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纤维增强复合材料风机叶片的相对优势
发布时间:2017-11-27 10:23:24   浏览次数:768

风机叶片是接受风能的主要部件,要获得较大的风力发电功率,其关键就在于要有能轻快旋转的叶片。所以,风机叶片技术是风电机组的核心技术。叶片的设计除了要有高效的接受风能的翼型、合理的安装角,科学的升阻比、尖速比和叶片扭角外,还要有合理的结构、优质的材料和先进的工艺,使叶片具有可靠的承担风力的能力。叶片表面的光滑程度直接影响叶片转动时与空气的摩擦阻力,纤维增强复合材料在比强度、比刚度方面具有其他材料无可比拟的优越性,加上其耐疲劳、结构稳定、抗腐蚀、耐高温等优异性能。因此,纤维增强复合材料是目前风电叶片的首选材料。


纤维增强复合材料风机叶片的相对优势


风机叶片的外形和受力情况非常复杂,而且对尺寸精度、表面光洁度及质量分布等都有较高的要求。因此,用其他材料制造叶片时,往往会遇到复杂的加工问题,而且工艺装备多,生产周期长,劳动强度大,成品率低。现代的风机叶片都采用纤维增强复合材料,叶片是一个大型的复合材料结构。与其他材料的叶片相比,复合材料风机叶片具有下列优点:


1、可根据风机叶片的受力特点设计强度与刚度。


风机叶片主要是纵向受力,即气动弯曲和离心力,气动弯曲荷载比离心力大得多,由剪切与扭转产生的剪应力不大。利用纤维受力为主的受力理论,可把主要纤维安排在叶片的纵向,这样就可减轻叶片的质量(甚至比铝叶片还轻)。而质量的减轻可以降低叶片的离心力及重力引起的交变载荷。采用三明治夹层结构和设置加强肋可提高叶片的刚度。碳纤维、芳纶、高密度聚乙烯纤维的开发和应用,使叶片的取材范围更加广阔。


2、翼型容易成型,并达到最大气动效率。


为了达到最佳气动效果,风机叶片具有复杂的气动外形。在风轮的不同半径处,叶片的弦长、厚度、扭角和翼型都是不同的,如用金属制造十分困难。尤其是大、中型叶片。而复合材料叶片的成型工艺简单,只要有模具即可,而且制成的叶片表面光滑、叶型精确。


3、抗振性好,自振频率可自行设计。


复合材料的内阻尼大,抗振性好是制作叶片的理想材料;而且叶片的自振频率可以在很大范围内进行设计调整,从而避开共振区。


4、疲劳度较高。


风机叶片使用20a,要经受108次以上疲劳交变,因此材料的疲劳性能要好。复合材料缺口敏感性低,缺口扩展受到完好纤维的制约,可以提高叶片的安全性。


5、耐腐蚀性和耐气候性好。


风力机安装在户外,近年来又大力发展离岸风电场,风力机安装在海上,风力机组及叶片要受到各种气候环境的影响选择合适的原材料,可以使复合材料叶片具有良好的耐酸、耐碱、耐海水、耐气候等性能。


6、维修简便,易于修补。


复合材料风机叶片除了每隔若千年要在叶片表面进行适当维修(例如均匀涂漆)以外,一般不需要较大的维修。


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