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風電葉片碳纖維復合材料應用探微論文
1、風力發電技術的發展現狀 在現階段發電部門重點研究的技術中，風力發電是其中的重要組成，在環保和經濟領域，風力發電技術發揮了至關重要作用，其未來的發展也將不可限量。在運用風力進行發電時，離不開風能和風電葉片的運用，在風電機的組成部分中，葉片是非常重要的部分，其與眾多領域都有著密切聯系，葉片的優化能夠提升電能的轉化效率。通常情況下，葉片長度與風機功率為正比例關系，為了實現風機功率的提高，設計人員在對葉片進行設計時，會增加其長度，同時，也加大了葉片重量。為了促進風力發電技術的良好發展，在加大葉片長度時，還應當對葉片制作成本進行控制，實現制作成本的降低。
2、風電葉片碳纖維復合材料的應用 2.1 主梁帽
現階段，對于風機葉片來說，主梁帽是碳纖維最主要的應用部位，通過運用GFRP主梁帽，能夠有效提升葉片鋼度，與此同時，能夠實現葉片重量的明顯降低。根據國外有關專利及研究的相關報道，在葉片主梁帽的局部位置中，部分企業能夠對碳纖維進行運用。2004年，在GEC設計的50m的風電葉片中，50%總長度的葉片主梁帽是由CFRP組成的，與全GFRP的風電葉片相比較，關于葉片主梁帽的厚度方面，減少了將近一半，關于葉片的重量方面，由9790kg下降到8236kg，減少了16%的重量，在葉根部位處，重力誘導彎矩縮減了26%。在這樣的結構內，從全玻璃纖維過渡到全碳纖維復合材料的過程中則需要注意做好應變和剛度的優化，過渡區材料匹配問題。
2.2 蒙皮表面
在整個蒙皮表面都可以運用的碳纖維，能夠將內支撐梁上的受力與扭矩作用進行減少，利用相關的設計工作，“材料誘導式”的葉片受災扭曲耦合就能夠完成。根據NEG麥康公司的有關專利報道，在對葉片蒙皮橫截面外部圓周的薄層進行加固時，60%～85%的葉片總長度都是用CFRP條來進行加固的，利用這個薄層，能夠將蒙皮抵抗拉力和壓力性能進行顯著提升。此外，根據其他相關專利報道，在對葉片迎風面錳鐵進行制作時，全部采用GFRP來完成，在對主要承受壓縮荷載的背風面蒙皮進行制作時，則是通過運用碳纖維或玻璃纖維復合材料來完成。
2.3 葉片根部
在對葉片根部位置進行制作時，通過運用碳纖維材料能夠起到兩方面作用，一方面關于根部材料的鍛煉強度和承載強度方面，能夠明顯提升根部材料的鍛煉強度和承載強度，明顯降低施加在螺栓上的動態載荷性能，另一方面能夠使葉跟法蘭處的螺栓數量增多，有利于鞏固葉片與輪轂連接處的性能，能夠將該連接處靜態強度和疲勞強度進行提升。
2.4 葉片前后緣防雷系統
根據國外有關專利的相關報道，在葉片前緣及后緣位置處，利用碳纖維來進行制作，通過碳纖維會對葉片剛度和葉片質量產生一定影響，能夠將葉片高度進行明顯提升，與此同時，也能夠將葉片質量進行降低，除此之外，經過特殊的設計工作，還具備一些特殊性能，能夠對葉片起到很好保護作用，通過特殊設計工作的開展，能夠使葉片高效避免雷擊損傷，避免雷擊對葉片性能進行破壞，能夠使葉片的相關性能得到很好保障。
2.5 靠近葉尖部分
根據LM公司有關專利的相關報道，在25%至50%的整體葉片長度，也就是靠近葉尖的部分中，在對這個部分進行制作時，通過利用CFRP來完成，在葉根部位的臨近處，則是通過利用GFRP來制作完成，在中間過渡區域中，通過GFRP來逐步取代CFRP。利用CFRP來對臨近葉尖位置處進行制作，其具有較少重量，可以利用比較少的材料，對葉根臨近部位進行制作，這樣能夠將輪轂上的負載性能進行降低。除此之外，在具有較大高度的葉尖位置處，可以對其采取相關減小方法與措施，這樣可以使葉片振動方向和強度得到保證，當葉片出現偏振狀況時，特別是偏振情況比較強烈時，在很大程度上，能夠導致葉片尖部對桿塔位置進行擊打，一旦出現這種情況，就會對機械設備和人員安全問題產生威脅。在相對較低剛度的葉根位置上以及相對比較硬的葉尖部位處，就會促進偏斜形狀形成，這樣就能夠提升氣動阻尼，通過氣動阻尼的不斷增加，能夠將氣動載荷性能進行降低。此外，利用中間過渡區域，能夠使CFRP與GFRP中間剛度突發變化，而造成的應力集中情況得到很好避免。
3、結語
風力發電機已經日漸成為電力行業發展的重點研究項目，通過風能進行發電則可以對能源予以利用，并到達更好的電能發電效果。將碳纖維復合材料應用到風電葉片設計之中，不僅能夠增加風機的功率，而且能夠增加減小葉片碰撞塔架的概率，對于發電效果的優化和提升具有重要影響。相關人員還要就此方面予以深入研究，讓碳纖維復合材料的應用成為風電葉片設計常態，讓我國的風力發電事業得以長足發展。
參考文獻：
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