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也不得在飞车转速以下范围内产生引起整个风力

作者:新海燕论坛官网 发布时间:2020-05-15 14:28 点击:

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  在风力发电机中叶片的设计直接影响风能的转换效率,直接影响其年发电量,是风能利用的重要一环。

  微型风力发电机的叶片一般用木头手工制作,金属冷冲压成型或注塑成型的工艺方法;

  小型风力发电机叶片一般用金属或玻璃钢手工制作,其中玻璃钢叶片是最流行、实用的叶片;

  叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件,其良好的设计,可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。恶劣的环境和长期不停地运转,对叶片的要求有:

  1.密度轻且具有最佳的疲劳强度和力学性能,能经受暴风等极端恶劣条件和随机负载的考验;

  2.叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常,传递给整个发电系统的负载稳定性好,不得在失控(飞车)的情况下载离心力的作用下拉断并飞出,亦不得在风压的作用下折断,也不得在飞车转速以下范围内产生引起整个风力发电机组的强烈共振;

  3.叶片的材料必须保证表面光滑以减小风阻,粗糙的表面亦会被风“撕裂”;

  近代的微、小型风力发电机也有采用木制叶片的,但木制叶片不易做成扭曲型。大、中型风力发电机很少用木制叶片,采用木制叶片的也是用强度很好的整体木方做叶片纵梁来承担叶片在工作时所必须承担的力和弯矩。

  叶片在近代采用钢管或D型型钢做纵梁,钢板做肋梁,内填泡沫塑料外覆玻璃钢蒙皮的机构形式,一般在大型风力发电机上使用。叶片纵梁的钢管及D型型钢从叶根至叶尖的截面应逐渐变小,以满足扭曲叶片的要求并减轻叶片重量,即做成等强度梁。

  用铝合金挤压成型的等弦长叶片易于制造,可联系生产,又可按设计要求的扭曲进行扭曲加工,叶根与轮毂连接的轴及法兰可通过焊接或螺栓连接来实现。铝合金叶片重量轻、易于加工,但不能做到从叶根至叶尖渐缩的叶片,因为世界名国尚未解决这种挤压工艺。另外,铝合金材料在空气中的氧化和老化问题也值得研究。

  所谓玻璃钢(glass fiber reinforced plastic,简称GFRP)就是环氧树脂、不饱和树脂等塑料渗入长度不同的玻璃纤维或碳纤维而做成的增强塑料。增强塑料强度高、重量轻、耐老化,表面可再缠玻璃纤维及涂环氧树脂,其他部分填充泡沫塑料。泡沫在叶片中主要作用是在保证其稳定性的同时降低叶片质量,使叶片在满足刚度的同时增大捕风面积。

  从泡沫的力学性能和价格等因素考虑,被用于风力发电叶片芯材的泡沫主要有聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PUR)、丙烯腈苯乙烯(SAN)、聚醚酰亚胺PEI)及聚甲基丙烯酰亚胺PMI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。PVC泡沫使用最为广泛,也是第一种用在承载构件夹层结构中的结构泡沫芯材,也称为交联PVC。此泡沫属于热固性泡沫,由德国人林德曼在20世纪30年代后期发明的。

  而PET泡沫(Airex)是最近几年才开始研制生产的泡沫,属于热塑性泡沫,生产工艺为挤出发泡,但与PS泡沫不同的是其挤出的宽度有限,所以挤出后要通过热熔粘接将其拼接成较大的泡沫体以方便使用。

  玻璃纤维的质量还可以通过表面改性上浆和涂覆加以改进,其单位(kW)成本较低。

  随着风力发电产业的发展,对叶片的要求越来越高。对叶片来讲,刚度也是一个十分重要的指标。研究表明,碳纤维(carbon fiber,简称CF)复合材料叶片刚度是玻璃钢复合叶片的两至三倍。虽然碳纤维复合材料的性能大大优于玻璃纤维复合材料,但价格昂贵,影响了它在风力发电大范围应用。因此,全球各大复合材料公司正在从原材料、工艺技术、质量控制等各方面深入研究,以求降低成本。

  叶片的翼型是根据空气动力学原理设计的,是决定风轮效率和工作情况的决定性因素。

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