风力机叶片及材料的判定
- 格式:pdf
- 大小:481.66 KB
- 文档页数:11
风机叶片组成材料风机叶片是风机的重要组成部分,它直接影响着风机的性能和效率。
在选择风机叶片的材料时需要考虑多个因素,包括材料的强度、耐磨性、耐腐蚀性、重量等。
本文将介绍几种常用的风机叶片组成材料,并对它们的特点和应用进行详细分析。
1. 铝合金叶片铝合金叶片是目前应用最广泛的风机叶片材料之一。
它具有重量轻、强度高、耐磨性好等特点,适用于各种工业风机和通风设备。
铝合金叶片通常采用铝硅合金、铝镁合金等材料制成,具有良好的抗腐蚀性和耐高温性能。
此外,铝合金叶片还可以通过表面涂层或喷涂等方式进行处理,以提高其耐磨性和耐腐蚀性。
2. 碳纤维叶片碳纤维叶片是近年来新兴的风机叶片材料,它具有重量轻、强度高、刚度好等特点,能够有效提高风机的效率和性能。
碳纤维叶片通常由碳纤维复合材料制成,具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳性能。
此外,碳纤维叶片还具有良好的导热性能,可以有效降低风机叶片的温度,延长使用寿命。
3. 玻璃钢叶片玻璃钢叶片是一种常用的风机叶片材料,它由玻璃纤维和树脂复合材料制成,具有重量轻、强度高、耐磨性好等特点。
玻璃钢叶片适用于一些特殊环境下的风机,如耐腐蚀、耐高温等要求较高的场合。
此外,玻璃钢叶片还具有良好的绝缘性能和阻燃性能,能够有效提高风机的安全性能。
4. 不锈钢叶片不锈钢叶片是一种常用的耐腐蚀叶片材料,适用于一些特殊环境下的风机,如化工、海洋等领域。
不锈钢叶片具有优异的耐腐蚀性、耐高温性和耐磨性能,能够在恶劣环境下保持良好的工作状态。
不锈钢叶片通常采用316L不锈钢材料制成,具有良好的机械性能和耐蚀性能。
5. 塑料叶片塑料叶片是一种轻质、低成本的风机叶片材料,适用于一些低压、低速的风机。
塑料叶片通常采用聚丙烯、聚乙烯等材料制成,具有良好的耐腐蚀性和耐磨性能。
尽管塑料叶片的强度和刚度较低,但在一些特殊应用场合下,如化学实验室、医疗设备等领域,塑料叶片仍然具有一定的优势。
风机叶片的组成材料对风机的性能和效率有着重要的影响。
风力发电叶片材料
风力发电叶片是风力发电机的重要部件之一,它们由一种特殊的材料制成,以捕捉风的能量并将其转化为电能。
这种材料是由一种高强度的纤维增强复合材料制成,这些纤维可以是碳纤维、玻璃纤维或者其他强度高且耐候性强的纤维材料。
这些纤维与一种弹性聚合物基质相结合,形成一个坚固且具有一定弹性的叶片结构。
这种材料具有多种优点,例如高强度、低重量和优异的抗风性能。
由于叶片需要长时间暴露在恶劣的环境条件下,这种材料还具有优异的耐候性和耐腐蚀性能。
为了提高叶片的效率,工程师们通常会对叶片表面进行特殊处理,以减少空气摩擦和阻力。
这些处理可以是表面涂层、纹理加工或者其他技术手段,可以有效地提高叶片的气动性能。
风力发电叶片的制作过程包括多道工序,例如纤维预浸料的制备、预制叶片的制作和后续的除气、硬化和整形等工序。
这些工艺都需要精密的操作和控制,以确保叶片的质量和性能符合设计要求。
风力发电叶片的材料是一种特殊的纤维增强复合材料,具有高强度、低重量和优异的抗风性能。
这种材料经过特殊处理,并通过一系列精密的工艺加工,才能成为高效的风力发电叶片。
风力发电机叶片对材料的要求
风力发电一直是重要的清洁能源之一,其在产生巨大电能的同时,也不会产生公害性污染,是国家重点发展能源,而风力发电机叶片正是风能利用的重要一环。
叶片是风力发电机组的重要构件。
它将风能传递给发电机的转子,使之旋转切割磁力线而发电。
为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行,对叶片材料的要求是:
1、密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能,能经受住极端恶劣条件和随机的负荷(如暴风等)的考验,确保安全运转20年以上;
2、成本低(精确说为分摊到每度电的成本);
3、叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常,传递给整个发电系统的负荷稳定性好;
4、耐腐蚀、耐紫外线(UV)照射和抗雷击性好;
5、维护费用低。
研究人员开发出高耐用热塑性塑料泡沫和复合材料,减轻叶片重量,利于运输、组装、拆卸和回收。
目前研究比较成熟、应用最为广泛的一种复合材料是玻纤复合材料。
该材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀性好、电性能优异、原料来源广泛、工艺性好、生产效率高等优点。
风力叶片材料风力发电是一种清洁能源,而风力发电机的核心部件就是风力叶片。
风力叶片的材料选择对于风力发电机的性能、稳定性和寿命都有着至关重要的影响。
在选择风力叶片材料时,需要考虑材料的强度、耐久性、轻量化以及成本等因素。
目前,常见的风力叶片材料主要包括玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料和木质纤维复合材料。
玻璃纤维增强塑料是目前应用最为广泛的风力叶片材料之一。
它具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点,而且生产工艺成熟、成本相对较低。
然而,玻璃纤维增强塑料也存在着一些缺点,比如容易受到紫外线和湿气的影响,导致寿命缩短,需要更频繁的维护和更换。
碳纤维增强塑料因其优异的强度和刚度成为风力叶片材料的热门选择。
相比于玻璃纤维增强塑料,碳纤维增强塑料更轻更坚固,能够减轻风力叶片的重量,提高风力发电机的效率。
然而,碳纤维增强塑料的成本较高,加工工艺也更加复杂,需要更高的生产技术和成本投入。
木质纤维复合材料是一种新型的风力叶片材料,在近年来逐渐受到关注。
木质纤维复合材料具有重量轻、抗拉强度高、成本低廉等优点,而且对环境友好,易于回收利用。
然而,木质纤维复合材料的耐久性和抗风压能力相对较弱,需要在材料设计和生产工艺上进行更多的优化和改进。
除了上述的常见风力叶片材料外,还有一些新型材料正在不断被研发和应用于风力叶片中,比如生物基复合材料、金属基复合材料等。
这些新型材料在提高风力叶片的性能和稳定性方面具有潜在的优势,但也面临着成本高、生产工艺复杂等挑战。
综上所述,风力叶片材料的选择需要综合考虑材料的强度、耐久性、轻量化和成本等因素。
不同的材料具有各自的优缺点,需要根据具体的应用场景和要求进行选择。
随着材料科学和制造技术的不断进步,相信未来会有更多更优秀的材料应用于风力叶片中,推动风力发电技术的持续发展和进步。
工业风机扇叶分类
工业风机扇叶是提供空气流动的重要组成部分,其分类主要根据以下几个方面:
1. 材料分类:工业风机扇叶的材料主要有金属、塑料、玻璃钢等。
金属扇叶耐用性强,适用于高温、高压和腐蚀环境;塑料扇叶轻便、防腐耐腐,适用于一般的风机使用;玻璃钢扇叶重量轻、耐腐蚀、隔热性能好,适用于一些特殊环境下的使用。
2. 叶片形状分类:工业风机扇叶的叶片形状主要有正弦型、前弯型、后弯型、螺旋型、翼型等。
不同形状的叶片对风机的效率、噪音、流量等都有影响。
3. 叶片数量分类:工业风机扇叶的叶片数量主要有单叶片、双叶片、三叶片等。
叶片数量越多,风机的效率和稳定性越高,但也会增加噪音和阻力。
4. 安装方式分类:工业风机扇叶的安装方式主要有直接安装、立式安装、水平安装等。
不同的安装方式对风机的空间利用、稳定性和安装难度都有影响。
综上所述,选择适合的工业风机扇叶对于风机的使用效果和寿命起着至关重要的作用。
- 1 -。
风力发电机叶片材料的选用叶片是风力发电机组的重要构件。
它将风能传递给发电机的转子,使之旋转切割磁力线而发电。
为确保在野外极其恶劣环境中长期不停、安全地运行,对叶片材料的要求是:①密度小且具有最佳的疲劳强度和力学性能,能经受住极端恶劣条件和随机的负荷(如暴风等)的考验,确保安全运转20年以上;②成本(精确说为分摊到每度电的成本)低;③叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲红都正常,传递给整个发电系统的负荷稳定性好;④耐腐蚀、耐紫外线(UV)照射和抗雷击性好;⑤维护费用低。
FRP完全可以满足以上要求,是最佳的风力发电机叶片材料。
1.1 GFRP目前商品化的大型风机叶片大多采用玻璃纤维增强塑料(GFRP)制造。
GFRP叶片的特点为:①可根据风机叶片的受力特点来设计强度与刚度风机叶片主要是纵向受力,即气动弯曲和离心力,气动弯曲载荷比离心力大得多,由剪切与扭转产生的剪应力不大。
利用玻璃纤维(GF)受力为主的受力理论,可将主要GF布置在叶片的纵向,这样就可使叶片轻量化。
②翼型容易成型,可达到最大气动效率为了达到最佳气动效果,利用叶片复杂的气动外形,在风轮的不同半径处设计不同的叶片弦长、厚度、扭角和翼型,如用金属制造则十分困难。
同时GFRP叶片可实现批量生产。
③使用时间长达20年,能经受108以上疲劳交变载荷GFRP疲劳强度较高,缺口敏感性低,内阻尼大,抗震性能较好。
④耐腐蚀性好由于GFRP具有耐酸、碱、水汽的性能,可将风机安装在户外,特别对于近年来大力发展的离岸风电场来说,能将风机安装在海上,使风力机组及其叶片经受各种气候环境的考验。
为了提高GFRP的性能,还可通过表面处理,上浆和涂覆等对GF进行改性。
美国的研究表明,采用射电频率等离子体沉积去涂覆E-GF,其拉伸及耐疲劳性可达到碳纤维(CF)的水平。
GFRP的受力特点是在GF方向能承受很高的拉应力,而其它方向承受的力相对较小。
叶片由蒙皮和主梁组成,蒙皮采用夹芯结构,中间层是硬质泡沫塑料或Balsa木,上下面层为GFRP。
风电基础知识培训风机叶片选材要点风电基础知识培训–风机叶片选材要点风能是一种可再生、清洁的能源,风电作为其中的重要组成部分,越来越受到社会的重视。
而风机叶片作为风能转换的关键部件之一,其选材的质量和性能直接决定了风电的发电效率和可靠性。
本文将重点介绍风机叶片选材的要点,以帮助您更好地了解和应用风电技术。
1. 叶片材料的优势选择风机叶片需要具备良好的强度、刚性和耐腐蚀性能,常见的叶片材料包括玻璃纤维增强塑料(GFRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)和复合材料等。
其中,GFRP材料具有质量轻、价格低廉等优势,适用于大部分的风机叶片制造。
而CFRP材料具有更高的强度和刚性,适用于大型风电场等场合,但其成本较高。
2. 叶片材料的力学性能要求叶片在运行时需要承受来自风力的载荷,因此其力学性能非常重要。
首先,叶片需要具备足够的强度,以承受风压和风荷载的作用。
其次,叶片的弯曲刚度需要适中,过大会容易导致疲劳破坏,过小则会影响叶片的动力性能。
此外,叶片还需要具备一定的阻尼特性,以减少振动对风机的影响。
3. 叶片材料的耐腐蚀性要求风机叶片处于室外环境中,经常受到风沙、雨水、紫外线等多种环境因素的侵蚀,因此其耐腐蚀性也是选材的重要考虑因素。
GFRP材料在常见环境中具有较好的耐腐蚀性能,但在强酸、强碱等特殊环境中的耐腐蚀能力较差。
因此,在特殊环境中使用的风机叶片应选用具有更好耐腐蚀性能的材料。
4. 叶片材料的制造工艺要求风机叶片的制造过程包括模具制作、布料预处理、复合材料成型等多个环节,需要保证每个环节的工艺操作准确无误。
制造工艺的不合理或不精细会导致叶片内部存在气泡、纤维方向偏斜等缺陷,进而影响叶片的强度和使用寿命。
因此,在选用叶片材料时,还需要考虑其制造工艺的可行性和成本效益。
5. 叶片材料的可持续性考虑在如今注重环境保护和可持续发展的社会背景下,叶片材料的可持续性也成为重要的考虑因素之一。
可再生和可回收的材料,如生物基复合材料,正逐渐在风机叶片制造中得到应用。
风力发电机叶片材料
风力发电机叶片是风力发电机的重要组成部分,其材料选择直接影响着风力发
电机的性能和效率。
目前,常见的风力发电机叶片材料主要包括玻璃钢、碳纤维复合材料和木质材料等,每种材料都有其特点和适用场景。
玻璃钢是一种由玻璃纤维和树脂复合而成的材料,具有重量轻、强度高、耐腐
蚀等优点,因此在风力发电机叶片中得到了广泛应用。
玻璃钢材料的优点在于其成本相对较低,且易于加工和维护,适用于大部分风力发电机叶片的制造。
然而,玻璃钢材料也存在着易老化、易磨损等缺点,需要定期进行维护和更换。
碳纤维复合材料是近年来风力发电机叶片材料的新宠,其具有重量轻、强度高、耐腐蚀、抗风压等优点,能够有效提高风力发电机的效率和稳定性。
碳纤维复合材料的使用可以减轻叶片的重量,降低振动和噪音,延长使用寿命,但其制造成本较高,加工难度大,需要高技术要求和昂贵的设备。
木质材料是传统的风力发电机叶片材料,具有资源丰富、成本低廉等优点,适
用于一些小型风力发电机的制造。
然而,木质材料在强度、耐腐蚀等方面不如玻璃钢和碳纤维复合材料,且易受湿度、虫蛀等影响,需要定期保养和更换。
除了以上几种常见的风力发电机叶片材料外,还有一些新型材料如生物质复合
材料、金属材料等也在研究和应用中。
这些材料各有特点,可以根据具体的风力发电机的使用环境、功率大小、使用寿命等因素进行选择。
总的来说,风力发电机叶片材料的选择应综合考虑材料的重量、强度、耐腐蚀性、成本等因素,以及具体的使用环境和要求。
未来随着材料科学的发展和技术的进步,相信会有更多更优秀的材料出现,为风力发电机的发展提供更好的支持。
风电叶片材料
风电叶片是风力发电机组的核心部件,其材料的选择对于风电叶片的性能和寿
命具有至关重要的影响。
目前,风电叶片的材料主要包括玻璃纤维增强塑料(GFRP)、碳纤维增强塑料(CFRP)和木材等。
不同的材料具有不同的特性,下面将对这些材料进行详细介绍。
首先,玻璃纤维增强塑料(GFRP)是目前应用最为广泛的风电叶片材料之一。
它具有重量轻、耐腐蚀、成本低等优点。
玻璃纤维增强塑料的主要成分是玻璃纤维和树脂,其制备工艺相对简单,生产成本较低。
然而,玻璃纤维增强塑料的强度和刚度相对较低,容易发生疲劳破坏,因此在大型风电叶片中的应用受到一定的限制。
其次,碳纤维增强塑料(CFRP)因其优异的力学性能而逐渐成为风电叶片的
主流材料之一。
碳纤维具有高强度、高模量、低密度等优点,能够有效提高风电叶片的刚度和耐久性。
与玻璃纤维增强塑料相比,碳纤维增强塑料的重量更轻、强度更高,但其制备工艺复杂,成本较高,且碳纤维本身易吸湿、易老化,需要在设计和制造过程中加以注意。
另外,木材作为一种传统的风电叶片材料,近年来也得到了一定程度的重视。
木材具有优良的机械性能和抗风蚀性能,且具有可再生的优点。
但是,木材在潮湿环境下易腐蚀,且其强度和耐久性无法与玻璃纤维增强塑料和碳纤维增强塑料相比。
因此,目前木材在风电叶片材料中的应用仍受到一定的限制。
综上所述,风电叶片的材料选择需要综合考虑材料的力学性能、耐久性、成本
等因素。
在未来,随着材料科学和制造技术的不断进步,新型的风电叶片材料也将不断涌现,为风能产业的发展带来新的机遇和挑战。
风力发电叶片材料风能作为一种绿色可再生能源,在近年来的发展趋势中越来越受到欢迎和认可。
而风力发电作为利用风能的一种发电方式,在各国政府的支持下,也得到了不断发展和完善。
叶片作为风力发电机重要的部件,其材料的选择对风力发电机的性能具有至关重要的影响。
本文将探讨风力发电机叶片的材料及其特点。
风力发电机叶片通常采用的材料有玻璃纤维强化塑料(GFRP)、碳纤维复合材料(CFRP)和塑料材料。
下面分别对这些材料的特点进行介绍:1.玻璃纤维强化塑料(GFRP)玻璃纤维强化塑料是一种由玻璃纤维和热固性树脂组合成的复合材料,其主要特点是强度高、刚度大、重量轻、成本低、可加工性好。
因此,玻璃纤维强化塑料作为一种成熟的叶片材料,在风力发电机叶片中得到了广泛运用。
但是,玻璃纤维受潮后容易断裂,而且其强度和刚度会随着温度升高而下降,因此,玻璃纤维强化塑料的使用温度有限,不能够承受过高的温度。
2.碳纤维复合材料(CFRP)碳纤维复合材料是由碳纤维和热固性树脂组合而成的一种复合材料,具有强度高、刚度大、重量轻、电气绝缘性好、耐腐蚀性强等特点。
在风力发电机叶片中,由于其具有超强的抗拉强度、疲劳性能佳,以及在高温下性能稳定等优点,渐渐地得到广泛运用。
但是,碳纤维复合材料的制作过程相对复杂,成本也相对较高,一些厂商在考虑整个发电的成本时,会重新评估碳纤维作为叶片材料的可行性。
3.塑料材料之所以采用塑料材料作为叶片,是因为它具有良好的抗应力疲劳性质、强度大、重量轻、难燃等优点。
但是,塑料材料的下限温度较低,遇到过高温度时,可能会变得脆弱,危及安全性。
总体来看,风力发电机叶片的材料选择要根据实际情况综合考虑,选择高性能、低成本、易加工、对环境可持续等方面。
各种材料都有其优点和缺点,在不同情况下选择合适的叶片材料,可以提高风力发电机的性能和安全性,为风能的发展提供更好的保障。
风力发电叶片质量标准
风力发电叶片的质量标准通常包括以下几个方面:
1. 材料质量:叶片通常采用复合材料制造,如玻璃纤维增强塑料。
材料应具有良好的强度和耐候性能,能够承受高强度的风力和长时间的曝晒。
2. 叶片形状和尺寸:叶片的形状和尺寸设计应符合气动性能和机械结构的要求,以实现最佳的能量转换效率和运行稳定性。
3. 平衡性和精度:叶片的制造过程中需要保证叶片的平衡性和精度,以避免不必要的振动和损坏。
4. 表面光洁度:叶片表面的光洁度对风力发电机组的性能有重要影响,应保证表面光洁平整,减少湍流阻力,提高发电效率。
5. 强度和刚度:叶片需要具有足够的强度和刚度,以承受高速旋转和复杂工作环境下的风力负荷,同时保持稳定和可靠的运行。
6. 耐用性和耐腐蚀性:叶片需要具备良好的耐候、耐腐蚀性能,能够在各种恶劣的气候和环境条件下长期稳定运行。
以上是常见的风力发电叶片质量标准,实际使用中还要考虑具体的项目需求和国家标准。
风电叶片用芯材标准
风电叶片用芯材的标准主要包括以下几个方面:
1. 密度:轻木是首选,因为它是世界上最轻的树种,但轻木的密度较大,需要考虑对风电叶片重量的影响。
对于长度低于40米的风电叶片,夹芯材料可以选用全轻木;对于较长叶片,可以考虑部分选用轻木部分使用泡沫。
2. 吸水性:由于轻木属木棉科,较易吸水,因此在运输和储存过程中需要做好密封防潮处理。
在生产制造过程中,要求环境相对湿度不要超过80%,且使用前测试其含水率,一般要求含水率不要超过12%。
3. 检测标准:芯材的检测标准包括GB/T 热喷涂火焰和电弧喷涂用线材、棒材和芯材分类和供货技术条件、GB/T 小艇艇体结构和构件尺寸第2部分:材料:夹层结构用芯材、埋置材料、GB/T 风电叶片用芯材夹芯板面层剥离强度的测定、GB/T 风电叶片用芯材弯曲载荷和压缩载荷下高温尺寸稳定性的测定以及HB/Z 拉伸等。
这些标准都是为了确保风电叶片用芯材的质量和安全性。
如需了解更多关于风电叶片用芯材的标准,建议咨询风电叶片制造领域的专家或查阅相关行业规范。
风力电机叶片设计风力发电是一种利用风能转化为电能的可再生能源技术。
而风力发电机的叶片是风能转化的核心部分,其设计对于发电效率和稳定性都有着重要影响。
本文将从叶片的材料选择、结构设计和aerodynamics 等方面探讨风力发电机叶片的设计。
一、材料选择风力发电机叶片通常采用复合材料制作,以满足高强度、轻质化和耐腐蚀的要求。
常见的材料有玻璃纤维、碳纤维和复合材料等。
玻璃纤维具有良好的机械性能和成本效益,适用于小型风力发电机。
碳纤维材料具有更高的强度和刚度,可以应对更高的风速和负载,但成本较高。
复合材料则是将不同材料的优点结合起来,既具备玻璃纤维的成本优势,又具备碳纤维的高强度和刚度。
二、结构设计风力发电机叶片的结构设计旨在提高风能的转化效率和降低风阻。
常见的结构有平面叶片、扭曲叶片和变桨叶片等。
平面叶片是最简单的结构,其叶片形状为直线状,适用于低风速环境。
扭曲叶片则通过在叶片的长度方向上引入扭曲,使得叶片在不同位置具有不同的攻角,提高了整体的aerodynamics 性能。
变桨叶片是根据风速的变化调整叶片的角度,以匹配不同风速下的最佳工作状态。
三、 aerodynamics 设计风力发电机叶片的aerodynamics 设计是为了最大限度地利用风能,并减小风阻。
aerodynamics 设计的关键参数有攻角、升力系数和阻力系数等。
攻角是指风与叶片之间的夹角,过小会导致流动分离,过大则会增加风阻。
升力系数和阻力系数是aerodynamics 性能的重要指标,升力系数越大表示叶片所受的升力越大,而阻力系数越小则表示叶片所受的阻力越小。
在aerodynamics 设计时,需要通过计算和模拟来优化叶片的aerodynamics 性能,以提高发电效率。
四、创新设计近年来,为了提高风力发电机的发电效率和稳定性,一些创新性的叶片设计被提出。
例如,采用多层叶片设计可以增加叶片的刚度和强度,提高叶片的工作稳定性。
采用变形叶片设计可以根据不同风速调整叶片的形状,以实现最佳的aerodynamics 性能。
风电叶片分析报告1. 引言风电叶片是风力发电机组中的核心部件,其设计和性能直接影响到风力发电机组的发电效率和可靠性。
本报告旨在对风电叶片进行分析,评估其结构和性能,并提出改进建议。
2. 叶片结构分析风电叶片通常由复合材料制成,具有复杂而精密的结构。
在结构分析方面,主要包括以下几个方面:2.1 叶片材料叶片材料需要具有一定的强度和韧性,能够承受风力的冲击和动态载荷。
常用的叶片材料有玻璃纤维增强塑料(GFRP)和碳纤维增强塑料(CFRP)等。
这些材料具有轻质、高强度等优点,能够满足叶片的设计要求。
2.2 叶片结构风电叶片的结构一般分为根部、中部和末端三个部分。
根部连接到风力发电机组的主轴上,承受着较大的静态和动态载荷;中部是叶片的主体部分,负责转化风能为机械能;末端则起到平衡叶片的作用,减小振动和噪音。
2.3 叶片设计考虑因素在叶片的设计过程中,需要考虑到以下因素:•叶片的空气动力学特性:包括叶片的气动外形、气动力学性能等。
•叶片的结构强度:受力分析、应力分析、振动模态分析等。
•叶片的制造成本和可靠性:考虑到材料成本、制造工艺等因素。
3. 叶片性能评估对于风电叶片的性能评估,一般从以下几个方面进行分析:3.1 叶片效率叶片的效率是指叶片转化风能为机械能的能力。
通过计算叶片的功率输出和风力的能量输入,可以评估叶片的效率。
叶片的设计和气动外形对效率有重要影响。
3.2 叶片的安全性能叶片在运行中需要承受较大的静态和动态载荷,因此叶片的安全性能是一个重要的评估指标。
通过进行强度分析、振动分析等,可以评估叶片的安全性能。
3.3 叶片的可靠性叶片的可靠性是指叶片在长期运行中的稳定性和可靠性。
通过进行寿命分析、疲劳分析等,可以评估叶片的可靠性,并提出改进建议。
4. 叶片改进建议基于以上的分析和评估结果,可以提出一些针对叶片改进的建议:•优化叶片的气动外形,提高叶片的效率。
•改进叶片的结构设计,增强叶片的强度和刚度。
风力发电机组风轮叶片标准1 概述“风力发电机组风轮叶片”标准是适用于并网型风力发电机组风轮叶片的标准,规定了其风轮叶片通用技术条件。
2 依据所摘要的“风力发电机组风轮叶片”标准是中华人民共和国机械工业局于2000-04-24批准的,自2000-10-01实施。
主要起草人:田野、石海增、鲁金华、田卫国、陈余岳。
3设计要求3.1.1总则叶片气动设计是整个机组设计的基础,为了使风力发电机组获得最大的气动效率,建议所设计的叶片在弦长和扭角分布上采用曲线变化;设计方法可采用GB/T13981-1992《风力机设计通用要求》中给定的方法。
可采用专门为风力发电机组设计的低速翼型。
3.1.2 额定设计风速叶片的额定设计风速按A中表A1 中规定的等级进行选取。
3.1.3 风能利用系数Cp为了提高机组的输出能力,降低机组的成本,风能利用系数Cp应大于等于0.44。
3.1.4 外形尺寸叶片气动设计应提供叶片的弦长、扭角和厚度沿叶片径向的分布以及所用翼型的外形数据。
3.1.5气动载荷根据气动设计结果,考虑有关适用标准给定的载荷情况,计算作用在叶片上的气动载荷。
3.1.6 使用范围叶片的气动设计应明确规定叶片的适用功率范围。
无论是定桨距叶片还是变桨距叶片,都要求其运行风速范围尽可能宽。
对于变桨距叶片,要给出叶片的变距范围。
3.2结构设计3.2.1总则叶片结构设计应根据3.1.5 中的载荷,并考虑机组实际运行环境因素的影响,使叶片具有足够的强度和刚度。
保证叶片在规定的使用环境条件下,在其使用寿命期内不发生损坏。
另外,要求叶片的重量尽可能轻,并考虑叶片间相互平衡措施。
叶片强度通常由静强度分析和疲劳分析来验证。
受压部件应校验稳定性。
强度分析应在足够多的截面上进行,被验证的横截面的数目取决于叶片类型和尺寸,至少应分析四个截面。
在几何形状和(或)材料不连续的位置应研究附加的横截面。
强度分析既可用应变验证又可用应力验证,对于后者,应额外校验最大载荷点处的应变,以证实没有超过破坏极限。
风力发电叶片材料
风力发电叶片是由多种材料制成的,常用的材料主要分为金属材料和复合材料两类。
金属材料主要包括铝合金、钢和钛合金等,而复合材料主要包括玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料等。
金属材料具有强度高、耐腐蚀性好等优点。
铝合金被广泛应用于风力发电叶片制造中,因为它具有良好的强度和重量比,能够轻巧地承受风力的作用,并且不容易生锈。
钢材料也常用于制造大型风力发电叶片,因为它具有较高的强度和较低的成本,可以承受较大的风力压力。
而钛合金具有轻、高强度、耐腐蚀等特点,在一些特殊的环境中也被使用。
复合材料由纤维增强塑料和基体材料组成,具有轻、高强度、耐腐蚀等优点,广泛应用于风力发电叶片制造中。
玻璃纤维增强塑料在制造叶片过程中,使用纤维玻璃和树脂混合物进行浸渍、固化、成型等工艺,可以形成轻质和坚固的叶片。
碳纤维增强塑料具有更高的强度和刚度,但成本也相对较高,一般用于制造高档次的风力发电叶片。
目前,随着技术的不断发展,新型材料如生物复合材料、纳米材料等也被逐渐应用于风力发电叶片的制造中。
生物复合材料由可再生材料如纤维素等和树脂组成,具有环保、易降解等特点。
纳米材料具有超强的力学性能和化学特性,可以增强叶片的强度和抗氧化性能。
综上所述,风力发电叶片材料多种多样,不同材料具有不同的
特点和适用范围。
材料选择应根据制造工艺、使用环境、经济性等方面进行综合考虑,以确保叶片的性能和可靠性。
玻璃钢2010年第3期风力机叶片及材料的判定王强华译郭辉校(上海玻璃钢研究院有限公司,上海201404)摘要用于风力机设计和测试的IEC61400系列标准已在过去十几年中建立起来,现已被国际风力机行业认可。
其中,该系列标准包括一个针对设计要求的通用标准IEC61400-1(2005),该设计要求涵盖载荷和安全以及IEC61400-23(2001)中风力机叶片结构型式试验的技术要求。
新型风力机叶片的设计要求材料的判定和结构强度的型式试验。
本文说明了按照这些IEC61400标准如何进行材料判定和型式试验。
解释了针对极限强度设计所要求的拉伸和压缩详细的试样测试。
疲劳试样测试应考虑平均应力在疲劳寿命期内的影响。
在风力机叶片全尺寸疲劳试验中,20年的疲劳载荷谱被转化成一个典型的恒幅等效朝两个方向的疲劳试验,其整个持续时间约4个月。
在确定试验载荷时还讨论了几个需要考虑的问题。
目前IEC61400系列标准中设计和试验的一套方法是基于钢结构设计的一套方法。
但是,现在及可预见的未来,现代风力机叶片几乎只使用复合材料。
当IEC61400标准形成复合材料先进风力机叶片设计的基础时,为了进一步发展IEC61400标准,本文应对其中的一些挑战。
这些挑战包括一些改进的技术要求,如怎样把温度作用和力学载荷结合起来,在控制制造缺陷和瑕疵中寻求更合理的方法。
1引言现代风力发电机组的设计从一开始就受控于独立的认证制度。
最初,这些认证制度在丹麦、德国和荷兰随着这些国家风力机的开发而发展。
其中的每种国家认证制度都有不同的载荷和安全规范,并且对于结构设计和试验有不同的具体要求。
IEC系列国际标准建立于20世纪90年代末,它把这些不同地方的制度合并。
今天,这些IEC标准作为参考文件正用于每个国家的认证设计和试验之中。
IEC还在IECWT01(2001)中提出了一个全面的风力机认证制度。
有关风力机叶片设计和试验的IEC标准是IEC61400-1(2005)和IEC61400-23(2001)。
这些标准涵盖了叶片的一般设计要求和型式试验。
下面几节叙述了这些标准的使用和进一步发展中的几个关键问题。
33342IEC61400-1:设计要求IEC61400-1(2005)标准涵盖了完整的风力机设计载荷。
该设计载荷分为两组:极限载荷和疲劳载荷。
详细说明了这两种载荷是利用气弹性模拟方法来动态模拟风力机不同情景的响应。
极限载荷和疲劳载荷依赖于风力机控制和安全系统的输入,模拟该系统是气弹模拟的一个重要部分。
叶片中弯矩所用的局部参考坐标系统一般沿该叶片的弦线设立。
因此,摆振方向的弯矩导致前缘和后缘产生应变,挥舞方向的弯矩导致叶片上面和下面产生应变。
图1和图2阐明了一个兆瓦级以上的风力机在湍风流中运行中,其叶片根端处挥舞方向和摆振方向弯矩的动态模拟。
图1MW 级风力机运行中其叶片根端处拍动方向力矩Mx图2MW 级风力机运行中其叶片根端处边缘方向力矩MyIEC61400-1(2005)定义一套环境条件,称为风分布。
每套条件包括一个50年一遇的极限风速、风速的频率分布和参考湍流。
IEC61400-1(2005)标准仅对风力机等级规定了极限温度,没有详述温度和气弹响应所产生载荷这两者的综合作用。
采用对样机的载荷测量作为针对该机模拟极限和疲劳载荷的校核。
IEC61400-13(2001)是载荷测量的一个技术规范,也是IEC61400系列标准的一部分。
IEC61400-1中的结构安全要求是以土木工程结构设计中所用的分项安全系数这一传统格式来规定。
在一个通用的基础上规定该要求,并允许钢设计标准用于细节设计。
对于复合材料结构的细节设计,IEC61400-1(2005)的应用程度是非常有限的。
其次,IEC61400-1中针对复合材料的要求已由一个用于风力机叶片设计和制造的DNV标准草案来提供解释。
2.1针对极限载荷的设计对于简单的静态结构,如烟囱,其极限载荷和该结构对极限风速的响应有关系。
当计算其设计载荷时,典型的50年或100年一遇狂风作为特征值用于参考。
对于烟囱,其他极限载荷比如因涡旋脱落而形成载荷,可以通过添加简单的气动装置涡旋扰流器来避开。
当确定简单结构上的极限载荷时,要直接把空气密度对载荷的影响考虑进去。
根据所测风速和针对所测温度及压力的空气密度,计算风压。
风压通过统计处理,推出50年超限值,50年风速从50年压力在一个参考空气压力和温度下确定。
对于风力机,极限风速不是唯一的重要载荷工况。
其他重要的载荷工况包括在风流中带高度湍流运行和叶轮紧急刹车,叶片要突然转向,且弦线取向平行于叶轮轴。
对于风力机,在控制或安全系统带误差的条件是计算极限载荷的基础。
这样的情况可以刹车,叶片不会错误地转向。
用两个叶片刹车将使叶轮上气动不平衡,造成大的载荷。
至于简单结构,空气密度对带有先进控制和安全系统的风力机载荷的影响不能用一个对风速的简单修正来确定。
IEC61400-1对于该影响详述。
相反,它规定针对风力机组的所有载荷引用1.225kg/m3的空气密度。
风力机叶片上的载荷过去根据简单的梁理论,被转化为叶片中的应变。
对于最近兆瓦级叶片的设计,叶片结构中的组成部分更纤细。
这意味着叶片横截面在承受载荷时要变形。
而且,由于最初的屈曲,对缺陷有一个重大的应变敏感性。
正因如此,有限元分析经常被用于计算叶片针对设计载荷的应变。
对一个风力机叶片,有两类极端事件:材料强度被超越以及叶片扰度很大使叶片碰到塔架。
这意味着层合板的刚度和强度对结构安全都很重要。
此外,由于使用了众多材料品种(如碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GRP)、巴萨芯材和钢质螺栓),必须很好地理解各种不同材料的刚度以及界面强度,确保整个结构中可控的载荷转移。
针对叶片设计的层合板性能测量最近在一个联合工业项目OPTIMAT中已被仔细地检查。
OPTIMA T项目包括对几种层合板的材料刚度及强度进行详细测试,这些层合板用GFRP 和一种特殊环氧树脂系统制备。
详细情况请查阅Janssen,Wingerde等人在2006年发表的相关文献。
Wedel-Heinen,Tadich等回顾了OPTIMAT项目中研究内容,指出针对标准和指南的相关问题。
有关试样刚度和极限强度测量的最重要意见是:(1)强度和纤维体积比紧密相关。
在确定极限强度特征值之前,试验结果应针对纤维体积比进行修正。
(2)用于叶片材料刚度试验的试样几何尺寸不是一个关键问题,只要应变监控是根据安装在试样两面的应变片来对试验装置中的弯曲进行修正。
(3)拉伸和压缩试验中的试样外形不是非常重要,只要能避免压缩试验中试样屈曲,即通过充分的刚度设计防止屈曲。
建议在材料判定项目开始时确定试验的全部范围(包括疲3536劳试验),使不同试验的试样和试验装置的数量尽可能少,只要能保证不同试验系列之间试验结果可进行有意义的对比即可。
(4)应研究潮湿和温度对材料的影响,作为复合材料判定的一部分。
这些影响可能导致强度的急剧下降,特别是压缩中和载荷横穿过纤维时,在该场合树脂及树脂和纤维的界面强度较为重要。
2.2疲劳设计风力机的疲劳载荷是在运行间隔中10个不同的风速下从响应的10分钟模拟计算。
风力机一般是4-25m/s 范围内运行。
在频率短暂事件中(如启动和停止)的载荷也被包括进去。
雨流计数法被用于不连续载荷周期中对单个载荷部件安排连续历史。
每个载荷周期被一个平均值和一个载荷幅度来表示。
对一个风力机20年寿命期的指定风速分布,10分钟模拟中的周期次数根据每个风速间隔的小时数来计量。
载荷周期是对风力机20年寿命期的总结。
其结果以Markov 矩阵表示,它包含针对宽度和平均载荷定义的每个指定载荷间隔的载荷周期次数。
雨流计数法详细细节请见DNV/Riso(2002)。
叶片材料的代表性疲劳强度一般是通过等幅试样试验来确立。
复合材料的疲劳寿命依赖于平均应力和应力宽度。
正常情况下,疲劳强度的试验系列是按照试样在载荷周期中最小应力和最大应力之间不同比例来进行试验。
该比例被称为R 值。
对每个R 值,通过在不同的应力幅度处测试,可以建立起应力幅度(S )对周期至失效的次数(N)的图。
疲劳性能因而通过S-N 平均曲线和分布来表征。
一般而言,S-N 数据表示一种线性关系,如图3所示,logS 对logN作图。
图3等幅载荷周期和对一个特定R 值的S-N 图用于设计的特征S-N 曲线按照95%的生存概率和95%的可信度制作。
请见DNV (2006)。
对于运行中风力机叶片,其典型的R 值依赖于位置,请见图1和图2。
对于叶片的迎风面,拉伸应力占主导,背风面是压缩应力占优势。
前、后缘与面相比,平均载荷不占优势。
为了用图表示以R 值和应力幅度为函数的特征疲劳寿命,画出等寿命图。
等寿命图被用于内插R 值,它们不是试样试验的一部分。
图4和图5展示OPTIMA T 项目中用于单向(UD )层合板的等寿命图。
图4指试样试验,其载荷施加于纤维方向,图5指横向施加于纤维方向的载荷。
1周期S-N 曲线37图4OPTIMA T项目中受径向载荷的单向材料的等寿命图图5OPTIMA T 项目中受横向载荷的单向材料的等寿命图Miners 规则假设所有的应力周期引起相同的损伤增长,并且当累积损伤超过一定的值,就发生疲劳破坏。
采用Miners 规则,等寿命图可用于图示一个应力周期中部分损伤。
用Markov 矩阵作为设计寿命期内载荷周期的图示,用等寿命图作为应力循环的部分损伤的图示,根据Miners 规则通过简单累加设计寿命期内的损伤即可计算出设计寿命期内的累积疲劳损伤。
参考文献见DNV/Riso(2002)。
从上述介绍中,行业中普遍所采用的疲劳设计方法和最初建立用于钢结构的方法相似。
它包括3种基本组成部分:(1)雨流计数法(2)采用等寿命图计算部分损伤,该图是以试样的等幅试验为基础发展起来(3)作为两个独立的问题涵盖极限疲劳强度,并且根据疲劳损伤累积,采用Miners 规则,计算疲劳破坏本方法中有几个假设。
这些假设在计算极限强度和疲劳强度时,将导致一种模型上的不确定性。
其中一些假设受到最新OPTIMAT研究项目的详细研究挑战。
(1)等幅试验被不同幅度的试验所取代(2)研究了疲劳中的极限强度对损伤累积的敏感性(3)研究了不同R值的试验相关性单靠OPTIMAT研究较难确立模型不确定性的精确值。
对于损伤积累的模型改良后可以降低部分安全因素,导致优化设计基础的改善。
可以得出结论:对于带有SN图和等寿命图线性的疲劳寿命,引入大量的模型不确定性是非常容易的。
在R值和应力宽度值下测试试样很重要,它们对计算叶片结构的疲劳寿命较为关键。
除了OPTIMAT研究项目中研究的问题外,上述过程假设试样强度代表复合材料结构中的层合板强度。