電機(jī)配件系列風(fēng)電機(jī)風(fēng)葉材料知多少
了解風(fēng)電機(jī)風(fēng)葉材料的技術(shù)發(fā)展路線,就知道了風(fēng)電機(jī)風(fēng)葉的材料.據(jù)中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家介紹:對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)而言,碳纖維是即將來(lái)臨的潮流.一般較小型的葉片(如22米長(zhǎng))選用量大價(jià)廉的E-玻纖增強(qiáng)塑料,樹(shù)脂基體以不飽和聚酯為主,也可選用乙烯酯或環(huán)氧樹(shù)脂,而較大型的葉片(如42米以上),一般采用CFRP或CF與GF的混雜復(fù)合材料,樹(shù)脂基體以環(huán)氧為主.GE風(fēng)能的葉片工程的全球經(jīng)理Ramesh Gopalakrishnan說(shuō),設(shè)計(jì)師們?cè)趯ふ逸p質(zhì)高強(qiáng)度材料的過(guò)程中,選擇了碳纖維應(yīng)用于葉片設(shè)計(jì)中.因此玻璃纖維和碳纖維,是目前葉片制造中最為重要的兩種材料.葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件,其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能,是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素.惡劣的環(huán)境和長(zhǎng)期不停地運(yùn)轉(zhuǎn),對(duì)葉片的要求有:比重輕且具有最佳的疲勞強(qiáng)度和機(jī)械性能,能經(jīng)受暴風(fēng)等極端惡劣條件和隨機(jī)負(fù)荷的考驗(yàn)；葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性及其振動(dòng)頻率特性曲線都正常,傳遞給整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)荷穩(wěn)定性好；耐腐蝕、紫外線照射和雷擊的性能好；發(fā)電成本較低,維護(hù)費(fèi)用最低.
為滿足上述要求、提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,葉片的尺寸增大可以改善風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性,降低成本.葉片長(zhǎng)度從1980年的4.5米發(fā)展到今天的61.5米,容量從當(dāng)初的0.55千兆瓦發(fā)展到今天的5千兆瓦.1970年的風(fēng)力機(jī)葉片主要有鋼材、鋁材或木材制成,今天選擇的材料以E-玻纖增強(qiáng)塑料(GFRP)居多,目前已開(kāi)始采用碳纖維復(fù)合材料(CFRP),葉片材料的開(kāi)發(fā)順應(yīng)了葉片大型化和輕量化的方向發(fā)展.據(jù)專(zhuān)家介紹,關(guān)于木制葉片及布蒙皮葉片,近代的微、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也有采用木制葉片的,但木制葉片不易做成扭曲型.大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)很少用木制葉片,采用木制葉片的也是用強(qiáng)度很好的整體木方做葉片縱梁,來(lái)承擔(dān)葉片在工作時(shí)所必須承擔(dān)的力和彎矩.而鋼梁玻璃纖維蒙皮葉片,是在近代采用鋼管或D型型鋼做縱梁、鋼板做肋梁,內(nèi)填泡沫塑料外覆玻璃鋼蒙皮的結(jié)構(gòu)形式,一般在大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用.葉片縱梁的鋼管及D型型鋼從葉根至葉尖的截面應(yīng)逐漸變小,以滿足扭曲葉片的要求并減輕葉片重量,即做成等強(qiáng)度梁.關(guān)于鋁合金等弦長(zhǎng)擠壓成型葉片——用鋁合金擠壓成型的等弦長(zhǎng)葉片易于制造,可連續(xù)生產(chǎn)又可按設(shè)計(jì)要求的扭曲進(jìn)行扭曲加工,葉根與輪轂連接的軸及法蘭可通過(guò)焊接或螺栓連接來(lái)實(shí)現(xiàn).
電機(jī)配件系列鋁合金葉片重量輕、易于加工,但不能做到從葉根至葉尖漸縮的葉片,因?yàn)槟壳笆澜绺鲊?guó)尚未解決這種擠壓工藝.玻璃鋼葉片,中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂行業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家進(jìn)行了重點(diǎn)介紹.所謂玻璃鋼(glass fiber reinforced plastic,簡(jiǎn)稱GFRP),就是環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和樹(shù)脂等塑料,滲入長(zhǎng)度不同的玻璃纖維,或碳纖維而做成的增強(qiáng)塑料.增強(qiáng)塑料強(qiáng)度高、重量輕、耐老化,表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹(shù)脂,其它部分填充泡沫塑料.玻璃纖維的質(zhì)量還可以通過(guò)表面改性、上漿和涂覆加以改進(jìn).LM玻璃纖維公司現(xiàn)致力于開(kāi)發(fā)長(zhǎng)達(dá)54米的全玻纖葉片,其單位千兆瓦成本較低.進(jìn)一步就是玻璃鋼復(fù)合葉片,上世紀(jì)末世界工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的大、中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的葉片,基本上采用型鋼縱梁、夾層玻璃鋼肋梁及葉根,與輪轂連接用金屬結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料做葉片.風(fēng)力發(fā)電轉(zhuǎn)子葉片用的材料,根據(jù)葉片長(zhǎng)度不同而選用不同的復(fù)合材料,目前最普遍采用的是玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹(shù)脂、玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂,和碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂.美國(guó)的研究表明,采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-玻纖,其耐拉伸疲勞就可以達(dá)到碳纖維的水平,而且經(jīng)這種處理后可以降低能實(shí)際上導(dǎo)致?lián)p害的纖維間微振磨損.
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