风电叶片用大丝束碳纤维拉挤板的应用现状与挑战

综述了风电叶片用大丝束碳纤维拉挤板的应用现状和挑战。风电叶片用碳纤维拉挤板以连续大丝束碳纤维和高性能环氧树脂经热固化拉挤成型工艺连续生产而成,主要用作海上风电叶片的主梁;当前风电叶片用碳纤维拉挤板面临提高性能(包括压缩性能、层间性能、拼接性能)和降低成本的挑战;碳/玻混拉挤板作为一种低成本拉挤板,可为叶片设计、减重、降本提供更多可能;预计随着海上风电的发展及大丝束碳纤维国产化进程加速,大丝束碳纤维在风电领域的应用会进一步增长。

风电叶片用拉挤板应用现状及发展趋势

本文介绍了风电叶片用拉挤板的国内外研究发展历程及现状,共涉及五种不同材料体系的拉挤板,分别为碳纤维拉挤板、玻纤拉挤板、碳玻混拉挤板、免脱模布拉挤板及聚氨酯拉挤板。分析了拉挤板相比较于传统的真空灌注、预浸料复合材料的应用优势和面临的挑战。结合目前应用现状,针对各种材料体系的拉挤板分别提出了未来重点关注方向和发展趋势:玻纤拉挤板因其低成本的优势,在未来陆上风电叶片中仍会占据主流,并将向更高模量及更低成本的方向发展;随着海上风电的发展及碳丝国产化进程加速,碳纤维拉挤板将会有更广阔的应用前景;碳玻混拉挤板、免脱模布拉挤板及聚氨酯体系拉挤板减重或降本优势明显,但仍需进一步开展应用研究。

碳纤维主梁风电叶片防雷系统的仿真和试验研究

随着风力机装机容量的增加,风力机叶片越来越长也越来越重,要同时满足强度与刚度的要求,最有效的办法是采用碳纤叶片。碳纤维材料自身具有导电性,非常容易引雷而导致叶片发生重大损伤,必须开发出一套专门应用于碳纤维叶片的防雷系统。以某型号风电叶片为研究对象,在理论计算的基础上,通过采用铜网+接闪器组合的方式来提升防雷效果。通过雷电数值仿真和直接雷击试验等方式对防雷设计进行验证。仿真和试验结果表明:该防雷设计可有效引接雷电并保护碳纤维主梁结构,具有良好的防雷效果。

轴流压缩机空腔碳纤维叶片防冲击设计

为适应我国航空航天器的发展要求,风洞得到快速发展,风洞规模和性能指标逐渐提高,以使气动试验更加接近真实状态。叶片是保证主压缩机性能的核心部件,碳纤维材质的叶片结构简单、质量轻,可满足大直径、大功率、高转速运行使用的需求。但是在使用过程中,由于各种原因叶片存在一定的碰撞风险,需要对轴流压缩机空腔碳纤维叶片在低温、潮湿环境下气流入口方向的凝结冰粒,或者在运转过程中异物随着气流撞击叶片造成的损伤进行研究,为改进叶片结构设计提供理论依据。

碳纤维叶片的鸟弹冲击响应及损伤

通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能,探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验,基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料(vectorized user-material,VUMAT)子程序,采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹,运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟,在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面,模拟结果与实验结果吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段,三种不同层数的叶片都有较大的变形,且叶片的变形模式相近;在冲击衰减阶段与恒流稳定阶段,不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中,叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主,其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明,碳纤维叶片损伤模式主要表现为:(1)叶根部边缘损伤,(2)叶根部完全断裂,(3)叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大,通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析,可为碳纤维叶片的工程设计和应用提供参考。

碳纤维在风电领域的应用现状及发展趋势

近年来全球风电产业迅猛发展,中国风电更是“一枝独秀”,保持全球领先地位,为中国乃至全球的新能源应用做出了巨大贡献。风机大型化是未来发展趋势,越来越大的风电叶片,让碳纤维有了用武之地。在满足同等刚度和强度的前提下,与玻璃纤维材质的叶片相比,碳纤维材质要轻30%以上,而且还能提高风电叶片的耐候性。预计未来5~10年,中国风电将继续引领全球风电的增长,这将是拉动碳纤维需求增长的主要引擎。

煤化工企业循环水系统低碳节能优化研究

针对煤化工生产企业循环水系统所凸显的能耗与上回水温差小的问题,开展了影响循环水温度因素的分析,确定影响其上回水温差小的要因;针对循环水泵超负荷的问题,基于伯努利原理与达西原理,对循环水给水系统的水力情况进行分析和改造,开展了基于“三维CAD-CFD联合的叶片泵整体优化技术”的泵叶片整体优化方案的研究,达到节能降耗目的,同时优化运行参数,保证循环水泵能够长周期稳定运行。

风电叶片用碳纤维复合材料研究进展

双碳背景下,为实现净零排放,作为清洁可再生能源的风能的大规模利用已是全球共识,特别是随着发电成本的降低及节能减排需求的提升,全球风能发电行业发展迅猛。随着风电叶片长度的不断增加,碳纤维复合材料因其轻质高强、可设计性及低成本等优势,成为风电行业不可替代的主要原材料。本文回顾了全球风电市场及风电叶片的成型工艺和材料,重点阐述了维斯塔斯风电叶片主梁的革命性创新设计成果-拉挤碳板叠层灌注工艺,碳板主梁提高了叶片强度,降低了叶片质量,并有效降低制造成本,极大地促进了碳纤维复合材料在风电叶片上的应用;展望了风电叶片的发展趋势,随着风电行业迎来更大的发展,必将进一步提升碳纤维复合材料的需求。

碳纤维拉挤板在风电叶片的应用研究

研究了碳纤维拉挤板材在风电叶片上的应用,通过对比碳纤拉挤板材静态力学性能和疲劳力学性能,同时与其他叶片主梁材料进行了关键性能比对,并对碳纤维的成本进行了分析,结果表明:碳纤维拉挤板材的关键力学性能远远优于玻纤拉挤板、玻纤层压板和碳玻混合层压板,另外碳纤维拉挤板材的疲劳性能同样具有明显的优越性,而且还可以通过改进生产工艺等方式降低碳纤维成本,最终确定了碳纤维拉挤板材在风电叶片应用的优势。

基于生命周期分析的风机叶片环境影响评价

风能是一种重要的可再生能源,具有天然绿色属性,但风机部件的生产制造和安装使用过程存在一定的生态环境影响.针对9类常用规格的叶片,选取酸化(acidification potential,AP)、富营养化(eutrophication potential,EP)、温室效应(global warming potential,GWP)和光化学臭氧合成(photochemical ozone creation potential,POCP)4个指标进行生命周期环境影响评价和对比分析.结果表明,单位长度叶片生产使用阶段造成的AP、EP、GWP和POCP环境影响分别约为7.5(以SO_(2)当量计)、0.7(以PO_(4)^(3-)当量计)、2.6×10^(3)(以CO_(2)当量计)和0.9 kg/m(以C_(2)H_(4)当量计).以GWP指标为例,随着风机装机容量持续大幅增长以及风机叶片大量生产使用,预计到2030年和2060年仅风机叶片的碳排放总量(以CO_(2)当量计)累计可达到2.3×10^(7)t和2.0×10^(8)t.通过使用碳-玻纤维复合材料和回收利用退役风电叶片等措施,可显著降低风机叶片对环境的影响.研究结果可为促进风机叶片产业低碳绿色发展提供依据,并为度量风机及风电场全生命环境影响提供参考.

复合材料在风机叶片中的应用及能力认可现状

本文简述了风机叶片用复合材料中不同纤维增强复合材料的优缺点,以及未来增强体和基体应用的发展趋势,同时总结了CNAS认可的风机叶片以及叶片中材料性能检测的认可现状。认为碳纤维和玻璃纤维的混杂纤维、高性能纤维等增强体,以及聚氨酯树脂、热塑性树脂或可回收树脂等基体是未来风机叶片用复合材料的研究方向;同时通过总结分析风机叶片检测实验室在认可过程中的常见问题,为后续相关实验室认可提供了关注点。

拉挤板材在风电叶片上的应用

随着风电行业的快速发展,风电叶片作为风力发电机组的核心部件,其材料选型对风电叶片的性能和寿命有着至关重要的影响。传统的叶片材料主要是玻璃纤维增强塑料和碳纤维增强塑料。虽然这些材料具有较好的性能,但是仍存在一些局限性。随着科技的不断进步,新型材料的应用逐渐成为风电行业发展的新趋势。其中,拉挤板材作为一种新型材料,由于具有优异的性能和经济效益,逐渐得到了广泛关注。基于此,介绍拉挤板材的基本情况,阐述拉挤板材的特性,分析拉挤板材在风电叶片上的应用情况,讨论其在风电叶片上的应用优势和制造过程。

碳纤维复合材料导管叶片模压模具设计

复合材料导管叶片因具有耐腐蚀、高比强度、声阻尼性能优越等传统金属合金制造导管无可比拟的优点,在航空航天和船舶运输领域具有广阔的应用前景。在众多影响复合材料导管叶片成型的因素中,模具设计尤为重要,而目前高生产效率和高精度复合材料导管叶片的模具结构设计面临很多挑战。结合碳纤维复合材料膨胀系数等因素选取超殷钢作为型腔材料,根据装配要求确定了叶片毂头的三个基准,并对模具的型腔进行了整体顶出分块拆卸脱模结构设计,成功组装了模压模具并成型了复合材料导管叶片,证明了设计的可行性与正确性,解决了复合材料叶片模具难以脱模,影响生产效率的问题。

复合材料与风力机叶片

主要介绍风力机叶片研发的趋势以及复合材料叶片设计、分析、材料、制造和试验验证的相关技术,给出碳纤维在叶片上应用的现状和前景以及有关叶片的新兴技术,并提出发展我国叶片技术的相关建议。

风力发电复合材料叶片的研究进展

综述了现有复合材料风电叶片的外形设计、成型工艺、叶片增强材料体系的研究进展,介绍了碳纤维与玻璃纤维混杂复合材料在风机叶片中的应用和目前存在的问题。碳纤维复合材料叶片设计与制造技术为风力发电机组单机容量的大型化发展提供了有力的技术基础与保障,具有非常良好的研究应用前景。

网格尺寸对碳纤维丝束风力发电机叶片融冰效果的影响研究

基于碳纤维材料优良的电热性能,针对碳纤维复合材料在风力机叶片的电热防冰/除冰技术研究现状,提出基于T3001K碳纤维丝束的风力发电机叶片防冰/除冰的方法。制作包含保护层、基层和发热层3层结构的碳纤维发热元件。在多功能人工气候实验室测试碳纤维发热元件的融冰性能。采用数值计算法研究碳纤维发热元件融冰过程中的表面温升特性。结果表明:碳纤维发热元件具有优良的融冰性能,较传统电热除冰方法具有质量轻、电阻稳定性较好、发热均匀性良好等优点;网格尺寸越大,发热元件的发热均匀性越差;相同的加热功率密度条件下,网格尺寸对发热元件的融冰效果影响较小。

碳纤维复合材料风力发电机叶片振动特性研究

碳纤维复合材料具有强度高、模量高、质量轻、耐疲劳等特点。针对风力发电机叶片的振动特性及变形形式,设计了碳纤维复合材料风力发电机叶片,并采用ANSYS有限元分析软件对叶片进行模态分析,得到了碳纤维复合材料风力发电机叶片的固有频率。与相同结构的树脂叶片进行对比,结果表明碳纤维叶片固有频率高于树脂叶片的固有频率。对碳纤维叶片进行模态实验,实验结果与仿真结果的误差较小,可为碳纤维复合材料风机叶片提供设计依据。

复合材料与风力机叶片

叶片是风力发电设备的关键部件,随着风机容量的大型化,风机叶片也向轻量化、低成本和高性能化发展。阐述了风力机叶片技术的研发趋势,介绍了复合材料叶片设计、材料、制造、试验分析和验证等相关技术,给出了碳纤维在叶片上应用的现状、发展前景和有关叶片的新技术,提出了发展风机叶片技术的相关建议。

碳纤维复合材料在风力发电机叶片中的应用

为了降低风电单位成本,风机功率不断提高,随之叶片长度也不断增加,使碳纤维在风电叶片中的应用成为必然。介绍了碳纤维在风电叶片上应用的优势和不足,以及解决的技术途径。

复合材料在风力发电上的应用

本文介绍复合材料在风力发电上的应用，指出了当前世界风力发电工业的现状，风力发电转子叶片的材料工艺及发展趋势。