碳纖維復合材料在風電葉片中應用的優勢

    采用復合材料來制造風機葉片可以取得優異的綜合性能
可以充分利用復合材料的可設計性,對葉片的強度、剛度進行優化設計
對于復雜的外形和表面要求,可以制作出形狀復雜、輕質高強的葉片
具有疲勞強度高、缺口敏感性低、內部阻尼大、耐候性優良的特點
維修性好、周期短、可以現場施工.


    風機機組正朝著大型化發展,葉片長度越來越長,捕獲的風能越來越多,必須開發更為先進的材料,具備輕質、 高強以及剛性好的性能。


    隨著葉片逐漸變 大,風輪直徑已突破120m,長的葉片已做到61.5m,葉片自重達18t,大型葉片這對材料的強度和剛度提出了更加苛刻的要求,全玻璃鋼葉片已無法滿足葉片大 型化,輕量化的要求。

2、碳纖維復合材料更加適合風電葉片的要求
比重小:約為鋼材的1/5、
抗拉強度大:碳纖維的抗拉強度約為鋼材的10倍
剛度高:碳纖維的剛度是玻璃纖維的3倍,制成的復合材料是玻璃鋼的2倍
彈性模量高:碳纖維復合材料的拉伸彈性模量高于鋼材,但玻璃纖維復合材料的拉伸彈性模量則僅為鋼材的1/4
疲勞強度:碳纖維復合材料的疲勞強度高于高強綱絲
還具有導電、熱膨脹系數小、耐腐蝕和耐久性強等特點
3.碳纖維在風電葉片中應用的優勢
提高葉片剛度,減輕葉片重量


    碳纖維的密度比玻璃纖維小約30%,強度大40%,尤其是模量高3至8倍,大型葉片采用碳纖維增強可充分發揮其高彈、輕質的優點。
    直徑為120m風輪葉片部分使用碳纖維可有效減少總體自重達38%,葉片成本降低14%,并使整個風力發電裝置成本降低4.5%
提高葉片抗疲勞性能
    風機總是處在條件惡劣的環境中,并且24 h的處于工作狀態,這使材料易于受到損害。碳纖維復合材料具有出眾的抗疲勞特性,是風力機適應惡劣氣候條件的佳材料之一。
使風機的輸出功率更平滑更均衡,提高風能利用效率
    使用碳纖維后,葉片重量的降低和剛度的增加改善了葉片的空氣動力學性能,減少對塔和輪軸的負載,從而使風機的輸出功率更平滑和更均衡,提高能量效率。同時,碳纖維葉片更薄,外形設計更有效,葉片更細長,也提高了能量的輸出效率。
可制造低風速葉片
    碳纖維的應用可以減少負載和增加葉片長度,從而制造適合于低風速地區的大直徑風葉,使風能成本下降。
可制造自適應葉片
    葉片裝在發電機的輪輪上,葉片的角度可調??沙浞掷锰祭w維復合材料質輕   和可設計性,形成非對稱性和各向異性的材料,采用彎曲/扭曲葉片設計,使葉片在強風中旋轉時可減少瞬時負載,防止對風機的損害。
降低風力機葉片的制造和運輸成本
    由于減少了材料的應用,所以纖維和樹脂的應用都減少了,葉片變得輕巧,制造和運輸成本都會下降??煽s小工廠的規模和運輸設備。
具有振動阻尼特性
    碳纖維的振動阻尼特性可避免葉片自然頻率與塔暫短頻率間發生任何共振的可能性.
利用導電性能避免雷擊??