Valg av vindturbinbladmateriale
Blader er en viktig del av vindturbiner. Den overfører vindenergi til generatorens rotor, noe som forårsaker at den roterer og kutter magnetiske linjer med kraft for å generere elektrisitet. For å sikre langvarig og sikker drift i ekstremt tøffe miljøer i feltet, er kravene til bladmaterialer: 1 lav tetthet og optimal tretthetsstyrke og mekaniske egenskaper, som er i stand til å motstå ekstreme forhold og tilfeldige belastninger (for eksempel stormer) (etc.) sikrer sikker drift i mer enn 20 år; 2 Kostnaden (nøyaktig oppgitt som kostnaden tildelt hvert kilowatt) er lavt; 3 bladets elastisitet, rotasjonens treghet og vibrasjonsfrekvensskarakteristikken er normale og overføres til helheten. Stabilitetsstyrken til kraftgenereringssystemet er god; 4 korrosjonsbestandighet, ultrafiolett (UV) motstand og lynnedslag motstand er gode; 5 vedlikeholdskostnader er lave.
FRP kan fullt ut oppfylle de ovennevnte kravene og er det beste vindmøllevinge materialet.
1.1GFRP
De fleste av de store kommersielle fanblader som for tiden er produsert, er laget av glassfiberforsterket plast (GFRP). Egenskapene til GFRP-blad er:
1 I henhold til kraftegenskapene til viftebladene er styrke og stivhet av viftebladene hovedsakelig langsgående kraft, det vil si aerodynamisk bøyning og sentrifugalkraft. Den aerodynamiske bøyningsbelastningen er mye større enn sentrifugalkraften, og skjærspenningen generert av skjæring og vridning er ikke stor. Ved bruk av kraftteori dominert av glassfiber (GF), kan hovedgruven plasseres i bladets lengderetning, slik at bladet kan bli lettere.
2 luftplater som er enkle å forme, kan oppnå maksimal aerodynamisk effektivitet For å oppnå den beste aerodynamiske effekten, bruk den komplekse aerodynamiske formen på bladet, å designe forskjellig bladkordlengde, tykkelse, vridningsvinkel og vinge på forskjellige radier av vindhjulet, slik at som metallproduksjon er svært vanskelig. Samtidig kan GFRP-kniver masseproduseres.
3 Bruks tid er opptil 20 år, tåler mer enn 108 tretthet, vekslende belastning. GFRP har høyere tretthet, lav følsomhet, stor intern demping og god seismisk ytelse.
4 God korrosjonsbestandighet Fordi GFRP har syre, alkali- og vanndampmotstand, kan viften installeres utendørs. Spesielt for havvindmølleparkene som har blitt utviklet de siste årene, kan vindturbiner installeres til sjøs, slik at vindturbiner og bladene opplever testen av ulike klima.
For å forbedre ytelsen til GFRP kan GF også modifiseres ved overflatebehandling, liming og belegging. Studier i USA har vist at bruken av radiofrekvensplasmaavsetning til belegget E-GF, dets strekk- og tretthetsmotstand kan nå nivået av karbonfiber (CF).
Kraftegenskapen til GFRP er at den kan motstå høy strekkspenning i GF-retningen, mens kraften i andre retninger er relativt liten.
Bladet består av en hud og en fjernlys. Huden er smeltet, midtlaget er stivt skum eller Balsa-tre, og øvre og nedre lag er GFRP. Topplaget består av et ensrettet lag og et ± 45 ° lag. Det ensrettede laget kan legges med ensrettet stoff eller ensrettet GF, vanligvis med 7 eller 4GF klut for å motstå den aksiale spenningen generert av sentrifugalkraft og pneumatisk bøyemoment; For å forenkle støpeprosessen kan laget på ± 45 ° GF utelates. 1: 1GF-kluten brukes, som er lagt langs aksialretningen for å motstå skjuvspenningen, hovedsakelig forårsaket av dreiemomentet, og legges generelt på utsiden av det ensrettede laget. Strukturen av strålen kan enten være en sandwichstruktur eller en solid GFRP-struktur. Imidlertid er skjøten av huden og fjernlyset, det vil si sparkehetten, en solid GFRP-struktur. Dette skyldes at delen av strålen interagerer med huden, og stresset er stort, og huden skal styrkes og stivheten.
1.2CFRP
Med forbedring av vindturbine-designteknologi utvikler vindkraftproduksjonen seg i retning av høy kraft og lange kniver. En økning i lengden på bladet har en tendens til å øke bladets kvalitet. Statistikken på lengden på bladet fra 10 til 60 m indikerer at bladmassen øker med lengden av kuben. Bladets lette vekt har en viktig innflytelse på drift, tretthet og energiproduksjon. Da bladet genererer en vekslende belastning på grunn av dens tyngdekraft, er selve bladet og enheten utmattet. Bladvektreduksjon kan redusere kvaliteten på strukturen til navet, nacellen, tårnet og lignende.
For store kniver er stivhet et stort problem. For å sikre at spissen av bladet ikke berører tårnet under ekstreme vindbelastninger, må bladet ha tilstrekkelig stivhet. For å redusere bladkvaliteten og for å tilfredsstille styrken og stivhetskravene, er en effektiv metode å bruke karbonfiberforsterket plast (CFRP). Trekkmodulen til CFRP er 2 til 3 ganger den for GFRP. Store kniver med CF forsterkning kan dra full nytte av deres høye elastisitet og lette vekt. Ifølge analysen kan CF / GFRP hybridforbedringsordningen redusere bladenees vekt med 20% ~ 40%. Ifølge forskningsplanen finansiert av det europeiske EC-selskapet, kan tilsetningen av CF til ¢ 120m bladrotoren effektivt redusere totalkvaliteten med 38%, og redusere designkostnaden med 14% sammenlignet med GF. En annen lignende studieanalyse påpekte også at kvaliteten på viftebladet ved å legge til CF vil bli redusert med ca 32% sammenlignet med GF.
For tiden er verdens største CF / GFRP hybridvifteblad et blad av 56m lengde utviklet av Nodex for vindkraft 5MW enheter. Nodex har også utviklet 43m (9.6t) CF / GFRP vifteblad for landbasert 2,5MW-enheter. Enercon har utviklet CFRP-blad for bruk i 4,5 MW vindturbiner. Om CF er forbedret for store kniver er fortsatt kontroversielt. Noen tror at innføringen av CF-teknologi i vindkraftindustrien er "merkelig" og dyr, og bør unngås hvis det er mulig. Imidlertid er mange strukturelle ingeniører overbevist om at naturlig skala regelen viser at når lengden på bladet øker, øker massen raskere enn energiutvinningen. Derfor er bruk av CF- eller CF / GF-hybridfibre nødvendig for å undertrykke økningen i masse. På samme tid, for å redusere kostnadene for vindenergi, er det også nødvendig å utvikle lengre blad med tilstrekkelig stivhet.
Evnen til å bruke CFRP i store mengder på viftebladene avhenger av prisen på CF. Selv om ytelsen til CFRP er mye bedre enn GFRP, og bladet eller hele vindturbinen er den mest lette, er prisen også den dyreste. Selv om CF-prisen faller til $ 11 / kg, er prisen på bladet tilberedt med CFRP fortsatt for høyt. Derfor studerer vi nå i dybden fra råvarer, prosess teknologi, kvalitetskontroll etc. for å redusere kostnadene ved CFRP.
Vanligvis er den mindre typen blad (for eksempel 22 m lengde) laget av en stor mengde billig E-GFRP, og harpiksmatrixen består hovedsakelig av en umettet polyester, og en vinylesterharpiks eller en epoksyharpiks kan også brukes. De større bladene (som 42 m lenger) bruker generelt CFRP eller CF / GFRP, og harpiksmatriksen er hovedsakelig epoksyharpiks.
