Izbira materiala lopatice vetrne turbine
Rezila so pomemben sestavni del vetrnih turbin. Prenaša energijo vetra na rotor generatorja, zaradi česar se vrti in izreže magnetne sile, ki proizvajajo elektriko. Da bi zagotovili dolgoročno, varno delovanje v izjemno težkih okoljih na terenu, so zahteve za materiale rezil: 1 nizka gostota in optimalna utrujenostna trdnost ter mehanske lastnosti, sposobne vzdržati ekstremne pogoje in naključne obremenitve (kot so nevihte). (itd.) zagotavlja varno delovanje več kot 20 let; 2 je strošek (natančno naveden kot strošek, dodeljen vsakemu kilovatu) nizek; 3. elastičnost rezila, vztrajnost vrtenja in frekvenca vibracij je normalno, in se prenese na celotno stabilnost obremenitve sistema za proizvodnjo električne energije je dobro; 4. odpornost proti koroziji, ultravijolični (UV) in odpornost proti udarcem strele so dobre; 5 stroški vzdrževanja so nizki.
FRP lahko v celoti izpolnjuje zgoraj navedene zahteve in je najboljši material za vetrne turbine.
1.1GFRP
Večina velikih komercialnih ventilatorskih lopatic, ki se trenutno proizvajajo, so izdelane iz plastike, armirane s steklenimi vlakni (GFRP). Značilnosti rezil GFRP so:
1 Glede na karakteristike sile lopatic ventilatorja sta trdnost in togost lopatic ventilatorja večinoma vzdolžna sila, to je aerodinamično upogibanje in centrifugalna sila. Aerodinamična upogibna obremenitev je veliko večja od centrifugalne sile in strižna napetost, ki jo povzroča striženje in torzija, ni velika. Z uporabo teorije sile, v kateri prevladujejo steklena vlakna (GF), lahko glavni GF postavimo v vzdolžno smer rezila, tako da je rezilo lahko lažje.
2. profil lahka oblika, lahko doseže največjo aerodinamično učinkovitost Da bi dosegli najboljši aerodinamični učinek, z uporabo kompleksne aerodinamične oblike rezila, oblikujejo različne dolžine, debelino, torzijski kot in profilno krilo pri različnih polmerih vetrnega kolesa, kot kovina Proizvodnja je zelo težka. Istočasno se lahko GFRP rezila množično proizvajajo.
3 Čas uporabe je do 20 let, lahko prenese več kot 108 utrujenost izmenično obremenitev GFRP ima večjo utrujenost trdnost, nizka zarezo občutljivost, veliko notranje dušenje in dobro potresno učinkovitost.
4 Dobra odpornost proti koroziji Ker ima GFRP odpornost na kisline, alkalije in vodne pare, lahko ventilator namestite na prostem. Še posebej za vetrne elektrarne na morju, ki so bile razvite v zadnjih letih, lahko vetrne turbine namestimo na morje, tako da vetrne turbine in njihove lopatice izkusijo preizkus različnih podnebij.
Za izboljšanje učinkovitosti GFRP se lahko GF spremeni tudi s površinsko obdelavo, velikostjo in premazom. Študije v Združenih državah so pokazale, da lahko uporaba radiofrekvenčnega nanosa plazme za plašč E-GF, njegova natezna odpornost in odpornost na utrujenost dosežejo raven ogljikovih vlaken (CF).
Sila, ki je značilna za GFRP, je, da lahko prenese visoke natezne napetosti v GF smeri, medtem ko je sila v drugih smereh relativno majhna.
Rezilo je sestavljeno iz kože in glavnega snopa. Koža je stisnjena, srednji sloj je trda pena ali balzov les, zgornji in spodnji sloji pa sta GFRP. Zgornji sloj je sestavljen iz enosmerne plasti in sloja ± 45 °. Enosmerni sloj se lahko položi z enosmerno tkanino ali enosmernim GF, običajno s 7 ali 4GF tkanino, ki prenese aksialni stres, ki ga povzroča centrifugalna sila in pnevmatični upogibni moment; Da bi poenostavili postopek oblikovanja, lahko izpustimo sloj ± 45 ° GF. Uporablja se tkanina 1: 1GF, ki je položena vzdolž aksialne smeri, da prenesejo strižne napetosti, ki jih povzroča navor, in so običajno položeni na zunanji strani enosmernega sloja. Strukturna oblika pramena je lahko bodisi sendvič struktura ali trdna GFRP struktura. Vendar pa mora biti sklep na koži in glavni žarek, to je varovalna kapica, trdna struktura GFRP. To je zato, ker del žarka medsebojno deluje s kožo in je stres velik, zato je treba zagotoviti trdnost in togost kože.
1.2CFRP
Z izboljšanjem tehnologije projektiranja vetrnih turbin se razvija proizvodnja vetrne energije v smeri visoke moči in dolgih rezil. Povečanje dolžine rezila poveča kakovost rezila. Statistični podatki o dolžini rezila od 10 do 60 m kažejo, da se masa rezila poveča za kocko dolžine. Majhna teža rezila ima pomemben vpliv na delovanje, življenjsko dobo in energijsko moč. Ker rezilo ustvarja izmenično obremenitev zaradi svoje teže, sta rezilo in enota utrujeni. Zmanjšanje teže rezil lahko zmanjša kakovost strukture pesta, gondole, stolpa in podobno.
Pri velikih rezilih je velika težava togost. Da bi zagotovili, da se konica rezila ne dotakne stolpa v ekstremnih obremenitvah vetra, mora rezilo imeti zadostno togost. Da bi zmanjšali kakovost rezila in izpolnili zahteve glede trdnosti in togosti, je učinkovita metoda uporaba plastike, ojačane z ogljikovimi vlakni (CFRP). Natezni modul CFRP je 2 do 3-krat večji od GFRP. Velika rezila s CF ojačitvijo lahko v celoti izkoristijo visoko elastičnost in majhno težo. V skladu z analizo lahko shema CF / GFRP za hibridno izboljšanje zmanjša težo listov za 20% do 40%. V skladu z raziskovalnim načrtom, ki ga je financiralo evropsko podjetje ES, lahko dodatek CF na rotor z 120-metrskimi rezili učinkovito zmanjša splošno kakovost za 38% in zmanjša stroške projektiranja za 14% v primerjavi z GF. Druga podobna študijska analiza je tudi poudarila, da se bo kakovost lopatice ventilatorja, ki jo naredimo z dodajanjem CF, zmanjšala za približno 32% v primerjavi z GF.
Trenutno je največji hibridni ventilator CF / GFRP na svetu rezilo dolžine 56 m, ki ga je razvil Nodex za vetrne elektrarne na morju 5MW. Nodex je razvil tudi 43m (9.6t) CF / GFRP ventilatorske lopatice za kopenske 2,5MW enote. Enercon je razvil rezila CFRP za uporabo v vetrnih turbinah 4,5 MW. Ali je CF izboljšan za velike rezila, je še vedno sporen. Nekateri ljudje verjamejo, da je uvedba tehnologije CF v vetrni industriji „posebna“ in draga, zato se je treba izogibati, če je mogoče. Vendar pa so mnogi strukturni inženirji prepričani, da pravilo naravnega merila kaže, da se s povečevanjem dolžine rezila masa poveča hitreje kot ekstrakcija energije. Zato je uporaba hibridnih vlaken CF ali CF / GF nujna za preprečevanje povečanja mase. Hkrati je za zmanjšanje stroškov vetrne energije potrebno razviti tudi daljše rezila z zadostno togostjo.
Možnost uporabe CFRP v velikih količinah na lopaticah ventilatorjev je odvisna od cene CF. Čeprav je zmogljivost CFRP veliko boljša od GFRP, je rezilo ali celotna vetrna turbina najbolj lahka, cena pa je tudi najdražja. Tudi če cena CF pade na 11 USD / kg, je cena rezila, pripravljenega s CFRP, še vedno previsoka. Zato zdaj temeljito proučujemo surovine, procesne tehnologije, nadzor kakovosti itd., Da bi zmanjšali stroške CFRP.
Na splošno je manjša vrsta rezila (na primer dolžine 22 m) narejena iz velike količine poceni E-GFRP, smolni matriks pa je večinoma sestavljen iz nenasičenega poliestra, vinil ester smola ali epoksi smola pa uporablja tudi. Večja rezila (kot so 42 m daljša) običajno uporabljajo CFRP ali CF / GFRP, smolni matriks pa je predvsem epoksi smola.
