复合材料与风机叶片

《复合材料与风机叶片》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、复合材料与风机叶片第32卷第3期2007牟6月高,缸}擅钎谁白应用Hi—TechFiber&Application,,ol-32NO.3Jun.2oo7复合材料与风机叶片陈绍杰(沈阳飞机设计研究所,沈阳110035)摘要:介绍了风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,给出了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.提出了发展我国叶片技术的相关建议.关键词:叶片;复合材料;碳纤维;技术发展中图分类号:TQ327.1;TM614文献标识码:A文章编号:1007—9815(2007)03—000

2、8—05CompositesandWindTurbineBladesCHENShao-jie(ShenyangAircraftDesignandResearchInstitute,Shenyang110035China)Abstract:TheR&Dtrendsanddesignofwindturbineblades,materials,technologiesofmanufacturing,analysesandtestingforcompositebladeswereaddressed.Thesituationandpotential

3、applicationofcarbonfiberaswellasthenewtechnologiesaboutthebladeswerealsointroduced,whichputforwardthesuggestionsonnationaldevelopmentoftrubinebladetechnologies.Keywords:blade;composite;carbonfiber;technologydevelopment前言风能是绿色,环保和可再生的能源.在当今世界能源短缺,同时又突出强调环保的情况下,大力开发利用风能发电,乃是普遍的

4、趋势和潮流.目前,风力发电是世界上能源领域发展最快的技术之一,据知大约每年以25%～30%的速度递增.表1给出了2005年世界各国风电装机容量的情况,表2则给出了2005年各国新增装机容量的情况.分析表1和表2可见,目前世界风电总装机容量已达59322Mw,2005年是世界风电发展创记录的一年,新增装机容量11769Mw,增幅达25%左右.中国目前已达1260Mw,世界排名第八,亚洲第二,远落后于印度.20o5年新增容量498Mw,增幅达65%左右,增速为世界第一.据国家发改委的计划安排我国的装机容量2010年达5000Mw,2015年达1500

5、0Mw,2020年达30000Mw,拟占当时国内总发电量的15%左右.因此,近十几年里风能发电在我国有相当大的发展空间,形成了当前国内的风电热.在风电设备中风力发电机的叶片是极为重要的关键部件,约占总成本的15%～20%.目前大型风力发电机的叶片基本上由各种复合材料制成,因此叶片技术与复合材料技术密切相关.同时复合材料还用在机舱罩,轮毂,塔架等部位.为降低发电成本,势必要求单机容量越来越大,叶片也就越长,据说叶片每增长6%,捕获的风能可增加l2%.因此世界上已在研发5MW以上,长达50m以上的叶片(见图1),更进一步将向7～10Mw,长达60m以

6、上的叶片发展.叶片大型化的同时还要求轻量化,低成本化和高性能化,即在满足安全,可靠和寿命的前提下质量要轻,成本要低,功率要高.为此要进行设计,材料体系和制造技术上的系列革新.目前我国的风机叶片技术已可制造1.5～2.0Mw,长达35～37m的叶片,研发计划向2.5～3.0Mw,长达40m以上的叶片发展.但从设计,收稿日期:2007—04—18作者简介:陈绍杰(1942.),男,吉林长春人,研究员,长期从事飞机结构设计及先进复合材料发展的研究,(电话)024—86368207.第3期陈绍杰:复合材料与风机叶片一9一材料体系和制造工艺的综合技术水平上

7、看,从自主知识产权和自主创新能力上看,我们与世界的先进水平还有相当大的差距,急需有一个综合配套的跨越式的创新发展.1风机叶片与复合材料制造风机叶片的材料曾用过木材和金属,但近年来已基本上采用各种复合材料.故风机叶片已成为目前复合材料极重要的应用领域之一.1.1材料体系叶片主要用材体系包括各种增强材料,基体材料,夹层泡沫,胶粘剂以及各种辅助材料等.增强材料大量使用E玻纤,固其成本低(10元/kg以下)和适用性强.当要求叶片更高的强度和刚度时,将会使用到高强玻纤,如S玻纤,虽然价格较高(40～50元/kg),但适当使用会有好处.某些新兴纤维也可用作候

8、选对象,如超高相对分子质量聚乙烯纤维,连续玄武岩纤维等.连续玄武岩纤维是一种新型无机纤维,由玄武岩石在高表12005年世界各国的装机容量