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智能叶片-新理念:风力发电机叶片如何变得更轻ag亚游集团只为非 发布日期:2019-04-28 06:33 浏览量:

  由于风力分布不均匀,风力发电机的叶片在靠近地面和在风力发电机上部时会承受到摇摆不定的风力负荷,这增加了风力发电机调节的难度。当刮大风的时候,风力甚至会强到必须把风力发电设备关掉,以避免风力发电设备受到损伤。但是这样一来,风力发电设备的经济效益就很差,因为强劲的风力意味着获得更多的电力。理想状况是,叶片的几何形体能够适应所承受的不均匀风力载荷作用。

  为了实现这一目标,科研人员开发出了智能叶片技术:即通过根据风力情况对单个叶片做出调整的主动技术与被动技术。参与智能叶片技术开发的有德国FEVW、德国航天航空中心、德国弗劳恩霍夫风力与能源技术研究所以及德国欧登堡、不来梅和汉诺威等地大学的风能研究中心的科研人员。智能叶片项目的研究成果为风力发电设备的开发者和应用者们提供了崭新的技术与手段,从而可以为市场提供效率更高、成本更划算而且更为可靠的产品。

  如果刮大风时,风力发电机叶片受风力影响发生扭转,从而使得风在叶片上的作用面积变小,科研人员将这种现象称为弯曲-扭转耦合。由于弯曲仅由风力引起,所以可将受到这种现象影响的机构定义为被动机构。被动机构的优点在于叶片可以减少实心化从而可以造得更轻。

  科研人员对会影响到这种效果的两种方法进行了研究。首先对叶片镰刀型的形状进行了研究,其次则研究了叶片材料的特殊构造。后一种方法属于结构方案:在制作叶片的时候,将构成叶片的玻璃纤维按照设计方向进行铺设,使得叶片可以在不同风速下旋转并局部调节定位角。这两种方法都能够提高风力发电设备的输出电流。在未来的项目中,科研人员打算将用仿真技术检测过的机构装在早已设计好的示范叶片进行测试。

  科研人员研究的另一个方法是改变叶片后缘的主动机构,使得用户能够通过主动机构控制叶片所承受的空气动力载荷。科研人员对叶片自身能移动的后缘和固定的后缘襟翼进行了研究。这个方案源于航空领域,可以与飞机机翼的后缘相比较。研究证明:两种方法都能有效避免叶片载荷。不过,在固定的后缘襟翼中,需要清除可移动部件中的污物,由此带来的高额维护费用超过了设备本身的优势。研究人员计划未来在示范叶片上应用这种结构。

  科研人员也在研究是否能够通过改善叶片的前翼,以便于叶片更好地适应风力涡流变化,如果能做到这一点,那么在风力强劲的情况下,叶片可以得到最佳利用,从而产生更多的电力。自适应叶片前翼的优势在于前翼活动的反应速度,使得叶片能在进入涡流时对空气作用力做出快速反应。

  研究人员还对智能叶片技术的经济性进行了研究。通过在仿真试验中采用先进的参照系统将所有的研发成果与80米长的螺旋叶片进行比较,结果表明很多新的机构与装置会改善叶片效率。

  各种麻类植物居然可以变身风电叶片和飞机内饰材料,同济大学这个实验室的工作令人大开眼界。。。

  有数据统计显示,目前我国的盐碱地面积约为一亿公顷,而截至2009年底全国荒漠化土地面积达262.37万平方公里。这些土地只能是毫无价值吗?同济大学航空航天学院植物纤维增强复合材料实验室可以给出一个乐观的答案,那就是这些土地都是宝贝疙瘩,虽然这些区域不能种植农作物和经济作物,却能大面积地生长出麻类,比如苎麻、亚麻、黄麻、红麻等。而这些麻类进行高科技低成本的加工后可以制成各种功能材料,替代木材、玻璃钢等,成为一种纯天然的新能源,新兴的麻产业将为盐碱地和荒漠区域的经济发展注入活力。

  近年来,该实验室开展了一系列麻类材料的功能化研究。目前,实验室已经发表了SCI论文13篇,EI论文15篇,并申请2项发明专利,承担了国家973课题“生物质高性能复合材料的基础技术研究”、多项国家自然科学基金项目、上海市科委高性能轻量化复合材料汽车零部件开发与示范应用项目,以及美国波音公司国际合作项目等。

  走进实验室,几块板材映入眼帘,托起其中几块较小的,感觉沉甸甸的,仔细观察,发现这些板材有着特殊的植物纹路。而旁边一块大大的板材很像是轿车的车顶,抬起这个特殊的“车顶盖”,感觉却很轻盈。科研人员告诉记者,这些都是加工好的“苎麻”。可别小看了这种加工好的新材料制品,它们具有良好的吸声、隔热性能,阻燃、强度高、耐冲击、无脆性断裂,比木材和玻璃钢的性能还要好。而且相对质量比钢材轻40%左右,因而节能的空间也是巨大的。这些麻材料完全可以部分取代木材和玻璃钢成为房屋建造的屋顶和外墙材料、风力发电的叶片材料,以及车辆、飞机、轨道交通车厢的内饰材料等。可贵的是,它们还是绿色环保、无毒无害的材料。

  这些材料是怎样制备的呢?科研人员把麻先制成麻布,然后用环氧树脂等复合起来,最后在特定的模具中加热加压,一块块神奇的板材就出现了。该实验室的实验设备多种多样,有热压罐、热压机、挤出机、缠绕机、预浸机、排布机、紫外灯耐气候试验箱、材料万能试验机、DSC、DMA、流变仪、混响室、驻波管等,这些都为测试和提升麻纤维复合材料的性能而服务。比如紫外灯耐气候试验箱可以用来研究紫外条件下复合材料的性能变化,驻波管可以用来测试材料从50赫兹到10K赫兹的声学性能等;热压罐既可以把模具加热加压,还可以抽出其中的所有空气,提高材料的整体性能。

  实验室负责人李岩教授介绍说,目前该技术的产业化已经启动,在上海国际工业博览会展出后,昆山的汉达精密电子有限公司就主动与实验室洽谈合作,共同开发笔记本电脑的麻制外壳。实验室完全有能力根据厂商的需求,开发出一系列麻增强复合材料产品。

  除了麻材料的研究外,该实验室的科研人员还从事纳米改性复合材料的研究,比如用来解决碳纤维与塑料之间的结合问题。碳纤维是制造飞机的常用材料,其与高分子复合后一层层铺起来,固化后形成飞机的整体结构,但是如果两者没有结合好,其冲击负载不够,很容易在维修和飞行中遭到结构损伤,带来安全隐患。李岩说,目前实验室的任务是利用碳纳米管生长技术,使碳纳米管表面长出小小的树枝,促使碳纤维和塑料结合的强度更高。

  实验室还注重将各种复合材料的优势整合。据介绍,科研人员正在研究玻纤和碳纤维的各种编织形式,并把其转移到麻纤维上,试图找出一些新的适合于复合材料的麻纤维编织形式,使麻增强复合材料的性能更加优良。科研人员希望,有朝一日,低碳环保的麻纤维复合材料能够实现产业化,成为房屋的屋顶和外墙材料、风力发电的叶片材料,以及车辆、飞机、轨道交通等的内饰材料等,促进国内汽车、建筑等产业发展。而随着产业链的完善,也可以带动贫困地区麻类种植业、加工业等的发展。

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