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作者介绍:周宏,男,1963年生,教授级高级工程师,长期致力于对位芳纶基单兵作战防护装备技术研究工作,以及国产高性能纤维技术发展战略研究。
本文节选自微信公众号“新材料视界”(ID:gh_fb05b2fafba6) 文章《碳纤维的十六个主要应用领域及近期技术进展》。
CFRP作为风电叶片的增强结构
风能是最具成本优势的可再生能源,风能发电在近10年来已取得飞速发展。截至2016年5月,全球风电装机容量已近4 270亿MW(表1)。并据预测,2020年前,新增风电装机能力将按25%的年增长率递增;到2020年,风力发电量将占世界总发电量的11.81%。
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图17 叶片直径的增长过程
叶轮直径的增加对叶片的质量及抗拉强力提出了更轻、更高的要求。CFRP是制造大型叶片的关键材料,其可弥补玻璃纤维复合材料(GFRP)的性能不足。但长期以来,出于成本因素,CFRP在叶片制造中只被用于樑帽、叶根、叶尖和蒙皮等关键部位。近年,随着碳纤维价格稳中有降,加之叶片长度进一步加长,CFRP的应用部位增加,用量也有较大提升。2014年,中材科技风电叶片股份有限公司成功研制出国内最长的6 MW风机叶片,该叶片全长77.7 m、质量28 t,其中主梁由5 t的国产CFRP制成。如采用GFRP设计,则该叶片质量将约达36 t(图18)。
图18 6 MW风机叶片加工与试验现场(中材科技风电叶片股份有限公司研制)
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