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風(fēng)輪葉片中的高科技

2010-05-17 來(lái)源:科技日?qǐng)?bào) 瀏覽數(shù):788

  每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電裝置都有一根高高的“柱子”——塔桿(又稱“鐵塔”),一個(gè)大大的“肚子”——機(jī)艙,三片(有的兩片)長(zhǎng)長(zhǎng)的“葉子”——風(fēng)輪葉片(又稱“漿葉”),表面上結(jié)構(gòu)很是簡(jiǎn)單,其實(shí)從外到內(nèi)都有高科技,尤其是“肚子”里面構(gòu)造復(fù)雜,學(xué)問(wèn)高深。
  風(fēng)輪葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵核心部件之一,約占總成本的20%,它所采用的材料和設(shè)計(jì)決定葉片的性能和效率。由于葉片要常年(多達(dá)20年)不停地工作,而且要經(jīng)常遭受狂風(fēng)、暴雨、烈日、嚴(yán)寒、雷電等惡劣環(huán)境的考驗(yàn),必須要有可靠的質(zhì)量、良好的工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)越的性能。

  商品化的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片大多采用玻璃纖維復(fù)合材料,能滿足葉片輕質(zhì)高強(qiáng)和耐久性的要求,長(zhǎng)度長(zhǎng)于40米的葉片多采用碳纖維——玻璃纖維復(fù)合材料。使用碳纖維作為增強(qiáng)材料,不僅可以提高葉片的承載能力,由于碳纖維具有導(dǎo)電性,也可以有效地避免雷擊對(duì)葉片造成損傷。但限于碳纖維的制造技術(shù)和高昂的價(jià)格,碳纖維復(fù)合材料還未大量推廣應(yīng)用。

  為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),不僅要求葉片的質(zhì)輕高強(qiáng),而且也要求葉片的質(zhì)量分布均勻、外形尺寸準(zhǔn)確,因此葉片的制造工藝對(duì)風(fēng)力發(fā)電裝置十分重要。大型風(fēng)輪葉片一般是采用梁殼結(jié)構(gòu)(有肋梁的夾心結(jié)構(gòu)),由多軸(縱向)向經(jīng)(橫向)強(qiáng)化編制物做骨架?,F(xiàn)在國(guó)際上最先進(jìn)的生產(chǎn)工藝是干法成型(也稱為閉模成型),即按照設(shè)計(jì)鋪層進(jìn)行層鋪,然后密封型腔,進(jìn)行抽真空注射成型。真空注射成型不僅樹(shù)脂含量容易控制,還保證了復(fù)合材料葉片的質(zhì)量均勻分布,而且增強(qiáng)材料鋪設(shè)準(zhǔn)確,基體樹(shù)脂在真空壓力的作用下,可以更完全的浸漬增強(qiáng)材料,能有效地發(fā)揮增強(qiáng)材料的性能,提高復(fù)合材料的承載能力。

  風(fēng)輪葉片的設(shè)計(jì)壽命約為20年,由于是用復(fù)合材料做成的,自然降解非常緩慢。所以退役后的葉片處理是個(gè)難題,葉片的回收處理以及“綠色”葉片的研制將是今后重要方向。

  德國(guó)、丹麥等風(fēng)能資源利用較好的國(guó)家復(fù)合材料風(fēng)輪葉片的研發(fā)能力世界領(lǐng)先,可以針對(duì)不同的地區(qū)風(fēng)力發(fā)電需要,選擇最佳的設(shè)計(jì)方案和制造技術(shù),生產(chǎn)適合不同需求的復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電葉片。目前,我國(guó)的風(fēng)輪葉片尤其是兆瓦級(jí)風(fēng)輪葉片所使用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料大部分依賴進(jìn)口,嚴(yán)重制約了我國(guó)兆瓦級(jí)風(fēng)輪葉片制造行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的提升。

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