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FRP在大型风力发电机叶片中的应用

放大字体 缩小字体 发布日期:2018-09-04 22:23:13   来源:新能源网  编辑:全球新能源网  浏览次数:382


  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。

  GFRP的受力特点是在GF方向能承受很高的拉应力,而其它方向承受的力相对较小。图1是典型叶片的截面图。叶片由蒙皮和主梁组成,蒙皮采用夹芯结构,中间层是硬质泡沫塑料或Balsa木,上下面层为GFRP。面层由单向层和±45°层组成。单向层可选用单向织物或单向GF铺设,一般用7或4GF布,以承受由离心力和气动弯矩产生的轴向应力;为简化成型工艺,可不用±45°GF布层,而采用1:1GF布,均沿轴向铺设,以承受主要由扭矩产生的剪切应力,一般铺放在单向层外侧。梁的结构形式既可以是夹芯结构,也可以是实心GFRP结构。但是,在蒙皮与主梁的结合部位即梁帽处必须是实心GFRP结构。这是因为此部分梁与蒙皮相互作用,应力较大,必须保证蒙皮的强度和刚度。

  1.2

  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。

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关键词: 风力发电机 风能

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