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碳纤维风力涡轮机叶片可以降低成本

   日期:2021-04-12     来源:复材模压网    浏览:249    评论:0    
核心提示:桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)发布了一项新研究,该研究表明,如果将碳纤维材料商业化开发,它将为风能行业带来成本和性能优势。
      桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)发布了一项新研究,该研究表明,如果将碳纤维材料商业化开发,它将为风能行业带来成本和性能优势。

​据该公司称,含碳纤维的风刀的重量比传统玻璃纤维材料的风刀的重量轻25%。这意味着碳纤维叶片可能比玻璃纤维叶片更长,并且在风较小的位置捕获更多的能量。Sandia Labs的风能研究员,该项目的主要研究人员Brandon Ennis表示,改用碳纤维还可以延长叶片寿命,因为碳纤维材料具有很高的抗疲劳性。

但是,使用碳纤维的成本是一个问题,涡轮机制造商必须制造能够承受长达30年的压缩和疲劳载荷的叶片。

根据Ennis的说法,橡树岭国家实验室(ORNL)开发的新型低成本碳纤维可以满足风能行业的性能需求,并带来成本优势。这种材料从纺织工业中广泛使用的前体开始,其中包含厚的丙烯酸纤维束。在制造过程中,将纤维加热以将其转化为碳,随后是将碳纤维拉成木板的中间步骤。桑迪亚说,木板制造拉挤成型工艺可以生产出具有叶片制造所需的高性能和可靠性的碳纤维,并且还具有很高的生产能力。研究团队建议,这种材料的性能要比目前的商业材料更好,“就风电行业最感兴趣的特定成本特性而言”。

在测试中,将碳纤维的机械性能与市售的碳纤维和标准玻璃纤维复合材料进行了比较。然后,Ennis将这些测量结果与ORNL的成本建模结果相结合,并在叶片设计分析中使用了这些数据,以评估使用新型碳纤维代替标准碳纤维或玻璃纤维作为风力叶片的主要结构支撑对系统的影响。

恩尼斯和他的同事发现,这种新型碳纤维材料的单价抗压强度比市售碳纤维高56%。通常,制造商通过使用更多材料来制造部件来承受较低的抗压强度,从而增加了成本。考虑到新型碳纤维的单位成本具有更高的抗压强度,Ennis的计算预测,与新的碳纤维相比,使用新型碳纤维制成的翼梁盖(这是风力涡轮机叶片的主要结构部件)的材料成本节省了约40%。商业碳纤维。

与用于陆基涡轮机设计的玻璃纤维相比,这种新型碳纤维还降低了预计的材料成本,原因是其抗疲劳性得到了提高。恩尼斯说,在叶片设计中使用新型碳纤维的其他结果,例如减轻的重量和延长的疲劳寿命,都可能以带来额外成本和性能优势的方式影响整个涡轮机设计。

他说:“虽然市场上还没有用于风能行业的最佳碳纤维,但这种新型纺织碳纤维的性能特征对于风力涡轮机所承受的特定负载具有更高的价值,”他说。“将这种材料商业化开发可以使碳纤维材料的优势在风能行业中得到更广泛的实现,并降低风能的总体成本。”


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