바람 터빈 블레이드 소재 선택
블레이드는 풍력의 중요 한 요소. 그것은 잘라 자기 라인의 힘 전기를 생성 하 고 회전 하는 발전기의 회전자에 바람 에너지를 전송 합니다. 블레이드 소재에 대 한 요구는 분야에서 매우 거친 환경에 장기적이 고 안전한 운영을 보장 하기: 1 낮은 밀도 최적의 피로 강도 및 기계적 특성, 극한 조건 (폭풍 같은 임의의 부하를 견딜 수 ) 20 년 이상;에 대 한 안전한 작동을 보장 하는 (등)의 테스트 2 비용 (정확 하 게 각 킬로 와트에 할당 된 비용으로 명시)는 낮다; 3 잎의 신축성, 회전 및 진동 주파수 특성의 관성은 정상, 및 전체 전송 됩니다 발전 시스템의 부하 안정성은 좋다; 4 내 식 성, 자외선 (UV) 저항 및 번개 저항은 좋다; 5 유지 보수 비용이 낮습니다.
FRP 위의 요구 사항을 충족 완전히 수 이며 최고의 풍력 터빈 블레이드 재료.
1.1GFRP
대부분의 현재 제조 대형 상업 팬 블레이드는 유리 섬유 강화 플라스틱 (GFRP) 만들어집니다. GFRP 잎의 특성은:
1 팬의 힘 특성에 따라 블레이드, 강도 및 강성 팬 블레이드 있으며 주로 경도 힘, 즉, 공기 역학 굽 힘 원심력. 공기 역학적 벤딩 부하 원심력, 보다 훨씬 더 큰 이며 전단 및 비틀림 발생 하는 전단 응력은 큰. 유리 섬유 (GF)에 의해 지배 하는 힘 이론을 사용 하 여, 주요 GF 놓일 수 있다 잎의 경도 방향으로 블레이드 라이터 될 수 있도록.
2 airfoil 모양, 쉽게 최대 공기 역학적 효율을 달성 하는 최고의 공기 역학적 효과, 칼 날의 복잡 한 공기 역학 모양을 사용 하 여 달성 하기 위해 수, 다른 블레이드 현 길이, 두께, 비틀림 각도 다른 반지름에 airfoil 디자인 바람 바퀴, 금속 제조 등은 매우 어렵습니다. 동시에, GFRP 블레이드 대량 생산 수 있습니다.
3 사용 시간은 최대 20 년 이상 108 견딜 수 피로 교류 부하 GFRP는 높은 피로 강도, 낮은 노치 감도, 큰 내부 댐핑 및 좋은 지진 성능.
4 좋은 내 식 성 때문에 GFRP는 산, 알칼리 및 수증기 저항, 팬은 야외에서 설치할 수 있습니다. 특히 최근 몇 년 동안에서 개발 된 근해 바람 농장에 대 한 바람 터빈 설치할 수 있습니다 바다에서 바람 터빈 및 그들의 블레이드 경험의 다양 한 기후 테스트를.
GFRP의 성능을 향상 하려면 GF도 수정할 수 있습니다 표면 처리에 의해 크기와 코팅. 미국에서 연구 코트 E-GF에 라디오 주파수 플라즈마 증 착을 사용 하 여, 인장 및 피로 저항 탄소 섬유 (CF)의 수준을 도달할 수 있다 나타났습니다.
GFRP의 힘은 다른 방향에 있는 힘은 상대적으로 작은 그것 GF 방향으로 높은 인장 응력을 견딜 수 있습니다.
스킨 및 메인 빔 블레이드에 의하여 이루어져 있다. 피부에 끼여, 중간 계층 엄밀한 거품 또는 발사 나무 이며 상위 및 하위 레이어는 GFRP. 단방향 레이어 및 편각 ° 층 꼭대기 층에 의하여 이루어져 있다. 단방향 레이어 단방향 직물 또는 단방향 GF, 7로 일반적으로 놓일 수 있다 또는 4GF 헝겊 공 압 벤딩 순간; 원심력에 의해 생성 된 축 응력을 견딜 수 성형 프로세스를 단순화 하기 위해 편각 ° GF 레이어를 생략할 수 있습니다. 1:1GF 천은 주로 토크에 의해 발생 하는 전단 응력을 견딜 수 있도록 축 방향을 따라 배치 고는 일반적으로 단방향 계층의 외부에 사용 됩니다. 광속의 구조 형태는 단단한 GFRP 구조 또는 샌드위치 구조 될 수 있습니다. 그러나, 피부와 메인 빔, 즉, 스파 링 모자, 공동 단단한 GFRP 구조 여야 합니다. 이 때문에 광선의 일부는 피부와 상호 작용 하는 스트레스 큰, 그리고 강도와 피부의 강성을 보장 해야 합니다.
1.2CFRP
풍력 터빈 블레이드 설계 기술 개선, 풍력 발전은 높은 파워와 긴 칼 날의 방향으로 개발 하고있다. 칼 날의 길이에 증가 잎의 품질을 증가 해 경향이 있다. 60 m 10에서 칼 날의 길이 대 한 통계 표시 길이의 큐브는 블레이드 대량 증가. 칼 날의 가벼운 무게는 중요 한 작업에 영향, 피로 수명, 에너지 출력. 블레이드는 중력으로 인해 교류 부하 생성, 자체 블레이드 및 단위는 피로. 블레이드 체중 감소 허브는 나 셀, 타워와 같은 구조의 품질을 줄일 수 있습니다.
대형 블레이드, 강성은 주요 문제 이다. 칼 날의 팁 극단적인 바람 부하에서 타워를 만지지 않는다 있도록 블레이드 충분 한 강성을가지고 있어야 합니다. 잎의 품질을 감소 하 고 강도 및 강성 요구 사항을 충족 하는 효과적인 방법은 탄소 섬유를 사용 하 여 강화 플라스틱 (CFRP) 이다. CFRP의 인장 모듈러스는 2 ~ 3 배 GFRP의. 대형 블레이드 CF 보강와 수 활용 그들의 높은 탄성과 빛의 무게. CF/GFRP 하이브리드 향상 체계 분석, 20%에 의해 잎의 무게를 줄일 수 있습니다 ~ 40%. 유럽 EC 회사에 의해 투자 된 연구 계획에 따라 ¢ 120 m 블레이드로 터에 CF의 추가 38%, 전반적인 품질을 효과적으로 줄일 하 고 또한 14 %GF 비교 하 여 디자인 비용을 줄일 수 있습니다. 또 다른 유사한 연구 분석 또한 지적 CF GF와 비교 약 32%로 줄어들 것입니다 추가 하 여 만든 팬 블레이드의 품질.
현재, 세계에서 가장 큰 CF/GFRP 하이브리드 팬 블레이드 56 m 길이 해외 풍력 전력 5MW 단위에 대 한 Nodex에 의해 개발 된 칼이 이다. Nodex는 또한 43 m (9.6t) CF/GFRP 팬 블레이드 육상 2.5MW 개발 단위. Enercon은 4.5 MW 바람 터빈에 사용 하기 위해 CFRP 블레이드를 개발 했다. CF 대형 블레이드에 대 한 향상 된 여부는 여전히 논란입니다. 어떤 사람들 바람 에너지 산업에서 CF 기술의 도입 "독특한" 이며, 가능 하면 피해 야 한다 믿습니다. 그러나, 많은 구조 엔지니어는 규모의 자연 규칙을 블레이드 증가의 길이, 질량 증가 에너지 추출 보다 빠르게 보여줍니다 확신 합니다. 따라서, CF 또는 CF/GF 하이브리드 섬유를 사용 하 여 질량의 증가 억제할 필요가 있다. 같은 시간에 바람 에너지의 비용을 줄이기 위해 그것은 또한 충분 한 강성을 더 블레이드를 개발 하는 데 필요한.
CFRP의 성능 보다는 매우 잘 GFRP, 비록 참조의 가격에 따라 달라 집니다 팬 블레이드 대량에서 CFRP를 사용 하는 블레이드 또는 전체 풍력 터빈은 가장 가볍고, 가격이 가장 비싼 이기도. CF 가격 $11/kg 드랍, 경우에 블레이드 CFRP와 준비의 가격은 여전히 너무 높습니다. 따라서, 우리는 지금 공부 하 고 원 재료, 공정 기술, 품질 관리, 등에서 깊이 있는 CFRP의 비용을 줄이기 위해.
일반적으로, 블레이드 (예를 들어 22 m)의 작은 종류의 저렴 한 전자-GFRP, 많은 양의 이루어집니다 그리고 수 지 매트릭스는 주로 불포화 폴 리 에스테 르의 구성 된다 비닐 에스테 르 수 지 또는 에폭시 수 지도 사용할 수 있습니다. (예: 42 m 이상) 큰 날개는 일반적으로 CFRP 또는 CF/GFRP, 사용 하 고 수 지 매트릭스는 주로 에폭시 수 지.
