兆瓦级风机叶片用可供选择的复合材料:设计考虑和被荐测试

作为美国能源部的Wind Partnership for Advanced Component Technologies规划的一部分,Global Energy Concepts LLC(GEC)正在研究数兆瓦级风电叶片。在该工程的前期,不仅确认了一些限制目前商业叶片设计、成型方法成本有效性提高的因素,同时对复合材料、成型工艺和构型方面备选创新也进行了评估。而现如今的工作,则是发展起先的结构设计,用在系统级别为3.0～5.0MW的碳纤维/玻璃纤维混杂叶片上,对碳纤维叶片梁各种布置的结构性能进行评估,并就一些碳纤维材料和叶片构造的关键方面进行讨论。为了指出技术上的不确定因素,他们还推荐了一些复合材料试件和叶片子结构的新型测试方法。     

玻璃钢／复合材料风力机叶片的开发

随着风机单机容量的增大,对风机叶片的设计、制造提出了更高的要求。由于玻璃钢/复合材料具有强度高、容易成型、耐腐蚀性能好、抗震性能较高等特点,因而目前在大型兆瓦级风机叶片制造中得到了广泛应用。介绍了国内外风机叶片的发展概况,分析了玻璃钢/复合材料风机叶片的特点,并从气动设计、结构设计、工艺设计、认证规范和产业化等方面介绍了风机叶片的开发过程。     

1MW变速恒频风力机复合材料叶片设计

1MW风力机组研制是国家"十五"863"项目。我们承担了玻璃钢叶片设计。玻璃钢叶片是风力机组的关键部件之一。我们按照国家风力机组风轮叶片标准,制定了叶片设计的荷载工况、荷载局部安全系数与材料局部安全系数,并根据标准的要求进行了叶片荷载计算、强度与变形计算、疲劳分析、频率计算和屈曲稳定计算。叶片设计表明,叶片的结构性能满足机组的技术要求。     

大型风力机叶片气弹稳定分析

本文采用铰接刚性叶片模型对大型风力机叶片进行了气弹稳定分析,建立了叶片动力学方程。即把质量和刚度非均匀分布的弹性叶片简化为与其具有相同一阶频率的铰接刚性叶片。气动力采用准定常叶素理论计算,轴向诱导速度通过动量定理求出。叶片的稳定分析采用多变量Floquet理论。最后按照本文方法对"十五"科技攻关项目,1.5MW风力机叶片进行了稳定计算。     

支持复合材料标准化(第二部分)

英国国家物理实验室的Graham D.Sims继续讨论复合材料标准化方面的最新进展,本文涉及无损检测、数据库标准和材料规范。     

复合材料风力机叶片环境和力学疲劳

本文就中型单叶片风力机,讨论了复合材料风力机叶片的疲劳设计和分析了有关问题。确定了静态和疲劳荷载条件:也确定了湿热条件。依据的是如下的年统计分布:风速和气温,相对湿度,太阳幅射及大气压力的日变化。还考虑了冰雹产生的低能冲击影响。进行了有限元结构分析以计算沿叶片全长的应力及应变分布;确定了"热点",应力临界值以及疲劳谱,用于设计疲劳试验。对先经湿和干环境条件的复合材料试件作了初步试验,也对考虑了力学和湿热影响的低能冲击试件作了试验;最后对胶接和铆接复合材料接头进行了初步疲劳试验。