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风电叶片复合材料的研究进展及其应用

复合材料风电叶片先进制造技术研究现状

复合材料风电叶片先进制造技术研究现状摘要：在风电行业中，材料的选择对叶片的性能有重要的影响。随着科技水平的进步，复合材料自出现就得到了认可，并在发展中快速推广，作为风电叶片复合材料有自身优势。复合材料风电叶片也比常规材料风电叶片有更好的性能，因此获得了广泛的应用。本文将围绕复合材料风电叶片的制造和发展进行分析，以供参考。关键词：复合材料；风电叶片；制造；发展 1.前言当前，自动化技术在逐渐向制造业慢慢渗透，推进了制造业进入了自动化的行业。为了抓住这个千载难逢的机会，我国的各个行业都在积极探索先进的自动化技术，促进制造行业的快速转型，促进发展。 2.自动化智能化制造技术 2.1智能温控模具技术模具是形成叶片的关键。现有的叶片模具加热方法通常是电加热或水加热。电加热重量轻，温度迅速升高，并且可以轻松实现灵活的控制。它具有低成本的水加热和稳定的温度控制能力。然而，这两种常规加热方法的缺点是不能实时反映模具工作表面的温度。在叶片成型过程中，特别是在固化阶段，模具表面温度的准确性直接影响叶片材料的最终性能。如果叶片的固化温度过低且固化程度不足，则产品性能将无法满足设计要求。如果温度太高，树脂的反应可能会恶化，热量可能会集中，并且模具和产品可能会报废。因此，能够智能地控制和调节温度的模具对于确保风力涡轮机叶片制造的可靠性至关重要。 2.2自动铺放技术如今，复合风叶片的组件生产以劳动力手工作业为主，包括蒙皮，玻纤布、腹板和大梁，沉重、复杂并且难以准确放置。有效地保证铺层的平坦度并不容易，并且最终叶片的质量和性能不稳定。由于叶片的尺寸较大且布局复杂，因此很难将自动布局应用于叶片生产，因此，近年来，这项技术是划时代的并且已得到广泛应用。（1）主梁自动铺放及成型技术主梁是叶片的主要承重组件，通常在铺设过程中不能有褶皱，并且需要很高的放置精度，因此需要很长时间。通常，大叶片主梁层需要大约2个小时的铺设时间。（2）壳体自动铺放技术当前，铺设玻纤布的主要方法是使用手工来铺设，但是耗时长，并且在铺设过程中需要手动调节和铺设。由于用手拉动玻璃纤维布，因此会发生玻璃纤维布的变形及其对产品质量的影响等问题。用于风力发电叶片的自动铺设装置主要包括机械臂，放置头，光纤交叉输出，光纤交叉切割，压缩，光学位置检测，3D激光扫描仪。在此过程中，压辊在每个输出设备顶部和底部的反向移动以及织物上的相对压力允许织物的运输。在机械臂的驱动下，铺层沿着导轨移动，从而完成了在模具中铺布。 2.3自动打磨技术目前，复合风轮机叶片的打磨主要是人工打磨，劳动强度大，污染环境，粉尘对人体有害。当前，正在开发各种自动研磨技术和设备，其基本上使用机器人臂，自动引导车辆或导轨，智能控制系统，传感器等来根据预设程序来定位和定

风力发电基础知识

风力发电基础知识风力发电是将风能转换成电能，风能推动叶轮旋转，叶轮带动转动轴和增速机，增速机带动发电机，发电机通过输电电缆将电能输送地面控制系统和负荷。风力发电技术是一项多学科的，可持续发展的，绿色环保的综合技术。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。转子空气动力学为了解风在风电机的转子叶片上的移动方式，我们将红色带子绑缚在模型电机的转子叶片末端。黄色带子距离轴的长度是叶片长度的四分之一。我们任由带子在空气中自由浮动。本页的两个图片，其中一个是风电机的侧视图，另一个使风电机的正视图。大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。为什么转子叶片呈螺旋状？大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。风电机结构

机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。风速计及风向标：用于测量风速及风向。风电机发电机风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上

复合材料风电叶片的检查保护及维修

复合材料风电叶片的检查保护及维修发表时间：2019-09-19T17:26:28.827Z 来源：《当代电力文化》2019年第8期作者：雷山山杨成玲[导读] 风电场的负责人需要意识到，复合材料的风电叶片需要由专业的人员定期的进行检查与维护。新疆伊犁库克苏河水电开发有限公司新疆伊宁835000摘要：复合材料风电叶片在使用的过程中直接面对风载荷的威胁，还需要长期的面对恶劣环境的干扰，风叶片的工作的发电功率与使用寿命的长短有着很大的影响，风电场的负责人需要意识到，复合材料的风电叶片需要由专业的人员定期的进行检查与维护。这是保障复合材料风电叶片能够顺利工作的重要前提关键词：复合材料；风电；保护；叶片；维修风力发电目前是我国目前大力发展的一种发电方式，其独特的优点无污染、可持续科学的发电.各大国家不断地研究使用，风电叶片能够利用其叶片的转动将风能通过机械转化为电能，其中风电叶片是风力发电机在将风能转化为电能过程中，直接暴露在外部环境的重要机械，叶片的状态直接会影响到机械发电的转换效率。我国目前采用的复合材料所构成的风电叶片是由特殊的树脂型材料制作，复合材料本身具有中空性、纤维材料其独特的严密性也使得它制成叶片十分优质，但是也因为其特殊性，一般的技术人员难以对其进行维修与检查。一、复合材料风电叶片存在检查维修的隐患 1.1、复合材料风电叶片的运输隐患风电叶片从生产的场地出发将其制作成风力发电机的其中一部分机械，一般需要将其需要运输到相应的场地，一般有两种运输的方式，将叶片组装到发电机上再将其运输与将叶片装到运输车上再将其运输两种，在安装复合材料叶片至发电机组上时，操作稍有不当，就会导致材料造成损坏，另外在运输的过程中还会发生意外的损害，例如交通事故的发生。也会对叶片造成损害1.2、复合材料风电叶片所处环境隐患通常来讲。复合材料风电叶片与发电机械所处的位置一般不同，发电机组通常在安装完成之后会将其安装在离叶片一定距离的位置，且具有金属材料外壳进行保护，叶片因为其工作的特殊性，需要常年的裸露在外部的恶劣环境，而且通常风电机组的安装位置大多在地理位置较为偏远的地方，长年的处于风力较大，甚至伴随雷雨的状态下，复合材料的风电叶片虽然具有较强的防腐蚀性，但是由于长年的裸露在恶劣环境下，会造成风电叶片出现破损，转动缓慢等问题的出现，炎热环境与冬天的寒冷环境都会影响叶片正常运行，导致发电效率的下降。 1.3、风电机组缺乏相应的维修保护制度在风电机组的运行下，需要相应的技术人员定期的检查复合材料风电叶片的运行状况，然而我国目前的风电机组方面，在组建之后，一般专业的技术人员通常需要到下一个风电机组去进行组建，检查，通常会出现漏查，重复检查的状况的发生，在叶片发生故障之后，缺乏相应的应对措施，例如叶片在雷雨环境下因为雷电而导致叶片的损害，破损，则需要安排相应的工作人员在保证其他风电机组在正常运行的前提下将损坏的叶片其所在的机组关闭，如果存在雷电存留的状况，还需要对其进行引电，避免工作人员在维修时发生危险1.4、缺乏先进的维修技术我国目前的维修叶片技术还存在着很大的缺陷，例如我们常用的引电技术保护复合材料风电叶片，即通过将雷电的路线改变，引导雷电将其引入大地。常用的做法是，在复合材料叶片的尖部区域设置若干个相关的接闪器，接闪器的作用是能够将雷电通过接闪器所连接的导线将雷电引致叶片的底部接地区域，将雷电传导到大地。但是这种方法会导致复合材料风电叶片的表面出现类型雷电击中的现象出现，使得叶片的表面出现凹痕，不规则的黑点、外表皮的脱落，还会出现不同程度的叶片开裂，在雨水的浸泡下，导致其运转的故障。二、复合材料风电叶片的检查维修方法 2.1、运输环节的保护我国目前的复合材料风电叶片的维修检查的方法主要采用观察、使用工具敲试、将涂层打开进行深入内部的观察和维修等，无论其中哪一种检查维修方法，都需要极为专业的检查维护团体与专业的技术人员。在运输与安装环节，为了避免出现损伤的叶片的行为，则使用专业的技术人员在运输途中通过对叶片的外表进行严谨观察，一旦出现明显的叶片外观损伤与叶片涂层的表面材料出现了刮蹭、损伤，都需要通知相关的叶片制造商与专业的的复合材料风电叶片的维修人员对其进行专业的检查与维修、并对相关的叶片进行拍照，保存资料，对怎样发生事故的原因进行研究，保存，便于以后类似的事故发生之后，进行处理。 2.2、采用先进的检查维修技术我国传统的检查维修技术，一般在复合材料风电风叶进行检查之时，对其进行拆卸，检查内部，之后对其进行组装，工程量繁琐，极为麻烦，而因为复合材料的外表涂层层数较多、每次的拆卸检查都会对叶片造成损害，在考虑到成本和时间的基础上，采用先进的无损检测设备技术，超声波探测检查技术。超声波技术它适用于对复合材料其表面下几厘米厚度的区域进行探查，对其能够准确的找到所出现的问题，代替了我国传统的敲击检测方法，能够减少叶片表面的在因为检查维修之时出现的损伤。还有一种方法称之为错位散斑干涉技术，这种技术主要应用在航空检查与海洋机械之中，它能够在恶劣的环境下对复合材料风电叶片的错位，破损，漏电等情况进行准确定位，代替了传统的人工检查，保障了专业技术人员的人身安全2.3、制定严谨的检查维修制度在复合材料风电叶片的日常检查维修之中，设立专门的检查制度，对叶片的外边涂层，接口，螺旋仪器，地面引电装置，叶片接电器等等位置进行相关的检查制度设定，；例如对接点器的检查，需要分为三部分：第一部是对其接口处的涂层进行检查，检查复合材料风电叶片与接电器的接口处其表面涂层是否出现脱落。第二部分则是对其接口处的导电性能进行检查，使用仪器对其导电性能进行检测，一旦发生导电的故障，尽快进行处理。第三部分则是对整体外部金属的检查，观察是否出现破损，出现后立即更换，保障叶片的正常运行三、结束语伴随着我国对电力需求的增加，风力发电在因为其高效环保的特点在发电方面所占比重越来越大，本文就目前复合材料风电叶片的维修出现的隐患进行分析，提出了具体的建议参考文献：

风力机叶片翼型的研究现状与趋势

风力机叶片翼型的研究现状与趋势风能作为一种可再生能源,在煤、石油和天然气等非可再生能源日益耗竭以及全世界对可持续发展要求的情况下,正越来越来受到世界各国的关注。风电技术复杂,风力发电机组的叶片作为捕获风能最直接的部件,其价值占到整机价值的25%左右。叶片的直径、弦长、各截面翼型选择、纵向的扭角分布等都会影响到叶片的气动性能,进而影响风轮的功率输出。而叶片的结构、材料和工艺直接影响风机的强度、疲劳、震动、载荷及成本等。因此,设计良好的叶片,翼型应该具有较佳的空气动力学性能,良好的结构和制造工艺,这样风力发电机组才能稳定运行并具有高的功率输出[1-3]。目前,因为风力发电机组向着更高的额定功率发展,最大的叶轮直径已经达到125m,风电机组对叶片的气动性能、结构和工艺提出了更高的要求。一、国外发展与研究状况风机翼型的设计分析理论从根本上决定风机整体的功率特性和载荷特性。因为其重要性,翼型设计分析理论的研究一直是世界各国专家和学者的科研热情所在。风机翼型的发展来源于低速应用的翼型,如滑翔机翼型。早期的低速翼型运用在风机上有WortmannFX-77翼型和NASALS翼型。在20世纪80年代,因为美国国家可再生能源实验室(NREL)的Tangler和Somers发展了许多的NREL翼型,对促进风机翼型的发展做出了很大贡献。同时,他们也提出了翼型的反设计方法。对NREL系列翼型的相关阐述可以在NREL一系列报告中找到。后续的瑞典的Bj·rkA发展了FFA-W系列的翼型,荷兰代尔夫特理工大学的TimmerWA和vanRooij也对风机翼型的发展做出了贡献,发展了DU系列的翼型。20世纪90年代中期,丹麦Risφ风能重点实验室开始研制新的风机翼型,到目前为止已经发展出了Risφ-A1,Risφ-P和Risφ-B1三种翼型系列。翼型研究包括两方面,翼型分析和翼型优化设计。翼型分析是研究翼型气动性能,是翼型优化设计的基础。翼型设计有两种方法,包括直接数值优化设计方法和反设计方法。直接数值优化设计方法将CFD跟最优化设计理论结合起来,以升力或者升阻比为目标函数,通过不断修正翼型的几何形状,获得目标函数所要求的气动性能最佳的翼型几何形状。反设计方法的目标函数主要是目标压力分布,首先要给定一个基础翼型,通过翼型几何和流体控制方程,不断逼近所需的目标压力分布,从而得到满足给定流场分布的翼型几何。Jacobs的翼型设计方法是最早的翼型反设计方法,用这种方法设计的NACA6系列的翼型至今都在用。德国的学者Mangler(1938)和英国学者Lighthill(1945)首先提出基于保角变换的翼型反设计方法,但是计算冗长。Mangler和Lighthill的方法而且有三个重要缺点:基于保角变化的翼型反设计方法只能指定需要的翼型表面速率分布作为翼型保角变换后圆角坐标的一个函数,而不是翼型表面弧长的一个函数;并且因为指定的速率分布有三个积分限,需要定义三个自由参数,会导致不合理的速率分布和不合理的翼型形状;理论本身是单点反向翼型设计方法(速率分布只能在单个攻角下获得),不满足多点反设计的需要。20世纪60年代后,随着计算机技术的发展,翼型反设计方法更多地强调通过计算机辅助翼型设计。美国NREL的Eppler和Somers编了一个

PVDF基介电复合材料的研究进展

文章编号:１００１-９７３１(２０１８)０６-０６０６４-０９ PVDF基介电复合材料的研究进展* 陈林１,肖文强１,严磊１,吴婷１,邱友顺１,蔺海兰１,卞军１,鲁云２ (１.西华大学材料科学与工程学院,成都６１００３９; ２.千叶大学科学与工程研究院,机械工程系,千叶２６２-８５２２日本) 摘要:聚偏氟乙烯(PVDF)基介电复合材料因具有加工性能好二介电损耗低二介电常数高等优点而成为现今介电复合材料领域主要的研究对象三对当前国内外PVDF与不同维数(０维二１维二２维)填料共混所得PVDF基介电复合材料的制备方法二功能化改性及介电性能的研究进展进行了系统的综述,并对其研究和应用趋势进行了展望三关键词:聚偏氟乙烯(PVDF);复合材料;介电性能;功能化改性;研究进展中图分类号: TQ３３２文献标识码:A DOI:１０.３９６９/j.issn.１００１-９７３１.２０１８.０６.０１００引言随着人类社会的不断发展和科学技术的不断更新换代,对能源的需求日趋上升,能源的利用与储存成为人们密切关注的领域三电容器作为一种新型的物理储能设备,因其体积小,储能密度高,充放电效率高,而迅速成为能源储存与利用领域研究的热点[１-６]三介电材料作为制备电容器的核心材料部件,对电容器的高储能及充放电效率具有决定性影响,因此,近年来介电材料的制备及研究已经成为国内外材料学家的研究热点三传统的陶瓷介电材料具有很高的介电常数[７-８],但成型温度高,加工困难,抗冲击性能低,介电损耗大,限制了其在介电材料领域的应用三聚合物基介电复合材料具有加工性能好二介电损耗低二高介电常数等优点而在很多应用方面逐渐赶超陶瓷介电材料三在聚合物基介电复合材料中常用的聚合物基体主要有聚丙烯二环氧树脂二聚乙烯二聚偏氟乙烯等三表１列出了部分聚合物基体材料的介电常数和介电损耗三由表１可看出,聚偏氟乙烯(PVDF)与其它基体材料相比具有更高的介电常数三PVDF是一种热塑性含氟聚合物,其中氟含量大约为５９％三PVDF的晶体结构主要有α二β二γ和δ４种晶型[１３]三α晶型为单斜晶系,晶型构型为TGTG排列,净偶极矩为零不显极性;β晶型为正交晶系,晶型构型为TTTT的全反式排列,F原子分布在C 主链的一侧,偶极矩方向指向主链,所以β晶型显极性,在外电场的作用下更容易极化,是理想的介电基体材料三近年来,有关PVDF基介电复合材料的研究已经取得了显著的进展,特别是在有关复合材料的复合方式二复合工艺条件及复合材料结构与介电性能的关系方面已有大量报道三本文重点综述了不同维数填料与PVDF基复合的介电复合材料的研究进展,功能化改性PVDF基介电复合材料和PVDF基介电复合材料的制备方法三表１常见聚合物的介电性能(２５?１００Hz)[９-１２] Table１Dielectric p ro p erties of common p ol y mers (２５?１００Hz)[９-１２] Pol y mer Dielectric constant K Dielectric loss tanδ Pol y tene２.３０.０００２ Pol yp ro py lene２.２０.０００３Pol y vin y lidene fluoride９.５０.０８ Pol y tetrafluoroeth y lene２.００.０００１８Pol y st y rene３.００.０００３ Pol y imide３.４０.００２~０.０１５ Phenolic resin５.５０.０６ E p ox y resin３.６０.００２~０.０６Pol y chloride resin４.２０.０３１不同维数填料与PVDF复合材料介电性能的研究聚合物基复合材料通常由聚合物连续相及填料分散相构成三复合材料中分散相的尺寸大小及粒径分布对PVDF基复合材料的介电性能有重要影响[１４-１５],粒径尺寸较大的填料有利于增大与PVDF基体材料的界面接触面积,增大复合材料内部界面极化,有利于提高介电常数三因此采用不同维数的分散相对PVDF 基复合材料的介电性能影响的研究引起了广泛关注三复合材料中的分散相可以用０,１,２维来表示,其中０维表示颗粒,１维表示纤维,２维表示平面薄膜三由不同维数填料填充的PVDF即可表示为０-３,１-３,２-３型, ４６０６０２０１８年第６期(４９)卷 *基金项目:国家级/省级大学生创新创业训练计划资助项目(２０１８１０６２３XXX,２０１７１０６２３０９８);四川省教育厅一般科研资助项目(１７ZB０４２２);四川省高校重点实验室开放研究基金资助项目(SZ jj２０１７-０６６,SZ jj２０１５-０８６) 收到初稿日期:２０１７-１２-１６收到修改稿日期:２０１８-０３-２０通讯作者:卞军,E-mail:bian j un２００３＠１６３.com 作者简介:陈林(１９９２-),男,四川人,在读硕士,师承卞军教授,从事功能高分子复合材料研究三万方数据

风电叶片的改进

风电叶片的改进传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁的可循环再生的能源，越来越受到世界各国的广泛关注。风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。并且，随着叶片的增大，刚度也成为主要问题。为了实现风力的大功率发电，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，这就对叶片材料提出了很高的要求。 1 碳纤维在风力发电机叶片中的应用叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。Vesta Wind System 公司的V90型3.0 MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80 型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34 m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适

大型风电叶片结构设计方法研究

大型风电叶片结构设计方法研究摘要：随着绿色能源的推广与利用，对风电叶片结构设计也提出了更高的要求。作为风电机组的主要部件，叶片的设计方法一直是风电机组研发的关键。本文主要对大型风电叶片结构设计方法进行探析。关键词：风电叶片；结构设计；方法前言近年来，我国的风电设备在技术水平与创新方面已有了突破性的成就，但与国外发达国家相比，仍存在很大差距，尤其在大型风电叶片结构设计方面。因此，如何完善设计方法将是未来提高风电机组核心技术的必然途径。 1.风电叶片设计的基本概述 1.1 风电叶片设计风电叶片设计的过程实际是对叶片参数的选取与确定的过程，其中的参数对叶片的性能起决定性的作用。一般对风电叶片进行设计主要目标在于：第一，通过较好的空气动力外形获得风能。第二，结构的强度与刚度能够承受各种荷载。第三，其结构动力学特性较好，防止出现共振与颤振。第四，叶片重量的降低使制造成本减少。设计的过程主要分为对气动与结构的设计。其中气动设计过程中，主要对叶片几何外形做出最佳的选择，实现年发电量最大的目标，而结构设计主要对叶片材料的选择、叶片结构形式以及设计参数进行分析，使叶片的强度、刚度及稳定性等目标得以实现。 1.2 叶片外形设计的主要方法风电叶片设计的主要任务是确定气动外形。叶片外形作为结构设计的基础，对结构设计也有一定的限制。一般对气动外形的设计的方法主要包括基于动量叶素理论的简化设计方法、Glauert方法、以及维尔森方法。基于动量叶素理论的简化设计方法通常用于对风轮轴线截面与叶片产生的气动力，并以此确定叶片参数与翼弦的关系。而Glauert方法主要对风轮后涡流流动进行考虑，初步的设计、分析与修正气动性能，存在一定的局限性，但在设计过程中属于较好的指导方法。维尔森方法则是对Glauert方法的改进，是当前叶片启动外形设计常用方法之一[1]。 1.3 结构设计结构设计的基本要求在于动力学特性、设计寿命、极限强度设计条件以及刚度设计条件与叶尖变形。在叶片材料方面，通常选择铝合金、玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。叶片的内部夹芯结构一般以轻木与PVC为主，而且主体结构中

风电叶片在线检测技术研究进展

南?京?工?业?职?业?技?术?学?院?学?报Journal?of?Nanjing?Institute?of?Industry?Technology 第18卷第2期2018年6月Vol.18,No.2Jun.,2018 风电叶片在线检测技术研究进展吴国中，李?镇?，宋增禄（南京工业职业技术学院?电气工程学院，江苏?南京?210023）? 摘?要：就风电设备运行过程中风机叶片的在线检测技术进行了讨论。叶片在线检测主要有两大类，分别是以应变、声发射等传感器检测为核心的侵入式检测和以图像检测为代表的非侵入检测，探讨了这两种检测模式中风电叶片损伤检测的实验手段以及损伤特征提取和识别的算法。关键词：风电；叶片；在线检测中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-4644（2018）02-0004-05 风电技术在展现出其独特优势的同时也存在一些问题。由于风力发电场通常位于较偏远的陆地、海岸或者海上，环境恶劣且无人值守，其运行状态的监测面临较大挑战。目前已有的在线监测、控制、调度技术为风电场的正常平稳运行提供了一定的保障，但是由于风电系统的复杂性、可靠性以及环境等各方面因素的影响，现有在线监控系统在风机状态信息检测的实时性、完备性、准确性等方面仍显不足，其中一个突出问题表现在风电叶片状态检测方面。风电叶片是风力发电机的关键部件，叶片状态的检测以及寿命预测对提高风机工作效率、保障风机正常工作具有重要意义。本文将集中讨论风机叶片部分在线检测技术的研究进展。 1?侵入式检测技术叶片在线检测主要分为两类，一类是侵入式的检测，即传感器网络需要内嵌在叶片中；另一类是非侵入式的检测，即采用光学或图像等方式实现非接触式的检测。 1.1?基于应变的检测应变片在风电叶片在线检测中有较多应用。风电叶片在实际运行过程中会承受不同方向的载荷，导致叶片产生应变，应变的累积可能会导致叶片的宏观形变和开裂，因此在叶片的脆弱部位以及容易产生应力集中的部位，可以设置应变传感器以检测叶片的应变，从而可以直接反应叶片状态。 Jargensen?等人在2004年曾采用上百片应变传感器检测长达25米的叶片轴向应变。应变检测是一项比较成熟的技术［1］，可以用于叶片的离线和在线测试，但是也有一些局限性。应变传感器容易失效，容易受到环境的影响甚至引起雷击，并且有的情况下不能准确反映叶片失效状况。 FBG传感器是针对传统应变传感器的不足，在风电叶片检测中引入的光纤传感器，以检测叶片的应变。较常用的是布拉格光纤光栅，其原理是利用纤芯内空间相位周期性分布的光栅形成一个窄带滤波器或反射镜，滤波器或反射镜中心频率会随外部应变而产生漂移，将频率漂移转换为应变可以准确、稳定、可靠地检测叶片的应变和疲劳状态。2007年郭等人最早利用FBG传感器网络检测叶片状态数据并应用无线技术上传［2］，这种技术逐步发展并在一些大型风机上得到应用。FBG传感器稳定性对于叶片状态的长期检测是很有优势的，其不足在于成本高而且设备体积大，一定程度上限制了其在叶片在线检测中的应用。 1.2?基于声发射的检测基于声发射检测叶片失效的研究已经比较广泛。声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象，叶片在外部载荷作用下产生形变，使结构内部形成应力，由于叶片应力集中而产生各种失效，如纤维断裂、微裂纹等，从而导致局域快速释放能量。用于声发射检测的传感器由压电传感器、放大器和数模转换器以及信号处理单收稿日期：2018-04-23 基金项目：?江苏风力发电工程技术中心2016年度开放基金（编号：ZK16-03-05）；江苏省品牌专业资助项目（编号：PPZY2015B189）作者简介：吴国中（1974-），男，南京工业职业技术学院副教授，工学硕士，研究方向：自动化控制及检测技术。

聚合物基复合材料在高介电材料方面的应用与发展

聚合物基复合材料在高介电材料方面的应用与发展姓名:*** 班级：高分子化学与物理学号：**** 摘要：高介电常数聚合物具有优异的介电性和柔韧性，可以制备高容量有机薄膜电容器等无源器件，近年来受到广泛关注。本文概述了目前高介电聚合物基复合材料的主要问题，论述了铁电陶瓷－聚合物型、氧化物－聚合物型、碳纳米管－聚合物型、金属导电颗粒－聚合物型、全有机高分子聚合物型等高介电复合材料的国内外研究进展。并指出提高介电常数、储能密度，减小介电损耗，降低制备成本是未来发展的方向。关键词：高介电常数复合材料聚合物填料介电损耗正文：随着信息技术的发展，作为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、动态随机存储器(DRAM)以及印刷线路板(PWB)上电容器的介质材料迅速减薄，逼近其物理极限。随着器件特征尺寸的不断缩小，当线宽小于0.1μm，栅氧化物层厚度开始逐渐接近原子间距。此时，受隧道效应的影响，栅极漏电流将随氧化层厚度的减小呈指数增长。漏电流的急剧增加造成MOS器件关态时的功耗增加，对器件的集成度、可靠性和寿命都有很大影响，因此研究新型高介电介质材料成为当今信息功能材料以及微电子领域的前沿课题。介电材料按介电常数的高低分为高介电和低介电两个方向。高介电材料主要应用于栅极介质材料、储能材料等领域，低介电材料主要用来制备电子封装材料。笔者所在的课题组近年来在聚酰亚胺低介电复合材料方面取得了一系列研究成果。高介电常数材料根据用途主要分为钙钛矿相氧化物和金属或过渡金属氧化物，前者用于DRAM以及PWB上的电容介质材料，后者用于MOSFET栅极的绝缘介质材料。近年来，聚合物基高介电材料成为微电子行业研究的热点之一，选择合适的聚合物基体，可以在PWB上快速大规模地制备高电容嵌入式微电容器，这种微电容器可以保证集成电路的高速运行。此外，利用聚合物基高介电材料具备的特殊物理特性，可制备具有特殊性能的新型器件[1]。 1 电介质及其极化机理[2] 电介质是指在电场下能在电介质材料内部建立极化的一切物质。从广义上讲，电介质不仅包括绝缘体，还包括能够将力、热、光、温度、射线、化学及生物等非电量转化为电信息的各种功能材料，甚至还包括电解质和金属材料。电介质的特征是以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递、存储和记录电的作用和影响。电介质在电场下最主要的电特性是电导和极化，极化是电介质中电荷(束缚在分子或局部空间中不能完全自由运动的电荷及自由电荷) 在电场中作微小

风电叶片维护研究进展

风电叶片维护研究进展一．风电叶片维护的必要性我国风电快速发展始于2006年，当时国内风机以600kw，700kw机型为主，2007年3月，我国首台1.5MW直驱永磁发电机组在新疆投运，拉开了兆瓦级风力发电发展的序幕。随着风电市场的逐渐成熟，大型风力发电机组相继出现，叶片长度也由原来的30-40m增加至60-70m。叶片长度的不断增长，同时带来叶片重量的增加，但是叶片设计使用寿命为20年，如何在叶片20年的生命周期内保持其高效运行至关重要。风力发电叶片一般安装于偏远的地区，运行环境恶劣，如较大的风沙侵袭，-30℃至50℃的循环温差，以及强紫外光的老化等。目前2.5MW-50.3m的叶片，叶尖运行速度高达300公里/小时，在这样高转速下，风沙和雨滴对风电叶片的侵蚀相当于等离子切割，叶片表面容易形成空洞。研究表明，叶片表面粗糙度的增加以及缺陷的累积将导致发电效率降低5%-30%，还可能导致叶片运行失稳造成齿轮箱的故障。叶片小的缺陷如果没有及时发现并进行专业修复，将导致裂纹延伸至叶尖，造成叶片大面积的开裂，不得不进行大型修补或者返厂处理，给风场业主带来重大经济损失。二．风电叶片常见的损伤风电叶片虽然在设计时，赋予它足够的强度和刚度，但是在其20年的使用寿命中，也会像其他复合材料部件一样，出现各种各样的问题。风电叶片从生产厂家生产，通过长距离的运输到达风场，使用大吨位吊车进行安装。风电叶片在上述每一个步骤都可能发生损伤破坏。一旦风电叶片开始运行，将受到雨水，风沙以及大气的腐蚀，同时还要经受强紫外的老化。在风压和旋转持续疲劳载荷的作用下，隐藏在叶片内部的缺陷，如分层，气泡，叶片组件之间的粘合缺陷将会逐渐显现出来。风机正常运行情况下，叶片会在不同年限出现相应的受损状况： 2年：表面胶衣出现磨损，脱落现象，甚至出现小的砂眼。 3年：叶片出现大量砂眼，叶片前缘尤为严重，风机运行产生阻力，事故隐患开始显示。

高介电复合材料及其介电性能的研究好

收稿日期:2003-06-27 基金项目:上海市科委基金资助项目(2002DJ 11004)作者简介:李杰,男,硕士研究生,从事金属聚合物复合材料介电性能以及理论方面的研究;韦平,副教授,通讯联系人(T el :021-********)。高介电复合材料及其介电性能的研究李　杰,韦　平,汪根林,江平开 (上海交通大学化学化工学院,　上海200240) 摘要:研究了金属铁电体聚合物三元复合材料的介电常数和介电损耗。发现金属粒子的加入除了可以提高铁电体聚合物复合材料的介电常数外,还可以非常明显地降低其介质损耗。金属铁电体聚合物三元复合材料是一种很有应用前景的高介电材料。关键词:介电常数;介电损耗;金属粒子;铁电体;复合材料中图分类号:TM 215;TB 333;TQ 325.12 文献标识码:A 文章编号:1009-9239(2003)05-0003-04 D evelop m en t of h igh d ielectr ic con stan t com posite and the study of its d ielectr ic properties L I J ie ,W E I P ing ,W AN G Geng 2lin ,J I AN G P in 2kai (S chool of Che m istry and Che m ica l T echnology ,S hang ha i J iaotong U n iversity ,S hang ha i 200240,Ch ina )Abstract :In th is paper ,the dielectrc p roperties of the ternary com po site w as studied .It w as found that the loaded m etal particles can decrease the dielectric lo ss of the ferroelectric m aterial po lym er com po site clearly excpect fo r the increase of its dielectric con stan t .So m etal ferroelectric m aterial po lym er com po site is a k ind of h igh dielectric con stan t m aterial w h ich has great app lied p ro sp ect .Keywords :dielectric con stan t ;dielectric lo ss ;m etal p article ;ferroelectric m aterial ;com po site 1　前言高介电材料是一种应用前景非常广泛的绝缘材料,由于它有着很好的储存电能和均匀电场的性能,因而在电子、电机和电缆行业中都有非常重要的应用。通过研究A l LD PE 与B aT i O 3 LD PE 复合材料介电性能变化的规律,制得性能优良的A l B aT i O 3 LD PE 复合材料。 2　高介电材料的应用及其改进 2.1　高介电材料在高储能电容器中的应用高介电材料在电子和电机行业中有非常重要的应用,特别是用在高储能电容器上。评价高储能电容器性能的一个重要指标是电容器储存电能的能力。电容器储存的电能为: W =12 CU 2 对于形状一定的电容器,电容C 与电容器的介电常数成正比,所以相同电压U 下形状一定的电容器的储存电能的能力由电容器的介电常数决定。另外,电容器的散热能力也是一个重要的性能指标。电容器的发热主要是电容器在电压下产生功率损耗引起的,在电压作用下,电容器的温度逐步升高,经过一段时间后,当产品的发热量与产品的散热量达到相等时,则保持了热平衡状态[1],即 P =2Πf CU 2 tan ? 所以在相同的交流电压频率f 和电压U 以及电容C 下,电容器的散热性决定于介质损耗tan ?,所以电容器材料要求介电常数尽量高,而介质损耗尽量低。 2.2　高介电材料在电缆行业的应用电缆中间接头和终端的电场具有极不均匀性(如图1),由于高介电材料在外电场的作用下可以产生很强的与外电场方向相反的附加电场,附加电场的电场强度会随着外电场的增大而增大而具有非常好的均匀电场的作用。通过高介电材料可以明显改善电缆中间接头和终端电场的不均匀性[2],所以高介电材料在电缆接头和终端具有非常广泛的应用。同时,电缆接头和终端也要求散热性好,也要求介质损耗比较低。

风电叶片的发展历程

风电叶片的发展历程叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证机组正常稳定运行的决定因素。恶劣的环境和长期不停地运转，对叶片的要求有：比重轻且具有最佳的疲劳强度和机械性能，能经受暴风等极端恶劣条件和随机负荷的考验；叶片的弹性、旋转时的惯性及其振动频率特性曲线都正常，传递给整个发电系统的负荷稳定性好；耐腐蚀、紫外线照射和雷击的性能好；发电成本较低，维护费用最低。为满足上述要求，提高机组的经济性，叶片的尺寸增大可以改善风力发电的经济性，降低成本。叶片长度从1980年的4.5m发展到今天的61.5m，容量从当初的55kW发展到今天的5MW。1970年的风力机叶片主要有钢材、铝材或木材制成，今天选择的材料以E-玻纤增强塑料(GFRP)居多，目前已开始采用碳纤维复合材料(CFRP)，叶片材料的开发顺应了叶片大型化和轻量化的方向发展。叶片发展的几个阶段： 1）、木制叶片及布蒙皮叶片近代的微、小型风力发电机也有采用木制叶片的，但木制叶片不易做成扭曲型。大、中型风力发电机很少用木制叶片，采用木制叶片的也是用强度很好的整体木方做叶片纵梁来承担叶片在工作时所必须承担的力和弯矩。 2）、钢梁玻璃纤维蒙皮叶片叶片在近代采用钢管或D型型钢做纵梁，钢板做肋梁，内填泡沫塑料外覆玻璃钢蒙皮的结构形式，一般在大型风力发电机上使用。叶片纵梁的钢管及D型型钢从叶根至叶尖的截面应逐渐变小，以满足扭曲叶片的要求并减轻叶片重量，即做成等强度梁。 3）、铝合金等弦长挤压成型叶片用铝合金挤压成型的等弦长叶片易于制造，可连续生产，又可按设计要求的扭曲进行扭曲加工，叶根与轮毂连接的轴及法兰可通过焊接或螺栓连接来实现。铝合金叶片重量轻、易于加工，但不能做到从叶根至叶尖渐缩的叶片，因为目前世界各国尚未解决这种挤压工艺。 4）、玻璃钢叶片所谓玻璃钢(glass fiber reinforced plastic，简称GFRP)就是环氧树脂、不饱和树脂等塑料渗入长度不同的玻璃纤维或碳纤维而做成的增强塑料。增强塑料强度高、重量轻、耐老化，表面可再缠玻璃纤维及涂环氧树脂，其它部分填充泡沫塑料。玻璃纤维的质量还可以通过表面改性、上浆和涂覆加以改进。LM玻璃纤维公司现致力于开发长达54m的全玻纤叶片，其单位kWh成本较低。 5）、玻璃钢复合叶片上世纪末，世界工业发达国家的大、中型风力发电机产品的叶片，基本上采用型钢纵梁、夹层玻璃钢肋梁及叶根与轮毂连接用金属结构的复合材料做叶片。风力发电转子叶片用的材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯树脂、玻