אנרגיית הרוח היא עמוד קריטי של המעבר העולמי לחשמל פחמן נמוך.בלב של כל טורבינות מודרנית שוכנת הלהבים - מבנים מנדסיים, בדיוק ממונדסים כי צריך ללכוד אנרגיה רוח ביעילות בעוד עשרות שנים של עייפות, עומסים ושחיקה סביבתית.החומרים המשמשים לייצור להבים אלה משפיעים ישירות על ביצועים, עלות ועל עקבות סביבתיות.

התפתחותו של Wind Turbine Blade Materials

להבים טורבינות רוח מוקדמת נבנו מעץ, פלדה או אלומיניום, אבל חומרים אלה הגיעו במהירות לגבולות יחס משקל עד משקל והתנגדות עייפות.התעשייה עברה לתרכובות פולימרים מאומצות בסיבים, בעיקר סיבים (זכוכית-פיבר מחזקת את פוליסטר או epoxy) בשל עלות נמוכה וביצועים נאותים עבור טורבינות קטנות יותר.

להבים מודרניים בנויים בדרך כלל כמבנים כריכים עם ליבה (לעתים קרובות balsa או קצף) בין עור מורכב. העורים נושאים עומסים מתפתלים, וכאן כי בדים aramid משולבים יותר ויותר - או כמו palone ply או היברידי עם זכוכית או פחמן כדי לייעל ביצועים ועלות.ה התוצאה היא להב כי שמירה על צורה אווירודינמית טובה יותר, סובל פחות, מנס, ומופעים יותר מהתנגדות או מהתנגדות או מהתנגדות או מערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערערער.

מה הם סיבים ramid?

סיבים ארמייד הם סוג של סיבים סינתטיים בעלי ביצועים גבוהים שמקורם פולימידים ארומטיים.השם "aramid" הוא פורטמנדו של "פולימידומטי" (שני הסוגים העיקריים הם para-aramids (למשל, Kevlar, Twaron) ומטא-aramids (למשל, Nomex) פרברים יש את השרשראות המולקולריות שלהם לאורך רוחב גבוהה, 000, 000, 000 קליברה, 000, 000 חזק, 000 חזק, 000 חום, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חום, 000 חזק, 000 חזק, 000 קליברה, 000 קליברה, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 קליברלכות חום גבוה, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 קליברה, 000 קליברה, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 חזק, 000 קליברה, 000 חזק, 000 קליברה, 000 חזק, 000 קליברה, 000 קליברה, 000 קליבר

עבור להבים טורבינות רוח, סיבים פר-ארמיד הם הסוג הרלוונטי.יש להם צפיפות של כ-1.44 גרם / CM3 - הרבה יותר קל מאשר סיבים / 2.5 g / ס"מ3) והשוואה סיבים פחמן (~1.6 גרם / 3).החוזק הספציפי שלהם (יחס סטרנג-למשקל) הוא בין הגבוהים ביותר של כל סיבים רצופים.

תכונות עיקריות של Aramid סיבים טבילה ל- Wind Blades

  • (ב) ,0) ,Low צפיפותFLT:1 , מפחית את מסת הלהב, מורידה את העומסים של עייפות כבידה ומאפשרת להבים ארוכים יותר ללא חיזוק המגדל.
  • (ב) ,0) , עצמת מילואים גבוהה (ב) , אספקת יכולת גבוהה יותר של עומס על משקל יחידה.
  • (ב) [15] ,0) ,התגובות של עייפות (FLT) 1 - סיבים שומרים על שלמות מעל מיליוני מחזורי עומס.
  • (ב) [ה]השפעת גבוהה על התנגדות ל"ד" 1] – נטייה מונעת נזק קטסטרופלי מתקיפות ציפורים, ברד או הלם מושרה ברק.
  • (ב) [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]
  • (ב) ,0) קורוזיה והתנגדות כימית 1 (FLT:1 ), בלאדס לעמוד ברסס מלח, השפלה UV ולחות ללא אובדן משמעותי של נכסים.

מאפיינים אלה הופכים סיבים aramid מתאים טבעי לסביבה המכנית התובענית של להב טורבינות רוח.

שילוב ייצור: כיצד משמשים סיביים של ארמידי בייצור Blade

ייצור בדל בדרך כלל עוקב אחר כף יד רטובה עבור להבים קטנים יותר או וואקום-מרוצה להעביר עובש (VARTM) עבור אלה גדולים יותר. בשני התהליכים, בדים סיבים יבשים מוערמים בתבנית, ו resin הוא מבולבל תחת שואבי Aramid זמינים כמו בדים ארוגים, שמיכות חד-צדדיות, ו un-crimp. הם לעתים קרובות ממוקמים מאוד כמו רצועות, כמו רצועות, כמו רצועות, כמו רצועות.

ההיברידיות עם זכוכית ופחמן

ברוב להבים מסחריים, ארמידי אינו בשימוש לבד אך היברידית.אדריכלות נפוצה משתמשת בחומר פחמן או חד-צדדי זכוכית בכובעי הספאר (כאשר נוקשות היא קריטית) ושכבות aramid על פני השטח הלהבים וברשת Shear. סידור זה מקטין את ההשפעה של aramid ועייפות במידת הצורך בשליטה עלות ההיברידית גם מפחיתה את הסיכון של רכיבי מתכת, כאשר מערכת פחמן או קרישה יכול להתרחש.

תאימות ותהליכים

סיבים aramid להתחבר היטב עם epoxy ו פוליסטר resins, למרות טיפול פני השטח עשוי להיות נדרש כדי לייעל את הדבקות. הסיבים יש צבע טבעי זהב-yellow צבע, אשר יכול לשמש לבדיקה חזותית של היערכות במהלך השכבות. במהלך היתוך, בדים aramid יש יכולת טובה, המאפשר זרימת אחיד.

מחקר מקרה: פרוטסטנטים ובגידה לשיפור

(ו) , יצרנית טורבינות מובילה, מיושמת דו"ח פורץ דרך מופקד במספר מודלים להב כדי להפחית את הכריתה ואת השחיקה קצה.על פי FLT:0Composites World ReportFLT:1, אלה מכניסים לירידה במשקל ב 15% בהשוואה לתכנון זכוכית בלבד תוך הרחבת החיים ב -30% במבחנים מואצים.

יתרונות סביבתיים וקיימות

התפקיד של סיבים אנרמיים בייצור להב של טורבינות רוח בר קיימא הוא רב פנים.קיימות באנרגיה רוח מעבר רק לייצר חשמל נקי - זה חייב גם למזער את טביעת הרגל הסביבתית של ייצור, תחבורה, תפעול, וניהול מקצה החיים.

הקטנת Mass פירושה פחמן נמוך יותר

להב בהיר יותר צורך פחות חומר הכולל.מכיוון סיבים ארמונים חזקים, מדלנים ניתן להשתמש, להפחית את נפח של רזין וסיבים הדרושים.זה מוריד ישירות את פליטות האנרגיה המגולמת הפחמן הדו חמצני הקשורות למיצוי חומרי גלם ועיבוד. A Lifecycle Assessment (LCA) השווה להבים חד-מדומים ללהבים שווים, שפורסמו על ידי LT% 5 ל-FD.

תחבורה וחיסכון מתקנים

להבים ארוכים יותר דורשים תחבורה מיוחדת ו הרמת ערניים כבדות יותר.Aramid-reinforced להבים, להיות בהיר יותר, להפחית את צריכת הדלק במהלך תחבורה ומאפשר שימוש של ערניים קטנות יותר, אשר בתורו דורש פחות קונקרטי עבור יסודות שלהם.על שרשרת האספקה כולה, תרכובת חיסכון אלה.יתר כן, להבים קלים יותר לכפות עומסי כבידה נמוכים על בסיס המגדל, ומאפשרים עקבות רדודים - קיימות אחרת.

יציבות וארוכותיות

להבים טורבינות רוח נועדו במשך 20-25 שנים של שירות, אבל כישלונות מוקדמים עקב עייפות, שחיקה קצה או השפעה נפוצים. סיבי Aramid לשפר באופן דרמטי את הסובלנות.לדוגמה, תרכובות aramid מציגות מה שמכונה "השמדה עצמית" במיקרו-דרג תחת תנאי טעינה מסוימים עקב ניידות מולקולרית שלהם; הם יכולים לסבול מיקרו-מפרס ללא התפשטות קטסטרופלית.

סוף-סוף של שיקולים

[המחזור] של בודה נותר קשה כי ריצינים תרמוסט לא ניתן להחזיר אותם בקלות רבה יותר מאשר סיבים ramid מציעים כמה יתרונות.הם יכולים להיות התאוששו מלהבים ממוחזרים דרך pyrolysis או solvolysis יותר בקלות מאשר סיבים זכוכית כי הטמפרטורה התרמית שלהם הוא גבוה יותר.comcovered abladeid סיבים לשמור אחוז גבוה יותר של כוחם המקורי בהשוואה לסיבים ממוחזרים, כגון LTFreationerationerre, כמו החלמה של venirid, 000 החלמה של LTErams, 000 , כמו החלמה של החלמה גבוהה יותר של .

השוואות עם Alternativefi Systems

כדי להבין את התפקיד של ארמייד, יש לשקול אותו נגד חלופות עיקריות: זכוכית וסיבים פחמן.

זכוכית סיבים

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1 (ב) מחיר נמוך מאוד, זמין באופן נרחב, כוח דחיסה טוב, קל לעבד.
  • (ב) ⁇ :0) ,(ב) , דחיסות גבוהה, קשיחות נמוכה יותר, עמידות לעייפות ירודה תחת עומסי מחזור גבוהים, להבים כבדים יותר.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : 1 (ב) ⁇ אנרגיה גבוהה ל ק"ג, אך זול לייצר; מחזור הוא מאתגר כמו סיבי זכוכית במהירות.

פחמן סיבים

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1:1 , נוקשות גבוהה מאוד וכוח, צפיפות נמוכה ביותר בין סיבים מבניים, מעולה עבור להבים ארוכים מאוד (90 מ'+).
  • (FLT:0)Cons:cioFLT:1 [המחיר הגבוה] (5-10× זכוכית), כישלון מתפתל, דאגות קורוזיות גליוניות עם מתכת, מורכבות עיבוד גבוהה יותר.
  • (FLT:0) קיימות: 1FLT גבוה מגלם פחמן בשל ייצור אנרגיה רגיש, אך פליטות חיים נמוכות יותר אם הפחתת הלהבות גדולה.

המונחים:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ 1 (ב) , צפיפות נמוכה מאוד, קשיחות גבוהה, השפעה מעולה והתנגדות עייפות, רטט לחות, בידוד חשמלי.
  • (FLT:0)Cons:ureFLT:1) כוח דחוס נמוך יותר מאשר פחמן, נוקשות בינונית (נמוכה יותר מפחמן, גבוה יותר מזכוכית), רגישות לחות, עלייה מתונה יותר מאשר זכוכית.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

עבור להבים תת- 60 מ', מערכות היברידיות חד-משמעיות יכולות להשיג ביצועים קרובים לפחמן בשבריר מהעלות. מעל 70 מ', פחמן הופך הכרחי לנוקשות, אך ארמידי עדיין יכול לשמש ב plies מסוימות להתנגדות השפעה.לכן, ארמאיד אינו תחליף לפחמן או לזכוכית, אלא מאפשר אופטימיזציה, עלות, עיצוב בר-קיימא.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות שלה, אימוץ סיבים ramid עומד בפני מכשולים מעשיים:

  • (FLT:0) חולשה מדכאת: 1FLT:1 סיבים ארמיים יש כוח דחיס נמוך יותר מאשר זכוכית או פחמן, כלומר הם משמשים ביותר באזורים ממוחים (למשל, פרצופים להב) ולא בכובעי דחיסה ספאר.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : ⁇ (ב) 1FLT:1 יכול אברם לקלוט עד 4% ממשקלו במים, אשר יכול לגרום לשינויים ממדיים ולצמצם את התכונות המורכבות אם לא יבש או אטום כראוי.
  • (FLT:0)UV השפלה:FLT:1 כמו פולימרים רבים, סיבים ramid מחלחלים תחת חשיפה אולטרה סגולה ממושכת.ביישומים להב, מעילי ג'ל או צבע להגן על פני השטח, אבל הנזק לציפוי יכול לחשוף aramid, המוביל לאובדן של תכונות.
  • (FLT:0) Cost:BuildFLT:1 , Aramid הוא בדרך כלל 3-5 פעמים העלות של E-glass עבור קילוגרם. עם זאת, כאשר בהתחשב ירידה במשקל ושיפור עמידות, העלייה הכוללת של הלהב היא לעתים קרובות רק 5 עד 10%, אשר הוא מסתכם על ידי עלויות מחזור חיים נמוכות יותר.

מאמצי המחקר נמצאים בעיצומו כדי להתמודד עם מגבלות אלה, כולל ציפויי פני השטח כדי להפחית את צריכת הלחות ואת שכבת ההיברידית הריצוף כדי לשפר ביצועים דחוסים.

עתיד Outlook וחדשנות

השימוש בסיבים אנרמיים בלהבות טורבינות רוח הוא פוד לצמיחה.כמה מגמות מצביעות על אימוץ מורחב:

המונחים: aramid סיבים

Teijin ו DuPont מפתחים ציונים חדשים עם כוח דחיס גבוה יותר וקליטת לחות נמוכה יותר.לדוגמה, Technora, copolyamide aramid, מציעה יציבות ממדית משופרת.ההתקדמות הזו תאפשר aramid לשמש בחלקים תובעניים יותר מבני של להב.

המונחים: Automated fiberment

מערכות השכבות הרובוטיות הופכות לסטנדרט במפעלי להב עבור רכיבים גדולים.Aramid towpregs (המוגדרות מראש עם רזין) יכולות להיות מוצבות כעת עם מכונות אוטומטיות של עיכובי קלט, הגדלת מהירות הייצור וצמצום הפסולת.

המונחים: bio-based aramid Pre ⁇ s

קיימות מתרחבת לסיבים עצמם.חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים בוחנים מונומרים ארומטיים המבוססים על ביולוגית שמקורם ב- lignin או במזונות מתחדשים אחרים.עבודות בשלבים המוקדמים ב-FLT:0U.S המחלקה לאנרגיהFLT:1 מצביע על כך כי aramids המבוססים על ביולוגית חלקית יכולים להפחית את טביעת הרגל פחמן של סיבים עד 30–50%.

ארכיון תגיות: Thermoplastic Blades

יש דחיפה חזקה כלפי רסטין תרמופלסט (למשל, אליום על ידי ארכימה) שניתן למחזר. סיבי ארמידי תואמים עם מזחלות תרמופלסט, ואת השילוב של aramid ותרמופלסט עשוי לייצר להבים מיחזור מלא. להבים טייסים באמצעות מערכת זו כבר כבר הוצבו בחוות רוח offshore.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

תכונות בידוד חשמלי של ארמייד הופכות אותו למצע אידיאלי עבור חיישנים סיבים אופטיים או עקבות התנהגותיים עבור ניטור בריאות מבני.זה יכול לאפשר להבים לדווח על נזק בזמן אמת, המאפשר תחזוקה חיזוי והמשך הרחבה חיים - שוב להגביר את הקיימות.

מסקנה

סיבים ארמיים חתכו נישה ייחודית ובעלת ערך בייצור להבים מודרניים של טורבינות רוח.שילוב שלהם במשקל נמוך, כוח גבוה, עייפות יוצאת דופן והתנגדות השפעה, והתאמה עם חשיבה בת קיימא מחזור החיים הופך אותם לחומר חיוני לדור הבא של טורבינות יעילות יותר, בעוד לא כדור כסף שמשתחל זכוכית או פחמן, ארמידי משמש כגורם היברידי אסטרטגי שמשפר את הביצועים מבניים ללא עלות צמיחה, כמו גם עלות תחרותיות משחק.