Selección de material de pala de aerogenerador.

- Dec 14, 2018-

Selección de material de pala de aerogenerador.

Las palas son un componente importante de los aerogeneradores. Transmite energía eólica al rotor del generador, lo que hace que gire y corte las líneas magnéticas de fuerza para generar electricidad. Para garantizar un funcionamiento seguro a largo plazo en entornos extremadamente duros en el campo, los requisitos para los materiales de las cuchillas son: 1 baja densidad y resistencia a la fatiga y propiedades mecánicas óptimas, capaces de soportar condiciones extremas y cargas aleatorias (como tormentas) La prueba de (etc.) garantiza un funcionamiento seguro durante más de 20 años; 2 el costo (indicado con precisión como el costo asignado a cada kilovatio) es bajo; 3 la elasticidad de la cuchilla, la inercia de la rotación y la característica de frecuencia de vibración son normales y se transmiten al conjunto. La estabilidad de la carga del sistema de generación de energía es buena; 4 resistencia a la corrosión, resistencia a los rayos ultravioleta (UV) y resistencia a los rayos son buenas; El costo de mantenimiento 5 es bajo.

FRP puede cumplir completamente con los requisitos anteriores y es el mejor material para palas de aerogeneradores.

1.1GFRP

La mayoría de las grandes aspas comerciales fabricadas actualmente están hechas de plástico reforzado con fibra de vidrio (GFRP). Las características de las cuchillas GFRP son:

1 De acuerdo con las características de fuerza de las aspas del ventilador, la resistencia y la rigidez de las aspas del ventilador son principalmente la fuerza longitudinal, es decir, la flexión aerodinámica y la fuerza centrífuga. La carga aerodinámica de flexión es mucho mayor que la fuerza centrífuga, y la tensión de corte generada por el corte y la torsión no es grande. Usando la teoría de la fuerza dominada por la fibra de vidrio (GF), el GF principal se puede colocar en la dirección longitudinal de la cuchilla, de modo que la cuchilla pueda ser más liviana.

2 perfiles aerodinámicos fáciles de conformar, pueden lograr la máxima eficiencia aerodinámica Para lograr el mejor efecto aerodinámico, utilizando la compleja forma aerodinámica de la pala, diseñe diferentes longitudes de cuerda, grosor, ángulo de torsión y perfil aerodinámico a diferentes radios de la rueda de viento, como Como la fabricación de metales es muy difícil. Al mismo tiempo, las cuchillas GFRP se pueden producir en masa.

3 El tiempo de uso es de hasta 20 años, puede soportar más de 108 cargas alternas de fatiga. El GFRP tiene mayor resistencia a la fatiga, baja sensibilidad de muesca, gran amortiguación interna y buen rendimiento sísmico.

4 Buena resistencia a la corrosión Debido a que GFRP tiene resistencia a los ácidos, álcalis y vapor de agua, el ventilador se puede instalar en el exterior. Especialmente para los parques eólicos marinos que se han desarrollado en los últimos años, las turbinas eólicas se pueden instalar en el mar, de modo que las turbinas eólicas y sus palas experimenten la prueba de diversos climas.

Con el fin de mejorar el rendimiento de GFRP, GF también puede modificarse por tratamiento de superficie, dimensionamiento y recubrimiento. Estudios en los Estados Unidos han demostrado que el uso de deposición de plasma de radiofrecuencia para recubrir E-GF, su resistencia a la tracción y la fatiga puede alcanzar el nivel de fibra de carbono (CF).

La fuerza característica del GFRP es que puede soportar una alta tensión en la dirección GF, mientras que la fuerza en otras direcciones es relativamente pequeña.

La cuchilla consiste en una piel y una viga principal. La piel está emparedada, la capa media es de espuma rígida o madera de balsa, y las capas superior e inferior son GFRP. La capa superior consiste en una capa unidireccional y una capa de ± 45 °. La capa unidireccional se puede colocar con tela unidireccional o GF unidireccional, generalmente con tela de 7 o 4GF para soportar la tensión axial generada por la fuerza centrífuga y el momento de flexión neumática; Para simplificar el proceso de moldeo, se puede omitir la capa de ± 45 ° GF. Se utiliza la tela 1: 1GF, que se coloca a lo largo de la dirección axial para resistir la tensión de corte causada principalmente por el torque, y generalmente se coloca en el exterior de la capa unidireccional. La forma estructural de la viga puede ser una estructura tipo sándwich o una estructura sólida GFRP. Sin embargo, la unión de la piel y la viga principal, es decir, la tapa del larguero, debe ser una estructura sólida de GFRP. Esto se debe a que la parte del rayo interactúa con la piel y el estrés es grande, y se debe garantizar la resistencia y rigidez de la piel.

1.2CFRP

Con la mejora de la tecnología de diseño de palas de aerogeneradores, la generación de energía eólica se está desarrollando en la dirección de las palas largas y de alta potencia. Un aumento en la longitud de la cuchilla tiende a aumentar la calidad de la cuchilla. Las estadísticas sobre la longitud de la cuchilla de 10 a 60 m indican que la masa de la cuchilla aumenta con el cubo de la longitud. El peso ligero de la cuchilla tiene una influencia importante en el funcionamiento, la vida de fatiga y la salida de energía. A medida que la cuchilla genera una carga alterna debido a su gravedad, la propia cuchilla y la unidad están fatigadas. La reducción del peso de la cuchilla puede reducir la calidad de la estructura del cubo, la góndola, la torre y similares.

Para cuchillas grandes, la rigidez es un problema importante. Para garantizar que la punta de la cuchilla no toque la torre bajo cargas extremas de viento, la cuchilla debe tener suficiente rigidez. Para reducir la calidad de la cuchilla y cumplir con los requisitos de resistencia y rigidez, un método eficaz es utilizar plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP). El módulo de tracción de CFRP es de 2 a 3 veces mayor que el de GFRP. Las cuchillas grandes con refuerzo de CF pueden aprovechar al máximo su alta elasticidad y peso ligero. De acuerdo con el análisis, el esquema de mejora híbrido de CF / GFRP puede reducir el peso de las hojas en un 20% ~ 40%. De acuerdo con el plan de investigación financiado por la empresa europea EC, la adición de CF al ¢ 120m del rotor de palas puede reducir efectivamente la calidad general en un 38%, y también reducir el costo de diseño en un 14% en comparación con GF. Otro análisis de estudio similar también señaló que la calidad de la aspa del ventilador hecha mediante la adición de CF se reducirá en aproximadamente un 32% en comparación con GF.

En la actualidad, la pala del ventilador híbrido CF / GFRP más grande del mundo es una pala de 56 m de longitud desarrollada por Nodex para unidades de energía eólica marina de 5 MW. Nodex también ha desarrollado 43m (9.6t) aspas de ventilador CF / GFRP para unidades de 2.5MW en tierra. Enercon ha desarrollado palas CFRP para su uso en turbinas eólicas de 4,5 MW. Si la FQ está mejorada para las cuchillas grandes todavía es controvertida. Algunas personas creen que la introducción de la tecnología de FQ en la industria de la energía eólica es “peculiar” y costosa, y debe evitarse si es posible. Sin embargo, muchos ingenieros estructurales están convencidos de que la regla de escala natural muestra que a medida que aumenta la longitud de la cuchilla, la masa aumenta más rápido que la extracción de energía. Por lo tanto, el uso de fibras híbridas CF o CF / GF es necesario para suprimir el aumento de masa. Al mismo tiempo, para reducir el costo de la energía eólica, también es necesario desarrollar palas más largas con suficiente rigidez.

La capacidad de usar CFRP en grandes cantidades en las aspas del ventilador depende del precio de la CF. Aunque el rendimiento del CFRP es mucho mejor que el GFRP, y la pala o el aerogenerador completo es el más liviano, el precio también es el más caro. Incluso si el precio del CF se reduce a $ 11 / Kg, el precio de la hoja preparada con el CFRP sigue siendo demasiado alto. Por lo tanto, ahora estamos estudiando en profundidad las materias primas, la tecnología de proceso, el control de calidad, etc., para reducir el costo de CFRP.

En general, el tipo más pequeño de cuchilla (por ejemplo, 22 m de longitud) está hecho de una gran cantidad de E-GFRP de bajo costo, y la matriz de resina está compuesta principalmente de un poliéster insaturado, y una resina de éster vinílico o una resina epoxi puede también ser utilizado. Las cuchillas más grandes (como 42 m más largas) generalmente usan CFRP o CF / GFRP, y la matriz de resina es principalmente resina epoxi.


Artículo anterior:Cuatro puntos clave para el mantenimiento del generador automático del sistema de lubricación Siguiente artículo:Tecnología de detección de batería de ion litio.