Tuuliturbiinien teräsmateriaalivalinta

Tuuliturbiinien teräsmateriaalivalinta

Terät ovat tärkeä osa tuuliturbiineja. Se siirtää tuulienergiaa generaattorin roottoriin, jolloin se pyörii ja leikkaa magneettiset voimajohdot sähkön tuottamiseksi. Pitkän aikavälin turvallisen käytön varmistamiseksi erittäin kovissa ympäristöissä alalla terämateriaalien vaatimukset ovat: 1 alhainen tiheys ja optimaalinen väsymislujuus ja mekaaniset ominaisuudet, jotka kestävät äärimmäisiä olosuhteita ja satunnaisia kuormia (kuten myrskyjä). (jne.) varmistaa turvallisen käytön yli 20 vuotta; 2 kustannukset (tarkasti ilmoitettu kullekin kilowattille osoitettuun hintaan) on alhainen; 3 terän elastisuus, pyörimisen inertia ja värähtelytaajuusominaisuudet ovat normaaleja, ja ne siirretään kokonaisuudessaan. Sähköntuotantojärjestelmän kuorman stabiilisuus on hyvä; 4 korroosionkestävyys, ultravioletti- (UV) -vastus ja salamaniskun kestävyys ovat hyvät; 5 huoltokustannukset ovat alhaiset.

FRP voi täyttää edellä mainitut vaatimukset ja on paras tuuliturbiiniterän materiaali.

1.1GFRP

Suurin osa nykyisin valmistetuista suurista kaupallisista tuulettimen lavoista on valmistettu lasikuituvahvisteisesta muovista (GFRP). GFRP-terien ominaisuudet ovat:

1 Puhaltimen siipien voimanominaisuuksien mukaan tuulettimen siipien lujuus ja jäykkyys ovat pääosin pitkittäisvoimaa eli aerodynaamista taivutusta ja keskipakovoimaa. Aerodynaaminen taivutuskuorma on paljon suurempi kuin keskipakovoima, ja leikkaus- ja vääntövoiman aiheuttama leikkausjännitys ei ole suuri. Käyttämällä lasikuidun (GF) hallitsemaa voimateoriaa pää GF voidaan sijoittaa terän pituussuuntaan siten, että terä voi olla kevyempi.

2 ilmalevyä on helppo muokata, saavuttaa maksimaalisen aerodynaamisen tehokkuuden Parhaan aerodynaamisen vaikutuksen saavuttamiseksi, käyttämällä terän monimutkaista aerodynaamista muotoa, suunnitella eri teräkaaren pituus, paksuus, vääntökulma ja lentopelti tuulen pyörän eri säteillä, kuten metallina Valmistus on erittäin vaikeaa. Samalla voidaan valmistaa GFRP-teriä.

3 Käyttöaika on jopa 20 vuotta, kestää yli 108 väsymisvaihtokuormaa GFRP: llä on suurempi väsymislujuus, matala loviherkkyys, suuri sisäinen vaimennus ja hyvä seismisyys.

4 Hyvä korroosionkestävyys Koska GFRP: ssä on happo-, alkali- ja vesihöyrynkestävyys, puhallin voidaan asentaa ulkona. Erityisesti viime vuosina kehitettyjen merituulipuistojen osalta tuulivoimalat voidaan asentaa merelle niin, että tuuliturbiinit ja niiden terät koettelevat eri ilmasto-olosuhteiden testin.

GFRP: n suorituskyvyn parantamiseksi GF voidaan myös muokata pintakäsittelyllä, liimauksella ja pinnoitteella. Yhdysvalloissa tehdyt tutkimukset ovat osoittaneet, että radiotaajuisen plasmakerroksen käyttö E-GF: n peittämiseksi, sen vetolujuus ja väsymisvastus voivat saavuttaa hiilikuidun (CF) tason.

GFRP: n voimaominaisuus on se, että se kestää suurta vetolujuutta GF-suunnassa, kun taas muissa suunnissa oleva voima on suhteellisen pieni.

Terä koostuu ihosta ja valonsäteestä. Iho on kerrostettu, keskikerros on jäykkä vaahto tai Balsa-puu, ja ylempi ja alempi kerros ovat GFRP. Yläkerros koostuu yksisuuntaisesta kerroksesta ja ± 45 ° kerroksesta. Yksisuuntainen kerros voidaan sijoittaa yksisuuntaisella kankaalla tai yksisuuntaisella GF: llä, yleensä 7 tai 4GF-kankaalla, kestämään keskipakovoiman ja pneumaattisen taivutusmomentin aiheuttama aksiaalinen jännitys; muovausprosessin yksinkertaistamiseksi ± 45 ° GF-kerros voidaan jättää pois. Käytetään 1: 1GF-kangasta, joka on asetettu aksiaalisuunnassa kestämään leikkausjännitystä, joka johtuu pääasiassa vääntömomentista, ja ne asetetaan yleensä yksisuuntaisen kerroksen ulkopuolelle. Palkin rakenteellinen muoto voi olla joko kerrosrakenne tai kiinteä GFRP-rakenne. Ihon ja valonsäteen liitoksen, ts. Spar-korkin, on kuitenkin oltava kiinteä GFRP-rakenne. Tämä johtuu siitä, että osa palkista on vuorovaikutuksessa ihon kanssa ja stressi on suuri, ja ihon lujuus ja jäykkyys on varmistettava.

1.2CFRP

Tuulivoimalan terässuunnittelutekniikan parantamisen myötä tuulivoiman tuotanto kehittyy suuritehoisten ja pitkien terien suuntaan. Terän pituuden lisääntyminen pyrkii parantamaan terän laatua. Terän pituuden tilastot 10 - 60 m osoittavat, että terän massa kasvaa pituuden kuution avulla. Terän kevyt paino vaikuttaa merkittävästi toimintaan, väsymiseen ja energiantuotantoon. Koska terä muodostaa vaihtelevan kuormituksen sen painovoiman takia, terä itse ja yksikkö ovat väsyneitä. Terän painon vähentäminen voi vähentää napan, nacellan, tornin ja vastaavien rakenteen laatua.

Suurille terille jäykkyys on suuri ongelma. Jotta terän kärki ei kosketa tornia äärimmäisissä tuulikuormissa, terän on oltava riittävän jäykkä. Terän laadun vähentämiseksi ja lujuuden ja jäykkyyden vaatimusten täyttämiseksi tehokas menetelmä on käyttää hiilikuituvahvistettua muovia (CFRP). CFRP: n vetomoduuli on 2 - 3 kertaa GFRP: n. Suuret terät, joissa on CF-vahvistus, voivat hyödyntää niiden suurta elastisuutta ja kevyttä painoa. Analyysin mukaan CF / GFRP-hybridin tehostamisohjelma voi vähentää lehtien painoa 20% ~ 40%. Euroopan yhteisön rahoittaman tutkimussuunnitelman mukaan CF: n lisääminen ¢ 120 m: n terän roottoriin voi vähentää kokonaislaatua tehokkaasti 38% ja vähentää myös suunnittelukustannuksia 14% GF: hen verrattuna. Toinen samankaltainen tutkimusanalyysi huomautti myös, että CF: tä lisäämällä valmistetun puhallinterän laatu vähenee noin 32% verrattuna GF: ään.

Tällä hetkellä maailman suurin CF / GFRP-hybridipuhaltimen terä on 56 metrin pituinen terä, jonka Nodex on kehittänyt offshore-tuulivoiman 5MW-yksiköille. Nodex on myös kehittänyt 43 m (9,6 t) CF / GFRP-tuulettimen siipiä 2,5 MW: n maalle. Enercon on kehittänyt CFRP-terät käytettäväksi 4,5 MW: n tuulivoimaloissa. Onko CF: n tehoa suurille terille vielä kiistanalainen. Jotkut uskovat, että CF-teknologian käyttöönotto tuulivoimateollisuudessa on "erikoista" ja kallista, ja sitä olisi mahdollisuuksien mukaan vältettävä. Monet rakennesuunnittelijat ovat kuitenkin vakuuttuneita siitä, että luonnollinen mittasuhde osoittaa, että terän pituuden kasvaessa massa kasvaa nopeammin kuin energian talteenotto. Siksi CF- tai CF / GF-hybridikuitujen käyttö on välttämätöntä massan nousun tukahduttamiseksi. Samalla tuulivoiman kustannusten alentamiseksi on myös tarpeen kehittää pidempiä teriä, joilla on riittävä jäykkyys.

Kyky käyttää CFRP: tä suurina määrinä tuulettimen siipiin riippuu CF: n hinnasta. Vaikka CFRP: n suorituskyky on paljon parempi kuin GFRP, ja terä tai koko tuulivoimala on kevyin, hinta on myös kallein. Vaikka CF-hinta laskisi 11 dollariin / kg, CFRP: llä valmistetun terän hinta on edelleen liian korkea. Siksi tutkimme nyt perusteellisesti raaka-aineista, prosessiteknologiasta, laadunvalvonnasta jne. Vähentääkseen CFRP: n kustannuksia.

Yleensä pienempi terän tyyppi (esimerkiksi 22 m) on valmistettu suuresta määrästä edullista E-GFRP: tä, ja hartsimatriisi koostuu pääasiassa tyydyttymättömästä polyesteristä, ja vinyyliesterihartsi tai epoksihartsi voi olla myös käyttää. Suuremmat terät (kuten 42 m pidemmät) käyttävät yleensä CFRP: tä tai CF / GFRP: tä, ja hartsimatriisi on pääasiassa epoksihartsia.