國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)《2024—2025年節(jié)能降碳行動(dòng)方案》的通知
風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料選用介紹
風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料選用介紹 葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)件。它將風(fēng)能傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子,使之旋轉(zhuǎn)切割磁力線而發(fā)電。為確保在野外極其惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期不停、安全地運(yùn)行,對(duì)葉片材料的要求是
葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要構(gòu)件。它將風(fēng)能傳遞給發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子,使之旋轉(zhuǎn)切割磁力線而發(fā)電。為確保在野外極其惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期不停、安全地運(yùn)行,對(duì)葉片材料的要求是①密度小且具有最佳的疲勞強(qiáng)度和力學(xué)性能,能經(jīng)受住極端惡劣條件和隨機(jī)的負(fù)荷(如暴風(fēng)等)的考驗(yàn),確保安全運(yùn)轉(zhuǎn)20年以上;②成本(精確說(shuō)為分?jǐn)偟矫慷入姷某杀荆┑?;③葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性及其振動(dòng)頻率特性曲紅都正常,傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好;④耐腐蝕、耐紫外線(UV)照射和抗雷擊性好;⑤維護(hù)費(fèi)用低。
FRP完全可以滿足以上要求,是最佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料。
1.1 GFRP
目前商品化的大型風(fēng)機(jī)葉片大多采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(GFRP)制造。GFRP葉片的特點(diǎn)為
?、倏筛鶕?jù)風(fēng)機(jī)葉片的受力特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)強(qiáng)度與剛度 風(fēng)機(jī)葉片主要是縱向受力,即氣動(dòng)彎曲和離心力,氣動(dòng)彎曲載荷比離心力大得多,由剪切與扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力不大。利用玻璃纖維(GF)受力為主的受力理論,可將主要GF布置在葉片的縱向,這樣就可使葉片輕量化。
②翼型容易成型,可達(dá)到最大氣動(dòng)效率 為了達(dá)到最佳氣動(dòng)效果,利用葉片復(fù)雜的氣動(dòng)外形,在風(fēng)輪的不同半徑處設(shè)計(jì)不同的葉片弦長(zhǎng)、厚度、扭角和翼型,如用金屬制造則十分困難。同時(shí)GFRP葉片可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。
?、凼褂脮r(shí)間長(zhǎng)達(dá)20年,能經(jīng)受108以上疲勞交變載荷GFRP疲勞強(qiáng)度較高,缺口敏感性低,內(nèi)阻尼大,抗震性能較好。
④耐腐蝕性好 由于GFRP具有耐酸、堿、水汽的性能,可將風(fēng)機(jī)安裝在戶外,特別對(duì)于近年來(lái)大力發(fā)展的離岸風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō),能將風(fēng)機(jī)安裝在海上,使風(fēng)力機(jī)組及其葉片經(jīng)受各種氣候環(huán)境的考驗(yàn)。
為了提高GFRP的性能,還可通過(guò)表面處理,上漿和涂覆等對(duì)GF進(jìn)行改性。美國(guó)的研究表明,采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-GF,其拉伸及耐疲勞性可達(dá)到碳纖維(CF)的水平。
GFRP的受力特點(diǎn)是在GF方向能承受很高的拉應(yīng)力,而其它方向承受的力相對(duì)較小。
葉片由蒙皮和主梁組成,蒙皮采用夾芯結(jié)構(gòu),中間層是硬質(zhì)泡沫塑料或Balsa木,上下面層為GFRP。面層由單向?qū)雍?plusmn;45°層組成。單向?qū)涌蛇x用單向織物或單向GF鋪設(shè),一般用7或4GF布,以承受由離心力和氣動(dòng)彎矩產(chǎn)生的軸向應(yīng)力;為簡(jiǎn)化成型工藝,可不用±45°GF布層,而采用1:1GF布,均沿軸向鋪設(shè),以承受主要由扭矩產(chǎn)生的剪切應(yīng)力,一般鋪放在單向?qū)油鈧?cè)。梁的結(jié)構(gòu)形式既可以是夾芯結(jié)構(gòu),也可以是實(shí)心GFRP結(jié)構(gòu)。但是,在蒙皮與主梁的結(jié)合部位即梁帽處必須是實(shí)心GFRP結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榇瞬糠至号c蒙皮相互作用,應(yīng)力較大,必須保證蒙皮的強(qiáng)度和剛度。
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