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纺织复合材料在风力发电机叶片制造中的应用

2012-07-17 16:33
天堂的苦涩
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  1.3 碳玻混杂复合材料

  随着叶片长度的增加,对其刚度提出了更高的要求,同时考虑到碳纤维比玻璃纤维具有更高的价格,因此既能减轻叶片质量,提高叶片刚度和强度,同时又能兼顾叶片价格的一种有效方法就是采用碳玻混杂增强方案,其叶片可减重20%~30%。据悉,Nodex公司已经研制生产出长56m的海上风力发电机叶片和长 43m的陆上风力发电机叶片,其材料就是碳玻混杂增强复合材料。通常情况下,长度大于40m的风力发电机叶片可以采用碳玻混杂复合材料。

  2 叶片复合材料的结构设计

  过去用于增强的玻璃纤维和碳纤维基布材料大多采用经纬交织的机织物,但从承载状态上来考虑,采用经编轴向织物作为增强复合材料的基布比经纬交织的机织物具有更明显的优势,如图1所示。

  这类轴向织物由于承受载荷的纱线系统按要求排列并绑缚在一起,因此能够处于最佳的承载状态。另一方面,轴向技术使得织物的纱线层能按照特定的方向伸直取向, 故每根纤维力学理论值的利用率几乎能达到100%。此外,轴向织物的纱线层层铺叠,按照不同的强度和刚度要求,可以在织物的同一层或不同层采用不同种类的纤维材料,如玻璃纤维、碳纤维或碳玻混杂纤维,再按照编织点由编织纱线将其绑缚在一起。除了经编轴向织物外,还可以利用纬编绑缚系统开发纬编轴向织物,如图2所示。

  根据经编和纬编结构的特性,纬编轴向织物较经编绑缚结构具有更好的可成形性,因此在风力发电机叶片结构设计中具有极好的应用前景。

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