5)可制造自适应叶片
叶片装在发电机的轮轴上, 叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13~15m/s(29~33英里/h),当风速超过时,则调节风叶斜度来分散超过的风力,防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了,自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统,在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适应叶片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/扭曲叶片设计,使叶片在强风中旋转时可减少瞬时负载。美国Sandia National Laboratories致力于自适应叶片研究,使1.5MW风机的发电成本降到4.9美分/(kW•h),价格可和燃料发电相比。
6)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。
7)降低风力机叶片的制造和运输成本
由于减少了材料的应用,所以纤维和树脂的应用都减少了,叶片变得轻巧,制造和运输成本都会下降,可缩小工厂的规模和运输设备。
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架短频率间发生任何共振的可能性。
2 叶片制造工艺及流程
2.1 三维编织体/VARTM 技术
2.1.1 材料选择
目前的风力发电机叶片基本上是由聚酯树脂、乙烯基树脂和环氧树脂等热固性基体树脂与玻璃纤维、碳纤维等增强材料,通过手工铺放、树脂注入成型工艺复合而成。对同一种基体树脂,采用玻璃纤维增强的复合材料制造的叶片的强度和刚度的性能要差于采用碳纤维增强的复合材料制造的叶片的性能。随着叶片长度不断增加,叶片对增强材料的强度和刚性等性能也提出了新的要求,从而对玻璃纤维的拉伸强度和模量也提出了更高的要求。为了保证叶片能够安全的承担风温度等外界载荷,大型风机叶片可以采用玻璃纤维/碳纤维混杂复合材料结构,尤其是在翼缘等对材料强度和刚度要求较高的部位,则使用碳纤维作为增强材料。这样,不仅可以提高叶片的承载能力,由于碳纤维具有导电性,也可以有效地避免雷击对叶片造成的损伤。华东理工大学华昌聚合物有限公司与上海玻璃钢研究院有限公司合作,成功研发出具有自主知识产权、适用于大型风机叶片的复合材料——高性能环氧乙烯基酯树脂。高性能环氧乙烯基酯树脂黏结性能良好,力学性能优异,收缩率低,成本较低。
2.1.2 三维编织
增强材料预成型加工方法有 手工铺层、编织法、针织法、热成型连续原丝毡法、预成型定向纤维毡法、CompForm 法和三维编织技术等。
编织法过去大多采用经纬交织的机织物来制作玻/碳纤维基布材料,从承载状态上来考虑采用经编织物作为增强复合材料的基布比经纬交织的机织物具有更明显的优势。如图1所示
图1、经编织物结构图
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