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风力发电风扇叶是什么材料(现在风力发电风扇叶是什么材料的)

风力发电风扇叶是什么材料(现在风力发电风扇叶是什么材料的)

更新时间:2021-12-05 15:38:11

随着风力发电技术的发展,风力发电机技术沿着增大单机容量、减轻单位千瓦重量、提高转化率方向的发展,风电叶片尺寸越大,对于材质具有更高的要求,碳纤维因其重量轻 强度高等特性,逐渐被应用于风力发电领域。

那碳纤维材质有哪些应用优势呢?如下文浅谈。

1. 提高风电叶片的刚度,减轻其重量

碳纤维的密度大约比玻璃纤维的小30%,强度却大约40%左右,尤其是模量高3~8倍,大型风电叶片采用碳纤维材质可充分发挥其高弹轻质的优点。有研究显示,同样是34M长的叶片,采用玻璃纤维增强聚酯树脂时质量为5800kg,采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg,而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。

2. 提高叶片的抗疲劳性能

风电机长期在恶劣的自然条件下工作,湿度 疲劳 暴风雨和累积等因素都有可能使风电叶片易于受损,碳纤维材料优异的抗疲劳性能以及对酸碱盐大气具有良好的耐腐蚀性,当与树脂材料融合是,成为了风力机适应恶劣气候条件最佳的材料之一。

3. 使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能使用效率

使用碳纤维之后,叶片的重量和刚度的增加,改善了风电叶片的空气动力学性能,减少了对塔和轮轴的负载,从而使风机的输出功率更加平滑和均衡,提高了能量转化效率。与此同时,碳纤维叶片更薄,叶片更细长,提高了能量的输出效率。

4. 可制造自适应叶片

自适应的风机,充分利用了纤维增强材料的特性,能产生非对称性和各向异性的材料,采用弯曲、扭曲叶片的设计,使得叶片在强风中旋转时减少瞬间负载,防止对风机的损害。

5. 利用导电性能避免雷击

利用碳纤维的导电性能,通过特殊的结构设计,可有效地避免雷击对叶片造成的损伤。

6. 降低风电叶片的制造和运输成本

采用碳纤维材料后,同样尺寸的叶片变得更加轻巧,制造和运输成本都会下降,可缩小工厂规模,减少运输设备。

7. 可制造低风速叶片

碳纤维应用于风电叶片,可以降低叶片的重量,减轻轮毂和轴的负载,增加叶片的长度,从而制造出适用于低风速地区的大直径风叶,从而降低成本。

8. 具有振动阻尼特性。

碳纤维的振动阻尼特性可避免叶片自然频率与塔暂短频率间发生任何共振的可能性。

碳纤维在风电叶片应用的主要位置有哪些呢?

从成本角度来看,碳纤维制作成本高昂,风电叶片中碳纤维和玻纤混合使用,碳纤维只是用到其中的一些关键部位,比如说:

1.主梁帽

目前来讲,碳纤维在风电叶片中应用的最主要的部位是主梁帽,不仅提高了风电叶片的刚度,也大幅度减轻了风电叶片的质量。

2.蒙皮表面

可降低作用在内支撑梁上的受力和扭矩。

3.叶片根部

可以提高根部材料的抗断裂强度和承载强度。

4.叶片前后缘防雷系统

除有效提高叶片刚度和降低叶片质量外,通过特殊的设计,还可以有效地i避免雷击对于叶片的损伤。

5.靠近叶尖部分

叶尖部分采用碳纤维材料,可以减少由于叶片偏振太厉害导致的叶片击打塔杆的危险,同时也能减少风机轮毂上的负载。

碳纤维在大型叶片中的应用已经成为一种不可改变的趋势,叶片尺寸越大,相对成本也就越低,尤其是海上风力发电领域,碳纤维为风力叶片提供了更轻质,更耐腐蚀,强度更高的材料。

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