Szél turbina lapát anyag kiválasztása
A pengék a szélturbinák fontos eleme. A szélenergiát a generátor rotorjához továbbítja, ami elforgatja és vágja le a mágneses erővonalakat az áram előállításához. A hosszú távú és biztonságos üzemeltetés biztosítása érdekében a terepen rendkívül kemény környezetben a fűrészlapra vonatkozó követelmények a következők: 1 alacsony sűrűség és optimális fáradási szilárdság és mechanikai tulajdonságok, amelyek képesek ellenállni a szélsőséges körülményeknek és véletlenszerű terheléseknek (pl. Viharok). (stb.) több mint 20 éve biztosítja a biztonságos üzemeltetést; 2 a költség (pontosan feltüntetve az egyes kilowattra osztott költségek) alacsony; 3 a penge rugalmassága, a forgás tehetetlensége és a rezgési frekvencia jellemzői normálisak, és átkerülnek az egészre. Az energiatermelő rendszer terhelési stabilitása jó; 4 korrózióállóság, ultraibolya (UV) ellenállás és villámcsapás-ellenállás jó; 5 karbantartási költség alacsony.
Az FRP teljes mértékben megfelel a fenti követelményeknek, és a legjobb szélturbina lapátanyag.
1.1GFRP
A jelenleg gyártott nagy kereskedelmi ventilátorlapátok nagy része üvegszálerősítésű műanyagból (GFRP) készül. A GFRP pengék jellemzői:
1 A ventilátor lapátok erőjellemzői szerint a ventilátorlapátok szilárdsága és merevsége főleg hosszanti erő, azaz aerodinamikai hajlítás és centrifugális erő. Az aerodinamikai hajlítási terhelés jóval nagyobb, mint a centrifugális erő, és a nyírási és a nyírási nyomaték nem nagy. Az üvegszál (GF) által dominált erőelmélet alkalmazásával a fő GF a penge hosszirányában helyezhető el, hogy a penge könnyebb legyen.
A repülőgép könnyen kialakítható, maximális aerodinamikai hatékonyságot eredményez A legjobb aerodinamikai hatás elérése érdekében a penge komplex aerodinamikai alakja segítségével a szélkerék különböző sugaraiban tervezzen különböző pengéhúzó hosszúságot, vastagságot, torziós szöget és szárnyat. A fémgyártás nagyon nehéz. Ugyanakkor a GFRP pengék is előállíthatók.
3 A használati idő legfeljebb 20 év, több mint 108 fáradtsági váltakozó terhelésnek képes ellenállni. A GFRP nagyobb fáradási szilárdsággal, alacsony mélységérzékenységgel, nagy belső csillapítással és jó szeizmikus teljesítménygel rendelkezik.
4 Jó korrózióállóság Mivel a GFRP sav-, alkáli- és vízgőz-ellenállással rendelkezik, a ventilátor szabadon telepíthető. Különösen az utóbbi években kifejlesztett tengeri szélerőművek esetében a szélturbinák telepíthetők a tengerre, így a szélturbinák és azok pengéi megtapasztalhatják a különböző éghajlati viszonyok vizsgálatát.
A GFRP teljesítményének javítása érdekében a GF felületkezeléssel, méretezéssel és bevonattal is módosítható. Az Egyesült Államokban végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy a rádiófrekvenciás plazma lerakódás alkalmazása az E-GF bevonására, szakító- és fáradtságállósága elérheti a szénszál (CF) szintjét.
A GFRP erőjellemzője az, hogy ellenáll a nagy szakítószilárdságnak a GF irányában, míg a más irányú erő viszonylag kicsi.
A penge egy bőrből és egy távolsági fényből áll. A bőrt szétválasztjuk, a középső réteg merev hab vagy Balsa fa, a felső és az alsó réteg pedig GFRP. A felső réteg egyirányú rétegből és ± 45 ° -os rétegből áll. Az egyirányú réteget egyirányú anyaggal vagy egyirányú GF-sel lehet rögzíteni, általában 7 vagy 4GF ruhával, hogy ellenálljon a centrifugális erő és a pneumatikus hajlítónyomaték által generált axiális feszültségnek; az öntési folyamat egyszerűsítése érdekében a ± 45 ° GF-réteg elhagyható. Az 1: 1GF-es ruhát használják fel, amelyek az axiális irányban vannak elhelyezve, hogy ellenálljanak a nyírófeszültségnek, amelyet főként a nyomaték okoz, és általában az egyirányú réteg külső oldalára kerülnek. A gerenda szerkezeti alakja lehet szendvicsszerkezet vagy szilárd GFRP szerkezet. Ugyanakkor a bőr és a fő fénysugár, vagyis a tárcsafedél tömör GFRP szerkezetének kell lennie. Ez azért van, mert a gerenda egy része kölcsönhatásba lép a bőrrel és a stressz nagy, és biztosítani kell a bőr szilárdságát és merevségét.
1.2CFRP
A szélturbina pengék tervezési technológiájának fejlesztésével a szélenergia-termelés a nagy teljesítményű és hosszú pengék irányába fejlődik. A penge hosszának növekedése a penge minőségét növeli. A 10-60 m-es pengék hosszára vonatkozó statisztikák azt mutatják, hogy a penge tömege a hosszúság kockájával nő. A penge könnyű súlya jelentős hatással van a működésre, a fáradtság élettartamára és az energiatermelésre. Mivel a penge a gravitáció miatt váltakozó terhelést generál, maga a penge és az egység fáradt. A pengék súlycsökkentése csökkentheti a csomópont, a nacelle, a torony és hasonlók szerkezetét.
Nagy pengék esetén a merevség jelentős probléma. Annak érdekében, hogy a penge csúcsa szélsőséges szélterheléseknél ne érjen a toronyhoz, a pengének kellően merevnek kell lennie. A penge minőségének csökkentése és a szilárdság és merevség követelményeinek való megfelelés érdekében egy hatékony módszer a szénszál erősítésű műanyag (CFRP) használata. A CFRP húzómodulja 2-3-szorosa a GFRP-nek. A CF erősítésű nagy pengék teljes mértékben kihasználhatják nagy rugalmasságukat és könnyű súlyukat. Az elemzés szerint a CF / GFRP hibrid javító rendszer 20% ~ 40% -kal csökkentheti a levelek tömegét. Az Európai Közösség által finanszírozott kutatási terv szerint a CF hozzáadásával a ¢ 120 m-es penge rotor hatékonyan csökkentheti a teljes minőséget 38% -kal, és a tervezési költségeket 14% -kal is csökkentheti a GF-hez képest. Egy másik hasonló vizsgálati elemzés arra is rámutatott, hogy a CF hozzáadásával készített ventilátorlapát minősége a GF-hez képest mintegy 32% -kal csökken.
A világ legnagyobb CF / GFRP hibrid ventilátorlapja jelenleg egy 56m hosszúságú penge, amelyet a Nodex fejlesztett ki a tengeri szélerőmű 5MW-os egységei számára. A Nodex 43m (9,6t) CF / GFRP ventilátorlapátot fejlesztett ki a parti 2,5MW-os egységekhez. Az Enercon a 4,5 MW-os szélturbinákban használható CFRP lapátokat fejlesztett ki. Még mindig nagy ellentmondásos, hogy a nagy pengék esetében a CF fokozott. Vannak, akik úgy vélik, hogy a CF-technológia bevezetése a szélenergia-iparban „különös” és költséges, és lehetőség szerint kerülendő. Azonban számos szerkezeti mérnök meg van győződve arról, hogy a természetes skála szabálya azt mutatja, hogy a penge hosszának növekedésekor a tömeg gyorsabban nő, mint az energia-kitermelés. Ezért a CF vagy CF / GF hibrid szálak használata szükséges a tömegnövekedés elnyomásához. Ugyanakkor, a szélenergia költségeinek csökkentése érdekében, hosszabb pengéket kell kialakítani, amelyek elegendő merevséggel rendelkeznek.
A CFRP nagy mennyiségben történő használata a ventilátorlapátokon a CF árától függ. Bár a CFRP teljesítménye sokkal jobb, mint a GFRP, és a penge vagy az egész szélturbina a legkönnyebb, az ár is a legdrágább. Még ha a CF ár 11 dollár / kg-ra csökken, a CFRP-vel készített penge ára még mindig túl magas. Ezért a CFRP költségeinek csökkentése érdekében most alaposan tanulmányozzuk a nyersanyagokat, a technológiai technológiákat, a minőségellenőrzést stb.
Általában a kisebb típusú pengéket (például 22 m hosszú) nagy mennyiségű olcsó E-GFRP-ből állítjuk elő, és a gyanta-mátrix főként telítetlen poliészterből és egy vinil-észter gyantából vagy egy epoxigyantából áll. is használható. A nagyobb pengék (például 42 m hosszabb) általában CFRP-t vagy CF / GFRP-t használnak, és a gyanta mátrix főként epoxigyanta.
