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当叶片长度增加时,质量的增加要快于能量的提取,因为质量的增加和风叶长度的立方成正比,而风机产生的电能和风叶长度的平方成正比。同时随着叶片长度的增加,对增强材料的强度和刚度等性能提出了新的要求,玻璃纤维在大型复合材料叶片制造中逐渐显现出性能方面的不足。
为了保证在较大风载下叶尖不碰塔架,叶片必须具有足够的刚度。减轻叶片的质量,又要满足强度与刚度要求,有效的办法是采用碳纤维夹心泡沫增强。由于现有材料不能很好满足大功率风力发电装置的需求,玻璃纤维复合材料性能已经趋于极限,因此在发展更大功率风力发电装置和更长转子叶片时,采用性能更好的碳纤维复合材料势在必行。
当风力机超过3MW、叶片长度超过40m时,叶片制造时采用碳纤维已成为必要的选择。事实上,当叶片超过一定尺寸后,碳纤维叶片反而比玻璃纤维叶片便宜,因为材料用量、劳动力、运输和安装成本等都下降了。由于碳纤维比玻璃纤维昂贵,采用百分之百的碳纤维制造叶片从成本上来说是不合算的。
目前国外碳纤维主要是和玻璃纤维混和使用,碳纤维只是用在一些关键的部分。碳纤维在叶片中应用的主要部位有:横梁,尤其是横梁盖。前后边缘,除了提高刚度和降低质量外,还起到避免雷击对叶片造成损伤的作用。叶片的表面,采用具有高强度特性的碳纤维片材。
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