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2009-07-06 來(lái)源:中國(guó)風(fēng)電材料設(shè)備網(wǎng) 瀏覽數(shù):4514
在復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,首先在進(jìn)行葉片構(gòu)造設(shè)計(jì),而葉片根端連接形式與葉片剖面形式是構(gòu)造設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
葉片與輪毅連接,使葉片成懸臂梁形式。作用在葉片上的載荷通過(guò)葉片根端連接傳到輪毅上,因此葉根的載荷最大。葉片上的載荷是通過(guò)根部結(jié)構(gòu)的剪切力,擠壓力或玻璃鋼復(fù)合材料與金屬的膠結(jié)傳遞到輪毅上的,而玻璃鋼復(fù)合材料的這些強(qiáng)度均低于其拉彎強(qiáng)度,因而葉片的根部是危險(xiǎn)的部位。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予重視。大型風(fēng)電葉片根端形式主要有金屬法蘭、預(yù)埋金屬桿、T型螺栓等連接方式。國(guó)內(nèi)自主開(kāi)發(fā)的大型風(fēng)電葉片大多采用預(yù)埋金屬桿根端形式,金屬預(yù)埋稈與殼體的結(jié)合是關(guān)鍵,為確保根端結(jié)構(gòu)的安全可靠.需進(jìn)行金屬桿與玻璃鋼復(fù)合材料可貼結(jié)合強(qiáng)度的模擬實(shí)驗(yàn)。
葉片剖面基本上采用蒙皮加主梁的構(gòu)造形式。主梁可采用整體箱型梁形式,也可以用雙槽鋼形式或加強(qiáng)肋結(jié)構(gòu)。在后緣空腹處,采用夾層結(jié)構(gòu)。葉片上大部分彎曲載荷都由主梁承擔(dān),蒙皮起氣動(dòng)外形作用,并可承擔(dān)部分載荷。這種剖面構(gòu)造可減輕葉片重量,提高葉片的強(qiáng)度與剛度,避免葉片由彎曲產(chǎn)生的局部失穩(wěn)。葉片蒙皮通常采用雙向織物增強(qiáng)的層板結(jié)構(gòu),也有采用夾層以提高蒙皮的強(qiáng)度和剛度。主梁則用單向程度較高的織物增強(qiáng),以提高強(qiáng)度與剛度。夾芯材料可采用PVC泡沫。PVC泡沫有較高的剪切模量,組成的加成結(jié)構(gòu)有良好的剛度特性。
為了加快葉片的生產(chǎn)效率,葉片在生產(chǎn)過(guò)程中一般是將整只葉片分為葉片蒙皮、主梁、翻邊角、葉根、粘接角、粗紗帶等各個(gè)部件,其中主梁、翻邊角、葉根、粘接角、粗紗帶都由專(zhuān)用模具進(jìn)行制作。將各個(gè)部件制好后,在主模具上進(jìn)行膠接組裝在一起,合模后加壓固化后制成一只整體葉片。其中使用的粘接劑是葉片的重要結(jié)構(gòu)材料,直接關(guān)系到葉片的剛度和強(qiáng)度。粘接劑要求具有較強(qiáng)的強(qiáng)度和良好的韌性,且要有良好的操作工藝性,比如不坍塌性,低溫固化等特性。
4復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片的發(fā)展趨勢(shì)
隨著風(fēng)機(jī)葉片的發(fā)展,葉片長(zhǎng)度的不斷增大,玻璃纖維在某些條件下已經(jīng)不能完全滿足其要求,碳纖維具有優(yōu)異的性能,雖然其價(jià)格非常昂貴,但其制成的復(fù)合材料的剛度是玻璃纖維的數(shù)倍,而且碳纖維的引入可在很大程度上減輕葉片的重量,從而可整體降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的成本,就可以抵消由于引入碳纖維而帶來(lái)的過(guò)高的成本。
風(fēng)機(jī)葉片的產(chǎn)量逐年增加,需要考慮以后退役葉片的回收處理問(wèn)題。目前使用的復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片大多數(shù)是采用熱固性樹(shù)脂制造的,廢棄的葉片的回收和處理主要通過(guò)物理粉碎、化學(xué)分解、生物降解等方法,但是難以回收再利用。我國(guó)對(duì)廢棄物的處理主要采取填埋和焚燒,這種方法更加會(huì)破壞土壤,污染環(huán)境。針對(duì)這一情況,發(fā)展趨勢(shì)是對(duì)葉片的基體材料進(jìn)行改進(jìn),如采用生物質(zhì)材料,采用木材與樹(shù)脂復(fù)合,通過(guò)積層制作葉片。這種方法減少了樹(shù)脂的用量,但是還是使用熱固性樹(shù)脂。最根本的方法是發(fā)展可回收利用的熱塑性復(fù)合材料風(fēng)機(jī)葉片。據(jù)稱,這種葉片退役后,每套葉片回收的材料平均可達(dá)到19t,這是一個(gè)史無(wú)前例的數(shù)據(jù)。但在更大尺寸葉片的制造上,這種熱塑性樹(shù)脂目前的性能可能還不理想,尚需要時(shí)間驗(yàn)證。
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