Επιλογή υλικού πτερυγίου ανεμογεννήτριας
Οι λεπίδες είναι ένα σημαντικό συστατικό των ανεμογεννητριών. Μεταδίδει αιολική ενέργεια στο ρότορα της γεννήτριας, προκαλώντας την περιστροφή και την αποκοπή των μαγνητικών γραμμών της δύναμης για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Για να εξασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη και ασφαλής λειτουργία σε εξαιρετικά σκληρά περιβάλλοντα στο χώρο, οι απαιτήσεις για τα υλικά λεπίδων είναι: 1 χαμηλή πυκνότητα και βέλτιστη αντοχή στην κόπωση και μηχανικές ιδιότητες, ικανές να αντέχουν σε ακραίες συνθήκες και τυχαία φορτία (όπως καταιγίδες) (κλπ.) εξασφαλίζει ασφαλή λειτουργία για περισσότερα από 20 χρόνια. 2 το κόστος (που αναφέρεται με ακρίβεια ως το κόστος που κατανέμεται σε κάθε κιλοβατώρα) είναι χαμηλό. 3 η ελαστικότητα της λεπίδας, η αδράνεια της περιστροφής και το χαρακτηριστικό της συχνότητας των δονήσεων είναι φυσιολογικές και μεταδίδονται στο σύνολο. Η σταθερότητα φορτίου του συστήματος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας είναι καλή. Αντοχή στη διάβρωση, αντοχή στην υπεριώδη ακτινοβολία (UV) και αντίσταση στις αστραπές είναι καλές. 5 το κόστος συντήρησης είναι χαμηλό.
Το FRP μπορεί να ικανοποιήσει πλήρως τις παραπάνω απαιτήσεις και είναι το καλύτερο υλικό για πτερύγια ανεμογεννητριών.
1.1GFRP
Τα περισσότερα από τα μεγάλα εμπορικά πτερύγια ανεμιστήρα που κατασκευάζονται επί του παρόντος είναι κατασκευασμένα από πλαστικό ενισχυμένο με ίνες γυαλιού (GFRP). Τα χαρακτηριστικά των λεπίδων GFRP είναι:
1 Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά δύναμης των πτερυγίων του ανεμιστήρα, η αντοχή και η ακαμψία των πτερυγίων του ανεμιστήρα είναι κυρίως η διαμήκης δύναμη, δηλαδή η αεροδυναμική κάμψη και η φυγοκεντρική δύναμη. Το αεροδυναμικό φορτίο κάμψης είναι πολύ μεγαλύτερο από τη φυγόκεντρη δύναμη και η διατμητική τάση που δημιουργείται από τη διάτμηση και τη στρέψη δεν είναι μεγάλη. Χρησιμοποιώντας τη θεωρία δύναμης που κυριαρχείται από γυάλινες ίνες (GF), το κύριο GF μπορεί να τοποθετηθεί στη διαμήκη κατεύθυνση της λεπίδας, έτσι ώστε η λεπίδα να μπορεί να είναι ελαφρύτερη.
2 αεροτομή εύκολη στη διαμόρφωση, μπορεί να επιτύχει μέγιστη αεροδυναμική απόδοση Για να επιτευχθεί το καλύτερο αεροδυναμικό αποτέλεσμα, χρησιμοποιώντας το σύνθετο αεροδυναμικό σχήμα της λεπίδας, σχεδιάστε διαφορετικό μήκος χορδής λεπίδας, πάχος, γωνία στρέψης και αεροτομή σε διαφορετικές ακτίνες του τροχού ανέμου, όπως καθώς η μεταλλουργία είναι πολύ δύσκολη. Ταυτόχρονα, τα μαχαίρια GFRP μπορούν να παραχθούν μαζικά.
3 Ο χρόνος χρήσης είναι έως και 20 χρόνια, μπορεί να αντέξει πάνω από 108 εναλλασσόμενο φορτίο κόπωσης. Το GFRP έχει υψηλότερη αντοχή στην κόπωση, χαμηλή ευαισθησία σε εγκοπές, μεγάλη εσωτερική απόσβεση και καλή σεισμική απόδοση.
4 Καλή αντοχή στη διάβρωση Επειδή η GFRP έχει αντίσταση σε οξύ, αλκάλια και υδρατμούς, ο ανεμιστήρας μπορεί να εγκατασταθεί σε εξωτερικούς χώρους. Ειδικά για τις υπεράκτιες αιολικές μονάδες που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια, οι ανεμογεννήτριες μπορούν να εγκατασταθούν στη θάλασσα, έτσι ώστε οι ανεμογεννήτριες και τα πτερύγιά τους να ζήσουν τη δοκιμή διαφόρων κλιμάτων.
Προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του GFRP, το GF μπορεί επίσης να τροποποιηθεί με επιφανειακή επεξεργασία, διαστασιολόγηση και επικάλυψη. Μελέτες στις Ηνωμένες Πολιτείες έδειξαν ότι η χρήση της απόθεσης πλάσματος ραδιοσυχνοτήτων για την επικάλυψη του E-GF, η αντοχή σε εφελκυσμό και η κόπωση μπορεί να φτάσει στο επίπεδο των ινών άνθρακα (CF).
Η χαρακτηριστική δύναμη του GFRP είναι ότι μπορεί να αντέξει υψηλή τάση εφελκυσμού στην κατεύθυνση GF, ενώ η δύναμη σε άλλες κατευθύνσεις είναι σχετικά μικρή.
Η λεπίδα αποτελείται από ένα δέρμα και μια κύρια δέσμη. Το δέρμα είναι σάντουιτς, το μεσαίο στρώμα είναι άκαμπτος αφρός ή ξύλο Balsa, και το άνω και κάτω στρώμα είναι GFRP. Το άνω στρώμα αποτελείται από ένα μονοστρωματικό στρώμα και ένα στρώμα ± 45 °. Το μονής κατεύθυνσης στρώμα μπορεί να τοποθετηθεί με μονόδρομο ύφασμα ή μονόδρομο GF, γενικά με ύφασμα 7 ή 4GF για να αντέξει την αξονική τάση που δημιουργείται από τη φυγόκεντρη δύναμη και την πεπιεσμένη ροπή κάμψης. για να απλοποιηθεί η διαδικασία χύτευσης, η στρώση ± 45 ° GF μπορεί να παραλειφθεί. Χρησιμοποιείται το ύφασμα 1: 1GF, το οποίο τοποθετείται κατά μήκος της αξονικής κατεύθυνσης για να αντέχει την τάση διατμήσεως που προκαλείται κυρίως από τη ροπή και γενικά τοποθετείται στο εξωτερικό του μονοκατευθυνόμενου στρώματος. Η δομική μορφή της δοκού μπορεί να είναι είτε δομή σάντουιτς είτε στερεά δομή GFRP. Ωστόσο, η άρθρωση του δέρματος και της κύριας δοκού, δηλαδή του πυροκροτητή, πρέπει να είναι μια στερεή δομή GFRP. Αυτό συμβαίνει επειδή το τμήμα της δέσμης αλληλεπιδρά με το δέρμα και η πίεση είναι μεγάλη, και πρέπει να εξασφαλιστεί η αντοχή και η ακαμψία του δέρματος.
1.2CFRP
Με τη βελτίωση της τεχνολογίας σχεδιασμού πτερυγίων ανεμογεννητριών, η παραγωγή αιολικής ενέργειας αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της υψηλής ισχύος και των μακριών λεπίδων. Η αύξηση του μήκους της λεπίδας τείνει να αυξήσει την ποιότητα της λεπίδας. Οι στατιστικές σχετικά με το μήκος της λεπίδας από 10 έως 60 m δείχνουν ότι η μάζα λεπίδας αυξάνεται από τον κύβο μήκους. Το ελαφρύ βάρος της λεπίδας έχει σημαντική επίδραση στη λειτουργία, τη διάρκεια ζωής στην κόπωση και την παραγωγή ενέργειας. Καθώς η λεπίδα παράγει ένα εναλλασσόμενο φορτίο λόγω της βαρύτητάς της, η λεπίδα και η μονάδα είναι κουρασμένες. Η μείωση του βάρους του πτερυγίου μπορεί να μειώσει την ποιότητα της δομής της πλήμνης, της γέφυρας, του πύργου και των συναφών.
Για μεγάλες λεπίδες, η δυσκαμψία αποτελεί μείζον πρόβλημα. Προκειμένου να εξασφαλιστεί ότι η άκρη της λεπίδας δεν αγγίζει τον πύργο υπό ακραίες φορτίσεις ανέμου, η λεπίδα πρέπει να έχει επαρκή ακαμψία. Για να μειωθεί η ποιότητα της λεπίδας και να ικανοποιηθούν οι απαιτήσεις αντοχής και ακαμψίας, μια αποτελεσματική μέθοδος είναι η χρήση πλαστικού ενισχυμένου με ίνες άνθρακα (CFRP). Το μέτρο εφελκυσμού του CFRP είναι 2 έως 3 φορές μεγαλύτερο από αυτό του GFRP. Οι μεγάλες λεπίδες με ενίσχυση CF μπορούν να επωφεληθούν πλήρως από την υψηλή ελαστικότητα και το μικρό βάρος τους. Σύμφωνα με την ανάλυση, το σχήμα υβριδικής ενίσχυσης CF / GFRP μπορεί να μειώσει το βάρος των φύλλων κατά 20% ~ 40%. Σύμφωνα με το ερευνητικό πρόγραμμα που χρηματοδοτήθηκε από την ευρωπαϊκή εταιρεία της ΕΚ, η προσθήκη CF στον στροφέα των 120 μέτρων μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά τη συνολική ποιότητα κατά 38% και επίσης να μειώσει το κόστος σχεδιασμού κατά 14% σε σχέση με το GF. Μια άλλη παρόμοια ανάλυση της μελέτης επεσήμανε επίσης ότι η ποιότητα της λεπίδας του ανεμιστήρα από την προσθήκη CF θα μειωθεί περίπου κατά 32% σε σύγκριση με την GF.
Επί του παρόντος, η μεγαλύτερη θήκη υβριδικών ανεμιστήρων CF / GFRP στον κόσμο είναι μια λεπίδα μήκους 56 μέτρων που αναπτύχθηκε από την Nodex για μονάδες 5MW αιολικής ενέργειας στην ανοικτή θάλασσα. Το Nodex έχει επίσης αναπτύξει 43m (9.6t) CF / GFRP ανεμιστήρες για μονάδες 2.5MW στην ξηρά. Η Enercon έχει αναπτύξει πτερύγια CFRP για χρήση σε ανεμογεννήτριες 4,5 MW. Το αν η CF βελτιώνεται για τις μεγάλες λεπίδες εξακολουθεί να είναι αμφιλεγόμενη. Ορισμένοι πιστεύουν ότι η εισαγωγή της τεχνολογίας ΤΣ στον κλάδο της αιολικής ενέργειας είναι «ιδιόμορφη» και δαπανηρή και θα πρέπει να αποφεύγεται αν είναι δυνατόν. Ωστόσο, πολλοί δομικοί μηχανικοί είναι πεπεισμένοι ότι ο κανόνας της φυσικής κλίμακας δείχνει ότι καθώς το μήκος της λεπίδας αυξάνεται, η μάζα αυξάνεται ταχύτερα από την εξόρυξη ενέργειας. Ως εκ τούτου, η χρήση υβριδικών ινών CF ή CF / GF είναι απαραίτητη για την καταστολή της αύξησης της μάζας. Ταυτόχρονα, προκειμένου να μειωθεί το κόστος της αιολικής ενέργειας, είναι επίσης απαραίτητο να αναπτυχθούν μεγαλύτερα πτερύγια με επαρκή ακαμψία.
Η ικανότητα χρήσης CFRP σε μεγάλες ποσότητες στις λεπίδες του ανεμιστήρα εξαρτάται από την τιμή του CF. Αν και η απόδοση του CFRP είναι πολύ καλύτερη από την GFRP, και η λεπίδα ή ολόκληρη η ανεμογεννήτρια είναι η πιο ελαφριά, η τιμή είναι επίσης η πιο ακριβή. Ακόμα κι αν η τιμή CF μειωθεί σε $ 11 / Kg, η τιμή της λεπίδας που έχει προετοιμαστεί με CFRP είναι ακόμα πολύ υψηλή. Ως εκ τούτου, μελετάμε σε βάθος από τις πρώτες ύλες, την τεχνολογία επεξεργασίας, τον ποιοτικό έλεγχο κ.λπ., προκειμένου να μειώσουμε το κόστος του CFRP.
Γενικά, ο μικρότερος τύπος λεπίδας (για παράδειγμα μήκους 22 μ.) Κατασκευάζεται από μία μεγάλη ποσότητα φθηνού Ε-GFRP και η μήτρα ρητίνης αποτελείται κυρίως από ακόρεστο πολυεστέρα και ρητίνη βινυλεστέρα ή εποξική ρητίνη μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθούν. Τα μεγαλύτερα πτερύγια (όπως τα 42 μ. Μακρύτερα) χρησιμοποιούν γενικά CFRP ή CF / GFRP και η μήτρα ρητίνης είναι κυρίως εποξειδική ρητίνη.
