより、残留している離型剤をすべて破壊し、除去します。

PT‐Release®プラズマコーティングによるCRP・GRPコンポーネントのシンプルで効率的な離型

  • 材料層を塗布する前に、ロボットによるPlasmaPlus®プロセスを用いてモールドにコーティングを施します。制御下でコーティングを施し、コーティング厚を均一にします。機能強度:現時点では、一回のプラズマコーティングで約50回の離型が可能。離型後、塗装前に、Openair-Plasma®クリーニングにより、残留している離型剤をすべて破壊し、除去します。

ローターブレードのPlasmaPlus®機能性コーティング:防食処理と空気力学的効果の改善による収率の向上

風力システムのローターブレードの効率性には、航空機と空気力学法則が適用されます。航空機の効率性を決める要素となるのは、翼表面と機体の空気摩擦です。表面に微細構造を構築し、極めて疎水性が高いテクスチャー加工を施すことにより、摩擦抵抗を抑えます。そのモデルの一つとして、水中でのイルカの運動方法があげられます(イルカの皮膚)。

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見本市
09. - 12. Sep 2024

CAMX

CAMX is the largest, most comprehensive composites and advanced materials event in North America.

 

Exhibit Hall, booth Q41

 

San Diego Convention Center

San Diego, California

 

見本市
30. - 31. Oct 2024

Advanced Engineering 2024

The UK’s largest annual gathering of engineering and manufacturing professionals.

 

Booth P154

 

NEC Birmingham

North Ave, Marston Green

Birmingham