風能技術(shù)越來越依賴于塑料加工和設計技術(shù)。塑料零部件廣泛應用于風力發(fā)電的所有主要部門，用以實現(xiàn)以下目標：
減重
延長使用壽命
降低成本
提前設計并提供設計靈活性
最大限度地提高生產(chǎn)力和安全性
在葉片制造和服務方面的加工發(fā)展迅速。例如，模塊化葉片的設計和制造是一個很好的起點。
風力機發(fā)展的主要動力是發(fā)電和成本。在設計、材料或施工方法不變的情況下，葉片長度與渦輪轉(zhuǎn)子直徑的平方成正比，葉片質(zhì)量與葉片直徑的立方體成正比，產(chǎn)生的功率隨葉片長度的增加而增大。
因此，更長、更重的葉片極大地增加了渦輪/塔式系統(tǒng)的運輸和安裝難度以及質(zhì)量/成本。工程上的挑戰(zhàn)是開發(fā)一種更長的風力渦輪機葉片，它將在不增加葉片重量、渦輪機負載或風電場現(xiàn)場運輸和組裝費用的情況下輸出更多的功率。
Gamesa通過一種設計方案解決了這一挑戰(zhàn)，設計了一個用可靠的螺栓連接和專有結(jié)構(gòu)概念組裝的分段葉片，使用了優(yōu)化的復合材料、工藝和自動化，使其重量減少了25%。
分段風力機葉片設計
Gamesa的G 128 5兆瓦渦輪機安裝了一個商業(yè)的分段復合葉片。葉片分割，使定制的內(nèi)部和舷外剖面長度和形狀，每個風電場網(wǎng)站都有獨特的風力條件。
分段葉片部分可以在標準的90英尺平板卡車上運輸。標準的100米轉(zhuǎn)子需要專門運輸葉片的卡車，這些卡車要貴得多。直徑117米的轉(zhuǎn)子正在挑戰(zhàn)將它們輸送到風電場的極限。
Gamesa葉片的重量比在標準100米轉(zhuǎn)子上使用的葉片輕，而且由于碳纖維的使用，安裝起來就像在2兆瓦系統(tǒng)中使用的短得多的葉片一樣容易安裝。G 128使用玻璃和碳纖維，巴爾薩芯和專有的新的多面板內(nèi)部結(jié)構(gòu)概念，以優(yōu)化葉片的重量分配。
減重和內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合，使直徑超過100米的轉(zhuǎn)子葉片重量從平均每片20公噸降至15公噸，即減重25%。
當葉片在運行時，它必須看作為一個整體的葉片，有一個連續(xù)的彎曲和沒有平坦的斑點，以避免破壞空氣動力學和負荷。節(jié)段使用接頭內(nèi)的插入螺栓連接。這些刀片是金屬的，并在葉片層壓板結(jié)合，使他們形成一個雙搭剪接頭，被航空航天業(yè)界認為是粘合連接在復合材料結(jié)構(gòu)里最強烈的選擇之一。
螺栓固定后，金屬外整流罩覆蓋并保護接頭的金屬部件，并提供整個接頭的平穩(wěn)過渡。Gamesa聲稱，它的聯(lián)合和裝配設計實現(xiàn)了低成本，使運輸與標準設備使用的2兆瓦渦輪機相同。這一聯(lián)合使用增加了約10%的刀片成本，但這一增加被運輸節(jié)省所抵消。
金屬配件被粘在每個葉片段的斯帕爾層壓板上，然后螺栓連接到這兩個部分。
送至風電場的葉片段等待裝配。
在其他地方，Enercon公司也在其最強大的機器使用分段刀片，而葉片動力公司也在開發(fā)分段刀片。Enercon公司的2.5MW E-115渦輪機采用了新一代的、減輕負荷的分段轉(zhuǎn)子葉片，包括兩個玻璃纖維增強環(huán)氧截面，由橫截面螺栓和縱向螺栓連接。他們的更大的E-126渦輪機安裝了分段葉片，但內(nèi)部截面為鋼。
從維修的角度來看，風力刀片廠的修復工作仍在繼續(xù)。在過去五年里，由于診斷工具、材料、設備和技術(shù)培訓的改進，在實地修理風力渦輪機葉片的技術(shù)取得了重大進展，但現(xiàn)場修理仍有局限性。
葉片經(jīng)常受到損壞，超出了現(xiàn)場維修人員經(jīng)濟或安全地恢復到最佳工作條件的能力。MFG能源服務公司為風能運營商提供的一種新的服務方案延長了受損嚴重的風力渦輪機葉片的壽命。
工廠修復和修復——一種新的替代現(xiàn)場修復正在成功地延長刀片生產(chǎn)壽命和價值。在工廠里，即使是嚴重損壞的葉片也有可能恢復到“新的”狀態(tài)。
工廠的維修是在一個清潔的，可控制的環(huán)境中，在一定的溫度，以確保塑料樹脂和材料正確地固化。當葉片可以就地修復時，工廠服務通常不是最佳的解決方案。
MFG能源服務
風力發(fā)電機災難性損壞(左)和工廠修復(右)。
對從現(xiàn)場到工廠的運輸進行徹底的成本分析，對照動員維修團隊的費用、實地工作的風險/限制以及刀片的預計壽命延長，往往是支持工廠維修的理由。北美的風力葉片供應商正在尋求為所有風能復合材料提供所需的售后產(chǎn)品和服務——從葉片到彈丸到紡紗機。
風電場業(yè)主正將先前分配給農(nóng)場擴建的資金轉(zhuǎn)用于改善和維護老化船隊的項目，預計這些項目對前沿維修、防侵蝕措施和更新或修復的雷電系統(tǒng)有很強的需求。
在受控制的工廠環(huán)境中進行的整修，在修復之前可以對刀片進行徹底檢查，這往往比現(xiàn)場修理更加一致和可預測。此外，額外的改進，包括葉片保護，延長功能，雷電系統(tǒng)可以有效地增加安全和成本。
最后，在仿真與監(jiān)控技術(shù)前沿，軟件開發(fā)對風力機葉片優(yōu)化設計的研究進展迅速。隨著越來越長的時間，風力渦輪機葉片需要更硬和更輕，以避免裂紋從疲勞載荷。
目前正在設計軟件，以解決新出現(xiàn)的復合風力機葉片的空氣動力學、結(jié)構(gòu)建模和優(yōu)化問題。需要先進的能力來生成高的形狀質(zhì)量，即一套強大而完整的建模能力，包括逼真和快速的質(zhì)量分析工具，以及形狀優(yōu)化。
為航空航天和能源復合材料及其他先進材料提供高效、高保真建模軟件的AnalySwift公司與Altran合作，發(fā)布了Altran公司即將發(fā)布的用于復合風力機葉片初步設計的優(yōu)化代碼。Altran的程序，一個通用的工具，是基于空氣動力學和結(jié)構(gòu)計算，并將包括一個優(yōu)化循環(huán)，以修改結(jié)構(gòu)的預設計，并允許模擬更復雜的場景，以改善設計。
AnalySwift的VABs/PreVABS軟件將與Altran的代碼進行接口和補充。VAB(現(xiàn)在3.7版中)能夠?qū)碗s的復合細長結(jié)構(gòu)(通常稱為梁)進行嚴格的建模，例如風力渦輪機葉片。
VBS和PreVABS軟件體系結(jié)構(gòu)協(xié)議。
由于它的多功能性，VABS可以模擬任何形狀的梁和各種各樣的材料。具有復雜微結(jié)構(gòu)的實際結(jié)構(gòu)，如數(shù)百層復合轉(zhuǎn)子葉片，可以進行設計和分析。分析可以很容易地被筆記本電腦處理，分析時間通常從幾個小時縮短到幾秒鐘。（文章來源于網(wǎng)絡）
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