風力發(fā)電機葉片材料選用介紹

《風力發(fā)電機葉片材料選用介紹》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應用文檔-天天文庫。

1、風力發(fā)電機葉片材料選用介紹葉片是風力發(fā)電機組的重要構(gòu)件。它將風能傳遞給發(fā)電機的轉(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)境中長期不停、安全地運行，對葉片材料的要求是：①密度小且具有最佳的疲勞強度和力學性能，能經(jīng)受住極端惡劣條件和隨機的負荷（如暴風等）的考驗，確保安全運轉(zhuǎn)20年以上；②成本（精確說為分攤到每度電的成本）低；③葉片的彈性、旋轉(zhuǎn)時的慣性及其振動頻率特性曲紅都正常，傳遞給整個發(fā)電系統(tǒng)的負荷穩(wěn)定性好；④耐腐蝕、耐紫外線（UV）照射和抗雷擊性好；⑤維護費用低。　　FRP完全可以滿足以上要求，是最佳的風力發(fā)電機葉片材料。?　　1.1?GFRP?　　目前商品化的大型風機葉片大

2、多采用玻璃纖維增強塑料（GFRP）制造。GFRP葉片的特點為：?　?、倏筛鶕?jù)風機葉片的受力特點來設計強度與剛度??　　風機葉片主要是縱向受力，即氣動彎曲和離心力，氣動彎曲載荷比離心力大得多，由剪切與扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的剪應力不大。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。　?、谝硇腿菀壮尚?，可達到最大氣動效率??　　為了達到最佳氣動效果，利用葉片復雜的氣動外形，在風輪的不同半徑處設計不同的葉片弦長、厚度、扭角和翼型，如用金屬制造則十分困難。同時GFRP葉片可實現(xiàn)批量生產(chǎn)?！　、凼褂脮r間長達20年，能經(jīng)受108以上疲勞交變載荷GFRP疲勞強度較高，缺

3、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，可將風機安裝在戶外，特別對于近年來大力發(fā)展的離岸風電場來說，能將風機安裝在海上，使風力機組及其葉片經(jīng)受各種氣候環(huán)境的考驗?！　榱颂岣逩FRP的性能，還可通過表面處理，上漿和涂覆等對GF進行改性。美國的研究表明，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到碳纖維（CF）的水平。　　1.2?CFRP　　隨著風機葉片設計技術(shù)的提高，風力發(fā)電向大功率、長葉片的方向發(fā)展。葉片長度增加勢必增加葉片的質(zhì)量。經(jīng)對長度10~60m的葉片進行的統(tǒng)計表明，葉片質(zhì)量按長度的三次方增加。葉片輕量

4、化對運行、疲勞壽命、能量輸出有重要的影響。由于葉片運行時其重力產(chǎn)生交變載荷，使葉片本身及機組產(chǎn)生疲勞。葉片減重可相應減少輪轂、機艙、塔架等結(jié)構(gòu)的質(zhì)量?！　τ诖笮腿~片，剛度成為主要問題。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架，葉片必須具有足夠的剛度。既要減輕葉片的質(zhì)量，又要滿足強度與剛度要求，有效的辦法是采用碳纖維增強塑料（CFRP）。CFRP的拉伸性模量是GFRP的2~3倍。大型葉片采用CF增強可充分發(fā)揮其高彈輕質(zhì)的優(yōu)點。據(jù)分析，采用CF/GFRP混雜增強的方案，葉片可減重20%~40%。據(jù)歐洲EC公司資助的研究計劃中介紹，在￠120m葉片轉(zhuǎn)子中添加CF能有效減輕總體質(zhì)量達38%，另外亦可使

5、其設計成本費用比GF減少14%。另外一個類似的研究分析也指出，添加CF制得的風機葉片質(zhì)量會比GF減輕約32%?！　∧壳笆澜缟献畲蟮腃F/GFRP混雜風機葉片是Nodex公司為海上風電5MW機組配套研制的長度56m的葉片。Nodex公司還開發(fā)了43m（9.6t）的CF/GFRP風機葉片，可用于陸上2.5MW機組。Enercon公司開發(fā)了供4.5MW風力機組使用的CFRP葉片。對于大型葉片是否需用CF增強，目前尚有爭議。一些人認為，在風能產(chǎn)業(yè)中引入CF工藝是“奇特”和昂貴的，如果可能應盡量避免。然而許多結(jié)構(gòu)方面的工程師確信，自然的規(guī)模法則顯示，當葉片長度增加時，質(zhì)量的增加要快于能量的提取。因

6、此采用CF或CF/GF混雜纖維對抑制質(zhì)量的增大是必要的。同時為了降低風能的成本，發(fā)展具有足夠剛性的更長葉片也是必要的?！　∧芊裨陲L機葉片上大量采用CFRP取決于CF的價格。CFRP的性能雖然遠優(yōu)于GFRP，且不論葉片還是整個風力發(fā)電機組毫玩疑問都是最輕量的，但價格也是最貴的。即使CF價格降到11美元/Kg，用CFRP制備葉片的價格還是過高。因此現(xiàn)在正從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等方面深入研究，以求降低CFRP的成本?！　∫话爿^小型的葉片（如長22m）選用量大價廉的E-GFRP，樹脂基體以不飽和聚酯為主，也可選用乙烯基酯樹脂或環(huán)氧樹脂。而較大型的葉片（如長42m以上）一般采用CFRP或CF

7、/GFRP，樹脂基體以環(huán)氧樹脂為主。