风电叶片碳纤维复合材料应用探微论文
1、风力发电技术的发展现状 在现阶段发电部门重点研究的技术中，风力发电是其中的重要组成，在环保和经济领域，风力发电技术发挥了至关重要作用，其未来的发展也将不可限量。在运用风力进行发电时，离不开风能和风电叶片的运用，在风电机的组成部分中，叶片是非常重要的部分，其与众多领域都有着密切联系，叶片的优化能够提升电能的转化效率。通常情况下，叶片长度与风机功率为正比例关系，为了实现风机功率的提高，设计人员在对叶片进行设计时，会增加其长度，同时，也加大了叶片重量。为了促进风力发电技术的良好发展，在加大叶片长度时，还应当对叶片制作成本进行控制，实现制作成本的降低。
2、风电叶片碳纤维复合材料的应用 2.1 主梁帽
现阶段，对于风机叶片来说，主梁帽是碳纤维最主要的应用部位，通过运用GFRP主梁帽，能够有效提升叶片钢度，与此同时，能够实现叶片重量的明显降低。根据国外有关专利及研究的相关报道，在叶片主梁帽的局部位置中，部分企业能够对碳纤维进行运用。2004年，在GEC设计的50m的风电叶片中，50%总长度的叶片主梁帽是由CFRP组成的，与全GFRP的风电叶片相比较，关于叶片主梁帽的厚度方面，减少了将近一半，关于叶片的重量方面，由9790kg下降到8236kg，减少了16%的重量，在叶根部位处，重力诱导弯矩缩减了26%。在这样的结构内，从全玻璃纤维过渡到全碳纤维复合材料的'过程中则需要注意做好应变和刚度的优化，过渡区材料匹配问题。
2.2 蒙皮表面
在整个蒙皮表面都可以运用的碳纤维，能够将内支撑梁上的受力与扭矩作用进行减少，利用相关的设计工作，“材料诱导式”的叶片受灾扭曲耦合就能够完成。根据NEG麦康公司的有关专利报道，在对叶片蒙皮横截面外部圆周的薄层进行加固时，60%～85%的叶片总长度都是用CFRP条来进行加固的，利用这个薄层，能够将蒙皮抵抗拉力和压力性能进行显著提升。此外，根据其他相关专利报道，在对叶片迎风面锰铁进行制作时，全部采用GFRP来完成，在对主要承受压缩荷载的背风面蒙皮进行制作时，则是通过运用碳纤维或玻璃纤维复合材料来完成。
2.3 叶片根部
在对叶片根部位置进行制作时，通过运用碳纤维材料能够起到两方面作用，一方面关于根部材料的锻炼强度和承载强度方面，能够明显提升根部材料的锻炼强度和承载强度，明显降低施加在螺栓上的动态载荷性能，另一方面能够使叶跟法蘭处的螺栓数量增多，有利于巩固叶片与轮毂连接处的性能，能够将该连接处静态强度和疲劳强度进行提升。
2.4 叶片前后缘防雷系统
根据国外有关专利的相关报道，在叶片前缘及后缘位置处，利用碳纤维来进行制作，通过碳纤维会对叶片刚度和叶片质量产生一定影响，能够将叶片高度进行明显提升，与此同时，也能够将叶片质量进行降低，除此之外，经过特殊的设计工作，还具备一些特殊性能，能够对叶片起到很好保护作用，通过特殊设计工作的开展，能够使叶片高效避免雷击损伤，避免雷击对叶片性能进行破坏，能够使叶片的相关性能得到很好保障。
2.5 靠近叶尖部分
根据LM公司有关专利的相关报道，在25%至50%的整体叶片长度，也就是靠近叶尖的部分中，在对这个部分进行制作时，通过利用CFRP来完成，在叶根部位的临近处，则是通过利用GFRP来制作完成，在中间过渡区域中，通过GFRP来逐步取代CFRP。利用CFRP来对临近叶尖位置处进行制作，其具有较少重量，可以利用比较少的材料，对叶根临近部位进行制作，这样能够将轮毂上的负载性能进行降低。除此之外，在具有较大高度的叶尖位置处，可以对其采取相关减小方法与措施，这样可以使叶片振动方向和强度得到保证，当叶片出现偏振状况时，特别是偏振情况比较强烈时，在很大程度上，能够导致叶片尖部对杆塔位置进行击打，一旦出现这种情况，就会对机械设备和人员安全问题产生威胁。在相对较低刚度的叶根位置上以及相对比较硬的叶尖部位处，就会促进偏斜形状形成，这样就能够提升气动阻尼，通过气动阻尼的不断增加，能够将气动载荷性能进行降低。此外，利用中间过渡区域，能够使CFRP与GFRP中间刚度突发变化，而造成的应力集中情况得到很好避免。
3、结语
风力发电机已经日渐成为电力行业发展的重点研究项目，通过风能进行发电则可以对能源予以利用，并到达更好的电能发电效果。将碳纤维复合材料应用到风电叶片设计之中，不仅能够增加风机的功率，而且能够增加减小叶片碰撞塔架的概率，对于发电效果的优化和提升具有重要影响。相关人员还要就此方面予以深入研究，让碳纤维复合材料的应用成为风电叶片设计常态，让我国的风力发电事业得以长足发展。
参考文献：
[1]李奇辉，刘向阳，房晓斌.碳纤维复合材料的应用现状及我国碳纤维工业的发展方向[J].价值工程，2016（17）：113-115.
[2]常燕，王兆增，崔元胜，安运成，徐秋红，仪海霞，高阳峰，聂锡铭.风电叶片复合材料的研究进展及其应用[J].工程塑料应用，2014（04）：135-139.
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