Углеродное волокно в лопатках ветряных турбин: проблемы производства и выбор материалов

Почему ве тро э нер гия стиму ли рует спро с на у гле во лок на

Ми рова я от рас ль ве тро э нер гети ки потреб ляет пример но 34 000 метри ческих тонн у гле род ного во лок на в 2025 году , что делает ее в торы м по вели чине промышлен ным рын ком после аэро кос ми ческой отра сли .С диа метра ми ро тора мор ских ве тря ных тур бин , пре вы ша ющими 200 м , и ло па стями на су ше , дости га ющими 100 м , у гле во лок но пере шло от вари анта проекти рования к структур ной необходимо сти .Само по себе сте кло во лок но не может у довлет воря ть требования м к же ст ко сти и уста ло сти ло па стей д ли ной более 80 м без чрез мер ного ве са .

Фор мы материа лов , использу емые в ло па тка х ве тря ных тур бин

Матери аль ная форма	Испо ль зова ние в B lade	F iber Archite cture	F V F До сти гну то	О тно си тель ная стоимо сть	До ля рын ка (20 26 г .)
П ул тру ди рован ные CF пласти ны (с бере га ющие кры шки)	Осно в ные на гру зо чно - не су щие ко роб ки	О дно на прав лен ный , 60 - 70% объ ема во лок на	65 - 70%	Ба зо вый уро вень	55%
Би ак си аль ная / три ак си аль ная т кан ь CF (ин фу зия)	Се ти с дви га , у креп ление кор ней	± 45 ° дву о кси альный , 0 ° / ± 45 ° три о кси альный	50 - 58%	1,2 - 1,5 × пу ль тру зия	30 %
Ги бри д ные у гле род ные / сте к лян ные т кани	Пере ход ные зо ны , зад няя к ром ка	Ги бри д CF / G F , разли чные архитек туры	48 - 55%	0, 7 - 0, 9 × пол ный CF	10%
Пре пре г CF (ав то кла в)	О грани чен ные - кон чи чные сек ции , мол ние за щи та	О дно на прав лен ный или т кан ный	58 - 65%	2 - 3 × пу ль тру зия	5%

Произ вод ствен ный выз ов : ло па сти за 100 м

По мере того , как д ли ны ло па стей пре вы ша ют 100 м (в настояще е время мор ские тур би ны дости га ют 120 - 130 м), производите ли стал кива ются с че тыр ь мя крити чес кими проблема ми :

• Пре де лы д ли ны ин фу зии : Стандарт ная ва ку ум ная смо ле вая ин фу зия имеет практи чес кую д ли ну пото ка 8 - 15 м от точки в пры ска .Для ло па сти д ли ной 120 м требу ется несколько пор тов в пры ска и конструк ция пото ко вой сре ды .Мо дели рование ин фу зии (P AM - R TM , R TM - W or x) в настояще е время является стандарт ной практи кой перед строи тель ством фор м .
• Обра бо тка вы тя ну той ко роб ки : 120 - мет ро вый ло па ж требу ет сек ций ша пки д ли ной 100 - 110 метро в .П лит ки из у гле род ного во лок на (ши ри ной 50 - 100 мм , тол щи ной 3 - 8 мм) постав ляются сек ция ми и собира ются на стан ке .До пу ски к выра вни ванию : ± 0,5 мм на 100 м .Не сов ме сти мо сть тепло вого рас шир ения между К Ф У П и ста льной инстру мента ри ем требу ет темпера тур ного контроля в с бор ных поме щения х (± 2 ° C).
• Э к зо тер м отвер ждения тол сты х ла ми нат ных материа лов Се чения тол щи ной более 30 мм (пло ща ди кор не вых нако п лений дости га ют 80 - 120 мм) гене ри ру ют значи тельно е эк зо тер ми ческое тепло во время отвер ждения смо лы .Для э по кси д ных систем пи кова я температура эк зо тер мии должна оста ваться ни же 180 ° C , чтобы пре дот вра тить тепло вую де града цию .Для этого требу ются по э тап ные ци к лы отвер ждения и соста вы смо л с низ ким эк зо тер мом .
• За щи та от э ро зии к ром ки : Скоро сти ве ду щего к ром ка на 120 - мет ро вом ле зви и при 12 об / мин дости га ют 90 м / с (3 24 км / ч).Ис пыта ния на до жде вую э ро зи ю в соответствии с AS TM G 73 требу ют защи тных по кры тий (по ли у ре тан , поли у ре тка) с более чем 20 лет службы .Под струк тура у гле род ного во лок на должна быть совме сти ма с ад ге зи ей по кры тия .

Вы бор матери ала : Pul tr uded CF vs Inf used Fab ric

До мини ру ющей тенден цией в 20 26 году является использова ние п ул тру ди рован ных пла стин из у гле род ного во лок на для ш ер стя ных ша п ков в со чета нии с про питан ными у гле род ными т ка ня ми для с дви жных се тей и кор не вых сек ций .Про цес с пу ль тру зии обеспечи вает постоян ную до лю объ ема во лок на (65 - 70%) и характери стики уста ло сти на тя жения - на тя жения , пре вы ша ющие 10 миллио нов ци к лов при 60% конечно й про чности на ра стя жение .Т ка не вые т кани , в ли тые в т кан ь , обеспечи вают ги б ко сть диза йна для сло жной гео мет рии , но дости га ют мень шего объ ема во лок на (50 - 58%) и требу ют т ща тельного контроля процес са , чтобы избе жать су хи х п ят ен в тол сты х участ ках .

В Yong X ian мы постав ля ем п ул тру ди рован ные пли ты из у гле род ного во лок на (се рия Y X - PC) ши ри ной от 25 мм до 150 мм , тол щи ной от 15 мм до 12 мм , с индивиду альной д ли ной ре з ки до 15 м на сек цию .Наши пласти ны из го та влива ются с объ е мом 60 - 68% во лок на с использова нием 50 K у гле род ного во лок на большой тя ги , дости гая моду ля ра стя жения 165 - 185 Г Па (о се вой) и про чности на ра стя жение 22 00 - 26 00 М Па - соответству я требования м основ ных производите лей ло па стей .Мы также постав ля ем много о се вые у гле род ные т кани (се рия Y X - MA), оптими зирован ные для ва ку ум ной ин фу зии , с площа дной мас со й от 400 до 1,200 г / м .

Ана ли з затра т : у гле во лок но в ве тро вых ло па тка х

У гле ро дно е во лок но состав ляет пример но 18 - 25% от обще й стоимо сти материа лов ло па стей для мор ского ло па ния д ли ной 100 м + .Раз бив ка на ло па сть (кла сс 100 м , об щая мас са 25 тонн):

• Пу ль тру ди рован ные CF пласти ны (с бере га ющие кры шки): 3, 8 тон ны по ц ене 28 - 35 евро / кг = 106 000 - 133 000 евро
• У гле род ные т кани (с дви жные па у ти ны , кор ни): 1,2 тон ны по ц ене 35 - 50 евро / кг = 42 000 - 60 000 евро
• Т кани из сте кло во лок на (о бо ло чки): 12 тонн по ц ене € 4 - 7 / кг = € 48 000 - 84 000
• смо ла , ядро , ад ге зи в : 8 тонн по ц ене € 8 - 15 / кг = € 64 000 - 120 000
• Об щая стоимо сть материа лов ле зви я : € 26 0,000 - 39 7,000
• До ля у гле во лок на в стоимо сти материа лов : 18, 5 - 23, 5 %

Во про с : Почему у гле род ное во лок но предпо ч тите льне е п ул тру ди рован ной т кани для ш ер стя ных ша пок ?

A : П ул тру ди рован ные пласти ны из у гле род ного во лок на предлага ют три клю че вых пре и му щества для ш ер стя ных кры шек : (1) более высо кая объ ем ная до ля во лок на (65 - 70% против 50 - 58%) обеспечи вая более высо кую осе вую же ст ко сть и про чно сть ; (2) постоян ное ка чество с автомати зирован ным управ лением процес сом (C p k ≥ 1, 33 по моду лю и тол щи не); и (3) более бы ст рый сло й - пред ва рите льно отвер де вши е пласти ны разме ща ются и с креп ляются в кры шке с тер жня , а не требу ют ин фу зии в месте не сколь ких сло ев т кани .Ком про ми сс заклю ча ется в мень шей ги б ко сти диза йна для ко ни ческого и криви з ного , поэтому предпо ч тите льне е использу ются на ходя щи еся на кор не вых пере хо дах и кон чи ках т кани .

Во про с : Как у гле во лок но у мень ша ет вес ле зви я по срав нению со все сте к лян ными конструк ция ми ?

A : Для 100 м ло па сти за мена сте кло во лок на на у гле во лок но у мень ша ет вес ш ер сти пример но на 60 - 65% (с 10 - 11 тонн сте кла до 3,5 - 4 тонн у гле рода).Об щее у мень шение ве са ло па стей : 25 - 30%.Это у мень шение ве са позво ляет увели чить д ли ну ло па стей без увели чения из ги ба ющего момента кор ня , что позво ляет производите лям тур бин увели чить диа метр ро тора на 8 - 12% при той же конструк ции баш ни и фундамента , что непо сред ственно увели чи вает го дово е производство энер гии на 15 - 25%.

Во про с : Ка кие требования к мол ние за щи те для ле па стей из у гле во лок на ?

От вет : Элект ри ческая проводи мо сть у гле род ного во лок на требу ет интегри рован ных систем мол ние за щи ты (L PS).Стандарт ный диза йн : мета лли ческий прием ник на кон чи ке ле зви я , под клю чен ный к ниж не му прово дни ку (мед ный ка бель , 50 - 95 мм 2 се чения), иду щий в до ль кры шки с тер жня до кор ня ле зви я , с иск ро вым за зо ром со един ений на каж дом со един ении сек ции ле зви я . L PS должен вы дер жива ть пи ко вый ток 200 к А в соответствии с I EC 6 14 00 - 24.П ул тру ди рован ные пла стин ки из у гле род ного во лок на требу ют поверх ност ной ме дной се тки или мета лли ческих в став ки в точка х при креп ления рецеп торов для пре дот вра щения иск ров ки в у гле род но - э по кси дном интер фей се .