纺织导报-多轴向经编针织物在风力发电中的应用.pdf
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1、针烈覆木lK n i t t i n gT e c h n o l o g y f 章探讨了多轴向经编针织物的结构和性能同时结合风力发电叶片的结构,指出把多轴向经编针 夕织物用于风力发电叶片上的优势,最后阐述了风力发电叶片材料的发展方向。 T h es t r u c t u r ea n dp e r f o r m a n c eo fm u l t i a x i a lw a r pk n i t t e df a b r i cw e r ed i s c u s s e di nt h i sa r t i c l e C o m b i n e dw i t h t h es t
2、 r u c t u r eo fw i n dt u r b i n eb l a d e ,t h ea u t h o r sp o i n t e do u tt h ea d v a n t a g e so fu s i n gm u l t i a x i a lw a r pk n i t t e d f a b r i c ,a n dt i n a ll ye x p o u n d e dt h ed e v e l o p i n gt r e n do fm a t e r i a l sf o rw i n dt u r b i n eb l a d e 多轴向经编
3、针织物在风力发电中的应用 A p p l i c a t i o n0 fM u l t i - a x i a IW a r pK n i t t e dF a b r i ci nW i n dP o w e rG e n e r a t i o n 目前发达国家生产的风力发电叶片正朝着大型化、轻 质化的方向发展,传统的材料已不能满足要求,多轴向经编 针织物以其高强高模轻质的特点,成为制作叶片蒙皮的最 佳载体。 1 多轴向经编针织物 1 1 结构和性能 多轴向经编技术是一种新型的多头衬纬编织技术。利 用这种技术,平行、伸直、无卷曲的纱线垂直或以所需的角 度被引入织物结构中,实现最有效的结构
4、预设计定向增强。 多轴向经编针织物具有尺寸稳定、延伸率较小等特点,能够 更合理地利用材料中每一个组成部分的优良性能。以针织 经编结构为增强骨架的复合材料以其结构的多样性、性能 的综合性、形态的可设计性、良好的成型性和渗透性在产业 用领域已受到广泛的重视。 多轴向经编针织物是在0 。、9 0 。和9 方向上按照尽可 能多的层数衬有增强纱线,最多可衬入7 层纱线,日可在0 9 0 。内变化,增强纱线层由一个绑缚系统组合在一起。0 。、 9 0 。、5 :4 5 。这种增强纱的组合形式是性价比最高的一个组 合,4 组衬纱平行伸直排列形成4 个衬纱层,再由编链或经 平组织连接起来。图1 所示为由编链组
5、织连接的四轴向经 编增强织物的示意图。 I 作者简介:李丽娟,女,1 9 8 5 年生,硕士,从事多轴向经缡针织物的 I 研究,江南大学纺织服装学院。 6 8 文李丽娟蒋高明缪旭红 图1 四轴向经编增强织物结构示意图 1 2 用于风力发电叶片的多轴向经编针织物 由于风力发电叶片蒙皮的各个部位的受力特点和大小 不同,因此双轴向、三轴向、四轴向经编针织物在风力发电 叶片上都有应用。其中双轴向经编针织物常采用的衬入纱线 的衬入角度为0 。9 0 。、4 5 。- 4 5 。两种组合,因为只有两层衬 入纱线,又要求获得一定的强力,所以一般都采用满穿的形 式。0 。9 0 。的组合可以用编链或者经平连接
6、起来,一4 5 。4 5 。 这种组合一般只采用编链组织连接;对于强力等各个方面性 能要求较高的部位就要采用三轴向和四轴向织物。常用的三 轴向织物的衬入纱线的衬入角度为一4 5 。4 5 。0 。,用于风 力发电叶片的四轴向织物的衬纱常用的组合形式是0 。4 5 。 9 0 。一4 5 。,此时可根据需要对衬入纱线的穿纱形式进行适当 的调节,然后可由编链或者经平组织进行连接组成整体。一 般增强纱线为20 0 0 40 0 0d t e x 左右,多采用玻璃纤维, 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 5 万方数据 PDF Waterm
7、ark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 碳纤维,绑缚纱一般在7 6 1 5 0d t e x 左右,常采用高强涤 纶。 增强材料中的每层纱线是严格平行的,因此具有准各 向同性特点,铺设性和预成型性也都很好,能够充分利用纱 线的性能,使得织物具有较高的拉伸强力,又因为当对其进 行撕裂时,其平行排列的纱线层会产生集聚现象,因此织物 还具有很高的撕裂强力。 在这种结构中还可以和短切毡、泡沫复合,并且所形成 复合材料的纤维含量较高,有利于树脂充分浸润,形成结构 和性能均匀的复合材料叶片,另外由
8、于增强层中增强纱线都 具有很高的强力,经过树脂整理后,最终制得的增强复合材 料具有很好的抗冲击能力。 用于风力发电叶片的多轴向经编针织物,其克重一般 在6 0 0g m 2 左右,各层衬入纱线所占的比重基本相当。除非 对某一方向性能要求特别高时,会加大此方向衬纱的铺设 量,而编织纱即上述所说的编链或经平组织的克重一般占 总量的1 左右,若在此结构中与短切毡、泡沫复合,那么 这些复合物的重量一般占总重的2 0 左右。 1 3 生产机型 多轴向经编机主要是由铺纬机构和成圈机构两部分 组成,铺纬机构与成圈机构之间紧密配合从而形成了多轴 向经编针织物。目前世界上采用的多轴向经编机主要是德 国L i b
9、 a 公司的C o p c e n t r aM u l t i A x i a l 经编机币I K a f lM a y e r ( 卡尔迈耶) 公司生产的M U L T I A X I A L 多轴向经编机。 国内常州润源率先研制开发的R C D l 型多轴向经编机, 是国内首台自主研发的多轴向经编机,有5 0 ”和1 0 0 ”两种 幅宽,其中5 0 ”的机器以4 0 0g m i n 产品计算,日产量约为 l5 0 0k g ,此款机型的开发,必定会带动国内多轴向经编复 合材料事业的发展。 2 多轴向经编增强复合材料叶片 2 1 叶片结构 图2 所示为典型叶片的截面图,叶片由蒙皮和主梁
10、 组成。蒙皮一般采用夹芯结构,中间层为硬质泡沫塑料或 B a l s a ;术,上下层为增强复合材料;梁结构形式即可以是夹层 结构,也可以是实心的增强复合材料结构。但是在蒙皮和主 梁的结合部位即梁帽处必须是实心增强复合材料结构,现 多采用由碳纤维制造的多轴向经编增强复合材料,这是因为 此部分粱和蒙皮相互作用,应力较大,必须保证蒙皮的强度 和刚度。 K n n gT e c h n o l o g yl 针纵菝木_ 昼誓蓝苗i _ _ 梁帼 图2 典型叶片的截面围 2 2 复合材料叶片的优点 叶片的外形和受力情况非常复杂,而且对尺寸精度、表 面光洁度及质量分布等都有较高的要求。当用金属材料制 造
11、叶片时,往往会遇到复杂的j j n - r 问题,而且工艺装备多, 生产周期长,劳动强度大,成品率低。 现代风机的叶片大都采用多轴向经编增强复合材料, 叶片是一个大型的复合材料结构,与金属叶片相比,该复合 材料叶片具有下列优点: ( 1 ) 可根据风力机叶片的受力特点设计强度与刚度, ( 2 ) 翼型容易成形,并可达到最大气动功率, ( 3 ) 抗振性好,自振频率可自行设计, ( 4 ) 疲劳度较高, ( 5 ) 耐腐蚀性和耐气候性好, ( 6 ) 维修简便,易于修补。 2 3 叶片材料 2 3 1 玻璃纤维复合材料叶片 玻璃纤维增强聚酯树脂和玻璃纤维增强环氧树脂是目 前制造风机叶片的主要材料
12、,从性能来讲碳纤维增强环氧 树脂较好。美国的研究表明,采用射电频率等离子体沉积 去涂覆E 一玻纤,其耐拉伸疲劳强度就可以达到碳纤维的水 平。但是,E 一玻纤密度较大,随着叶片长度的增加,叶片也 越来越重( 图3 ) ,完全依靠玻璃纤维复合材料作为叶片的 围3 风机质量和叶片长度的关系 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 5 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 针织技术lK n i t t i
13、 n gT e c h n o l o g y 材料已逐渐不能满足叶片发展的需要。 目前大多数人认为6 0i n 长的叶片是单纯使用玻璃纤维 增强体临界尺度,因此,需要寻找更好材料以适应大型叶片 发展的要求。 2 3 2 碳纤维复合材料叶片 作为提高风能利用率和发电效益的有效途径,风力机 单机容量不断向大型化发展,兆瓦级风力机已经成为风电 市场的主流产品。目前,欧洲3 6M w 机组已批量安装,4 2 、 4 5 和5M w 机组也已安装运行;美国已经成功研制7M w 风力机,英国正在研制1 0M W 的巨型风力机。风电机组沿 着增大单机容量和提高风能转换效率的方向发展,对叶片 提出了更高的要
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- 纺织 导报 轴向 针织物 风力 发电 中的 应用
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