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碳纖維復(fù)合材料在風力發(fā)電機中的應(yīng)用

2009-02-17 來源:東華大學(xué)紡織學(xué)院 瀏覽數(shù):5067

    葉片也是風機中成本最高的部件,雖然它的重量不到風機重量的15%。Peter Jamieson認為風葉成本約占風電成本的10%。 風葉類似于航空葉片,要求提高提升比(Lift-to-drag ratio),并且其提升特性不易受葉片表面污染和粗糙度影響。從結(jié)構(gòu)考慮要求葉片有較厚的葉型。葉片要經(jīng)受20年應(yīng)用,以受風力造成的疲勞次數(shù)達10(也有以500萬次作標準)。隨著風機功率的增加,風葉尺寸也相應(yīng)增加。表1所示為不同年份風機功率、風葉尺寸和風電價格的變化趨勢。
    2.碳纖維在風力發(fā)電機葉片中的應(yīng)用
    當葉片長度增加時,重量的增加要快于能量的提取,因為重量的增加和風葉長度的立方成正比(圖1),而風機產(chǎn)生的電能和風葉長度的平方成正比。同時隨著葉片長度的增加,對增強材料的強度和剛度等性能提出了新的要求,玻璃纖維在大型復(fù)合材料葉片制造中逐漸顯現(xiàn)出性能方面的不足。為了保證在極端風載下葉尖不碰塔架,葉片必須具有足夠的剛度。減輕葉片的重量,又要滿足強度與剛度要求,有效的辦法是采用碳纖維增強。國外專家認為,由于現(xiàn)有材料性不能很好滿足大功率風力發(fā)電裝置的需求,玻璃纖維復(fù)合材料性能已經(jīng)趨于極限,因此,在發(fā)展更大功率風力發(fā)電裝置和更長轉(zhuǎn)于葉片時,采用懺能更好的碳纖維復(fù)合材料是勢在必行。根據(jù)國外有關(guān)資料報道,當風力機超過3MW、葉片長度超過40米時,在葉片制造時采用碳纖維已成為必要的選擇。事實上,當葉片超過一定尺寸后,碳纖維葉片反而比玻纖葉片便宜,因為材料用量、勞動力、運輸和安裝成本等都下降了。

         
    國外碳纖維用于葉片制造的廠家主要有:
    * 丹麥LM Glassfiber“未來”葉片家族中61.5米長、5MW風機的葉片在梁和端部都選用了碳纖維;
    * 德國葉片制造商Nordex Rotor新制造的56米長,5MW風機葉片的整個梁結(jié)構(gòu)也采用了碳纖維,他們認為葉片超過一定尺寸后,碳纖維葉片的制作成本并不比玻纖的高;

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閱讀上文 >> 風力發(fā)電機葉片的幾種制造工藝比較
閱讀下文 >> RTM工藝制作葉片

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