Rüzgar türbini bıçak malzemesi seçimi
Kanatlar rüzgar türbinlerinin önemli bir bileşenidir. Rüzgar enerjisini jeneratörün rotoruna iletir ve elektrik üretmek için manyetik kuvvet çizgilerini döndürmesine ve kesmesine neden olur. Alandaki son derece zorlu ortamlarda uzun süreli, güvenli çalışmayı sağlamak için, bıçak malzemelerinin gereksinimleri şunlardır: 1 düşük yoğunluklu ve optimum yorulma dayanımı ve zor şartlara ve rastgele yüklere dayanabilecek mekanik özellikler (fırtınalar gibi) (vb.) 20 yıldan daha uzun süre güvenli çalışma sağlar; 2 maliyet (her bir kilowatt'a tahsis edilen maliyet olarak doğru bir şekilde belirtilmiştir) düşüktür; Şekil 3, bıçağın esnekliği, dönme ataleti ve titreşim frekansı karakteristiği normaldir ve bütüne iletilir. Güç üretim sisteminin yük kararlılığı iyidir; 4 korozyon direnci, ultraviyole (UV) direnci ve yıldırım düşmesi direnci iyidir; 5 bakım maliyeti düşüktür.
FRP yukarıdaki gereksinimleri tam olarak karşılayabilir ve en iyi rüzgar türbini kanadı malzemesidir.
1.1GFRP
Şu anda üretilen büyük ticari fan kanatlarının çoğu, cam elyafı takviyeli plastikten (GFRP) yapılmıştır. GFRP bıçaklarının özellikleri şunlardır:
1 Fan kanatlarının kuvvet özelliklerine göre, fan kanatlarının kuvveti ve sertliği esas olarak uzunlamasına kuvvettir, yani aerodinamik bükülme ve merkezkaç kuvvetidir. Aerodinamik bükülme yükü merkezkaç kuvvetinden çok daha büyüktür ve makaslama ve burulma tarafından üretilen kayma gerilmesi büyük değildir. Cam elyafın (GF) baskın olduğu kuvvet teorisini kullanarak, ana GF bıçağın uzunlamasına yönünde yerleştirilebilir, böylece bıçak daha hafif olabilir.
Şekillendirmesi kolay 2 kanat, maksimum aerodinamik verim elde edebilir En iyi aerodinamik etkiyi elde etmek için, bıçağın karmaşık aerodinamik şeklini kullanarak, rüzgar tekerleğinin farklı yarıçapında farklı bıçak akor uzunluğu, kalınlığı, burulma açısı ve kanat şeklini tasarlayın. metal imalatı çok zor olduğu için. Aynı zamanda, GFRP bıçakları seri üretilebilir.
3 Kullanım süresi 20 yıla kadardır, 108'den fazla yorulma alternatif yüküne dayanabilir GFRP daha yüksek yorulma dayanımına, düşük çentik hassasiyetine, büyük iç sönüme ve iyi sismik performansa sahiptir.
4 İyi korozyon direnci GFRP asit, alkali ve su buharı direncine sahip olduğundan, fan dış mekana monte edilebilir. Özellikle son yıllarda geliştirilen açık deniz rüzgar çiftlikleri için, rüzgar türbinleri denize monte edilebilir, böylece rüzgar türbinleri ve bunların kanatları Çeşitli iklimlerin testini deneyimleyin.
GFRP'nin performansını arttırmak için GF ayrıca yüzey işleme, boyutlandırma ve kaplama yoluyla da değiştirilebilir. Amerika Birleşik Devletleri'nde yapılan araştırmalar, E-GF'yi kaplamak için radyo frekansı plazma birikiminin kullanılmasının, gerilme ve yorulma direncinin karbon fiber (CF) seviyesine ulaşabileceğini göstermiştir.
GFRP'nin kuvvet özelliği, GF yönünde yüksek çekme gerilimine dayanabilmesidir, diğer yönlerdeki kuvvet ise nispeten küçüktür.
Bıçak bir deri ve uzun bir kirişten oluşur. Deri zımparalanır, orta katman sert köpük veya Balsa ahşabı ve üst ve alt katmanlar GFRP'dir. Üst katman, tek yönlü bir katman ve ± 45 ° katmandan oluşur. Tek yönlü katman, merkezkaç kuvveti ve pnömatik bükülme momenti tarafından oluşturulan eksenel gerilime dayanacak şekilde, genellikle 7 veya 4GF kumaş ile tek yönlü kumaş veya tek yönlü GF ile döşenebilir; Kalıplama işlemini basitleştirmek için ± 45 ° GF tabakası çıkarılabilir. Çoğunlukla torktan kaynaklanan kayma gerilimine dayanacak şekilde eksenel yönde uzanan ve genellikle tek yönlü katmanın dışına döşenen 1: 1GF kumaş kullanılır. Kirişin yapısal formu bir sandviç yapı veya katı bir GFRP yapısı olabilir. Bununla birlikte, derinin ve uzun kirişin, yani seyrek başlığın derzi sağlam bir GFRP yapısı olması gerekir. Bunun nedeni, ışının bir kısmının ciltle etkileşime girmesi ve stresin büyük olması ve cildin sağlamlığının ve sertliğinin sağlanması gerektiğidir.
1.2CFRP
Rüzgar türbini kanat tasarım teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, rüzgar enerjisi üretimi yüksek güç ve uzun kanatlar yönünde gelişmektedir. Bıçağın uzunluğundaki bir artış, bıçağın kalitesini arttırma eğilimindedir. Bıçağın uzunluğu 10 ila 60 m arasındaki istatistikler, bıçak kütlesinin, uzunluktaki küpün arttığını gösterir. Bıçağın hafif ağırlığı, çalışma, yorulma ömrü ve enerji çıktısı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bıçak yerçekimi nedeniyle değişken bir yük oluşturduğundan, bıçağın kendisi ve ünite yorulur. Bıçak ağırlığının azaltılması, göbek yapısının, nasel, kulenin ve benzerlerinin kalitesini düşürebilir.
Büyük bıçaklar için sertlik önemli bir sorundur. Bıçağın ucunun aşırı rüzgar yükleri altında kuleye temas etmemesini sağlamak için bıçağın yeterli sertliğe sahip olması gerekir. Bıçağın kalitesini düşürmek ve mukavemet ve sertlik gereksinimlerini karşılamak için, etkili bir yöntem karbon fiber takviyeli plastik (CFRP) kullanmaktır. CFRP'nin gerilme modülü, GFRP'nin 2 ila 3 katıdır. CF takviyeli büyük bıçaklar, yüksek elastikiyetlerinden ve hafifliklerinden tam olarak yararlanabilir. Analize göre, CF / GFRP hibrit geliştirme şeması yaprakların ağırlığını% 20 ila% 40 azaltabilir. Avrupa AK şirketi tarafından finanse edilen araştırma planına göre, m 120m bıçak rotoruna CF ilavesi, genel kaliteyi% 38 oranında etkili bir şekilde azaltabilir ve ayrıca tasarım maliyetini GF ile karşılaştırıldığında% 14 oranında azaltabilir. Benzer bir başka inceleme çalışması da, CF ekleyerek yapılan fan bıçağının kalitesinin GF'ye kıyasla yaklaşık% 32 oranında azalacağını belirtti.
Şu anda, dünyanın en büyük CF / GFRP hibrit fan bıçağı, Nodex tarafından deniz rüzgar enerjisi 5MW birimleri için geliştirilen 56m uzunluğundaki bir bıçaktır. Nodex ayrıca, karadaki 2.5 MW'lık üniteler için 43m (9.6t) CF / GFRP fan kanatları geliştirmiştir. Enercon 4,5 MW rüzgar türbinlerinde kullanım için CFRP bıçakları geliştirmiştir. CF'nin büyük bıçaklar için geliştirilmiş olup olmadığı hala tartışmalıdır. Bazı insanlar CF teknolojisinin rüzgar enerjisi endüstrisine getirilmesinin “tuhaf” ve pahalı olduğuna ve mümkünse kaçınılması gerektiğine inanıyor. Bununla birlikte, birçok yapısal mühendis, doğal ölçek kuralının, bıçağın uzunluğu arttıkça kütlenin enerji çıkarımından daha hızlı arttığını gösterdiğine ikna olmuştur. Bu nedenle, kütle artışını bastırmak için CF veya CF / GF hibrid liflerin kullanılması gerekir. Aynı zamanda, rüzgar enerjisinin maliyetini azaltmak için, yeterli sertlikte daha uzun bıçakların geliştirilmesi de gereklidir.
Fan bıçaklarında CFRP'yi büyük miktarlarda kullanabilmek, CF fiyatına bağlıdır. Her ne kadar CFRP'nin performansı GFRP'den çok daha iyi olsa da, bıçak veya bütün rüzgar türbini en hafif olmasına rağmen, fiyatı da en pahalı olanıdır. CF fiyatı 11 $ / kg'a düşse bile, CFRP ile hazırlanan bıçağın fiyatı hala çok yüksek. Bu nedenle, CFRP maliyetini düşürmek için hammaddeden, proses teknolojisinden, kalite kontrolünden vb. Derinlemesine çalışıyoruz.
Genel olarak, daha küçük tipteki bıçak (örneğin, 22 m uzunluğunda), çok miktarda ucuz E-GFRP'den yapılır ve reçine matrisi esas olarak doymamış bir polyesterden oluşur ve bir vinil ester reçinesi veya bir epoksi reçinesi ayrıca kullanılabilir. Daha büyük bıçaklar (örneğin 42 m daha uzun) genellikle CFRP veya CF / GFRP kullanır ve reçine matrisi esas olarak epoksi reçinesidir.
