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为什么风力发电机叶片需要使用复合材料?

发布日期:2019-4-12
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发布者:猫先生电竞官网appmrcat猫先生app iosmrcat电竞体育部件有限公司
在西班牙作家塞万提斯(Miguel de Cervantes)创作的著名小说《堂吉诃德》(Don Quixote)中,同名主人公幻想自己是一位中世纪骑士,在啼笑皆非的冒险中将风车错认成巨人,结果让长矛卡在一片叶片中。幸好现代的风力发电机叶片不必遭受这种尖锐的蛮力,但叶片设计仍然需要进行应力与模态分析,以应对现实中的结构和环境负荷。 为什么风力发电机叶片需要使用复合材料? 风推动风力发动机螺旋桨状的叶片绕(连接到主轴的)转子旋转,转子继而带动发电机产生电力。为了将风的动能转化为电能,风力发电机叶片必须承受风力、重力和离心载荷。叶片数量可以增减(不过三片最为常见),这取决于风力发电机采用传统的水平轴还是新式垂直轴设计。 发电机叶片必须足够宽阔,才能发挥作用。大叶片要求工程师精心挑选合适的材料,既要轻盈,又要坚固。这些因素正是叶片承受结构荷载效应、抵抗大风、悬浮颗粒侵蚀和结冰等恶劣天气,以及长期维持稳定运行的关键。 绘制小说中唐吉诃德攻击的风车叶片 被风暴摧毁的发电机叶片 多年来,人们费尽心思寻找合适的叶片材料。20 世纪 40 年代,美国工程Palmer Cosslett Putnam 与 S. Morgan Smith 公司合作,使用钢制叶片制造出风力发电机。然而,由于使用的是金属材料,发电机难以稳定地运行,一个叶片仅仅经过几百小时就报废了。20 世纪 50 年代,丹麦工程师 Johannes Juul 通过改进设计,建造出 Gedser 风力发电机。这台发电机机能够连续运行 11 年而无需维护,这得益于三块由木材、钢和铝制成的复合材料叶片。从 20 世纪 70 年代起,复合叶片成为风力发电机制造的标准。工程师还发现,叶片的各个区域对应不同的循环载荷历史,所以在叶片的不同区域使用不同的复合材料,可以提高设计的功效。 (文章摘自:COMSOL)
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