Vēja turbīnu asmens materiālu izvēle

Vēja turbīnu asmens materiālu izvēle

Asmeņi ir svarīga vēja turbīnu sastāvdaļa. Tā pārraida vēja enerģiju ģeneratora rotoram, radot to rotēt un sagriezt magnētiskās spēka līnijas, lai radītu elektroenerģiju. Lai nodrošinātu ilgstošu un drošu ekspluatāciju ārkārtīgi skarbos apstākļos šajā jomā, prasības attiecībā uz asmeņu materiāliem ir: 1 zems blīvums un optimāls noguruma stiprums un mehāniskās īpašības, kas spēj izturēt ekstremālos apstākļus un nejaušās slodzes (piemēram, vētras). (uc) nodrošina drošu ekspluatāciju vairāk nekā 20 gadus; 2 izmaksas (precīzi norādītas kā katrai kilovatai piešķirtās izmaksas) ir zemas; 3 asmeņu elastība, rotācijas inerces un vibrācijas frekvences raksturlielumi ir normāli, un tiek pārraidīti uz visu. Enerģijas ražošanas sistēmas slodzes stabilitāte ir laba; 4 ir laba izturība pret koroziju, pretestība pret ultravioleto (UV) un zibens spēku; 5 uzturēšanas izmaksas ir zemas.

FRP var pilnībā atbilst iepriekš minētajām prasībām un ir labākais vēja turbīnu asmens materiāls.

1.1GFRP

Lielākā daļa pašlaik ražoto lielo komerciālo ventilatoru lāpstiņu ir izgatavoti no stikla šķiedras pastiprināta plastmasas (GFRP). GFRP asmeņu īpašības ir:

1 Saskaņā ar ventilatora lāpstiņu spēka raksturlielumiem ventilatora lāpstiņu stiprums un stīvums galvenokārt ir gareniskais spēks, tas ir, aerodinamiskā liece un centrbēdzes spēks. Aerodinamiskā lieces slodze ir daudz lielāka nekā centrbēdzes spēks, un bīdes spriegums, ko rada griezes un vērpes, nav liels. Izmantojot spēka teoriju, kurā dominē stikla šķiedra (GF), galveno GF var novietot asmens garenvirzienā tā, lai asmens varētu būt vieglāks.

2 aerodinamiskās plātnes ir viegli veidojamas, var sasniegt maksimālu aerodinamisko efektivitāti Lai panāktu vislabāko aerodinamisko efektu, izmantojot sarežģīto asmens aerodinamisko formu, projektējiet dažādus asmeņu akorda garumus, biezumu, vērpes leņķi un aerodinamisko lāpstiņu dažādos vēja riteņa rādiusos, piemēram metāls Ražošana ir ļoti sarežģīta. Tajā pašā laikā GFRP asmeņi var tikt ražoti masā.

3 Lietošanas laiks ir līdz 20 gadiem, var izturēt vairāk nekā 108 noguruma maiņas slodzi GFRP ir augstāks noguruma stiprums, zema jutīguma jutība, liels iekšējais slāpēšana un laba seismiskā veiktspēja.

4 Laba izturība pret koroziju GFRP ir izturīga pret skābi, sārmu un ūdens tvaiku, ventilatoru var uzstādīt ārā. Īpaši attiecībā uz pēdējos gados izstrādātajām jūras vēja parkiem vēja turbīnas var uzstādīt jūrā, lai vēja turbīnas un to asmeņi izbaudītu dažādu klimatisko apstākļu pārbaudi.

Lai uzlabotu GFRP veiktspēju, GF var pārveidot arī virsmas apstrādē, izmērā un pārklājumā. Pētījumi Amerikas Savienotajās Valstīs ir parādījuši, ka radiofrekvenču plazmas nosēdumu izmantošana E-GF pārklāšanai, tā stiepes un noguruma izturība var sasniegt oglekļa šķiedras (CF) līmeni.

GFRP spēka raksturlielums ir tas, ka tas spēj izturēt lielu stiepes spriegumu GF virzienā, kamēr spēks citos virzienos ir salīdzinoši neliels.

Asmens sastāv no ādas un galvenās gaismas. Āda ir iestiprināta, vidējais slānis ir cieta putu vai Balsa koksne, un augšējie un apakšējie slāņi ir GFRP. Augšējais slānis sastāv no vienvirziena slāņa un ± 45 ° slāņa. Vienvirziena slāni var novietot ar vienvirziena audumu vai vienvirziena GF, parasti ar 7 vai 4GF audumu, lai izturētu centrbēdzes spēka un pneimatiskās lieces momenta radīto aksiālo stresu; lai vienkāršotu formēšanas procesu, var izlaist ± 45 ° GF slāni. Tiek izmantots 1: 1GF audums, kas tiek novietots gar aksiālo virzienu, lai izturētu bīdes spriegumu, ko galvenokārt izraisa griezes moments, un parasti tiek likts uz vienvirziena slāņa ārpusi. Sijas strukturālā forma var būt gan sendviča struktūra, gan cieta GFRP struktūra. Tomēr ādas un galvenās gaismas savienojumam, tas ir, spārna vāciņam, jābūt cietai GFRP struktūrai. Tas ir tāpēc, ka staru kūļa daļa mijiedarbojas ar ādu un stress ir liels, un ir jānodrošina ādas izturība un stingrība.

1.2CFRP

Uzlabojot vēja turbīnu asmeņu projektēšanas tehnoloģiju, vēja enerģijas ražošana attīstās lielas jaudas un garu asmeņu virzienā. Asmens garuma palielināšanās mēdz palielināt lāpstiņas kvalitāti. Statistika par asmens garumu no 10 līdz 60 m norāda, ka asmens garums palielinās par garuma kubu. Lāpstiņas vieglajam svaram ir būtiska ietekme uz darbību, noguruma dzīvi un enerģijas izlaidi. Tā kā asmens gravitācijas dēļ rada mainīgu slodzi, asmens un ierīce ir noguruši. Asmeņu svara samazināšana var mazināt rumbas, naceles, torņa un tamlīdzīgas konstrukcijas kvalitāti.

Lieliem asmeņiem stīvums ir liela problēma. Lai nodrošinātu, ka asmens gals nepieskaras tornim ārkārtas vēja slodzēs, asmei jābūt pietiekami stingrai. Lai samazinātu asmeņu kvalitāti un izpildītu izturības un stīvuma prasības, efektīva metode ir izmantot oglekļa šķiedras armatūru (CFRP). CFRP stiepes modulis ir 2 līdz 3 reizes lielāks nekā GFRP. Lieli asmeņi ar CF stiprinājumu var pilnībā izmantot to augsto elastību un vieglo svaru. Saskaņā ar analīzi CF / GFRP hibrīda uzlabošanas shēma var samazināt lapu svaru par 20% ~ 40%. Saskaņā ar Eiropas Kopienas finansēto pētījumu plānu CF pievienošana ¢ 120m asmeņu rotoram var efektīvi samazināt kopējo kvalitāti par 38%, kā arī samazināt dizaina izmaksas par 14% salīdzinājumā ar GF. Vēl viena līdzīga pētījuma analīze arī norādīja, ka, pievienojot CF, ventilatora lāpstiņu kvalitāte tiks samazināta par aptuveni 32%, salīdzinot ar GF.

Pašlaik pasaulē lielākā CF / GFRP hibrīda ventilatora lāpsta ir 56 metru gara asmens, ko Nodex izstrādājusi 5WW jūras piekrastes vēja enerģijas ražošanai. Nodex ir izstrādājis arī 43m (9,6t) CF / GFRP ventilatora lāpstiņas 2,5MW mērvienībām. Enercon ir izstrādājis CFRP asmeņus izmantošanai 4,5 MW vēja turbīnās. Vai CF ir palielināts lieliem asmeņiem, joprojām ir pretrunīgs. Daži cilvēki uzskata, ka CF tehnoloģijas ieviešana vēja enerģijas nozarē ir „savdabīga” un dārga, un, ja iespējams, tā ir jāizvairās. Tomēr daudzi būvinženieri ir pārliecināti, ka dabiskā mēroga noteikums rāda, ka, palielinoties asmeņa garumam, masa palielinās ātrāk nekā enerģijas ieguve. Tāpēc ir nepieciešams izmantot CF vai CF / GF hibrīda šķiedras, lai nomāktu masas palielināšanos. Tajā pašā laikā, lai samazinātu vēja enerģijas izmaksas, ir nepieciešams attīstīt arī garākus asmeņus ar pietiekamu stingrību.

Spēja izmantot CFRP lielos daudzumos uz ventilatora lāpstiņām ir atkarīga no CF cenas. Lai gan CFRP veiktspēja ir daudz labāka nekā GFRP, bet lāpstiņa vai visa vēja turbīna ir visvieglākais, cena ir arī visdārgākā. Pat ja CF cena samazinās līdz 11 ASV dolāriem / kg, ar CFRP sagatavotās asmens cena joprojām ir pārāk augsta. Tāpēc mēs tagad padziļināti mācāmies no izejvielām, procesu tehnoloģijām, kvalitātes kontroles utt., Lai samazinātu CFRP izmaksas.

Parasti mazākā veida asmens (piemēram, 22 m garš) ir izgatavots no liela daudzuma lētas E-GFRP, un sveķu matrica galvenokārt sastāv no nepiesātināta poliestera, un vinila estera sveķi vai epoksīda sveķi var būt arī izmantot. Lielāki asmeņi (piemēram, 42 m garāki) parasti izmanto CFRP vai CF / GFRP, un sveķu matrica galvenokārt ir epoksīda sveķi.