資源描述：
《大型風(fēng)機(jī)葉片復(fù)合材料鋪放路徑規(guī)劃分析與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、第一章緒論1.1課題研究的背景和意義風(fēng)能作為可再生的綠色能源，憑借其巨大的商業(yè)潛力和環(huán)保效益，在全球的新能源和可再生能源行業(yè)中創(chuàng)造了最快的增長(zhǎng)速度（大約每年以25%～30%的速度遞增），是目前世界上能源領(lǐng)域發(fā)展最快且相對(duì)成熟的技術(shù)之一。據(jù)德國(guó)DEWI機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)：全球風(fēng)力發(fā)電設(shè)備容量至2010年時(shí)，約有13200萬(wàn)千瓦，并估計(jì)十四年后，會(huì)再增長(zhǎng)六成到21000萬(wàn)千瓦。丹麥知名風(fēng)力顧問(wèn)公司BTM認(rèn)為，到2015年，全球風(fēng)力相關(guān)設(shè)備的總投資金額將達(dá)2200億至2500億美元，相當(dāng)于三十座核電廠的建廠成本。國(guó)際專案融資雜志統(tǒng)
2、計(jì)，2000年以來(lái)，全球可再生能源發(fā)展籌資金額高達(dá)356.53億美元，其中超過(guò)一半集中在風(fēng)電廠。風(fēng)力每單位發(fā)電成本只有太陽(yáng)能的六分之一，每年的維護(hù)費(fèi)用不過(guò)建造成本的1.5％至3％。據(jù)國(guó)家發(fā)改委的計(jì)劃安排，我國(guó)風(fēng)電的發(fā)展規(guī)劃是：裝機(jī)容量到2010年達(dá)500萬(wàn)千瓦，2015年達(dá)1500萬(wàn)千瓦，2020年達(dá)到3000萬(wàn)千瓦，擬占屆時(shí)國(guó)內(nèi)總發(fā)電量的15%左右[1-2]。變速恒頻水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是大型風(fēng)力機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)沿著增大單機(jī)容量、減輕單位千瓦重量、提高轉(zhuǎn)換效率、降低每度電成本等方向發(fā)展。風(fēng)機(jī)葉片是捕
3、獲風(fēng)能的主要部件，也是提高風(fēng)力機(jī)組性能的關(guān)鍵部件，其制造成本在總成本中所占比例最大，約為15%～20%，而且至少應(yīng)該具有20年的使用壽命，大約要經(jīng)過(guò)1～10億次的載荷循環(huán)。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，直接影響風(fēng)力機(jī)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。目前為降低風(fēng)力發(fā)電成本，要求單機(jī)容量越來(lái)越大，葉片也就越來(lái)越長(zhǎng)。理論和實(shí)踐表明，風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的多少與風(fēng)輪直徑的平方成正比。因此，如果葉片增長(zhǎng)6%，則捕獲的風(fēng)能可增加12%以上。葉片大型化的同時(shí)還要求輕量化、低成本化和高性能化，即在滿足安全、可
4、靠和壽命的前提下質(zhì)量要輕、成本要低、功率要高。隨著風(fēng)輪向大型化、輕量化、高性能、單機(jī)大功率、低成本的方向發(fā)展，提高風(fēng)輪剛度、減輕葉片重量、改善葉片疲勞特性、實(shí)現(xiàn)變槳距功率調(diào)節(jié)、降低葉片噪聲等問(wèn)題日益突出。為了提高其性能和質(zhì)量，目前國(guó)外大型風(fēng)機(jī)葉片基本上都采用各種復(fù)合材料通過(guò)鋪放成型工藝制造而成，可以充分利用復(fù)合材料重量輕、比強(qiáng)度高、比模量大、性能可設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)制造一體化、抗疲勞特性好、易于成型等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到重量和強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性的最佳組合設(shè)計(jì)[3-5]。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一個(gè)專業(yè)性很強(qiáng)的高科技產(chǎn)業(yè)，能夠生產(chǎn)大型風(fēng)電
5、機(jī)組和葉1片的企業(yè)并不多，主要是丹麥和德國(guó)的幾家企業(yè)。目前全球風(fēng)力發(fā)電葉片幾乎被三大制造廠瓜分，約占領(lǐng)葉片市場(chǎng)的85～95%，它們分別是丹麥的LMGlasfiber、VestasWindSystemsA/S及德國(guó)的Enereon。目前，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已具備生產(chǎn)5～6MW級(jí)的風(fēng)電機(jī)組，并已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，更進(jìn)一步將向7～10MW、長(zhǎng)達(dá)60m以上的葉片發(fā)展。如德國(guó)Enercon公司6MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于2007年11月在德國(guó)的埃姆登安裝完成，Multibrid半直驅(qū)型（混合型）5MW機(jī)組也已試運(yùn)行，如圖1-1所示。圖1-1
6、Enercon公司6MW和Multibrid5MW風(fēng)電機(jī)組Fig.1-1WindturbinesystemofBoeing6MWand5MW我國(guó)新疆金風(fēng)公司、沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)風(fēng)能技術(shù)研究中心、中航惠騰風(fēng)電設(shè)備有限公司等自主研發(fā)了兆瓦級(jí)大型風(fēng)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了系列大型風(fēng)機(jī)葉片的國(guó)產(chǎn)化。目前已具備制造1.5～2.0MW、長(zhǎng)達(dá)35～37.5M葉片的能力，正在計(jì)劃研發(fā)2.5～3.0MW、長(zhǎng)達(dá)40M以上的葉片，但與國(guó)外相比還有較大差距；而且基本上以手工鋪層、真空熱壓罐成型為主，手工鋪層質(zhì)量差、可靠性低、材料利用率低、浪費(fèi)輔助材料，制
7、造周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重制約了我國(guó)纖維鋪放技術(shù)和風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展和水平的提高。成型設(shè)備、成型工藝和控制編程是纖維鋪放成型的三大支撐技術(shù)。其中，鋪放控制程序是鋪放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜構(gòu)件鋪放過(guò)程自動(dòng)化控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接關(guān)系到鋪放能否成功及成型后構(gòu)件的性能優(yōu)劣。纖維鋪放路徑的規(guī)劃與生成是鋪放控制程2序編制的依據(jù)和基礎(chǔ)，其任務(wù)是根據(jù)曲面構(gòu)件的幾何形狀、受力狀況及強(qiáng)度要求等，規(guī)劃、設(shè)計(jì)整個(gè)構(gòu)件的纖維鋪放路徑。為此，研究大型風(fēng)機(jī)葉片復(fù)合纖維材料鋪放算法及路徑規(guī)劃，可為大型風(fēng)機(jī)葉片纖維鋪放技術(shù)的研究、
8、鋪放裝備的研制奠定必要的基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2復(fù)合纖維材料及其應(yīng)用復(fù)合纖維材料（CompositeMaterials）是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。由于復(fù)合纖維具有重量輕、比強(qiáng)度高、比模量高、性能可設(shè)計(jì)、易于成型等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、風(fēng)機(jī)葉片、石油管道、壓力容器等大型構(gòu)件中得到了廣
