• 保定飞凡复合材料有限公司
  • 手机:13303025866
  • QQ:3101599157
  • 地址:保定市望都县望清路
新闻资讯您现在的位置是:首页>> 新闻资讯

风力发电机叶片材料选用介绍

作者:更新时间:2015-11-24 09:52:14浏览次数:
0

叶片是风力发电机组的重要构件。它将风能传递给发电机的转子,使之旋转切割磁力线而发电。为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行,对叶片材料的要求是:①密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能,能经受住极端恶劣条件和随机的负荷(如暴风等)的考验,确保安全运转20年以上;②成本(精确说为分摊到每度电的成本)低;③叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常,传递给整个发电系统的负荷稳定性好;④耐腐蚀、耐紫外线(UV)照射和抗雷击性好;⑤维护费用低。

  FRP完全可以满足以上要求,是最佳的风力发电机叶片材料。 

  1.1  GFRP 

  目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料(GFRP)制造。GFRP叶片的特点为: 

  ①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度  

  风机叶片主要是纵向受力,即气动弯曲和离心力,气动弯曲载荷比离心力大得多,由剪切与扭转产生的剪应力不大。利用玻璃纤维(GF)受力为主的受力理论,可将主要GF布置在叶片的纵向,这样就可使叶片轻量化。

  ②翼型容易成型,可达到最大气动效率  

  为了达到最佳气动效果,利用叶片复杂的气动外形,在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型,如用金属制造则十分困难。同时GFRP叶片可实现批量生产。

  ③使用时间长达20年,能经受108以上疲劳交变载荷GFRP疲劳强度较高,缺口敏感性低,内阻尼大,抗震性能较好。 

  ④耐腐蚀性好  

  由于GFRP具有耐酸、碱、水汽的性能,可将风机安装在户外,特别对于近年来大力发展的离岸风电场来说,能将风机安装在海上,使风力机组及其叶片经受各种气候环境的考验。

  为了提高GFRP的性能,还可通过表面处理,上浆和涂覆等对GF进行改性。美国的研究表明,采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-GF,其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维(CF)的水平。

  1.2  CFRP

  随着风机叶片设计技术的提高,风力发电向大功率、长叶片的方向发展。叶片长度增加势必增加叶片的质量。经对长度10~60m的叶片进行的统计表明,叶片质量按长度的三次方增加。叶片轻量化对运行、疲劳寿命、能量输出有重要的影响。由于叶片运行时其重力产生交变载荷,使叶片本身及机组产生疲劳。叶片减重可相应减少轮毂、机舱、塔架等结构的质量。

  对于大型叶片,刚度成为主要问题。为了保证在极端风载下叶尖不碰塔架,叶片必须具有足够的刚度。既要减轻叶片的质量,又要满足强度与刚度要求,有效的办法是采用碳纤维增强塑料(CFRP)。CFRP的拉伸性模量是GFRP的2~3倍。大型叶片采用CF增强可充分发挥其高弹轻质的优点。据分析,采用CF/GFRP混杂增强的方案,叶片可减重20%~40%。据欧洲EC公司资助的研究计划中介绍,在¢120m叶片转子中添加CF能有效减轻总体质量达38%,另外亦可使其设计成本费用比GF减少14%。另外一个类似的研究分析也指出,添加CF制得的风机叶片质量会比GF减轻约32%。

  目前世界上最大的CF/GFRP混杂风机叶片是Nodex公司为海上风电5MW机组配套研制的长度56m的叶片。Nodex公司还开发了43m(9.6t)的CF/GFRP风机叶片,可用于陆上2.5MW机组。Enercon公司开发了供4.5MW风力机组使用的CFRP叶片。对于大型叶片是否需用CF增强,目前尚有争议。一些人认为,在风能产业中引入CF工艺是“奇特”和昂贵的,如果可能应尽量避免。然而许多结构方面的工程师确信,自然的规模法则显示,当叶片长度增加时,质量的增加要快于能量的提取。因此采用CF或CF/GF混杂纤维对抑制质量的增大是必要的。同时为了降低风能的成本,发展具有足够刚性的更长叶片也是必要的。

  能否在风机叶片上大量采用CFRP取决于CF的价格。CFRP的性能虽然远优于GFRP,且不论叶片还是整个风力发电机组毫玩疑问都是最轻量的,但价格也是最贵的。即使CF价格降到11美元/Kg,用CFRP制备叶片的价格还是过高。因此现在正从原材料、工艺技术、质量控制等方面深入研究,以求降低CFRP的成本。

  一般较小型的叶片(如长22m)选用量大价廉的E-GFRP,树脂基体以不饱和聚酯为主,也可选用乙烯基酯树脂或环氧树脂。而较大型的叶片(如长42m以上)一般采用CFRP或CF/GFRP,树脂基体以环氧树脂为主。



咨询