Избор на материал за острие на вятърна турбина
Остриетата са важен компонент на вятърните турбини. Той предава вятърна енергия на ротора на генератора, като го кара да се върти и да отреже магнитните силови линии за генериране на електричество. За да се осигури дългосрочна, безопасна експлоатация в изключително тежки условия на полето, изискванията за материалите на острието са: 1 ниска плътност и оптимална якост на умора и механични свойства, способни да издържат на екстремни условия и случайни натоварвания (като бури). (и т.н.) осигурява безопасна работа повече от 20 години; 2 цената (точно посочена като разходите, разпределени за всеки киловат) е ниска; 3. еластичността на острието, инерцията на въртене и честотата на вибрации са нормални, и се предава на цялата стабилност на системата за производство на електроенергия е добра стабилност; 4. устойчивост на корозия, ултравиолетова (UV) и устойчивост на мълния, са добри; 5 разходите за поддръжка са ниски.
FRP може напълно да отговори на горните изисквания и е най-добрият материал на лопатката за вятърни турбини.
1.1GFRP
Повечето от големите търговски вентилационни лопатки, които се произвеждат в момента, са направени от пластмаса, подсилена със стъклени влакна (GFRP). Характеристиките на GFRP остриета са:
1 Според силовите характеристики на лопатките на вентилатора, якостта и коравината на вентилационните лопатки са предимно надлъжна сила, т.е. аеродинамично огъване и центробежна сила. Аеродинамичният огъващ товар е много по-голям от центробежната сила, а напрежението на срязване, причинено от срязване и усукване, не е голямо. Използвайки теорията на силите, доминирана от стъклени влакна (GF), основният GF може да бъде поставен в надлъжната посока на острието, така че острието да е по-светло.
2. аеродинамична повърхност, лесна за оформяне, може да постигне максимална аеродинамична ефективност с цел постигане на най - добър аеродинамичен ефект, като се използва сложна аеродинамична форма на острието, дизайн на различни дължина, дебелина, торсионен ъгъл и аеродинамична повърхност на различни радиуси на колелото на вятъра, като метал Производството е много трудно. В същото време GFRP ножовете могат да бъдат масово произведени.
3 времето за използване до 20 години, може да издържи повече от 108 умора на променлив товар GFRP има по - висока якост на умора, ниска степен на чувствителност, големи вътрешни амортисьори и сеизмични резултати.
4 добра устойчивост на корозия Тъй като GFRP има устойчивост на киселини, основи и водни пари, вентилаторът може да се монтира на открито. Специално за офшорните вятърни паркове, които са разработени през последните години, вятърните турбини могат да бъдат инсталирани в морето, така че вятърните турбини и техните остриета да изпитат теста на различни климатични условия.
За да се подобри работата на GFRP, GF може също да бъде модифициран чрез повърхностна обработка, оразмеряване и покритие. Проучванията в САЩ показват, че използването на радиочестотно плазмено отлагане за покриване на E-GF, неговата устойчивост на опън и умора може да достигне нивото на въглеродните влакна (CF).
Силата, характерна за GFRP, е, че тя може да издържи високо напрежение на опън в GF посока, докато силата в други посоки е относително малка.
Острието се състои от кожа и основен лъч. Кожата е притисната, средният слой е твърда пяна или балсова дървесина, а горният и долният пласт са GFRP. Горният слой се състои от еднопосочен слой и слой от ± 45 °. Еднопосочният слой може да бъде положен с еднопосочна тъкан или еднопосочен GF, обикновено с 7 или 4GF кърпа, за да издържи на аксиалното напрежение, генерирано от центробежната сила и пневматичния огъващ момент; за да се опрости процеса на формоване, може да се пропусне ± 45 ° GF слой. Използва се кърпа 1: 1GF, която се поставя по аксиална посока, за да издържи на напрежението на срязване, основно причинено от въртящия момент, и обикновено се поставя от външната страна на еднопосочния слой. Структурната форма на лъча може да бъде или сандвич структура или твърда GFRP структура. Обаче, ставата на кожата и основния лъч, т.е. капачката на лонжерона, трябва да бъде твърда структура на GFRP. Това е така, защото частта от гредата взаимодейства с кожата и напрежението е голямо, а здравината и здравината на кожата трябва да бъдат осигурени.
1.2CFRP
С подобряването на технологията за проектиране на лопатките на вятърните генератори, вятърната енергия се развива в посока на висока мощност и дълги остриета. Увеличаването на дължината на острието води до повишаване на качеството на острието. Статистическите данни за дължината на острието от 10 до 60 m показват, че масата на острието се увеличава от куба на дължината. Лекото тегло на острието има важно влияние върху работата, експлоатационния живот на умората и изхода на енергия. Тъй като острието генерира променлив товар поради своята гравитация, самото острие и устройството са уморени. Намаляването на теглото на острието може да намали качеството на конструкцията на главината, гондолата, кулата и други подобни.
За големи лопатки, твърдостта е основен проблем. За да се гарантира, че върхът на острието не докосва кулата при екстремни натоварвания от вятър, острието трябва да има достатъчна коравина. За да се намали качеството на острието и да се отговори на изискванията за якост и твърдост, ефективен метод е да се използва пластмаса, усилена с въглеродни влакна (CFRP). Модулът на опън на CFRP е 2 до 3 пъти този на GFRP. Големите остриета с CF армировка могат да се възползват напълно от тяхната висока еластичност и леко тегло. Според анализа, CF / GFRP хибридната подобрителна схема може да намали теглото на листата с 20% ~ 40%. Според плана за научни изследвания, финансиран от Европейската компания, добавянето на CF към ротора с ro 120 m може ефективно да намали цялостното качество с 38%, а също и да намали разходите за проектиране с 14% в сравнение с GF. Друг подобен анализ също показва, че качеството на фенката, направено чрез добавяне на CF, ще бъде намалено с около 32% в сравнение с GF.
Понастоящем най-големият в света CF / GFRP хибриден вентилатор е острие с дължина 56 метра, разработено от Nodex за морски вятърни мощности 5MW. Nodex също така е разработила 43m (9.6t) CF / GFRP вентилационни лопатки за наземни 2.5MW устройства. Enercon разработи CFRP лопатки за използване в вятърни турбини с мощност 4.5 MW. Дали CF е подобрена за големи остриета все още е спорна. Някои хора смятат, че въвеждането на CF технологии във вятърната енергетика е „специфично“ и скъпо и трябва да се избягва, ако е възможно. Въпреки това, много строителни инженери са убедени, че естественото правило на мащаба показва, че с увеличаване на дължината на острието, масата се увеличава по-бързо от извличането на енергия. Следователно, използването на CF или CF / GF хибридни влакна е необходимо за потискане на увеличаването на масата. В същото време, за да се намалят разходите за вятърна енергия, също е необходимо да се разработят по-дълги ножове с достатъчна твърдост.
Възможността за използване на CFRP в големи количества на фен лопатки зависи от цената на CF. Въпреки че представянето на CFRP е много по-добро от GFRP, а острието или цялата вятърна турбина е най-леката, цената също е най-скъпа. Дори цената на CF да падне до $ 11 / Kg, цената на острието, приготвена с CFRP, все още е твърде висока. Ето защо сега изучаваме задълбочено от суровини, технологични процеси, контрол на качеството и т.н., за да намалим разходите за CFRP.
Като цяло, по-малкият тип острие (например, 22 m дължина) е направено от голямо количество евтин E-GFRP, а матрицата от смола е съставена главно от ненаситен полиестер, а виниловата естерна смола или епоксидна смола също така да се използва. По-големите остриета (като например 42 m по-дълги) обикновено използват CFRP или CF / GFRP, а матрицата на смолата е предимно епоксидна смола.
