Výber materiálu čepele veterných turbín
Čepele sú dôležitou súčasťou veterných turbín. Vysiela energiu vetra do rotora generátora, čo spôsobuje to, že rotuje a odreže magnetické silá na výrobu elektriny. Na zabezpečenie dlhodobej a bezpečnej prevádzky v extrémne tvrdých podmienkach v teréne sú požiadavky na materiály listov: 1 nízka hustota a optimálna pevnosť v dôsledku únavy a mechanické vlastnosti schopné vydržať extrémne podmienky a náhodné zaťaženie (ako napríklad búrky). (atď.) zabezpečuje bezpečnú prevádzku viac ako 20 rokov; 2 náklady (presne uvedené ako náklady pridelené na každý kilowatt) sú nízke; 3 elasticita lopatky, zotrvačnosť otáčania a kmitočtová charakteristika vibrácií sú normálne a sú prenášané do celej Stabilita zaťaženia systému na výrobu energie je dobrá; Odolnosť proti korózii, odolnosť voči ultrafialovému žiareniu a odolnosť proti blesku sú dobré; 5 náklady na údržbu sú nízke.
FRP môže plne spĺňať vyššie uvedené požiadavky a je najlepším materiálom pre veterné turbíny.
1.1GFRP
Väčšina veľkých komerčných lopatiek ventilátorov, ktoré sa v súčasnosti vyrábajú, je vyrobená z plastu vystuženého skleneným vláknom (GFRP). Charakteristiky nožov GFRP sú:
1 Podľa sily charakteristík lopatiek ventilátora sú sila a tuhosť lopatiek ventilátora predovšetkým pozdĺžna sila, to znamená aerodynamické ohýbanie a odstredivá sila. Aerodynamické zaťaženie v ohybe je oveľa väčšie ako odstredivá sila a šmykové napätie generované strihom a skrúcaním nie je veľké. Pomocou teórie síl ovládanej sklenenými vláknami (GF) môže byť hlavná GF umiestnená v pozdĺžnom smere čepele tak, aby čepel mohol byť ľahší.
2 aerodynamický profil ľahko tvarovateľný, dosiahnuť maximálnu aerodynamickú účinnosť Pre dosiahnutie čo najlepšieho aerodynamického efektu pomocou komplexného aerodynamického tvaru lopatky navrhnite rozdielnu dĺžku, hrúbku, torzný uhol a profil krídla v rôznych polomeroch veterného kolesa. ako výroba kovov je veľmi ťažké. Súčasne je možné hromadne vyrábať nože GFRP.
3 Doba použitia je až 20 rokov, môže vydržať viac ako 108 striedavých zaťažení Únava GFRP má vyššiu únavovú silu, nízku citlivosť vrubov, veľké vnútorné tlmenie a dobrý seizmický výkon.
4 Dobrá odolnosť proti korózii Keďže GFRP má odolnosť voči kyselinám, zásadám a vodným parám, môže byť ventilátor inštalovaný vonku. Najmä pre pobrežné veterné elektrárne, ktoré boli vyvinuté v posledných rokoch, veterné turbíny môžu byť inštalované na mori, takže veterné turbíny a ich čepele Zažite test rôznych klimatických podmienok.
S cieľom zlepšiť výkonnosť GFRP môže byť GF modifikovaná povrchovou úpravou, dimenzovaním a povlakom. Štúdie v Spojených štátoch ukázali, že použitie rádiofrekvenčného plazmového nanášania na pokrytie E-GF, jeho odolnosť voči ťahom a únavu môže dosiahnuť úroveň uhlíkových vlákien (CF).
Sila charakteristická pre GFRP je, že môže vydržať vysoké napätie v ťahu v smere GF, zatiaľ čo sila v iných smeroch je relatívne malá.
Čepel pozostáva z kože a hlavného nosníka. Koža je vložená, stredná vrstva je tuhá pena alebo balsové drevo a horná a spodná vrstva sú GFRP. Horná vrstva pozostáva z jednosmernej vrstvy a ± 45 ° vrstvy. Jednosmerná vrstva môže byť položená jednosmernou textíliou alebo jednosmernou GF, zvyčajne so 7 alebo 4GF látkou, aby vydržala axiálne napätie generované odstredivou silou a pneumatickým ohybovým momentom; aby sa zjednodušil proces tvarovania, môže byť vynechaná vrstva ± 45 ° GF. Používajú sa tkaniny 1: 1GF, ktoré sú položené pozdĺž axiálneho smeru tak, aby odolali šmykovému napätiu spôsobenému hlavne krútiacim momentom a sú všeobecne položené na vonkajšej strane jednosmernej vrstvy. Štrukturálna forma nosníka môže byť sendvičová štruktúra alebo pevná štruktúra GFRP. Avšak kĺb kože a hlavného nosníka, tj guľový uzáver, musí byť pevnou štruktúrou GFRP. Je to preto, že časť lúča interaguje s kožou a stres je veľký a musí byť zabezpečená pevnosť a tuhosť pokožky.
1.2CFRP
S vylepšením technológie konštrukcie lopatiek veternej turbíny sa vyvíja výroba veternej energie v smere vysokého výkonu a dlhých nožov. Zvýšenie dĺžky čepele má tendenciu zvyšovať kvalitu čepele. Štatistiky o dĺžke čepele od 10 do 60 m naznačujú, že hmotnosť lopatky sa zvyšuje o kocku dĺžky. Nízka hmotnosť čepele má dôležitý vplyv na prevádzku, životnosť únavy a energetický výkon. Keďže čepeľ generuje striedavé zaťaženie vďaka svojej gravitácii, samotná čepeľ a jednotka sú unavené. Zníženie hmotnosti kotúča môže znížiť kvalitu konštrukcie náboja, gondoly, veže a podobne.
Pri veľkých kotúčoch je tuhosť hlavným problémom. Aby sa zaistilo, že sa špička noža nedotýka veže pri extrémnych zaťaženiach vetrom, musí mať čepel dostatočnú tuhosť. Na zníženie kvality čepele a na splnenie požiadaviek na pevnosť a tuhosť je účinnou metódou použitie plastov vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP). Modul pružnosti CFRP v tahu je 2 až 3 krát väčší než GFRP. Veľké čepele s CF vystužením môžu plne využívať ich vysokú elasticitu a nízku hmotnosť. Podľa analýzy CF / GFRP schéma hybridného zosilnenia môže znížiť hmotnosť listov o 20% až 40%. Podľa výskumného plánu financovaného Európskou spoločnosťou ES môže pridanie CF k rotoru 120m rotora efektívne znížiť celkovú kvalitu o 38% a tiež znížiť náklady na projekt o 14% v porovnaní s GF. Ďalšia podobná analýza štúdie tiež poukázala na to, že kvalita lopatky ventilátora vyrobená pridaním CF sa zníži o približne 32% v porovnaní s GF.
V súčasnosti je najväčším hybridným ventilátorom na svete CF / GFRP čepel s dĺžkou 56 m vyvinutý spoločnosťou Nodex pre veterné elektrárne 5 MW. Nodex vyvinul aj 43m (9,6t) CF / GFRP ventilátorové lopatky pre pobrežné 2,5MW jednotky. Spoločnosť Enercon vyvinula čepele CFRP na použitie vo veterných turbínach s výkonom 4,5 MW. Či je CF vylepšené pre veľké čepele, je stále kontroverzné. Niektorí ľudia sa domnievajú, že zavedenie technológie CF v odvetví veternej energie je "zvláštne" a drahé, a ak je to možné, treba sa vyhnúť. Mnoho stavebných inžinierov je však presvedčených, že pravidlo o prirodzenom merítku ukazuje, že vzhľadom na nárast dĺžky čepele sa hmotnosť zvyšuje rýchlejšie ako extrakcia energie. Preto je potrebné použiť hybridné vlákna CF alebo CF / GF na potlačenie nárastu hmotnosti. Zároveň s cieľom znížiť náklady na veternú energiu je tiež potrebné vyvinúť dlhšie lopatky s dostatočnou tuhosťou.
Schopnosť používať CFRP vo veľkých množstvách na lopatkách ventilátorov závisí od ceny CF. Hoci výkonnosť CFRP je oveľa lepšia ako GFRP a lopatka alebo celá veterná turbína je najľahšia, cena je tiež najdrahšia. Aj keď cena CF klesne na 11 USD / kg, cena čepele pripravenej s CFRP je stále príliš vysoká. Preto teraz študujeme hlboko zo surovín, technologických procesov, kontroly kvality atď., Aby sme znížili náklady na CFRP.
Všeobecne platí, že menší typ čepele (napríklad dĺžka 22 m) je vyrobený z veľkého množstva lacného E-GFRP a živicová matrica sa skladá hlavne z nenasýteného polyesteru a vinylesterovej živice alebo epoxidovej živice môže tiež použiť. Väčšie čepele (napríklad o 42 m dlhšie) všeobecne používajú CFRP alebo CF / GFRP a živicovou matricou je hlavne epoxidová živica.
