了解風電機風葉材料的技術發(fā)展路線,就知道了風電機風葉的材料。據(jù)中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家先容:對于風力發(fā)電機而言,碳纖維是即將來臨的潮流。一般較小型的風葉(如22米長)選用量大價廉的E-玻纖增強塑料,樹脂基體以不飽和聚酯為主,也可選用乙烯酯或環(huán)氧樹脂,而較大型的風葉(如42米以上),一般采用CFRP或CF與GF的混雜復合材料,樹脂基體以環(huán)氧為主。GE風能的風葉工程的全球經(jīng)理Ramesh Gopalakrishnan說,設計師們在尋找輕質(zhì)高強度材料的過程中,選擇了碳纖維應用于風葉設計中。因此玻璃纖維和碳纖維,是目前風葉制造中最為重要的兩種材料。風葉是風力發(fā)電機中最基礎和最樞紐的部件,其良好的設計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)勝的機能,是保證機組正常不亂運行的決定因素。惡劣的環(huán)境和長期不停地運轉(zhuǎn),對風葉的要求有:比重輕且具有{zj0}的疲憊強度和機械機能,能經(jīng)受狂風等極端惡劣前提和隨機負荷的考驗;風葉的彈性、旋轉(zhuǎn)時的慣性及其振動頻率特性曲線都正常,傳遞給整個發(fā)電系統(tǒng)的負荷不亂性好;耐侵蝕、紫外線照射和雷擊的機能好;發(fā)電本錢較低,維護用度{zd1}。
風力發(fā)電轉(zhuǎn)子風葉用的材料,根據(jù)長度不同而選用不同的復合材料,目前最普遍采用的是玻璃纖維增強聚酯樹脂、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂,和碳纖維增強環(huán)氧樹脂。美國的研究表明,采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-玻纖,其耐拉伸疲憊就可以達到碳纖維的水平,而且經(jīng)這種處理后可以降低能實際上導致?lián)p害的纖維間微振磨損。
為知足上述要求、進步機組的經(jīng)濟性,風葉的尺寸增大可以改善風力發(fā)電的經(jīng)濟性,降低本錢。風葉長度從1980年的4.5米發(fā)展到今天的61.5米,容量從當初的0.55千兆瓦發(fā)展到今天的5千兆瓦。1970年的風力機風葉主要有鋼材、鋁材或木材制成,今天選擇的材料以E-玻纖增強塑料(GFRP)居多,目前已開始采用碳纖維復合材料(CFRP),風葉材料的開發(fā)順應了風葉大型化和輕量化的方向發(fā)展。據(jù)專家先容,關于木制風葉及布蒙皮風葉,近代的微、小型風力發(fā)電機也有采用木制風葉的,但木制風葉不易做成扭曲型。大、中型風力發(fā)電機很少用木制風葉,采用木制風葉的也是用強度很好的整體木方做風葉縱梁,來承擔風葉在工作時所必需承擔的力和彎矩。而鋼梁玻璃纖維蒙皮風葉,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)構形式,一般在大型風力發(fā)電機上使用。風葉縱梁的鋼管及D型型鋼從葉根至葉尖的截面應逐漸變小,以知足扭曲風葉的要求并減微風葉重量,即做成等強度梁。關于鋁合金等弦長擠壓成型風葉——用鋁合金擠壓成型的等弦長風葉易于制造,可連續(xù)出產(chǎn)又可按設計要求的扭曲進行扭曲加工,葉根與輪轂連接的軸及法蘭可通過焊接或螺栓連接來實現(xiàn)。
鋁合金風葉重量輕、易于加工,但不能做到從葉根至葉尖漸縮的風葉,由于目前世界各國尚未解決這種擠壓工藝。玻璃鋼風葉,中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家進行了重點先容。所謂玻璃鋼(glass fiber reinforced plastic,簡稱GFRP),就是環(huán)氧樹脂、不飽和樹脂等塑料,滲透長度不同的玻璃纖維,或碳纖維而做成的增強塑料。增強塑料強度高、重量輕、耐老化,表面可再纏玻璃纖維及涂環(huán)氧樹脂,其它部門填充泡沫塑料。玻璃纖維的質(zhì)量還可以通過表面改性、上漿和涂覆加以改進。LM玻璃纖維公司現(xiàn)致力于開發(fā)長達54米的全玻纖風葉,其單位千兆瓦本錢較低。進一步就是玻璃鋼復合風葉,上世紀末世界產(chǎn)業(yè)發(fā)達國家的大、中型風力發(fā)電機產(chǎn)品的風葉,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)構的復合材料做風葉。風力發(fā)電轉(zhuǎn)子風葉用的材料,根據(jù)長度不同而選用不同的復合材料,目前最普遍采用的是玻璃纖維增強聚酯樹脂、玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂,和碳纖維增強環(huán)氧樹脂。美國的研究表明,采用射電頻率等離子體沉積去涂覆E-玻纖,其耐拉伸疲憊就可以達到碳纖維的水平,而且經(jīng)這種處理后可以降低能實際上導致?lián)p害的纖維間微振磨損。
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