风力发电叶片制作工艺介绍.docx

风力发电叶片制作工艺介绍风力发电机叶片就就是接受风能得最主要部件,其良好得设计、可靠得质量与优越得性能就就是保证发电机组正常稳定运行得决定因素，其成本约为整个机组成本得15％-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机得功率与叶片长度得平方成正比,增加长度可以提高单机容量,但同时会造成发电机得体积与质量得增加，使其造价大幅度增加。1碳纤维在风力发电机叶片中得应用叶片材料得发展经历了木制、铝合金得应用,进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻,疲劳强度与机械性能好，能够承载恶劣环境条件与随机负荷,目前最普遍采用得就就是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组得发展,叶片长度不断增加,为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高得刚度。国外专家认为,玻璃纤维复合材料得性能已经趋于极限,不能满足大型叶片得要求,因此有效得办法就就是采用性能更佳得碳纤维复合材料。1)提高叶片刚度,减轻叶片质量碳纤维得密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%,尤其就就是模量高3~8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质得优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明,一个旋转直径为120m得风机得叶片,由于梁得质量超过叶片总质量得一半,梁结构采用碳纤维，与采用全玻璃纤维得相比,质量可减轻40％左右;碳纤维复合材料叶片刚度就就是玻璃纤维复合材料叶片得２倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案,叶片可减轻20%～30%。ＶeｓtａWiｎdSyｓteｍ公司得V90型３、０MＷ发电机得叶片长44m,采用碳纤维代替玻璃纤维得构件,叶片质量与该公司Ｖ８0型2、0MＷ发电机且为39ｍ长得叶片质量相同。同样就就是34m长得叶片,采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为58０0kg,采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为52００kｇ，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有３８0０kg。其她得研究也表明,添加碳纤维所制得得风机叶片质量比采用玻璃纤维得轻约３2％,而且成本下降约16%。2）提高叶片抗疲劳性能风机总就就是处在条件恶劣得环境中,并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明,碳纤维合成材料具有良好得抗疲劳特性,当与树脂材料混合时,则成为了风力机适应恶劣气候条件得最佳材料之一。3）使风机得输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率使用碳纤维后,叶片质量得降低与刚度得增加改善了叶片得空气动力学性能,减少对塔与轮轴得负载,从而使风机得输出功率更平滑更均衡,提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄,外形设计更有效，叶片更细长,也提高了能量得输出效率。4)可制造低风速叶片碳纤维得应用可以减少负载与增加叶片长度,从而制造适合于低风速地区得大直径风叶,使风能成本下降。５）可制造自适应叶片叶片装在发电机得轮轴上,叶片得角度可调。目前主动型调节风机得设计风速为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得风力,防止对风机得损害。斜度控制系统对逐步改变得风速就就是有效得。但对狂风得反应太慢了,自适应得各向异性叶片可帮助斜度控制系统,在突然得、瞬间得与局部得风速改变时保持电流得稳定。自适应叶片充分利用了纤维增强材料得特性,能产生非对称性与各向异性得材料,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SａｎdｉaNationａlLａbｏratoriｅｓ致力于自适应叶片研究，使1、５MW风机得发电成本降到4、9美分/(kWh），价格可与燃料发电相比。6）利用导电性能避免雷击利用碳纤维得导电性能,通过特殊得结构设计,可有效地避免雷击对叶片造成得损伤。7）降低风力机叶片得制造与运输成本由于减少了材料得应用,所以纤维与树脂得应用都减少了,叶片变得轻巧,制造与运输成本都会下降,可缩小工厂得规模与运输设备。8)具有振动阻尼特性碳纤维得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得可能性。2叶片制造工艺及流程2、1三维编织体／VARＴM技术2、１、１材料选择目前得风力发电机叶片基本上就就是由聚酯树脂、乙烯基树脂与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,采用玻璃纤维增强得复合材料制造得叶片得强度与刚度得性能要差于采用碳纤维增强得复合材料制造得叶片得性能。随着叶片长度不断增加,叶片对增强材料得强度与刚性等性能也提出了新得要求,从而对玻璃纤维得拉伸强度与模量也提出了更高得要求。为了保证叶片能够安全得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,尤其就就是在翼缘等对材料强度与刚度要求较高得部位,则使用碳纤维作为增强材料。这样,不仅可以提高叶片得承载能力,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得损伤。2、1、２三维编织增强材料预成型加工