電機配件系列風(fēng)電機風(fēng)葉材料知多少
了解風(fēng)電機風(fēng)葉材料的技術(shù)發(fā)展路線,就知道了風(fēng)電機風(fēng)葉的材料.據(jù)中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家介紹:對于風(fēng)力發(fā)電機而言,碳纖維是即將來臨的潮流.一般較小型的葉片(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,設(shè)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(yīng)用于葉片設(shè)計中.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)電機中最基礎(chǔ)和最關(guān)鍵的部件,其良好的設(shè)計、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能,是保證機組正常穩(wěn)定運行的決定因素.惡劣的環(huán)境和長期不停地運轉(zhuǎn),對葉片的要求有:比重輕且具有最佳的疲勞強度和機械性能,能經(jīng)受暴風(fēng)等極端惡劣條件和隨機負荷的考驗；葉片的彈性、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,維護費用最低.
為滿足上述要求、提高機組的經(jīng)濟性,葉片的尺寸增大可以改善風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟性,降低成本.葉片長度從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-玻纖增強塑料(GFRP)居多,目前已開始采用碳纖維復(fù)合材料(CFRP),葉片材料的開發(fā)順應(yīng)了葉片大型化和輕量化的方向發(fā)展.據(jù)專家介紹,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)電機很少用木制葉片,采用木制葉片的也是用強度很好的整體木方做葉片縱梁,來承擔(dān)葉片在工作時所必須承擔(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,即做成等強度梁.關(guān)于鋁合金等弦長擠壓成型葉片——用鋁合金擠壓成型的等弦長葉片易于制造,可連續(xù)生產(chǎn)又可按設(shè)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).
電機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,因為目前世界各國尚未解決這種擠壓工藝.玻璃鋼葉片,中國環(huán)氧樹脂行業(yè)協(xié)會專家進行了重點介紹.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,滲入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,其它部分填充泡沫塑料.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米的全玻纖葉片,其單位千兆瓦成本較低.進一步就是玻璃鋼復(fù)合葉片,上世紀(jì)末世界工業(yè)發(fā)達國家的大、中型風(fēng)力發(fā)電機產(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,其耐拉伸疲勞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(dǎo)致?lián)p害的纖維間微振磨損.
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