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三種復合材料風機葉片的應用進展

2010-06-08 來源:互聯網轉載 瀏覽數:4484

  2、碳纖維復合材料風機葉片
  作為提高風能利用率和發電效益的有效途徑,風力機單機容量不斷向大型化發展,兆瓦級風力機已經成為風電市場的主流產品。目前,歐洲3.6MW機組已批量安裝,4.2MW、4.5MW和5MW機組也已安裝運行;美國已經成功研制7MW風力機;英國正在研制10MW的巨型風力機。風電機組沿著增大單機容量和提高風能轉換效率的方向發展,對葉片提出了更高的要求,葉片長度的增加使得碳纖維在風力發電上的應用不斷擴大,研究表明,碳纖維(CF)復合材料葉片的剛度是玻璃纖維復合材料葉片的2~3倍,大型葉片采用碳纖維作為增強材料更能充分發揮其輕質高強的優點。丹麥Vestas的V-90型風力機容量為3.0MW,葉片長44m,其樣品試驗采用了碳纖維制造;西班牙Gamesa在其直徑為90m葉輪的葉片制造中使用了碳纖維;丹麥MEG-Micon正在制造碳纖維增強環氧樹脂的40m葉片。碳纖維的性能優于玻璃纖維葉片,同樣長度的碳纖維葉片比玻璃纖維葉片輕很多,如圖所示,但由于其價格昂貴,限制了它在風力發電上的大規模應用。因此,全球各大復合材料公司正在從原材料、工藝技術、質量控制等各方面進行深入研究,以求降低成本。美國Zoltek公司生產的PANEX33(48K)大絲素碳纖維具有良好的抗疲勞性能,可使葉片質量減輕40%,葉片成本降低14%,并使整個風力發電裝置成本降低4.5%。現在碳纖維軸已廣泛應用于轉動葉片根部,因為制動時比相應的鋼軸要輕得多,但在發展更大功率風力發電裝置和更長轉子葉片時,采用性能更好的碳纖維復合材料勢在必行。
  3、碳纖維、輕木、玻璃纖維混雜復合材料風機葉片
  由于碳纖維的價格是玻璃纖維的10倍左右,目前葉片增強材料仍以玻璃纖維為主。在制造大型葉片時,采用玻纖、輕木和PVC相結合的方法可以在保證剛度和強度的同時減輕葉片的質量。中材科技風電葉片股份有限公司研制的40m、1.5MW葉片的質量只有6t,在滿足強度的情況下,質量大大降低。LM公司在《2004去全球碳纖維展望》的報告中指出:在風力機葉片中采用碳纖維,應注意它和玻璃纖維混合時所增加的重量;其進一步開發的以玻璃鋼為主的61m大型葉片,只在橫梁和葉片端部選用少量碳纖維,以配套5MW的風力機。結構工程師認為,當葉片長度增加時,質量的增加要高于能量的取得,因此碳纖維或碳/玻混雜增強的方案,葉片可減重20~30%。德國Nodex公司為海上5MW風電機組配套研制的碳/玻混雜風機葉片長達56m,同時,Nodex公司還開發了43m(9.6t)碳/玻葉片,可用于陸上2.5MW機組。目前,碳纖維/玻璃纖維與輕木/PVC混雜使用制造復合材料葉片已被各大葉片公司所采用,輕木/PVC作為夾芯材料,不僅增加了葉片的結構剛度和承受載荷的能力,而且還最大程度地減輕了葉片的質量,為葉片向長且輕的方向發展提供了有利的條件。

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