風(fēng)能技術(shù)越來越依賴于塑料加工和設(shè)計技術(shù)。塑料零部件廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電的所有主要部門，用以實現(xiàn)以下目標(biāo)：
減重
延長使用壽命
降低成本
提前設(shè)計并提供設(shè)計靈活性
最大限度地提高生產(chǎn)力和安全性
在葉片制造和服務(wù)方面的加工發(fā)展迅速。例如，模塊化葉片的設(shè)計和制造是一個很好的起點。
風(fēng)力機發(fā)展的主要動力是發(fā)電和成本。在設(shè)計、材料或施工方法不變的情況下，葉片長度與渦輪轉(zhuǎn)子直徑的平方成正比，葉片質(zhì)量與葉片直徑的立方體成正比，產(chǎn)生的功率隨葉片長度的增加而增大。
因此，更長、更重的葉片極大地增加了渦輪/塔式系統(tǒng)的運輸和安裝難度以及質(zhì)量/成本。工程上的挑戰(zhàn)是開發(fā)一種更長的風(fēng)力渦輪機葉片，它將在不增加葉片重量、渦輪機負(fù)載或風(fēng)電場現(xiàn)場運輸和組裝費用的情況下輸出更多的功率。
Gamesa通過一種設(shè)計方案解決了這一挑戰(zhàn)，設(shè)計了一個用可靠的螺栓連接和專有結(jié)構(gòu)概念組裝的分段葉片，使用了優(yōu)化的復(fù)合材料、工藝和自動化，使其重量減少了25%。
分段風(fēng)力機葉片設(shè)計
Gamesa的G 128 5兆瓦渦輪機安裝了一個商業(yè)的分段復(fù)合葉片。葉片分割，使定制的內(nèi)部和舷外剖面長度和形狀，每個風(fēng)電場網(wǎng)站都有獨特的風(fēng)力條件。
分段葉片部分可以在標(biāo)準(zhǔn)的90英尺平板卡車上運輸。標(biāo)準(zhǔn)的100米轉(zhuǎn)子需要專門運輸葉片的卡車，這些卡車要貴得多。直徑117米的轉(zhuǎn)子正在挑戰(zhàn)將它們輸送到風(fēng)電場的極限。
Gamesa葉片的重量比在標(biāo)準(zhǔn)100米轉(zhuǎn)子上使用的葉片輕，而且由于碳纖維的使用，安裝起來就像在2兆瓦系統(tǒng)中使用的短得多的葉片一樣容易安裝。G 128使用玻璃和碳纖維，巴爾薩芯和專有的新的多面板內(nèi)部結(jié)構(gòu)概念，以優(yōu)化葉片的重量分配。
減重和內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合，使直徑超過100米的轉(zhuǎn)子葉片重量從平均每片20公噸降至15公噸，即減重25%。
當(dāng)葉片在運行時，它必須看作為一個整體的葉片，有一個連續(xù)的彎曲和沒有平坦的斑點，以避免破壞空氣動力學(xué)和負(fù)荷。節(jié)段使用接頭內(nèi)的插入螺栓連接。這些刀片是金屬的，并在葉片層壓板結(jié)合，使他們形成一個雙搭剪接頭，被航空航天業(yè)界認(rèn)為是粘合連接在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)里最強烈的選擇之一。
螺栓固定后，金屬外整流罩覆蓋并保護接頭的金屬部件，并提供整個接頭的平穩(wěn)過渡。Gamesa聲稱，它的聯(lián)合和裝配設(shè)計實現(xiàn)了低成本，使運輸與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備使用的2兆瓦渦輪機相同。這一聯(lián)合使用增加了約10%的刀片成本，但這一增加被運輸節(jié)省所抵消。
金屬配件被粘在每個葉片段的斯帕爾層壓板上，然后螺栓連接到這兩個部分。
送至風(fēng)電場的葉片段等待裝配。
在其他地方，Enercon公司也在其最強大的機器使用分段刀片，而葉片動力公司也在開發(fā)分段刀片。Enercon公司的2.5MW E-115渦輪機采用了新一代的、減輕負(fù)荷的分段轉(zhuǎn)子葉片，包括兩個玻璃纖維增強環(huán)氧截面，由橫截面螺栓和縱向螺栓連接。他們的更大的E-126渦輪機安裝了分段葉片，但內(nèi)部截面為鋼。
從維修的角度來看，風(fēng)力刀片廠的修復(fù)工作仍在繼續(xù)。在過去五年里，由于診斷工具、材料、設(shè)備和技術(shù)培訓(xùn)的改進，在實地修理風(fēng)力渦輪機葉片的技術(shù)取得了重大進展，但現(xiàn)場修理仍有局限性。
葉片經(jīng)常受到損壞，超出了現(xiàn)場維修人員經(jīng)濟或安全地恢復(fù)到最佳工作條件的能力。MFG能源服務(wù)公司為風(fēng)能運營商提供的一種新的服務(wù)方案延長了受損嚴(yán)重的風(fēng)力渦輪機葉片的壽命。
工廠修復(fù)和修復(fù)——一種新的替代現(xiàn)場修復(fù)正在成功地延長刀片生產(chǎn)壽命和價值。在工廠里，即使是嚴(yán)重?fù)p壞的葉片也有可能恢復(fù)到“新的”狀態(tài)。
工廠的維修是在一個清潔的，可控制的環(huán)境中，在一定的溫度，以確保塑料樹脂和材料正確地固化。當(dāng)葉片可以就地修復(fù)時，工廠服務(wù)通常不是最佳的解決方案。
MFG能源服務(wù)
風(fēng)力發(fā)電機災(zāi)難性損壞(左)和工廠修復(fù)(右)。
對從現(xiàn)場到工廠的運輸進行徹底的成本分析，對照動員維修團隊的費用、實地工作的風(fēng)險/限制以及刀片的預(yù)計壽命延長，往往是支持工廠維修的理由。北美的風(fēng)力葉片供應(yīng)商正在尋求為所有風(fēng)能復(fù)合材料提供所需的售后產(chǎn)品和服務(wù)——從葉片到彈丸到紡紗機。
風(fēng)電場業(yè)主正將先前分配給農(nóng)場擴建的資金轉(zhuǎn)用于改善和維護老化船隊的項目，預(yù)計這些項目對前沿維修、防侵蝕措施和更新或修復(fù)的雷電系統(tǒng)有很強的需求。
在受控制的工廠環(huán)境中進行的整修，在修復(fù)之前可以對刀片進行徹底檢查，這往往比現(xiàn)場修理更加一致和可預(yù)測。此外，額外的改進，包括葉片保護，延長功能，雷電系統(tǒng)可以有效地增加安全和成本。
最后，在仿真與監(jiān)控技術(shù)前沿，軟件開發(fā)對風(fēng)力機葉片優(yōu)化設(shè)計的研究進展迅速。隨著越來越長的時間，風(fēng)力渦輪機葉片需要更硬和更輕，以避免裂紋從疲勞載荷。
目前正在設(shè)計軟件，以解決新出現(xiàn)的復(fù)合風(fēng)力機葉片的空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)建模和優(yōu)化問題。需要先進的能力來生成高的形狀質(zhì)量，即一套強大而完整的建模能力，包括逼真和快速的質(zhì)量分析工具，以及形狀優(yōu)化。
為航空航天和能源復(fù)合材料及其他先進材料提供高效、高保真建模軟件的AnalySwift公司與Altran合作，發(fā)布了Altran公司即將發(fā)布的用于復(fù)合風(fēng)力機葉片初步設(shè)計的優(yōu)化代碼。Altran的程序，一個通用的工具，是基于空氣動力學(xué)和結(jié)構(gòu)計算，并將包括一個優(yōu)化循環(huán)，以修改結(jié)構(gòu)的預(yù)設(shè)計，并允許模擬更復(fù)雜的場景，以改善設(shè)計。
AnalySwift的VABs/PreVABS軟件將與Altran的代碼進行接口和補充。VAB(現(xiàn)在3.7版中)能夠?qū)?fù)雜的復(fù)合細(xì)長結(jié)構(gòu)(通常稱為梁)進行嚴(yán)格的建模，例如風(fēng)力渦輪機葉片。
VBS和PreVABS軟件體系結(jié)構(gòu)協(xié)議。
由于它的多功能性，VABS可以模擬任何形狀的梁和各種各樣的材料。具有復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的實際結(jié)構(gòu)，如數(shù)百層復(fù)合轉(zhuǎn)子葉片，可以進行設(shè)計和分析。分析可以很容易地被筆記本電腦處理，分析時間通常從幾個小時縮短到幾秒鐘。（文章來源于網(wǎng)絡(luò)）
組合風(fēng)力發(fā)電機梁橫截面。
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