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風(fēng)電葉片碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用探微論文
1、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 在現(xiàn)階段發(fā)電部門重點(diǎn)研究的技術(shù)中，風(fēng)力發(fā)電是其中的重要組成，在環(huán)保和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要作用，其未來的發(fā)展也將不可限量。在運(yùn)用風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電時，離不開風(fēng)能和風(fēng)電葉片的運(yùn)用，在風(fēng)電機(jī)的組成部分中，葉片是非常重要的部分，其與眾多領(lǐng)域都有著密切聯(lián)系，葉片的優(yōu)化能夠提升電能的轉(zhuǎn)化效率。通常情況下，葉片長度與風(fēng)機(jī)功率為正比例關(guān)系，為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)功率的提高，設(shè)計(jì)人員在對葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)時，會增加其長度，同時，也加大了葉片重量。為了促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的良好發(fā)展，在加大葉片長度時，還應(yīng)當(dāng)對葉片制作成本進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)制作成本的降低。
2、風(fēng)電葉片碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用 2.1 主梁帽
現(xiàn)階段，對于風(fēng)機(jī)葉片來說，主梁帽是碳纖維最主要的應(yīng)用部位，通過運(yùn)用GFRP主梁帽，能夠有效提升葉片鋼度，與此同時，能夠?qū)崿F(xiàn)葉片重量的明顯降低。根據(jù)國外有關(guān)專利及研究的相關(guān)報道，在葉片主梁帽的局部位置中，部分企業(yè)能夠?qū)μ祭w維進(jìn)行運(yùn)用。2004年，在GEC設(shè)計(jì)的50m的風(fēng)電葉片中，50%總長度的葉片主梁帽是由CFRP組成的，與全GFRP的風(fēng)電葉片相比較，關(guān)于葉片主梁帽的厚度方面，減少了將近一半，關(guān)于葉片的重量方面，由9790kg下降到8236kg，減少了16%的重量，在葉根部位處，重力誘導(dǎo)彎矩縮減了26%。在這樣的結(jié)構(gòu)內(nèi)，從全玻璃纖維過渡到全碳纖維復(fù)合材料的過程中則需要注意做好應(yīng)變和剛度的優(yōu)化，過渡區(qū)材料匹配問題。
2.2 蒙皮表面
在整個蒙皮表面都可以運(yùn)用的碳纖維，能夠?qū)?nèi)支撐梁上的受力與扭矩作用進(jìn)行減少，利用相關(guān)的設(shè)計(jì)工作，“材料誘導(dǎo)式”的葉片受災(zāi)扭曲耦合就能夠完成。根據(jù)NEG麥康公司的有關(guān)專利報道，在對葉片蒙皮橫截面外部圓周的薄層進(jìn)行加固時，60%～85%的葉片總長度都是用CFRP條來進(jìn)行加固的，利用這個薄層，能夠?qū)⒚善さ挚估蛪毫π阅苓M(jìn)行顯著提升。此外，根據(jù)其他相關(guān)專利報道，在對葉片迎風(fēng)面錳鐵進(jìn)行制作時，全部采用GFRP來完成，在對主要承受壓縮荷載的背風(fēng)面蒙皮進(jìn)行制作時，則是通過運(yùn)用碳纖維或玻璃纖維復(fù)合材料來完成。
2.3 葉片根部
在對葉片根部位置進(jìn)行制作時，通過運(yùn)用碳纖維材料能夠起到兩方面作用，一方面關(guān)于根部材料的鍛煉強(qiáng)度和承載強(qiáng)度方面，能夠明顯提升根部材料的鍛煉強(qiáng)度和承載強(qiáng)度，明顯降低施加在螺栓上的動態(tài)載荷性能，另一方面能夠使葉跟法蘭處的螺栓數(shù)量增多，有利于鞏固葉片與輪轂連接處的性能，能夠?qū)⒃撨B接處靜態(tài)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行提升。
2.4 葉片前后緣防雷系統(tǒng)
根據(jù)國外有關(guān)專利的相關(guān)報道，在葉片前緣及后緣位置處，利用碳纖維來進(jìn)行制作，通過碳纖維會對葉片剛度和葉片質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，能夠?qū)⑷~片高度進(jìn)行明顯提升，與此同時，也能夠?qū)⑷~片質(zhì)量進(jìn)行降低，除此之外，經(jīng)過特殊的設(shè)計(jì)工作，還具備一些特殊性能，能夠?qū)θ~片起到很好保護(hù)作用，通過特殊設(shè)計(jì)工作的開展，能夠使葉片高效避免雷擊損傷，避免雷擊對葉片性能進(jìn)行破壞，能夠使葉片的相關(guān)性能得到很好保障。
2.5 靠近葉尖部分
根據(jù)LM公司有關(guān)專利的相關(guān)報道，在25%至50%的整體葉片長度，也就是靠近葉尖的部分中，在對這個部分進(jìn)行制作時，通過利用CFRP來完成，在葉根部位的臨近處，則是通過利用GFRP來制作完成，在中間過渡區(qū)域中，通過GFRP來逐步取代CFRP。利用CFRP來對臨近葉尖位置處進(jìn)行制作，其具有較少重量，可以利用比較少的材料，對葉根臨近部位進(jìn)行制作，這樣能夠?qū)⑤嗇炆系呢?fù)載性能進(jìn)行降低。除此之外，在具有較大高度的葉尖位置處，可以對其采取相關(guān)減小方法與措施，這樣可以使葉片振動方向和強(qiáng)度得到保證，當(dāng)葉片出現(xiàn)偏振狀況時，特別是偏振情況比較強(qiáng)烈時，在很大程度上，能夠?qū)е氯~片尖部對桿塔位置進(jìn)行擊打，一旦出現(xiàn)這種情況，就會對機(jī)械設(shè)備和人員安全問題產(chǎn)生威脅。在相對較低剛度的葉根位置上以及相對比較硬的葉尖部位處，就會促進(jìn)偏斜形狀形成，這樣就能夠提升氣動阻尼，通過氣動阻尼的不斷增加，能夠?qū)鈩虞d荷性能進(jìn)行降低。此外，利用中間過渡區(qū)域，能夠使CFRP與GFRP中間剛度突發(fā)變化，而造成的應(yīng)力集中情況得到很好避免。
3、結(jié)語
風(fēng)力發(fā)電機(jī)已經(jīng)日漸成為電力行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)研究項(xiàng)目，通過風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電則可以對能源予以利用，并到達(dá)更好的電能發(fā)電效果。將碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用到風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)之中，不僅能夠增加風(fēng)機(jī)的功率，而且能夠增加減小葉片碰撞塔架的概率，對于發(fā)電效果的優(yōu)化和提升具有重要影響。相關(guān)人員還要就此方面予以深入研究，讓碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用成為風(fēng)電葉片設(shè)計(jì)常態(tài)，讓我國的風(fēng)力發(fā)電事業(yè)得以長足發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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