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現(xiàn)階段風(fēng)電葉片法蘭的發(fā)展,復(fù)合材料被用到的是廣泛的。目前復(fù)合材料在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用主要是轉(zhuǎn)子葉片、機(jī)艙罩和整流罩的制造。相對(duì)而言,機(jī)艙罩和整流罩的技術(shù)門檻較低,生產(chǎn)開發(fā)的難度不大。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片則是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一,其設(shè)計(jì)、材料和工藝決定風(fēng)力發(fā)電裝置的性能和功率。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是一個(gè)復(fù)合材料制成的薄殼結(jié)構(gòu),一般由根部、外殼和加強(qiáng)筋或梁三部分組成,復(fù)合材料在整個(gè)風(fēng)電葉片中的重量一般占到90%以上。復(fù)合材料葉片發(fā)展之初采用的是廉價(jià)的玻璃纖維增強(qiáng)不飽和聚酯樹脂體系,直到今天這仍是大部分葉片采用的材料。
隨著葉片長度的不斷增大,自身重量也不斷增加,這種體系在某些場合已不能滿足要求,于是很自然地,性能更優(yōu)異的增強(qiáng)材料—碳纖維走進(jìn)了人們的視野?;谀壳皣H上碳纖維價(jià)格居高不下,有些人認(rèn)為在葉片生產(chǎn)中采用碳纖維太過昂貴,不應(yīng)采用,實(shí)際上并非如此。
一方面由于葉片長度的增加,其對(duì)剛度的要求也更加嚴(yán)格,在更大尺寸葉片的制造上,碳纖維的剛度大約是其他材料,如玻纖的3倍,制成的復(fù)合材料剛度約是玻璃鋼的兩倍,從這個(gè)意義上說碳纖維的引入是必要也是必須的。另一方面,由于葉片尺寸的加大,其質(zhì)量也越來越巨大,高性能碳纖維的引入可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)葉片的減重,而隨著葉片重量的減輕,旋翼葉殼、傳動(dòng)軸、平臺(tái)及塔罩等也可以輕量化,從而可整體降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的成本,抵消或部分抵消碳纖維引入帶來的成本增加。
隨著大型、超大型海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制造和陸續(xù)投入運(yùn)行,碳纖維在風(fēng)電葉片上大規(guī)模應(yīng)用的時(shí)代已為時(shí)不遠(yuǎn)。在葉片的制造工藝上,傳統(tǒng)的葉片生產(chǎn)一般采用開模工藝,尤其是手糊方式較多,生產(chǎn)過程中會(huì)有大量苯乙烯等揮發(fā)性有毒氣體產(chǎn)生,給操作者和環(huán)境帶來危害。另外隨著葉片尺寸的增加,為保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)和塔架安全,這就必須保證葉片輕且質(zhì)量分布均勻。
這就促使葉片生產(chǎn)工藝由開模向閉模發(fā)展。采用閉模工藝,如現(xiàn)在熱門的真空樹脂導(dǎo)入模塑法,不但可大幅度降低成型過程中苯乙烯的揮發(fā),而且更容易準(zhǔn)確控制樹脂含量,從而保證復(fù)合材料葉片質(zhì)量分布的均勻性,并可提高葉片的質(zhì)量穩(wěn)定性。
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